城市軌道交通容量的影響因素研究論文

摘 要 闡述了軌道交通容量的概念及其內涵，對影響軌道交通容量的因素進行了全面的分析，建議應該從系統和乘客兩方面深入探討容量問題，從理論上找出最佳容量。

關建詞 城市軌道交通，容量，停留時間，發車間隔時間，信號系統，客流量

　　1 軌道交通容量的概念

城市軌道交通容量通常指軌道在單方向每小明經過某一點的所有列車營運的乘客總和，單位爲人次/h。軌道交通容量可分爲實際容量、潛在容量和最大（設計）容量。實際容量指在某一段時間內（如日、周、月、年）軌道交通實際所運載的乘客人數的總和；潛在容量指未來可能從其他交通模式轉爲軌道交通的客流量，可以作爲規劃建設線路的依據，但它受到許多不確定性因素的制約；最大容量軌道交通在高峯期內單向所能運載的最大客運量，也是設計容量。如果實際容量超過設計容量，就會出現嚴重超載現象。此種情況一般在高峯期或有重大活動時發生。

軌道交通的容量實際上包含兩大部分：線路容量和列車/車廂容量。線路容量是指軌道交通單方向每小時經過某一點的車輛數，其影響因素包括髮車間隔和車站停留時間等。軌道交通系統的容量與線路容量成正比。列車容量指列車能容納的最大乘客數量，它主要與車廂尺寸、列車編組、車廂內座位佈置等因素有關。

　　2 影響軌道交通容量因素分析

影響容量的因素衆多，主要包括乘客因素和交通系統因素兩個方面。它們的綜合作用決定了軌道交通系統的容量。

2.1 發車間隔

發車間隔是一個反映發車頻度的指標，理論上指一列車從車站出發到另一列車進入該站之間的時間。一般而言，發車間隔與系統容量成反比，發車間隔時間越短，每小時經過的列車數目越多，容量也越大。若發生間隔確定（如2min），則列車規格尺寸越大，容量也越大。最小發車間隔一般可由下式表示：

Hmin=Tc+Td+2Xmin/Vmin

式中：Hmin爲最小發車間隔，；Tc爲列車從離開站臺到達正常運行速度所花時間，min；Xmin爲司機操作延誤時間，min；Td爲車站停留時間，min；Xmin爲列車相距最小距離，km；Vmin爲列車運行速度，km/h。

從上式可知，影響發車間隔的因素有車站停留時間、列車速度、列車間距、司機延誤等。由於“一果多因”，因子分析比較困難，特別是因子的權重常常難以確定。一般來說，即使在最糟糕的情況下，也不可能所有因素都同時起作用。由於絕大部分系統都在最大容量狀態下運行，因此出現緊急情況時，如突然發現列車前方有事故或乘客、乘務員扳下緊急制動閘等，還要考慮緊急停車時間對最小發車間隔的影響。

2.2 車站停留時間

最小發車間隔可以看作是最小在線時間加上列車車間停留時間。車站停留時間是影響城市軌道交通容量的一個重要因素。停靠時間過長，不但直接影響列車流量，而且影響列車服務質量，降低吸引力和客運量，從而減少列車的容量。

影響停留時間的因素很多，主要有站臺高度和檢檢票方式，次要的有輪椅通道、車門寬度和位置、乘客沿站臺分佈、車內擁擠程度、交通管理政策等。例如，加拿大卡爾加里市的輕九系統和多倫多交通委員會（TTC）管轄下的地鐵系統，都要求在列車起運前延遲幾秒鐘關門，以策安全。市郊鐵路的車站停留時間很大程度上受到國廂設計和國站設施的影響。美國新澤西洲的市郊鐵路，根據線路和車站的狀態，其列車停站時間定爲0.88～8.00min。

站臺高度影響乘客上下車的快捷程度。地鐵和自動導軌系統已經普遍採用各具特色的高站臺，使站臺與車廂地板平齊，提高了乘客上下車的速度。輕軌和市郊鐵路採用商低站臺兩用車門以及繁榮昌盛降階梯的方式，以適應不同車站的需要。目前，西歐一些國家已經採用了低地板的新型輕軌列車，便於乘客們上下車，減少停留時間。據研究報道，在低載客量時每名乘客上車需2～3s，每名乘客下車需1.5～2.5s。

檢票系統分爲人工檢票和自動檢票兩種方式，顯然人工檢票比自動檢票系統耽擱時間更長。

人工檢票有司機監視下的無人售票和售票員售票兩種情況。例如美國克利夫蘭的軌道交通紅線採用司機在車上檢票的方式，而在芝加哥市和其他市郊鐵路中採用售票員在車上售票，此時檢票並不影響停留時間。

所有新型軌道交通系統以及部分市郊鐵路都採用磁卡自動檢票系統，極大地降低了停留時間。另外，自動售票裝置也加快了售票速度，增加了客流量。

輪椅乘客上下車對停留時間影響相當大，特別是需要升降裝置時尤爲明顯。表1列出了北美部分軌道交通系統輪椅使用便利性情況。

軌道交通類型線路數總計不方便一般很方便輕軌631019地鐵38718市郊鐵路29516自動導軌系統（單軌）0044總計11202657

從表1可見，北美有5/6的軌道交通線路方便輪椅用戶使用，因而增加了殘疾人的乘車量。

2.3 運行速度

運行速度指車站之間的行車速度，與站距和列車性能有關。運行速度一般通過影響發車間隔時間來影響軌道交通系統容量。運行速度一般在30～40km/h之間。當運行速度爲44km/h時，最小發車間隔爲71.2s，其中包括通常20s停站時間。

行車服務類型影響運行速度。跳站停車（大站快車）可以減少軌道交通發生間隔時間。

2.4 起始加速度

列車起動時間是構成最小發生車時間的一部分。在運行速度範圍內，若加速度大，則從停車到正常運行速度所花的時間少，發車間隔時間短。但加速度必須符合一定的條件。加速度太高會使列車猛地向前衝，乘客站不穩，影響乘車質量，從而降低軌道交通的客流量。加速度太低，則列車起動到勻速行駛需要的時間長，增加了列車發車間隔時間。

2.5 線路類型

正線數目對系統容量的`影響十分明顯。假設有足夠的乘客的話，雙線系統比單線系統的客流量多一倍。線路類型一般可以分爲：全封閉隔離專用線、大部分路封閉隔離以及少部分/無封閉隔離三種。顯然，線路隔離程度越高，延誤時間越少，軌道交通的容量越大。

車站的佈局與設計影響乘客的易達性。完善的換乘設施有助於吸引客量。

終點站列車折返時間是最小發車間隔的重要影響因素之一。一般來說，若想獲得最小折返時間，終點站的迴路軌道必須足夠長。車站在線或離線線設計對後續列車的進站產生影響。

2.6 信號系統

信號系統對軌道交通系統正常運行可謂是功不可沒，而且是最小發車間隔的有力保證。目前普遍使用的信號系統有三示象信號系統、四示象信號系統、代碼信號系統和可視化信號系統等。

對於信號系統，Barwell . F. T教授提出“快速反饋法則”。爲了提高系統容量，四示象信號系統已經被西歐一些城市之間的快速交通系統所採用，但成本比三示象高。傳統的交通信號系統簡單，但又不適用於現代軌道交通系統。

2.6 調度控制

城市軌道交通系統在高峯期和非高峯期（平峯期）的容量相差懸殊。對比可以進行調度控制：在高峯期增加發車頻率，以滿足高峯期客流量大的需求；在非高峯期，由於客流量下降，爲了減少系統運行成本，可縮短列車編組，適當延長髮車間隔。此外，對於有公交支線的軌道交通系統以及非全封閉和隔離的軌道系統來說，也必須根據實際客流量情況，制定相應的列車運行時刻表。

2.8 列車長度

在發車間隔一定的條件下，列車越長容量就越大。我們認爲，軌道交通系統的容量是最大列車長度和最大發車頻率或最小發車間隔共同作用的結果。

根據英國Gill和Goodman，發車間隔理論值的數學模型是；

H=V/2B+I/V,

其中：H爲發車間隔；V爲運行速度；B爲加速度；L爲列車長度。

假設最大發車頻率爲3600/H，當dH/dV爲零時，得到最小發車間隔的列車運行速度Vop=2BL。

由於城市軌道交通容量一列車長度成正比，與發車間隔時間成反比，所以容量是列車長度的平方根的函數。

輕軌系統列車長度受街道閉塞區段長度限制，一般以1～4車廂編組。而其他城市軌道交通系統不受限制，一般以3～8車編組。

2.9 座位佈置

在車廂內取得最大座位量有許多通用的方法，最簡單的是採用“2+3”座位編排法，即車廂內每一行都設置五個座位（左二右三），而不是通常的四個座位的編排法。這在寬闊的鐵道列車車廂上十分易於實現，每節車廂可達到120座。然而，在必須考慮輪椅和自行車的地區，這一簡單的做法就得有所改變，“2+3”座位編排法限制了車廂內通道的寬度，它給輪椅在車廂內移動帶來了麻煩。另外，並不是所有的列車都追求車廂最大座位量的。例如，很多城市的地鐵車廂都設計成車廂兩邊各一排單座位，以給乘客較大的站立空間和更大乘客容量。

另一個增加車廂容量的方法是在滿足限高的條件下采用雙層車廂，一般可佈置150～160個座位。雙層車廂在芝加哥地鐵和多倫多GO系統中得到應用。

2.10 車門數量和尺寸

車門的數量和尺寸影響乘客的上下車速度或列車停留時間。一般軌道交通系統都採用車廂兩邊都佈置車門的做法，而且車門儘量寬大，車門間距在2m左右。站臺上乘客分佈也影響上下車速度。當乘客在站臺上均勻分佈時，上下車的阻礙最小。車內乘客均勻分佈也可減少列車停靠時間，增加車廂容量。門的尺寸以通過乘客量爲100人次/m·min比較合適。

2.11 乘客行爲

城市軌道交通系統容量的大小，除了以上因素外，還必須考慮到乘客行爲的主觀因素。對於乘客來說，選擇交通工具主要是考慮其安全性、便利性和舒適性。對於城市軌道交通來說，安全性通常經較高；便利性由多方面決定，包括易達性、與其他交通工具的有效銜接、車站標誌、列車準時等；舒適性包括車廂內溫度、噪聲、列車啓動或剎車的加速度、乘客密度、座位等。乘客密度一般可以分爲舒適（2～3人/m2）、不舒服（5人/m2）和不能忍受（8人/m2）三種情況。站位與坐位影響乘車的舒適性，其空間設計標準見表2。

載客指標應根據人體工程學、軌道交通類型和地區差別統籌規劃和綜合考慮，並根據列車實際運行情況進行調整。表2 站立與座位空間設計標準

站立設計空間/（M2/人）坐位設計空間/（M2/人）徒手站立0.13～0.16座位最小空間0.24～0.30拿着公文袋0.25～0.30雙人座0.36扶着柱子0.26舒適型座位0.54

3 結語

軌道交通容量一般指系統最大容量，具體說指列車在峯期單向每小時所能運載的最大客流量，而不是指最大車流量。顯然，軌道交通容量與列車容量、乘客數量和時間有關。

列車容量一般是定值。而乘客數量與軌道交通系統的服務水平、吸引力、人口分佈與密度、人口結構、票價、便捷程度等有關，而且還受到氣候變化、生活方式和行爲因素的影響。因此，客流量是一個波動較大的變量。世界上大多數軌道交通這際客流量遠遠小於預測值的教訓，應當引起我們的關注。

時間因素涉及範圍很廣，如上面分析的發車間隔時間、停留和延誤時間、營運速度、加速度、乘客出行時間（成本）、高峯期與平峯期等，均是影響容量的因素。

在研究軌道交通容量時，必須從軌道交通系統“硬件”和乘客“軟件”以及相互關係方面加以考慮，並在總成本（系統營運成本和乘客時間成本）上統一起來，找到的總成本最小時的最佳容量。

我國天津地鐵的發車間隔時間很長，高峯期爲15min，非高峯期爲35min，這說明系統性能差，交通需求不足，容量低。廣州地鐵度營運期間，發車間隔爲12min，正式開通後逐漸減少到2min，按每列車最大載客1800人計，其系統容量爲5.4萬人次/h。假使高峯期（小時）其客運量佔10%，則全天客運量爲54萬人次，大大低於預測值113萬人次。通過對城市軌道交通容量的影響因素研究，可以在系統和乘客兩方面找出容量不足的原因，設法消除影響系統延誤和停留的時間，提高發車間隔時間，充分發揮軌道交通快捷、安全、大容量的優勢。

參考文獻

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