城市轨道交通全自动机械灵活编组模式下行车组织方案

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原文发表于《都市快轨交通》

2025年 第5期

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陈阳，向红

随着城市轨道交通骨干线的基本建成，轨道交通建设普遍进入市区加密、市域拓展阶段，后续线路的客流效益逐渐减弱，同时客流时空分布不均衡的不利影响也更加凸显。为提高城市轨道交通线路运营经济性，各企业更加重视运能与运量的精准匹配，灵活编组模式也越来越受到关注。目前，列车灵活编组模式通常分为3类：第一类是不同车辆数组成的固定大小编组，如重庆轻轨2号线运营初期，常态化采用4、6辆两种固定编组混跑，目前是6、8两种固定编组混跑；第二类是基于车钩灵活拆解联挂的机械灵活编组模式，如目前已开通的上海地铁16号线的3+3编组方案；第三类是基于无线通信和信号系统的虚拟灵活编组模式，这类灵活编组突破了车钩联挂的物理约束，但需要更加安全可靠的通信及列控系统来保障列车运行安全，目前尚处于理论研究和实验阶段。在灵活编组理论研究方面，宋仲仲等[1-5]侧重于分析灵活编组模式下车辆、信号、配线及场段等实现条件，并提出该模式可降低牵引能耗32.6%等运营效益；段博韬[6]提出灵活编组模式下通过能力分析方法，验证了在线解编联挂模式下折返能力能够满足转换期运营需求。在灵活编组实践应用方面，德国慕尼黑S1线、日本总武快速线、关空快速线等线路均在郊区主支线接轨站采用正线解编连挂方式，解编联挂作业时间约3～5min，但因郊区段行车间隔较大(大于10min)并不影响正线运能[7]。

上海地铁16号线是首条实现在线解编联挂方案的线路，列车解编联挂作业点已由场段调整为正线车站[8]，但因设计阶段未系统考虑正线解编联挂需求，且为半自动机械编组，目前处于试行阶段，每日仅平峰开行3对列车。青岛地铁5/9/15号线正在对全自动运行系统下基于车钩的机械灵活编组技术开展研究和应用探索。上述研究虽然在灵活编组实施技术、折返能力及效益分析方面已有相关成果，但从行车组织角度系统研究灵活编组模式下行车交路、列车配属、车站配线、经济效益等方面的成果仍较少，有必要开展针对性研究。本文以青岛地铁5号线灵活编组调整设计为案例，重点对基于车钩装置的“3+3”灵活编组方案的适应性、实施技术要求及行车组织方案进行全面分析和总结。

1灵活编组适应性及实施技术要求

1.1青岛地铁5号线灵活编组适应性分析

青岛地铁5号线是串联青岛东岸核心城区的“U”型骨干线。规划线路长约40.0km，均为地下线，共设车站31座，线路走向示意如图1所示。

其中一期工程长约34.6km，设站28座，平均站间距1.23km。全线于线路中部设置镇平路车辆段1座。线路拟采用时速80km/h的地铁B型车、DC1500V接触轨受流和基于车车通信的全自动运行系统。根据列车灵活编组控制的自动化等级分类[5]，本项目列车重联及拆解功能均由系统控制，无需人工参与，属于全自动机械编组等级。根据客流预测[9]，5号线早高峰系数达19.4%，平峰时段平均系数约4.3%，高峰时段客流约为平峰时段的4倍，如全线各设计年度均采用6辆固定编组，则会有运营经济性欠佳的弊端，因此提出采用灵活编组的设计方案，以降低运营成本。

1.2灵活编组实施的技术要求

相较于6辆固定编组列车，基于车钩装置的“3+3”灵活编组方案在车辆、信号及站台门等方面有相应的要求，具体如表1所示。

行车组织研究重点是明确在线解编联挂作业时段、作业站点及其配线方案，提出经济合理的行车交路、行车计划及列车配属方案。

2青岛地铁

5号线灵活编组行车组织方案

2.1灵活编组作业时段选择

采用灵活编组方案，旨在解决客流在时段或区段上存在明显差异的问题。一般在高峰时段，宜采用大编组列车以保障运输能力，在平峰时段则尽可能将大编组列车拆解为小编组，开行小辆编组列车在保障服务水平的同时降低运营成本。因此，列车在线解编联挂作业时段一般在高平峰转换期完成。青岛地铁5号线灵活编组转换时段设置在早高峰转平峰期的9:00～10:00和晚高峰来临之前的16:00～17:00，以及晚高峰结束后的19:00～20:00。

2.2灵活编组作业站点选择及配线设计要求

2.2.1灵活编组作业地点选择

灵活编组作业地点主要分为场段内部和正线范围。在场段内部开展灵活编组作业，需列车频繁出入场段，存在作业效率低、增加空驶里程、管理复杂等问题[1]，故建议在非运营时段采用该方案；而在运营时段则建议在正线范围进行灵活编组作业。根据列车解编联挂流程，在线作业地点需满足以下要求：①列车联挂解编作业均需满足一度停车间距要求(5m或15m)；②低速碰撞中被联挂列车可能会产生位移，从安全考虑应不载客作业；③列车联挂作业时间约为104s，解编作业时间约为84s，远超车站停站时间，故不宜在站台正线侧进行联挂解编作业，以避免长时间干扰正线运营。综上，灵活编组作业地点建议选择在正线范围的行车交路折返站、出入线接轨站配线区域。

2.2.2灵活编组作业站点配线设计要求

1)折返站配线设计。折返站需实现列车连续折返、折返+解编联挂、连续解编联挂作业3类场景功能。结合灵活编组模式下折返能力分析，折返站宜按站后双折返线设计，实现咽喉区交替作业，有效提高灵活编组模式下的接发车能力。以连续解编作业为例，相较于单折返线，双折返线下可提升接发车能力约40%。折返站配线形式如图2所示。

2)出入线接轨站配线设计。当出入线接轨站需实现解编联挂作业时，同样要满足不载客作业、不干扰正线行车需求，当接轨站兼折返站时，其配线作为常态化解挂编地点，宜与折返站配线类似；当接轨站仅为普通中间站时，其配线仅需作为解挂编备用地点，宜设置专用作业线。出入线接轨站的配线形式如图3所示。

综上所述，5号线推荐在起点麦岛站、终点石老人站(远期在沙子口站)利用站后双停车线实现联挂/解编作业，同时在线路中部车辆基地接轨站环湾大道站利用清客线作为备用作业点。5号线解编联挂作业站点及其配线形式如图4所示。

3)灵活编组在线拆解作业流程。5号线列车初期利用起终点麦岛站+石老人站双折返线完成在线解编联挂作业。为实现1h左右完成解编联挂作业，建议采用连续解编、联挂方式。列车解编作业流程为：在高峰转平峰期间，为满足连续解编作业的接车间隔要求，需先进行6辆固定编组列车回段，再在线解编3+3编组列车。如运营初期，需将18列(6固编)完成回段作业，再开展13列(3+3编)经折返线解编为26列(3编)后上线运行。列车联挂作业流程为：在平峰转高峰期间，也需先将3辆编组列车在折返线连续联挂后，再将6辆固定编组列车出段上线。如运营初期，需将26列(3编)列车经折返线联挂为13列(3+3编)后，再安排18列(6固编)出段上线。解编连挂作业流程如图5所示，其中解编、连挂作业的两列车之间按5或15m考虑。

2.3灵活编组运营交路及配车方案

2.3.1客流需求及行车对数

1)高峰时段。根据客流预测，5号线初、近、远期早高峰时段断面客流量分别为1.29万人次/h、2.19万人次/h、2.7万人次/h，结合线网换乘匹配要求，各设计年度早高峰时段行车量按15、21和24对/h考虑，列车配属需求为39、60、65列车。需考虑全部采用3+3灵活编组或部分6辆固定编组加部分3+3辆灵活编组，两种方案做经济比较后决策。2)平峰时段。按照全日分时段客流比例(高峰︰平峰为4︰1)分析，平峰时段断面客流量约为0.32万人次/h、0.55万人次/h、0.68万人次/h。若采用部分固定编组加部分灵活编组模式，灵活编组列车需求量由平峰时段确定，平峰时段输送能力如表2所示。

2.3.2列车配属方案

由表2可以看出，平峰时段所需3辆编组车辆仅为高峰时段配属车的43%，因此需要考虑高峰时段的列车配属方案。以运营初期为例，存在以下两种方案：1)方案1：初期全采用3辆编组列车，则初期总投资增加约3.76亿元。该方案运营管理便利，统一一种车型，车辆调度及车底运用更加灵活。但每天仅40%列车联挂、解编，需采用隔日轮换解编联挂方案平衡走行公里数，存在车辆资源闲置问题。2)方案2：初期采用3辆编组和6辆固定编组混跑方案，初期总投资增加1.72亿元。该方案存在两种类型列车，运营管理及列车调度复杂，每日列车开行计划需固定3辆编组列车车底计划，且存在两种类型车辆走行公里数不一致带来的检修周期差异，该差异暂不影响检修修程，后期也可采用周日上线6辆固定编组列车平衡走行公里数。考虑到5号线初期全采用3辆编组列车投资增幅较大，且30年运营期内经济性差，建议采用方案2，并根据开通年、初期年客流需求制定车辆分批采购程序。

2.3.3列车运行交路推荐方案

综上，推荐5号线高峰时段采用6辆固定编组和3+3辆编组列车混跑，平峰时段仅运行3辆编组列车。各年度所需配置的3辆编组列车数由平峰时段运输需求确定。列车运行交路如图6所示。

2.4灵活编组模式下折返能力分析

麦岛站、石老人站均设置站后双折返线，高峰时段需满足3+3编组或6辆固定编组列车常规的最小行车间隔120s，该场景下连续接车作业间隔约112s、发车作业间隔109s，均满足要求。而在线解编联挂模式下，需额外增加列车在折返线上解编、联挂作业时间，即解编84s、联挂104s。配线能力核算重点是高平峰转换期的接车能力、发车能力。以在线连续解编作业为例，列车交替解编作业横道图如图7所示。

由图7可知：①当站后双折返线交替进行解编作业时，前后两列3+3编组列车连续接车间隔约217s，前后两列3辆编组列车连续发车间隔约109s。可以看出，受折返线上解编列车占用影响，接车能力受限，故在进行连续解编作业前，需将6辆固定编组列车提前回段，使正线行车间隔降低至16对/h即可满足运营需求。②当采用站后单折返线进行解编作业时，差异在于第二列3+3编组列车必须前序两列小编组车均出清折返线后才能办理咽喉作业，此时连续接车间隔约307s、发车间隔约151s。连续解编作业模式下，相较于单折返线，双折返线方案折返能力提升约40%。

3 30年运营期经济性分析

3.1工程投资分析

相较于6辆固定编组列车，每多购置一列3+3编组列车，需增加车辆购置成本584万元和一套信号车载设备约347万元。因此相较于6辆固定编组方案，3+3灵活编组模式下工程投资增幅也明显较大，主要包括车辆、信号、通信、站台门及配线工程方面。从投资增幅来看，车辆占比约60%，信号占比约32%，而车站站台门和土建工程仅占比约3%～7%。设备及土建投资增加内容如表3所示。相较于全3+3编组方案，采用3+3和6辆固定编组混跑方案下，初期工程投资增值可由3.76亿元降低至1.72亿元，且节省的列车走行公里数相当，是相对经济适用的方案。

3.2运营经济性分析

相较于6辆固定编组方案，3+3灵活编组模式下30年运营期内列车走行公里数能有效降低27%，其经济性也体现在由此引起的牵引能耗节约和车辆维护成本减少两方面。另外，采用全3+3编组方案，因车辆及信号设备投资增幅明显较大，30年运营期内增加1453万元，未体现出经济性。而采用3+3和6辆固定编组混跑方案，30年运营期内可节省约3.9亿元。

4结论

本文以青岛地铁5号线为例，系统分析了基于车钩装置灵活编组模式下的作业时段、作业站点、配线设计、行车交路、能力计算及列车配属等行车组织内容。得出以下结论：1)基于列车解编联挂流程分析，建议解编联挂作业地点宜在折返站、出入线接轨站的配线区。且折返站宜按双折返线布置以提高交替折返能力，以连续解编作业为例，相较于单折返线，双折返线下可提升接、发车能力约40%。2)以“全6辆编组方案”为比较基数，对“全3+3编组方案”和“3+3与6辆编组组合方案”做30年运营期经济效益分析，二者所节省的牵引能耗、维护费相当，但后者在车辆和信号投资上减少约65%，是更为经济适用的方案。其中3辆编组列车数需求可由平峰时段运营方案确定。3)基于车钩装置的灵活编组技术尚未形成规模化应用，目前车辆和信号系统占投资增额的比重约90%，建议初期优先预留土建、站台门、配线等技术条件，运营后再根据客流需求制定购车方案。基于车钩装置的在线解编联挂技术在国内尚处于起步阶段，该方案还存在着系统能力低、稳定性欠佳、设备投资增幅大、运营管理复杂等问题，有待进一步优化。相较于应用广泛的大小编组混跑方案，该方案的大规模应用还需相关技术的进一步发展。