列车运行图要素

时间：2023-11-07 百科知识版权反馈

【摘要】：所以，在编制列车运行图前，必须确定列车运行图的各项要素。在城市轨道交通系统中，列车区间运行时分按线路相同方向出站信号机之间的距离计算。列车不停车通过两个相邻车站所需的区间运行时分称为纯运行时分。城市轨道交通系统列车停站作业可分解为：进站停稳至屏蔽门、车门打开，乘客上下车，关闭车门和屏蔽门至列车起动三部分。根据国内目前城市轨道交通运营经验统计，每名乘客上下车约需0．6s。

任务3　列车运行图要素

【活动场景】利用多媒体在教室进行讲解教学。

【任务要求】掌握列车运行图各项组成要素的定义和计算方法。

【知识准备】

城市轨道交通系统列车运行图虽有各种不同的类型，但它总是由一些基本要素所组成。所以，在编制列车运行图前，必须确定列车运行图的各项要素。

其组成要素主要分为三方面：时间要素、数量要素和相关要素，这是编制列车运行图的基础和前提。

1　时间要素

（1）区间运行时分

区间运行时分是指列车在两相邻车站之间的运行时间标准，它通过牵引计算和实际试验相结合的方法进行查定。

T_运＝t_纯运＋t_起＋t_停　　　　　　（4．1）

式中　T_运——列车区间运行时分，min；

t_纯运——列车不停车通过两相邻车站所需的区间运行时分，min；

t_起——起车附加时分，min；

t_停——停车附加时分，min。

在城市轨道交通系统中，列车区间运行时分按线路相同方向出站信号机之间的距离计算。由于上下行方向的线路平面、纵断面条件和列车编成辆数可能不相同，所以列车区间运行时分应按各种列车和上下行方向分别查定。此外，列车区间运行时分还应根据列车在每一区间两个车站上不停车通过和停车两种情况分别查定。列车不停车通过两个相邻车站所需的区间运行时分称为纯运行时分。列车到站停车的停车附加时分和停站后出发的起动附加时分，应根据电客车类型、列车编成辆数以及进出站线路平纵断面条件查定。

但事实上，一条新线开通前，通常是采用理论时间加一定富裕量，用“就上不就下”的原则确定（如：2′12″就靠成2′15″），尽量留有余量。通过一段时间的运行后，经过查标，重新修正一些出入较大的区间。修正完后，在列车速度不变的情况下，基本上就固定这个区间运行时分不变。

（2）停站时间

停站时间指车站办理乘客乘降所必须的停车时间标准。城市轨道交通系统列车停站作业可分解为：进站停稳至屏蔽门、车门打开，乘客上下车，关闭车门和屏蔽门至列车起动三部分。由此可见，影响列车的停站时间主要在于乘客上下车效率和司机操作效率，其时间长短主要取决于车站的乘客上下车人数、列车车门数、站台布设及站台客流组织等因素。

列车停站时间，应根据不同信号系统级别、车站客流量等级、列车不同需要分别确定。对线路终点站的确定需考虑车站人员上车清客、司机播放客服广播所需要的时间；对车站屏蔽门和车门未实现联动的情况需考虑司机配合操作默契度、两者开关的不同步时差。

列车停站作业的时间标准，一般通过客流预测分析计算的理论值和实际查标相结合的方法确定。在满足实际需要的条件下，应最大限度地缩短列车停站时间，以提高列车的旅行速度。根据国内目前城市轨道交通运营经验统计，每名乘客上下车约需0．6s。

式中　t_上下——乘客上下车时间，s；

Q_上下——高峰小时内单个方向本站上下客人数之和，人；

N_列——高峰小时通过本站的列车对数，对；

M——每列车的车门数，个。

由于乘客的上下车人数在时间上具有波动性，随天、时、地的变化而改变；而且，不同的运行时段（高峰、低峰）和不同的运行区段（大客流区间、小客流区间）车厢内的乘客密度也不均衡（尤其对于新线开通时的运行情况），所以在计算结果外应考虑一定的富裕量。

t_停站＝t_门＋t_上下＋Δt　　　　　　（4．3）

式中　t_停站——每列车在车站上的停留时间，s；

t_门——开关门时间，s；

t_上下——乘客上下车时间，s；

Δt——一定程度的富裕时间，s。

（3）折返作业时分

折返作业时分指列车到达终点站或在具有折返能力的中间站进行折返作业所必需的时间总和。该时间一般设计部门通过通过牵引计算和实际查标相结合的方式确定。

列车折返方式分为站前折返和站后折返。站前折返是列车经由站前渡线进行折返，站后折返是列车利用站后尽端折返线进行折返。不同的折返布置形式，列车折返所需时间不同。折返作业时分主要包括：确认信号时间、列车驶入（出）折返线时间、司机交接班时间、办理进路时间等，主要受折返线折返方式、列车长度、列车制动能力、信号设备水平、司机操作水平等多因素影响。在城市轨道交通系统中一般采用站后折返方式，只有在非正常情况下（如：列车严重晚点、站后折返线道岔故障）列车运行调整时采用站前折返。列车在终点站进行站后折返作业过程如图4．11所示。折返作业时间计算公式如下：

图4．11　列车在终点站折返作业过程图

t_折＝t_纯折＋t_清客＋t_上客　　　　　　（4．4）

式中　t_折——列车在车站折返作业时分，min；

t_纯折——列车在车站纯折返作业时分，min；

t_清客——列车在车站下客站台清客时分，min；

t_上客——列车在车站上客站台上客时分，min。

城市轨道交通系统纯折返时间指列车自终点站下客站台动车时起，运行到达上客站台停稳时止所需的运行时间。

t_纯折＝t_作业＋t_进线＋t_出线　　　　　　（4．5）

式中　t_纯折——列车在车站纯折返作业时分，min；

t_作业——包括道岔区段进路解锁延迟、排列折返进路和开放调车信号、司机交接班、列车更换操作台等各项作业时间，min；

t_进线——列车驶入折返线的走行时间，min；

t_出线——列车驶出折返线的走行时间，min。

（4）运行间隔时间

城市轨道交通系统的列车运行间隔时间是根据一天当中客流特点来确定的。一般来说，工作日早晚高峰客流量最大，呈现出早晚两个高峰时间段；双休日与节假日客流量大且均匀，主要集中在白天时间段。所以不同使用范围的运行图最大区别是相同时段的运行间隔安排不同。定义t_间隔i为一天中第i时段的列车运行间隔时间，其计算方法为：

式中　t_间隔i——第i时段的列车运行间隔时间，min；

m——列车编组数量，辆/列；

p——列车定员数量，人/辆；

ρ_i——第i时段的列车满载率；

M_i——第i时段的最大断面客流量，人/h。在城市轨道交通列车运行图编制中，列车运行间隔除了要满足各时段（特别是高峰时段）的客流需求外，还需要考虑线路在不同运营阶段，受到投入运用的列车数量、技术设备折返能力、列车停站时间等不同因素的限制问题。所以按上述方法计算出的理想运行间隔往往无法实现，因此，在实际编图计算列车运行间隔时，需要考虑不同时段实际运行间隔时间与列车运行周期和列车运用数量间的相互关系，以此最大限度地满足在既有设备条件下不同时段的客流需求。

（5）列车运行周期

列车运行周期T_周指列车在指定运行交路的始发站、终点站间往返运行一次所花费的总时间。该时间由列车上、下行单程运行时间、始发站和终点站的折返时间四部分组成，其计算公式如下：

T_周＝t_上单程＋t_下单程＋t_始折＋t_终折　　　　　　（4．7）

式中　t_上单程——列车上行单程运行时间，min；

t_下单程——列车下行单程运行时间，min；

t_始折——列车在始发站折返时间，min；

t_终折——列车在终点站折返时间，min。

一般来说，在技术设备和开行方案不做调整的情况下，t_上单程、t_下单程的时间基本是固定的，T_周主要受t_始折和t_终折的制约。

（6）车站间隔时间

车站间隔时间指车站上办理两列车到达、出发或通过作业所需的最小间隔时间。它是限制全线能力的最重要的要素。在查定车站间隔时间时，应遵守有关规章的规定及车站技术作业时间标准，以保证行车安全和最有效地利用区间通过能力。

在城市轨道交通系统中，一般均采用双线单向运行方式，所以常用的车站间隔时间包括同方向列车连发间隔时间、同方向列车不同时发到间隔时间两种。一般是在信号设备功能不完善或故障时，列车采用信号降级模式下的行车闭塞法运行调整时采用。

1）同方向列车连发间隔时间τ_连

在双线区段，从列车到达或通过前方邻接车站时起，至由车站向该区间再发出另一同方向列车时止的最小间隔时间，称为同方向列车连发间隔时间。需要考虑的因素有：两相邻车站间距离、线路状况、行车类型、运行时间、停站时间、发车时间、司机确认时间等。根据列车在前后两车站停车或通过的不同情况，连发间隔时间可有下列四种形式：

①两列车均通过前后两车站，见图4．12（a）；

②第一列车在前方站停车，第二列车在后方站通过，见图4．12（b）；

③第一列车在前方站通过，第二列车在后方站停车，见图4．12（c）；

④两列车在前后两站均停车，见图4．12（d）。

图4．12　同方向列车连发间隔时间

根据上述四种形式特点，可以将其归纳为两种类型。第一种类型为图4．12（a）、4．12（b）两种形式，其共同点是第二列车均在后方站通过，不同点则为前者是前方站车站值班员监督列车通过点，后者是前方站车站值班员监督列车的到达点。可以看出，这一类型的连发间隔时间由两部分组成：后方站为第二列车办理闭塞、准备接车进路和信号开放等作业时间t_作业和第二列车通过后方站进站距离L_进站的时间t_进站。其计算公式如下：

τ_连＝t_作业＋t_进站　　　　　　（4．8）

第二种类型为图4．12（c）、4．12（d）两种形式。其共同点是第二列车均在后方站停站作业，不同点为前者是前方站车站值班员监督列车通过点，后者是前方站车站值班员监督列车到达点。可以看出，这一类型的连发间隔时间根据车站作业时间及信号设备条件查定，是后方站为第二列车办理闭塞、准备发车进路和信号开放等作业时间t_作业，其计算公式如下：

τ_连＝t_作业　　　　　　（4．9）

2）同方向列车不同时发到间隔时间τ_发到

自列车由车站出发时起，至同方向另一列车到达车站时止的最小间隔时间，称为同方向列车不同时发到间隔时间，如图4．13所示。

图4．13　同方向列车不同时发到间隔时间

同方向列车不同时发到间隔时间由以下三部分组成：

①出发列车通过出站距离L_出站的运行时间t_出站（列车驶离并清空站台所需要的时间）；

②进路解锁、车站办理闭塞准备进路、开放信号及延迟的时间t_作业；

③到达的同方向列车通过进站距离L_进站的运行时间t_进站。

其计算公式如下：

τ_发到＝t_出站＋t_作业＋t_进站　　　　　　（4．10）

但必须注意的是，城市轨道交通系统中不同信号模式（固定闭塞、移动闭塞）下的同方向列车不同时发到间隔时间的计算要素不同。同时要提醒的是，连发间隔时间是发生在前后两个车站上，而同方向不同时发到间隔时间是发生在同一个车站上。

（7）追踪列车间隔时间I_追

城市轨道交通追踪列车间隔时间是同一方向追踪运行的两个列车间的最小允许间隔时间，是从一列车头部到另一列车头部计算确定。

目前，我国绝大多数城市轨道交通企业都采用自动闭塞（也称空间间隔法或距离间隔法），把线路划分为若干区间或分区，在每个分区内同时只准许一列列车运行，使前行列车和追踪列车保持一定距离。这种行车方法具有明显的优点：一是能严格把列车分隔在不同的空间，有效防止列车追尾，确保列车运行安全；二是因在一个分区同一时间内只允许一列列车运行，列车可按规定的较高速度运行，提高效率，加速车辆运转。两列车运行必须保持的间隔至少应满足后车制动距离的需要，还要考虑适当的安全距离和确认信号、触发制动过程中列车的运行距离。

自动闭塞是由信号系统自动实现的闭塞，不需人工介入办理闭塞手续。根据列车控制系统采取的不同控制模式，会产生不同的闭塞方式。从闭塞方式的角度来看，闭塞可分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞三类。而追踪列车间隔时间，取决于自动闭塞信号的制式、列车长度、列车运行速度、列车停站时间，以及闭塞分区的长度等因素。

1）固定闭塞追踪列车间隔时间

固定闭塞系统是将线路划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个闭塞分区只能被一列车占用。固定闭塞的追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的始端，后行列车从最高速开始制动的计算点为要求开始减速的闭塞分区的始端，这两个点都是固定的，空间间隔的长度也是固定的，所以称为固定闭塞。在固定闭塞制式下，前、后列车的运行间隔为多个闭塞分区，列车定位是以固定分区的长度为单位，而与列车在分区内的实际位置无关，因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全，必须在两列列车之间增加一个防护区段，这使得列车间的安全间隔较大。所以其系统存在传输信息量较少，对列车运行的控制精度不高，列车安全保护距离较长的缺陷，不利于缩短列车运行间隔，不适合运量较大的城市轨道交通线路的信号系统，如图4．14所示。

图4．14　固定闭塞系统原理

由于城市轨道交通追踪列车经过车站时的间隔时间远大于列车在区间运行时的间隔时间，所以追踪列车间隔时间是按前后两列追踪列车先后经过车站必须保持的最小列车间隔距离计算得到的间隔时间。从图4．14看出，固定闭塞追踪列车间隔时间计算公式如下：

I_追＝t_运行＋t_制动＋t_停站＋t_出站　　　　　　（4．11）

式中　I_追——追踪列车间隔时间，s；

t_运行——后行列车从初始位置时起运行至开始制动时止的运行时间，s；

t_制动——后行列车从开始制动时起至到达站内停车时止的制动时间，s；

t_停站——后行列车在车站停车作业时间，s；

t_出站——后行列车从车站起动加速时起至出清站台并驶出安全防护距离止的运行时间，s。

2）准移动闭塞追踪列车间隔时间

准移动闭塞仍需对线路进行闭塞分区的划分，其系统根据列车前方目标距离、目标速度、线路状况（曲线半径、坡道数据）、列车性能等信息，确定速度控制曲线，实现对列车的控制。准移动闭塞仍以闭塞分区为列车最小安全行车间隔，但可根据目标速度和目标距离随时调整列车间隔。将前行列车所占用闭塞分区的始端作为后续列车的追踪目标点，是介于固定闭塞与移动闭塞之间的一种闭塞方法。

准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞更进了一步。它通过采用报文式轨道电路或环线来判断分区占用并传输信息，信息量大；可以告知后续列车继续前行的距离，后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动，列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点，从而可改善列车速度控制，缩小列车安全间隔，提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大目标点仍必须在前行列车占用分区的外方，因此它并没有完全突破轨道电路的限制。

从图4．15可以看出，前后两追踪列车最小间隔距离为后行列车在当前速度下所需的制动距离和前行列车的尾端保护距离，则其追踪列车间隔时间即为后行列车以当前速度从初始位置运行至制动停车、停站作业和起动出站所消耗的时间。

图4．15　准移动闭塞系统原理

3）移动闭塞追踪列车间隔时间

移动闭塞系统没有固定的闭塞分区，而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元，每个单元长度从几米到十几米，移动闭塞分区即由一定数量的单元组成，单元的数目可随着列车的速度和位置而变化，分区的长度也是动态变化的。

移动闭塞系统是利用通信技术，通过车载设备、现场通信设备与车站或列车控制中心实现信息交换完成速度控制。列车间的最小运行间隔距离由列车在线路上的实际运行位置和运行状态确定。控制中心通过车载设备和轨旁设备不间断地双向通信，根据列车实时的速度和位置动态计算出列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大的制动距离，并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的列车追踪间隔同时前进，使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高了运输能力，其原理如图4．16所示。

图4．16　移动闭塞系统原理

从图4．16可得知，在前行列车出清车站与安全防护距离时，后行列车以规定速度恰好运行至进站位置，所以其追踪列车间隔时间即为后行列车制动停车、停站作业和起动出站所消耗的时间。

（8）运营服务时间

运营服务时间，也称营业时间，是指乘客可乘坐列车的时间段，即首末班车的时间跨度点。一般依城市而异，其时间的安排主要考虑两方面因素：一是城市居民出行活动特点，要方便乘客，满足城市生活需要；二是要满足系统中各项技术设备及车辆停运进行整备、检修、施工的需要。

另外，随着运营服务水平的不断提高，也要考虑线路首末班车时间与地面公交、相邻铁路或高铁站衔接问题，尽量保证乘客换乘足够的时间裕量。同时，若不受线路车辆段或车场位置限制，可尽量保证线路首末班车同时对向发车；若形成轨道线网，还要考虑各条线路首末班车与各换乘站之间的衔接问题，最重要的是既要满足客流需求，也要满足夜间施工时间。

2　数量要素

（1）全线分时段客流分布

全线分时段客流分布可根据客流的时间分布进行预测、调查分析，确定不同峰期时段的客流量。根据不同时段的客流分布特征，技术人员可对列车运行图峰期时段进行划分设置，并合理安排列车编组数、列车运行列数，作为开行不同形式运行方案（开行区间列车、连发列车）的主要依据。

在线路运营分析或运行图编制的实际运用中，为充分做到车流、客流相吻合，除掌握全天各小时内的客流分布外，还要掌握半小时乃至10min的变化量。上述客流数据一般通过AFC系统得到。

（2）全日分时最大断面客流量

全日分时最大断面客流量通常是在高峰小时断面客流量的基础上，根据全日客流分布图来计算确定。若条件允许，采用分时断面客流量分布计算所得的全日分时最大断面客流量数据更为准确可靠。此数据主要是了解全日各小时最大断面出现的区间、时段及流量，在编制运行图方面做到运力与运量相匹配。

（3）满载率

1）列车满载率

指列车实际载客量与列车定员数之比。编制列车运行图时，既要保证一定的列车满载率，又要留有一定余地。兼顾某些不可预测因素带来的客流量波动，并兼顾乘客的舒适水平。计算公式如下：

或

2）线路断面满载率

指在单位时间内特定断面上的车辆载客能力利用率。在实际工作中，线路断面满载率通常是指在早高峰小时，单向最大客流断面的车辆载客能力利用率，计算公式如下：

线路断面满载率既反映了高峰小时开行列车对最大客流断面的满载程度，也反映了乘客乘坐列车的舒适程度。为了提高车辆运用效率、降低运输成本和提高经济效益，在编制列车运行图时，轨道交通系统多采用列车在高峰小时适当超载的做法。

（4）列车最大载客量

列车最大载客量是指列车根据定员载客量和线路断面满载率计算的允许运送的最大乘客数。计算公式如下：

列车最大载客量＝列车定员×线路断面满载率　　　　　　（4．15）

（5）平均运距

平均运距是指乘客平均乘坐距离，一般通过AFC系统得到。

（6）运用车数

运用车辆数是指为完成日常运输任务而配备的技术状态良好的车辆数。运用车的需要数与高峰小时开行列车数、列车周转时间及列车编组辆数等因素有关，计算公式如下：

或者在列车的编组辆数固定不变的情况下，也可直接通过某时段的行车间隔和列车运行周期确定此时段所需的运用车组数，计算公式如下：

当列车在折返站的出发间隔时间大于高峰小时的平均行车间隔时，可在折返线上预留列车进行周转，此时运用车数需要相应增加。但在一条线路开通运营初期，往往按“以车定运”的原则确定运用车数，并非单一根据公式4．16计算出的理论数据确定运用车数。

（7）备用车

为了适应客流变化，确保完成紧急运输任务以及预防运用车发生故障，必须保有若干技术状态良好的备用车辆。备用车的数量一般控制在运用车数的10%左右。备用车原则上停放在车辆段或车场内，但根据线路的客流特征、车辆段位置、运行方案安排，可适当安排少数备用车停放于线路两端终端站或具备存车和折返能力的中间站，方便首末班车的发车，减少空驶里程，提高运营效率；另外，可对行车调度员在运用车故障或发生突发事件时进行运行调整时带来一定的灵活性和便利性，一定程度上缩短故障恢复时间，减小事故影响范围。

（8）出入段能力

单位时段通过出入段线进入正线的最大列车数，即出入段能力。由于车辆段与正线车站之间的出入段线有限，加之出入段列车进入正线时还会受到正线通过能力的影响。因此出入段能力是编制列车运行图时的重要考虑因素。

3　相关要素

相关要素是指除了时间、数量要素以外，对编制列车运行图有一定影响的因素，也需要进行一一考虑。

（1）与地面其他交通方式的衔接

包括与其他交通设施的衔接，如铁路车站、公路汽车站、机场、港口等；不同城市交通方式线路之间的布置与匹配，如公交线路与城市轨道交通线路；静态交通设施的设计，如自行车、小汽车等其他车辆停放等。

（2）与其他城市设施的衔接

需要考虑的重点设施包括大型体育场馆、娱乐、商业中心等的衔接考虑，这些场所会有突发性的客流对城市轨道交通系统的正常运营带来冲击，造成运力和人力安排的困难。

（3）列车检修作业

为保证列车状态完好，需均衡安排各列车的运行时间与检修时间，既保证每列车都有日常维护保养时间，又使各列车日行里程数较为接近。

（4）车站存车能力

在城市轨道交通系统中，在终点站、少数车站设有停车线，因此在线路上可存放一定数量列车，在日常运行时可用来停放备用车，在夜间可存放列车以减少空驶里程，均衡早上运营发车秩序。