節(jié)能思路在地鐵列車運(yùn)行圖編制中的應(yīng)用

1、節(jié)能思路在地鐵列車運(yùn)行圖編制中的應(yīng)用趙興東( 北京京港地鐵有限公司 北京 100068)就高達(dá)上百萬(wàn)元。通過(guò)運(yùn)行圖編制達(dá)到節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本的主要思路如圖 2 所示。摘 要 結(jié)合北京地鐵 4 號(hào)線、大興線的運(yùn)行圖編制，闡述節(jié)能思路在列車運(yùn)行圖編制過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用及產(chǎn)生的效果。列車運(yùn)行圖相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)運(yùn)營(yíng)成本的 控制至關(guān)重要，一次列車運(yùn)行圖調(diào)整所產(chǎn)生的年成本費(fèi) 用可能會(huì)高達(dá)上百萬(wàn)元。通過(guò)運(yùn)行圖編制達(dá)到節(jié)約運(yùn)營(yíng) 成本的主要思路為: 通過(guò)交路模式選擇、行車間隔合理過(guò) 渡、不成對(duì)開(kāi)行等手段，實(shí)現(xiàn)降低列車走行里程、減少人員 配置、降低維修成本，從而達(dá)到節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本的目的。 關(guān)鍵詞 地鐵; 節(jié)能思路; 列車運(yùn)行

2、圖; 牽引能耗; 運(yùn)營(yíng) 成本中圖分類號(hào) U231 92文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A圖 1 地鐵能耗比例文章編號(hào) 1672-6073( 2014) 06-0036-051能耗成本概述中國(guó)的城市 軌 道 交 通 發(fā) 展 至 今 已 有 40 多 年 的 歷史，各城市的運(yùn)營(yíng)模式及成本補(bǔ)償方式也基本相似，各運(yùn)營(yíng)企業(yè)基本都 面 臨 如 何 提 高 企 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) 效 益、降 低 運(yùn) 營(yíng)成本方面的問(wèn)題。在地鐵運(yùn) 營(yíng) 成 本 中，能 耗 所 占 的 比 例 一 般 在 1 /4 左右，而列車牽引能耗一般占總能耗的 50% 左右( 詳見(jiàn) 圖 1) ，節(jié)能潛力較大。因此，列車牽引能耗的控制一直 是運(yùn)營(yíng)企業(yè)重點(diǎn) 關(guān) 注 的 問(wèn)

3、 題 之 一，如何降低列車牽引 能耗是解決城市軌道交通運(yùn)營(yíng)成本較高問(wèn)題的關(guān)鍵。圖 2 運(yùn)行圖編制節(jié)能思路3運(yùn)行圖編制節(jié)能思路應(yīng)用在北京地鐵 4 號(hào) 線、大 興 線 列 車 運(yùn) 行 圖 編 制 和 調(diào)整過(guò)程中運(yùn)用了 多 種 手 段，利 用 現(xiàn) 有 運(yùn) 營(yíng) 資 源 在 保 證運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平的 前 提 條 件 下，力 爭(zhēng) 將 列 車 牽 引 能 耗 的 運(yùn)營(yíng)成本最小化，采取 的 節(jié) 約牽引能耗思路主 要 有以 下幾個(gè)方面。2運(yùn)行圖編制主要節(jié)能思路列車運(yùn)行圖相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)運(yùn)營(yíng)成本的控 制 至 關(guān)重要，一次列車運(yùn)行圖調(diào)整所 產(chǎn) 生 的 年 成 本 費(fèi) 用 可 能3 1行車交路選擇根據(jù)客流分布及線路布局情況

4、采取合理的運(yùn)行交收稿日期: 2014-07-31修回日期: 2014-08-14作者簡(jiǎn)介: 趙興東，男，大學(xué)本科，工程師，運(yùn)營(yíng)計(jì)劃經(jīng)理，主要從事城 市軌道交通行車組織策劃、列車運(yùn)行圖編制、客流及運(yùn)營(yíng)指 標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)營(yíng)成本分析等工作，zxd1264163 com路。北京地鐵 4 號(hào) 線、大興線區(qū)段平日早晚 高 峰 期 間的小時(shí)斷面客流分布如圖 3、4 所示。36節(jié)能思路在地鐵列車運(yùn)行圖編制中的應(yīng)用圖 3 周一早高峰小時(shí)斷面客流量圖 4周五晚高峰小時(shí)斷面客流量結(jié)合 4 號(hào)線、大興線客流特征及線路布局情況，可以選擇的交路類型主要有如圖 5 7 所示的 3 類。3 類交路各有優(yōu)缺點(diǎn):1) 單一大 交

5、 路，行 車組織方式非 常 簡(jiǎn)單，列 車 運(yùn)行圖編制、行車調(diào)度等工作也相對(duì)容易，但存在明顯的運(yùn)能浪費(fèi)情況。圖 5 單一大交路2)銜接短交 路，列 車 運(yùn) 行 圖 編 制 比 較 簡(jiǎn) 單 ( 兩 個(gè)圈內(nèi)的列車運(yùn)行基本互不干擾) ，也容易根據(jù)客流特征有效控制行車 間 隔。但從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，大 興 線 區(qū) 段 的乘客有 85% 以上 會(huì) 進(jìn) 入 4 號(hào) 線 區(qū) 域，如 果 采 用 此 種 交路，大部分乘客需要在新宮車站進(jìn)行換乘，不利于乘 客服務(wù)水平的提升。3) 大小交 路，運(yùn) 行 圖編制相對(duì)復(fù) 雜 一些，但 有 利 于乘客出行，也能夠有效減少列車運(yùn)行里程，節(jié)約能耗成本。從牽引能耗的角度來(lái)講 ，大小交

6、路套跑的行車組 織模 式 其 牽 引 能 耗 最 低 ，具 體 的 測(cè) 算 結(jié) 果 如 表 1 所示。圖 6 銜接短交路圖 7 大小交路37都市快軌交通·第 27 卷 第 6 期 2014 年 12 月表 1 不同交路列車牽引能耗對(duì)比車后跟隨 1 個(gè)小 交 路 列 車，依 次 循 環(huán) ) ，這 樣 的 安 排 也有利于不同行車 間 隔 的 過(guò) 渡 調(diào) 整，但 這 種 處 理 方 式 可能會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)段運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平下降或者整體運(yùn)營(yíng)成 本增加，因此需要結(jié)合客流等實(shí)際需求，在不同時(shí)段采 取不同的大小交路開(kāi)行比例。以 4 號(hào) 線、大 興 線 平 峰 間 隔 為 例，部 分 時(shí) 段 采 取1

7、1開(kāi)行比例，實(shí)現(xiàn) 4 號(hào) 線、大 興 線 區(qū) 段 的 行 車 間 隔 分別為 3、6 min; 部分 時(shí) 段 采 取 2 1 開(kāi) 行 比 例，實(shí) 現(xiàn) 4 號(hào)線、大興線區(qū)段的行車間隔分別為 4、6 min( 詳見(jiàn)圖 8) 。上行西紅門至新宮通過(guò)扣停實(shí)現(xiàn)大興線上行列車順利進(jìn)入 4 號(hào)線的目的，扣停在時(shí)刻表 ATS 文 檔 中 設(shè) 置，不需要人工干預(yù)。下行西紅門 至 新 宮 通 過(guò) 扣 停 方 式，實(shí) 現(xiàn) 大 興 線 行 車間隔均勻的需求，扣停在時(shí)刻表 ATS 文檔中設(shè)置，不 需要人工干預(yù)。這樣的安排 雖 然 會(huì) 大 大增加編圖調(diào)整難度，但 可 以在保證各區(qū)段運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平的基礎(chǔ)上最大限度地降 低運(yùn)營(yíng)

8、成本。經(jīng) 測(cè) 算，此 類 處理方式全年可節(jié) 省 的列 車牽引電耗約為 713 萬(wàn) kW·h( 折合電費(fèi)約 613 萬(wàn)元) ， 計(jì)算結(jié)果如表 2 所示。注: 1) 以上測(cè)算基于 4 號(hào)線、大興線平日期間各時(shí)段行車間隔確定;2) 銜接短交路與單一大交路的里程數(shù)差異主要體現(xiàn)在新宮折 返區(qū)域;3) 列車牽引單耗按照 2 1 kW·h / 車公里進(jìn)行測(cè)算。由表 1 可以看出，采用大小交路套跑運(yùn)行模式 ( 小交路折返點(diǎn)在 新 宮) 相比采用單一大交路運(yùn)行模 式 全年可節(jié)省的列車牽引電耗約為 2 482 萬(wàn) kW·h，折合電 費(fèi)約 2 133 萬(wàn)元( 牽引電費(fèi)按照 0 859

9、5 元 / kW·h 進(jìn)行 測(cè)算) 。3 2 行車間隔過(guò)渡行車間隔過(guò)渡就是根據(jù)全日客流變化規(guī)律及運(yùn)營(yíng) 服務(wù)水平需求，分時(shí)段采 取合理的列車開(kāi)行比例。對(duì) 于大小交路套跑 運(yùn) 行 的 線 路 來(lái) 講，列車運(yùn)行圖大小交 路套跑比例按照 1 1 編排比較理想( 即 1 個(gè)大 交 路 列圖 8 大小交路 4 min /6 min 開(kāi)行方案384 號(hào)線區(qū)段 大興線區(qū)段 列車運(yùn)行 列車牽引 交路類型 最小行車 最小行車 里程 / ( 萬(wàn)車 能耗 / ( 萬(wàn) 間隔 / min間隔 / min公里 / d) kW·h / d)單一大交路 2218 639 1銜接短交路 2415 632 8大

10、小交路 2415 432 3節(jié)能思路在地鐵列車運(yùn)行圖編制中的應(yīng)用表 2 4 min /6 min 行車間隔節(jié)能測(cè)算結(jié)果日開(kāi)行車次及在線列車數(shù)量，達(dá)到降低運(yùn)營(yíng)成本的目的。按照常規(guī)編 圖 思 路，列 車 開(kāi) 行 計(jì) 劃 使 用 以 下 公 式3進(jìn)行測(cè)算 ，有大興線)對(duì)數(shù)( 對(duì) / h)公里 / d)Pmax，i( 2)ni = ( c )p注: 平日平峰按照 5 h 計(jì)算，小交路區(qū)域長(zhǎng)度按照 31 km 進(jìn)行計(jì)算，牽引單耗按照 2 1 kW·h / 車公里計(jì)算，電價(jià)按照 0 859 5 元 / kW·h 進(jìn)行 計(jì)算。N = n( 3)ii式中: n 某小時(shí) i 內(nèi)應(yīng)開(kāi)行的列車數(shù)

11、;iPmax，i 某小時(shí)最大客流斷面旅客數(shù)量; cp 列車的設(shè)計(jì)載客能力; 列車滿載率; N全日列車開(kāi)行對(duì)數(shù)。對(duì)于列車配 備 數(shù) 量 來(lái) 講，通 常 使 用 以 下 公 式 進(jìn) 行 計(jì)算，有3 3高峰不成對(duì)開(kāi)行即根據(jù)北京市 區(qū)線路明顯的潮汐客流特征、段 場(chǎng) 布局及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 能 力 等 因 素，采取上下行不成對(duì)開(kāi)行 的方案。4 號(hào)線、大興線早高峰期間上行方向 ( 由 南 向 北) 的客流壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下行方向 ( 由北向南) 的 客 流 壓力，上行方向的列車最大滿載率會(huì)超過(guò) 100% ，但下 行方向的列車最大 滿 載 率 一 般 不 會(huì) 超 過(guò) 70% ，方 向 不 均衡系數(shù)在 1 51 左 右

12、( 定義 及計(jì)算 公式詳見(jiàn)下文及 公式( 1) 所述) ，具有明顯的潮汐客流特征。方向不均衡系 數(shù) k 表 述 在 一 條 線 路 的 斷 面 上，單 向最大斷 面 客 流 量 Pmax 與 雙 向 客 流 量 平 均 值 ( P上 +N = n高峰 列 m /60高峰小時(shí)開(kāi)行的列車對(duì)數(shù);( 4)式中: n高峰列 列車周轉(zhuǎn)時(shí)間;m平均每列車編組輛數(shù)。上述計(jì)算方法在成對(duì)開(kāi)行模式且最大上線列車可 以在全周轉(zhuǎn)時(shí)間范圍內(nèi)以最小行車間隔運(yùn)行的情況下 是完全適用的，但 是在 不 成 對(duì)開(kāi)行運(yùn)行圖編制 模 式及 在全周轉(zhuǎn)時(shí)間范圍內(nèi)列車不全部以最小行車間隔運(yùn)行 的情況下不能簡(jiǎn)單地應(yīng)用。京港地鐵列車配備數(shù)量有

13、限，為了在現(xiàn)有運(yùn) 營(yíng) 資 源 基 礎(chǔ) 上 最 大 化 提 升 運(yùn) 營(yíng) 服 務(wù) 水平，結(jié)合高峰客流特點(diǎn)及持續(xù)時(shí)間，對(duì)不成對(duì)開(kāi)行等 方案進(jìn)行 多 次 測(cè) 試，最 終 確 定 合 理 的 開(kāi) 行 方 案。圖 9 為不成對(duì)開(kāi)行方案列車運(yùn)行圖鋪畫(huà)示意圖。表 3 為成對(duì)開(kāi)行和不成對(duì)開(kāi)行方案中有關(guān)列車使 用數(shù)量及全日開(kāi)行列次的比較結(jié)果。2P下 ) /2 之比 。k 趨于 1，表明上下行方向客流比較均衡，當(dāng) k1 5 時(shí)，說(shuō)明上下行方向的不均衡 程 度 比 較大，其計(jì)算公式1為2Pmaxk = P( 1)+ P上 下結(jié)合北京地鐵 4 號(hào)線、大興線客流特征、段場(chǎng)布局及系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力 等 實(shí) 際 情 況，在列車運(yùn)行

14、圖編制過(guò)程 中充分使用上下行不成對(duì)開(kāi)行方案( 例如，平日早高峰 上行方向圖定最小行車間隔為 2 min 且適當(dāng)加開(kāi)臨客， 下行方向平均最小行車間隔約為 2 min30 s) ，從而降低全圖 9 不成對(duì)開(kāi)行方案39平峰行車 4 號(hào)線區(qū)域 可節(jié)省運(yùn)營(yíng)間隔( 4 號(hào)線 / 列車開(kāi)行 可節(jié)省對(duì)數(shù) 里程( 車 年節(jié)省電( 5 h 合計(jì)) 費(fèi) / 萬(wàn)元3 min /6 min20259 3004854 min /6 min15都市快軌交通·第 27 卷 第 6 期 2014 年 12 月表 3 成對(duì)和不成對(duì)開(kāi)行方案相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果功能，在晚點(diǎn)情況下可以將列車速度等級(jí)調(diào)整至“加速”模式) ，也有利

15、于列車在平峰及低峰期間采用能耗較低的級(jí) 別運(yùn)行( 如果運(yùn)行圖 ATS 文檔不強(qiáng)制設(shè)置該時(shí)段運(yùn)行等 級(jí)，則控制中心可人工設(shè)置6) ，從而達(dá)到節(jié)能的目的。經(jīng)測(cè)算，如果在低峰期間采用節(jié)能模式 ( 低峰每日 按照 4 h 計(jì)算，全 天 運(yùn) 行 時(shí) 間 按 照 19 h 計(jì) 算 ) ，全 年 可 節(jié)省的牽 引 能 耗 約 526 萬(wàn) kW·h，電 費(fèi) 約 為 452 萬(wàn) 元( “節(jié)能”等級(jí)相比“中間 1 ”等級(jí) 可節(jié) 約牽引能耗的比 例約 25% ，全年?duì)恳碾娏堪凑?1 億 kW·h 考慮，電價(jià) 按照 0 859 5 元 / kW·h 計(jì)算) 。說(shuō)明: 1) 不成對(duì)開(kāi)行方

16、案的順利實(shí)施與線路段場(chǎng)布局、尖峰持續(xù)時(shí)長(zhǎng)、折返能力等多種因素有關(guān)，并非所有線路都適用; 2) 表 3 的測(cè)算以 4 號(hào)線、大興線目前的行車 組織方案為基礎(chǔ)，早晚高峰期間采用不成對(duì)開(kāi)行方案。經(jīng)測(cè)算，此類處理方式全年可節(jié)省的列車牽引電耗 約為 506 萬(wàn) kW·h( 折合電費(fèi)約為 435 萬(wàn)元) ，且可以降 低高峰上線列車數(shù)量，節(jié)省司機(jī)等人力成本( 可節(jié)省列 次運(yùn)行長(zhǎng)度按照 50 km 計(jì)算，牽引單耗按照 2 1 kW·h / 車公里計(jì)算，電價(jià)按照 0 859 5 元 / kW·h 進(jìn)行計(jì)算) 。3 4速度等級(jí)選擇根據(jù)客流壓力及列車運(yùn)行參數(shù)選擇合理的速度等 級(jí)，從而優(yōu)

17、化列車距離-速度曲線，增加列車惰行距離， 達(dá)到節(jié)約牽引能耗的目的。在 4 號(hào)線和大興線的 ATS 系統(tǒng)中，列車可以按照 5 種運(yùn)行等級(jí)行車 ( 分 別 為: 節(jié) 能、中 間 2、中 間 1、正 常、 加速) 4，在 列 車 運(yùn) 行 圖 編 制 過(guò) 程 中，一 般 采 用“中 間1”速度等級(jí)( 中等速度) 進(jìn)行編圖，此類參數(shù) 可 以 在 時(shí) 刻表 ATS 文件中進(jìn)行設(shè)定5，如圖 10 所示。3 5其他影響說(shuō)明列車運(yùn)行圖的編制及調(diào)整除對(duì)列車牽引能耗成本產(chǎn)生很大的影響之外，也對(duì)司機(jī)配置數(shù)量、維修費(fèi)用等運(yùn)營(yíng)成本產(chǎn)生了長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響，此類運(yùn)營(yíng)成本影響因素需要企業(yè) 結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況綜合考慮并應(yīng)用在成本控制過(guò)程

18、中。4結(jié)論將節(jié)能思路應(yīng)用到列車運(yùn)行圖編制過(guò)程中，可以利用現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)資源，在保證運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平的前提下，最大限度地降低運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，列車運(yùn)行圖的編制及調(diào)整對(duì)司機(jī) 配置數(shù)量、維修費(fèi)用等運(yùn)營(yíng)成本產(chǎn)生了長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。參考文獻(xiàn)1 北京市軌道交通指揮中心 北京市軌道交通路網(wǎng) 2013 年度運(yùn)營(yíng)報(bào)告 北京: 20132 DB11 / T 8142011 城 市 軌 道 交通路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)體系 S 北京: 北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，20113 毛保華 城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理M 北京: 人民交通出版社，20064 Thales Beijing Daxing Line project performance analys

19、isG Beijing，20105 Thales Timetable compiler user manualG Beijing，20096 Thales Daxing Line signaling system contract: ATS operatormanualG Beijing，2010( 編輯: 曹雪明)圖 10 列車運(yùn)行 ATS 速度等級(jí)設(shè)定在運(yùn)行圖編制 過(guò) 程 中 采 用“中 間 1”速 度等級(jí)，既有利于列車在高峰期間趕點(diǎn)( ATS 具備調(diào)整列車運(yùn)行等級(jí)Energy Saving Ideas for Drawing Train Working DiagramZhao Xingdong( Beijing MT Co，Ltd，Beijing 100068)With the compilation of train working diagram for Beijing metro line 4, Daxing line as the background, practical application ofAbstract:energy saving ideas and its effect in the process of compilation are illustrated. Certain speci