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快慢车开行方案的效果分析以JR东日本中央线为例摘要：本问介绍国内外快慢车组合运营发展的概况，重点分析了快慢车组合运营效益：通 过采用“城市列车运行计算系统”分别对中央总武缓行线（站站停，慢车）和中央线快速（跨 站停，快车）模式进行仿真模拟，重点从运行时间和运行能耗两方面对比分析快慢车差异，对比 结果显示，快车能缩短乘客旅行时间达20%以上，节约能耗30%。采用快慢车后，仅东京一新宿 全段一条快线，每天可节省1440人h，合20304元，年节省741万元，由此可见，采用快慢车 模式的时间效益和社会效益明显提高。关键字：JR东日本；快慢车；列车牵引计算；效益分析目录1国外快线发展概况21.1 纽约地铁快线21.2 巴黎快线（RER） 21.3日本东京快线31.4小结32快慢车组合运营效益分析42.1运营成本降低42.1.1中央总武缓行线介绍62.1.2中央线快速介绍72.1.3中央总武缓行线列车牵引计算92.1.4中央线快速列车牵引计算122.1.5列车耗能对比分析142.2旅行时间缩短152.2.1列车运行时耗对比162.2.2 客流效益的经济性163结论与建议184参考文献201国外快线发展概况采用快慢线越行运营模式是城市轨道交通快线的一种特殊的运营模式，是提高 轨道交通水平的一项有力措施。采用快慢线运营模式，需要对线网规划中的线路从 客流特征。实施条件进行研究分析，合理选择越行区段、越行点，并对运营效果进 行分析论证，确保快慢线具备可行性、可操作性。国外一些发达城市，如美国纽约、 法国巴黎、日本东京等，部分线路已采用快慢线运营模式101.1纽约地铁快线纽约地铁快线模式有2种：四轨和三轨，如图1、图2所示。图1-2纽约四轨模式站台布置Fig.1-2 New York four-track mode site layout图1-3纽约三轨模式站台布置Fig.1-3 New York three-track mode site layout四轨模式在同一服务区间提供快慢线，是纽约地铁的主要模式，快线与慢线同 站台换乘。三轨模式主要服务于潮汐性客流，在高峰期间为客流主方向同时提供快慢线的 服务，均采用高架形式。纽约快线的旅行速度与国内地铁相差不多，其快速的概念 主要体现在：慢线能够服务于更广范围情况下所产生的对比。纽约地铁特征：快慢车同向不共线、快速运行、换乘方便、服务于中长距离的 出行。1.2巴黎快线（RER）巴黎RER建设的主要目的是使乘客快速穿越整个巴黎市和从近郊不经换乘就可 以到达市中心。巴黎公交公司采用了利用既有市郊铁路，在中心城修建新线的RER 方案。巴黎快线特征：快速运行、共线运营、灵活的运营方式。1.3日本东京快线城市中心的地铁网主要服务于城市中心15km的范围，城市快速铁路主要服务于 城市15km的范围，使中心城与郊区之间的联络非常方便。快慢线越行运营模式主要 以东京快线为代表，其主要特征是：同一轨道上实现跨站运营与站站停相结合的运 营方式。东京快线特征：快慢车共轨运行、站距灵活、换乘方便、大小交路运营。 1.4小结对纽约、巴黎和东京地铁快线模式的分析表明，各个城市的快线特征并不相同， 没有一个绝对的指标来定义快线，但有如下共同特点：1）相对于普通地铁，快线的站间距大、速度快。2）为主要出行点之间提供快速的服务。3）快线主要是通过减少停靠站和提高运行速度来实现。采用快慢车共轨运行，是基于以人为本的设计原则，避免频繁上下车对中长途 乘客的干扰，满足乘客不同需求，以提高旅客的舒适度和列车的直达性，提高整条 线路的差别化服务水平。通过设置不同的站间距和运营方案的调整，实现快慢线的 差别化服务方式。快线为中长距离出行的乘客提供更好的服务，慢线主要为短距离 出行的乘客提供更舒适的服务。2快慢车组合运营效益分析开行快车的运营经济效益主要体现在降低运营公司的运营成本与乘客出行的广 义费用两个方面1对于站间距长、平均运行速度快、平均乘距长、各站客流不均衡性高的轨道交 通线路来讲，快慢车组合运行组织模式具有明显的经济技术优势，其社会经济效益 主要体现在乘客旅行时间缩短和运营成本降低两方面：与站站停停站方案相比，快 慢车停站方案最显著的变化为：列车的中途停站站数减少。一方面，给广大乘客带 来出行时间的缩短，减少出行中途的停站时间，但同时相对增加了被跨车站的乘客 的候车时间，增加其出行时间；另一方面，减少了运营企业的运营成本，停站数量 的减少直接导致列车总停站时间的减少，列车平均运行速度得到提高，列车周转时 间缩短，运营车辆数量明显减少，另外，停站的减少也有助于能耗的节省。2.1运营成本降低企业的运营成本主要包括车辆固定成本、运营可变成本、起停附加成本三个部 分，分别体现在车底保有量、车辆运行公里数、起停造成的能耗及车损等方面。开 行快慢车后，快车的停站次数减少，平均运行速度增大，车底周转加快，将直接减 小企业运营成本。快慢车结合的运营组织模式下，运营公司的经济效益主要体现为运营成本的降 低，主要包括两个方面：一方面可以优化车底运用，与一般开型方案相比，采用快 慢车结合的运营组织方式提高了列车装载率，从而提高了车辆运营经济性，降低运 营成本；同时，随着地铁列车性能的提高，开行快车更能充分发挥列车的技术速度 优势，经济效益更加明显。另一方面，就运营成本中的能耗而言，与慢车相比，快 车停站次数减少，进出站时加减速制动及牵引能耗减少，由于快车的牵引和制动工 况大大减少，从而极大地降低了运行能耗。对于车底使用：与慢车相比，开行快车能加快车底周转，从而提高车辆运用经 济性，降低运营成本。随着地铁性能的提高，行快车更能充分发挥列车的技术速度 优势，经济效益更加明显。对于列车能耗：分析列车运行中电能实际消耗的决定因素主要有线路与车站类 型、目标运行速度、列车牵引重量、机车性能、停靠站情况、操纵策略等。就这些 因素而言，在同一线路上，与慢车相比，快车的差异性主要为停靠站情况及其相应的操纵策略的变化，具体表现为运行过程中快车的牵引和制动工况大大减少，从而 极大地降低了运行能耗。本文以JR东日本中央线为例分析快慢车组号运营效益。如图3-1，中央线运行 的车种以通勤特快、中央特快、通勤快速、中央线快速、中央总武缓行线（站站停 车）5线共同运营为主，本文简化快慢车形式，仅分析中央总武缓行线（站站停车） 和中央线快速在东京一新宿区段内开行效益，其运行范围见图3-2。通仙特快呈虹精HR：平曰爵辨上u皿«©T V'f 埼泉禄 QQ Q建球o'秋单映朦疆图3-1中央线各车种停站示意图Fig.3-1 Central line diagram of the various types of vehicles stops西St池瞳刷骚武廉上旃酉往在河佐，吾，离问毒n土自梃e石快星透拒*折玷维皂中央箱快#申野酒遇chuosen.jp邕茶水 00市答O 气牙京王场京王井之画麟姿急束橘嚣眼急田圉都市糕推京市京急室是样京急编由=ro oYLJRIKAMOME 百度淮戳交通图3-2东京都内中央线示意图Fig.3-2 Chuo Line in Tokyo schematic2.1.1中央总武缓行线介绍中央总武缓行线是东日本旅客铁道（JR东日本）经营的一条通勤铁路线，来 往于东京都三鹰市的三鹰站和千叶县千叶市中央区的千叶站。1）路线资料管辖：东日本旅客铁道路线（长度）：三鹰一千叶（60.2千米）中央本线路段：三鹰一御茶之水（21.5千米）总武本线路段：御茶之水一千叶（38.7千米）轨距：1, 067毫米（窄轨）车站总数：39 （包括起终点站）双线路段：全线电气化路段：全线（直流电1, 500V）闭塞方式：（双线）自动闭塞式保安装置：ATS-P最高速度：95km/h控制中心：东京综合指令室车掌所属区：习志野运输区、中野电车区、中野车掌区2）使用车辆中央总武缓行线全线列车均以10辆编组。全部列车均配属于三鹰车辆中心， 型号为209系500番台和E231系900番台，本文采用E231系900番台进行算例分 析。E231900番台编组方式和机车技术参数见表3-1和3-2。表3-1 E231900番台编组方式Tab.3-1 E231-900 Fan marshalling station,千叶方向三座、立JII方向,车厢编号12345670910受电弓>制作编号（里产化改装后）WE231 -901 gttnE231 -901(T)切 E231I-901(M)切 E230 -901呵)ME230 -901 T)&门ME231 -902 a)trnE23l -903 a)-902 (M切 E234) -902(W)如 E230-901安装#1卷VWFSIV.CPVWFSI7.CP车柄重里出厂时25.6t22.6t28.3t28.5t23 8t22.6t22.6t28.3t28.5t25.6t里产化改装后25.7t22.2t28.4t20.3t23.6t22.2t22.2120.4t28.3t25.7t表3-2 E231900番台机车性能Tab.3-2 E231-900 Fan locomotive performance9。0番台概览制造东急车辆制造、新津车辆制作所数里10制昔年份1998年10月旧切楼入运营1999年3月技术数据列车编组4M6T起动加谏度2.5 km/h/s定员车头：143A 其他车厢：162 A车柄重里22.6-28.5 t牵引功率1,620kW制动方式电传操纵.空气制动（再生制幼并用）技术数据设计最高楝度120 km/h珏谏度4.0 km/h/s （正常）4.6 km/h/s （紧急）车柄长度20.000 mm车柄宽度2,950 mm车柄高度3,980 mm轨距1 067 mm转向架轴梁式无枕梁转向架（部分安装车厢减 摆器）动力车：DTE1系无动力车：TR246系供电制式1,500V直流电传动方式直-交牵引电动机MT73型鼠茏式三相异步电动机电动机功率95kW/ 台传动比1:7 07控制装置变频器（绝携栅成根晶体管（IGBT ）悬智能电源模组（IPM），脉冲宽度 调制方式）驱动装置TD平行万向接头传动2.1.2中央线快速介绍中央线快速是东日本旅客铁道（JR东日本）拥有和营运的一条客运路线。路线 的正式名称是“中央急行线”，是指御茶之水站和三鹰站之间的多线区间中优等列 车使用的中央本线线路。一般来说，中央线快速是指利用上述线路运作，连接东京 站和高尾站的快速列车路线。1）路线资料管辖：东日本旅客铁道路线长度：东京一高尾53.1公里轨距：1, 067毫米车站总数：24 （包括起终点站，但不包括急行线不设月台的车站）复线区间：全线电气化区间：全线（1，500伏直流电）闭塞方式：（复线）自动闭塞式保安装置：ATS-P最高营运速度：东京一新宿：95km/h新宿一八王子：100km/h1八王子一高尾：优等列车130km/h、普通列车100km/h运行控制：东京总合控制室列车运行管理系统：东京圈输送管理系统（ATOS）2）使用车辆快速（含通勤特快、中央特快、青梅特快、通勤快速）/清晨和深夜的各站停 车班次使用E233系0番台。E233系0番台编组方式和机车技术参数见表3-3和3-4。表3-3 E233系0番台编组方式Tab.3-3 E233 series 0 Fan marshalling station东京方向高尾、大月、河口湖方向吉梅、奥争摩/武藏五曰市/高丽川方向柄编组（席组）受电弓< >>>番台区分-0=EME233-0切 E232 -0切 E233 -200和 E232 -200VJE233 -500也*E233 -0=EJE233-400切 E232 -400刃 E232 -0安装机器CPSIVCPSIVCP&柄编组（H编组、 青编组）受电弓< >>毒台区分如 E233-0切E2%-0切 E232-0-200和 E232-200小 E232-500安装机署CPSIVCP,*4笔编组（H编组、 青编蛆）受电弓< >番台区分WE233 -500切 E233-600切 E232-600小 E232 -0安装机器CP.*SIVCP备注：CP：空气压缩器，SIV:静止式变流器，:电力车勾和自动连结及分离装置表3-4 E233系0番台机车性能Tab.3-4 E233 series 0 Fan locomotives performance口番台T42编组列车（2010年1月11曰摄于西荻洼站-吉祥寺站区间）程览教里693 （5辆在平交道意外中损毁而退役）役入运营2006年1W月技术数据列车编组6M4T、4M2T. 2M2T营运最高魂度100旧胃km/h起幼加祓度3 0 km/h/s鼻祺度6 0 km/h/s （正常）6.2 km/h/s。紧急）安全防护系靖ATS-P、ATS-Sn技术数据设计最高祓度120 km/h定员车头：1姐人（座位39人）中间车厢：16。人（座位54A）编蛆定员曲4辆端组：L628人10辆端组:1.664 A车柄长度20 000 mm车柄宽度2,950 mm车柄高度3.620 mm车柄重里28.7t-32.7t编蛆总重里中央快速线6+4辆端组：318.8 t轨距1 067 mm转向架轴梁式无枕梁转向架具动力：DT71系无动力：TR265系供电制式 1.600V直流电牵引电动机 MT75型鼠笼式三相异步电动机电动机功率 140kW/台牵引功章 伽4T端组：3?360kW传动比 1:6 06控制装置 变频器（绝绿栅池极晶体管（IGET）度智能电源模组（IPM），脉冲宽度 调制方式）驱动装置TD平行万向接头传动制动方三电子制动系统（再生制幼并用）雪地专用制动2.1.3中央总武缓行线列车牵引计算本文列车牵引计算软件使用“城市轨道交通列车运行计算模拟实验系统（V2.0）” （毛保华，2005）。将3.1.1中中央总武缓行线线路资料（由于线路资料不全，本文仅作计算方法 阐述，线路采取直线）和使用的机车E231-900番台数据录入软件，录入过程及数 据见图3-3、图3-4、图3-5、图3-6，列车模拟运行计算统计结果见图3-7。车站数据添加删除保存I 返回图3-3车站数据Fig.3-3 Station Data图3-4移动设备数据Fig.3-4 Mobile device data车站名称中点位置(km)里程名称停站时间(S东京0.10030神曰1.SCC30御茶之水2,50030水道桥3XCC30正田桥4.30030市谷5.8CC30四谷5,50030信浓町7.9CC308.&0030代Ey.tcc30新有10.20030图3-5模拟参数Fig.3-5 Simulation parameters图3-6系统参数Fig.3-7 Trains run to calculate the statistical simulation results2.1.4中央线快速列车牵引计算将3.1.2中中央快速线路资料（由于线路资料不全，本文仅作计算方法阐述， 线路采取直线）和使用的机车E233-0番台数据录入软件，录入过程及数据见图3-8、 图3-9、图3-10、图3-11，列车模拟运行计算统计结果见图3-12。图3-8车站数据Fig.3-8 Station Data图3-9移动设备数据Fig.3-9 Mobile device data图3-10模拟参数Fig.3-10 Simulation parameters图3-11系统参数Fig.3-11 System parameters御茶之水四谷inann图3-12列车模拟运行计算统计结果Fig.3-12 Trains run to calculate the statistical simulation resultsS峙京100 J90 :8。、新宿2.1.5列车耗能对比分析假设中间站水道桥、饭田桥、市谷、四谷、信浓町、千驮谷、代代木每站都要 越行，慢车越行站待避30s。两种情况下计算能耗结果如表3-5所示。表3-5两种开行方案下的能耗对比Tab.3-5 Energy consumption comparison of the two programs under the CDB开行方案区间牵引力能耗(KWh)自用电 能耗 (KWh)再生制动能耗(KWh)区间 耗能 (KWh)全线总能耗(KWh)节能百分比/%东京-神田神田-御茶之水御茶之水-水道25.9225.9225.926.626.995.16-10.58-10.44-12.8421.9622.4718.25中央.总武缓 行线桥水道桥-饭田桥25.925.51-12.7018.73饭田桥-市谷25.927.77-9.0224.67199.83市谷-四谷25.925.16-12.8418.24四谷-信浓町25.926.99-10.4422.47信浓町-千，驮谷25.574.80-13.4616.91千驮谷-代代木25.925.86-12.0019.79代代木-新宿22.414.45-10.5216.3430.49%东京-神田38.4840.6240.006.236.553.81-23.06-24.320.0021.6522.8543.82神田-御茶之水御茶之水-水道桥中央水道桥-饭田桥3.492.640.006.13线快饭田桥-市谷0.004.940.004.94138.89速市谷-四谷0.003.96-9.75-5.79四谷-信浓町43.495.250.0048.74信浓町-千，驮谷0.002.140.002.14千驮谷-代代木0.003.310.003.31代代木-新宿0.003.14-12.02-8.88可以看出，采用快慢车结合的方式，中央线快速越行方案比中央总武缓行线节 能约 30.49%。2.2旅行时间缩短旅行时间，是决定乘客出行广义费用的主要因素；开行快车，即是通过缩短旅 行时间，以降低乘客出行广义费用。在一条线路上，快车与慢车的旅行时间差，决定了快车的乘客获得的时间效益， 是衡量快车开行方案的重要指标。该时间差一半直观地理解为慢车在被越行车站的 站停时间；事实上，它还应包括快慢车因进出站而加减速导致的区间运行时间较快 车的延长值。采用和上例相同仿真软件和技术参数，比较中央总武缓行线(站站停车)和中 央线快速这两种方案下的旅行速度的差异来分析快慢车开行方案对旅行时间的影 响。2.2.1列车运行时耗对比为强调单纯由于进出站的因素导致工况变化对全程运行时间的影响，此处简化 站站停方案的时间曲线为不含站停时间。表3-6两种开行方案下的时耗对比Tab.3-6 Comparison of the two time-consuming opening line under the program区间运行距 离开行方 案运行时 分开行方 案运行时分时耗缩短比例/%单位公里缩短 时耗/s东京一神田119984.8080.045.61%3.97神田-御茶之水 御茶之水一水道130089.2083.316.60%4.53桥80166.0748.0027.35%22.56水道桥-饭田桥900中央总70.14中央线 快速34.0051.53%40.16饭田桥-市谷1500武缓行99.6164.0035.75%23.74市谷-四谷799线65.9850.0024.22%20.00四谷一信浓町130189.2467.0024.92%17.09信浓町-千驮谷70061.4827.0056.08%49.26千驮谷-代代木100075.3243.0042.91%32.32代代木一新宿59956.2340.0028.86%27.10总计10099758.06536.3529.25%21.95由上表及3.1.3和3.1.4列车牵引计算结果可以看出，相同的线路上，采用相 同的地铁列车，采用站站停和直达的开行方案，列车的速度-时间曲线差异明显。站站停运行的全程运行时间为758s，站间平均速度为47.97km/h。假设各站停 车30s，待避站待避快车额外消耗30s，则全程旅行时间为1268s，旅客平均旅行速 度为 28.68km/h。直达运行的全程运行时间为536s，站间平均速度为67.84km/h，则全程旅行时 间为1298s，旅客平均旅行速度为58.08km/h，比站站停提高了 29.41km/h( 102.6%)。 2.2.2客流效益的经济性开行快慢车组合运行方案后，部分乘客的旅行时间会增加，部分乘客的旅行时 间会减少。根据各个越行站在线路中位置、结合快慢车停站方式，按是否受快慢车 影响把乘客分为3大类第一类受益乘客，这部分乘客因乘快车而节省了乘客在列车上的旅行时间，如 东京一新宿直达的乘客，节省旅行时间401s。第二类受损乘客，这部分乘客因所乘的慢车在途中被快车越行而需要等待，因 此其旅行时间比原来的站站停运营方案是增加的，如饭田桥一信浓町的乘客，由于 乘坐慢车需要在市谷和四谷两站待避让行快车，其旅行时间增加90s。第三类不影响乘客，这部分乘客的出行路径不受越行站影响，因此其旅行时间 不受开行快慢车的影响。如东京一御茶之水的乘客。表3-7 OD客流与旅行时间影响关系Tab.3-7 OD traffic and travel time on the graph东京神 田御茶 水水道 桥饭田 桥市夕谷四' 谷信澧 町千驮夕谷代木新宿东京000-30-60-90206176146116401神田00-30-60-90206176146116401御茶 水0-30-60-90206176146116401水道 桥0-30-60-90-120-150-180105饭田 桥0-30-60-90-120-150135市夕谷0-30-60-90-120165四' 谷0-30-60-90-120信澧 町0-30-60-90千驮夕谷0-30-60代木0-30新宿0由2009-2013年JR东日本管辖范围内的各路线的利用状况可知神田一代代 木人数：155, 059人/天，由于进行0。反推较为困难，本文简化计算，假定每个出 行路径人数均为5081人。则可得客流效益如表3-8。表3-8客流效益表Tab.3-8 Passenger Benefits Table东京神 田御茶 水水道桥饭田桥市夕谷四'谷信澧町千驮夕谷代木新宿东京000-152430-304860-45729010466868942567418265893962037481神田00-152430-304860-45729010466868942567418265893962037481御茶 水0-152430-304860-45729010466868942567418265893962037481水道 桥0-152430-304860-457290-609720-762150-914580533505饭田 桥0-152430-304860-457290-609720-762150685935市夕谷0-152430-304860-457290-609720838365四' 谷0-152430-304860-457290-609720信澧 町0-152430-304860-457290千驮夕谷0-152430-304860代木0-152430新宿0由上表可知，总节省5182620人s，即1440人h，假设时间价值：14.1元/h12,则共计节省20304元/天，合计年节省741万元，由此可见，开行快慢车组 合运营方案具有一定的客流效益。3结论与建议本问介绍国内外快慢车组合运营发展的概况，重点分析了快慢车组合运营效益:1）通过采用“城市列车运行计算系统”分别对中央总武缓行线（站站停，慢 车）和中央线快速（跨站停，快车）模式进行仿真模拟，重点从运行时间和运行能耗 两方面对比分析快慢车差异，对比结果显示，快车能缩短乘客旅行时间达20%以上， 节约能耗30%。2) 在分析快慢车组合运营的效益后，从乘客角度(P)和企业角度(O)两个角度可 知开行快慢车带来的优缺点：缩短乘客旅行时间，减少出行中途的停站时间， 但同时增加被跨车站乘客的候车时间；减少运营企业的运营成本，停站数量的减 少，列车平均运行速度提高，列车周转时间缩短，运营车辆数量明显减少，此外还 有助于能耗的节省。3) 社会经济效益12，采用快慢车后，仅东京一新宿全段一条快线，每天可节省 1440人h，合20304元，年节省741万元，由此可见，采用快慢车模式的时间效 益和社会效益明显提高。参考文献1 王琳.城市轨道交通快慢车运营组织研究D.北京交通大学,2013.2 熊贻辉.市域线快慢车组合运营模式研究D.西南交通大学,2012.3 谭小土.城市轨道交通快慢车运行组织研究D.西南交通大学,2014.4 向红.地铁快慢车模式研究体系的建立J.铁道工程学报,2014,08:101-104.5 宋键,徐瑞华，缪和平.市域快速轨道交通线开行快慢车问题的研究J.城市轨道交通研 究，2006,12:23-27.6 屈明月，黄树明.城市轨道交通快慢车方案研究J.铁道运输与经济,2012,04:79-82.7 高德辉，胡春斌,宗晶.区域快速轨道交通快慢车运营方案的研究J.铁道运输与经济，2014,02:73-78.8 张琳卿，韩宝明,李得伟.快慢车开行且昼夜运营的纽约地铁J.都市快轨交通，2013,04:119-122.9 刘丽波，叶霞飞，顾保南.东京私铁快慢车组合运营模式对上海市域轨道交通线的启示J.城市轨道交通研究,2006,11:38-41.10 潘学英，魏庆朝,邱丽丽，程雯.快慢线模式在北京地铁新线设计中的应用J.都市快轨交 通，2012,05:33-37.11 潘寒川，杨涛.市域轨道交通快慢车组合运营的通行能力研究J.城市轨道交通研究，2009,10:48-51.12 孙元广，史海欧.市域线快慢车组合运营模式研究与实践J.都市快轨交通,2013,02:14-17.13 周庆瑞.世界城市轨道交通快慢车组合运行模式简析J.都市快轨交通,2013,02:18-22.