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图/文：双桥观景
当一个普通的办公室打工人每天从他的栖身之所起床，完成洗漱准备后出门，在路上匆匆忙忙解决完早饭，随后紧赶慢赶走到离他家最近的地铁站，完成安检，购票/刷码进站等一系列流程后，难免会遇到一列车在他眼前关门开走，而下一班车……还要等上好几分钟的情况。对于一些时间卡的很紧的人来说，这短短的几分钟也有可能导致一整个紧密结合的出行计划的全盘皆输。而有些时候在这种“度日如年”的等待中，等来的列车也是人满为患，难以落脚。而车内的相当一部分人在上车前也显然等待了不短的时间，才等来这班“压缩罐头”一样的列车。在这种情况下，相信很多人都会有一种想法——“为什么地铁不能多开几班车呢？这样不是既减少乘客的等候时间，又让车厢内可以没那么拥挤吗？”那么本期，笔者就从几个主要因素开始，尽可能深入浅出地让大家理解减小地铁发车间隔的困难及方法。![]()
众所周知，除开像苏州7号线蠡塘河路-常楼或苏州6号线桑田岛-南斜步这种特殊情况之外（参考：【新线直击】苏州轨道交通6号线（下）），国内大多数地铁线路的运行基本上都是两个不同的方向分别在独立的线路上一来一回，在终点站切换方向然后再开回去。在不考虑经济效益，人工成本的情况下，如果要尽可能地减小列车的运行间隔，从技术层面上来说，如果一条地铁线路配备了足够多的列车和司机，那么减小间隔主要只需要考虑两个问题——前后列车可以形成的最小间距，以及列车在终点站折返所需要的时间。对于前者来说，由于地铁列车在封闭的轨道上运行，若前后列车间距不能控制得当，就有可能发生“追尾事故”。为此，必须控制前后列车的间隔，使得当前车因为某些原因减速甚至停车时，后车不至于撞上去酿成惨剧。在一些比较早期，列车平均速度比较慢的情况下，方法包括但不限于在前后两站的区间内只许存在一列车的路签法（路签只有一个，列车只有拿到了路签才被允许驶入这个区间），抑或是用人工观测前后车的距离进行控制。随着技术的进步，列车的速度也在提高，传统的方法自然也不再适用。为了可以在保证刹车距离的情况下尽可能减小前后列车的间距，目前采取的较为主流的移动闭塞系统，其主要原理是使用信号机和相应的设备将轨道划分为一个一个间距相对较小的分区，每列车前后大约2-3个分区的轨道禁止其他列车进入，再由电脑根据所有列车的移动对于各个分区进行动态调整。理论上只要每个分区划分的足够小，就可以让前后列车的间距逼近列车技术上的最短刹车距离，从而达到最小运行间隔的情况，但实际上，考虑到可能存在一些因素（比如地上段因为雨雪天气导致钢轨湿滑，摩擦系数变小而使得刹车距离变长），一般会留一些额外的冗余量。![]()
除此之外，在终点站的折返时间也是一个比较主要的因素。由于列车的不同方向均为独立的轨道，在接近终点站时就需要切换方向开到另外一条轨道才能完成“调头”工作。虽然地铁两头都有驾驶室，不至于像普通的汽车一样，把整个车子都调转180度（事实上也有部分地铁系统确实有这么做的条件，会修一条专门的半圆形轨道让列车可以直接转180度，这种一般称之为灯泡线），但是当一列车在终点站折返时，因为需要减速通过轨道之间的道岔等因素，会占用更长时间的轨道，而在占用轨道的这段时间内自然是无法让其他列车驶入这个区间。由于在建设阶段，轨道的限速出于曲率，长度，道岔等设计的原因基本上就是定死的，所以折返时间很难通过技术的进步获得太大压缩。也因此，折返时间对于地铁技术上的最小间隔影响一定程度上高于列车正常运行中的前后间距的相关影响。对于一条地铁线路的起终点车站设计来说，地铁列车折返时间一般而言会控制在120秒左右。![]()
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当然，并不是所有的折返站都能在120秒钟完成折返，也不是所有的地铁线路120秒的最小间隔都够用。一般而言，由于折返对于列车的影响相对较大，为了提升运输能力，减小间隔也往往会从这点入手。当然，随着技术的进步，信号系统本身可以支持的列车最小间距也有进一步压缩的趋势。这个大概是最常见的一种方案了，既然个别的首末站会限制一整条线路的运行间隔，那可以通过多设置几个终点站的方法，来使得列车可以在客流较大的区段内达到信号系统可以达到的最小运行间隔，而不用顾忌单一终点站的折返时间限制。当然，这一方案的主要目的更多是为了照顾客流量相对较大的线路核心区段，在保持整条线路运输能力的合理分配同时减少非必要的成本，并不是只为了单纯地减小间隔而服务。对于一些全线客流分布较为均匀甚至客流集中于首尾两端的线路，这种方法自然是不适用的。![]()
苏州1号线曾经开行过的大小交路方案，本意是用于减少1号线核心区段压力但由于实际客流分布均匀，狮子山站折返工作限制等原因，效果不佳，最后未能持续虽然一座城市是否修建环线取决于城市规划，线网形态等多种因素，并不是为了单纯的减小间隔而修建环线。但不可否认的是，环线列车的运行确实直接把“折返时间”这个最大的妨碍因素pass掉了。因此，除去列车出库入库的阶段外，环线上运行的列车理论上确实相对容易跑出更小的运行间隔。例如，相当一部分媒体在对于莫斯科地铁大环线的报道中，使用了“发车间隙最短80秒”的说法（事实上这也是较为极端的情况，莫斯科地铁的最小间隔一般在90秒左右，当然这也是在列车安全确认流程，屏蔽门设置等多种因素共同作用下的结果，不单单只是因为折返条件）不过，这种最小间隔相对而言只是一种技术上的可实现性，在实际的运行中，并不会因为具备技术条件便一定需要把间隔压缩到最小，而当压缩了折返时间后，如何进一步压缩运行间隔，似乎也就只有对信号系统“动刀”这一个方案了。3.从“信号分区”到“车-车通信”—TACS信号系统
在上文中，我们提到，如果要想减小运行间隔，最简单的办法就是插尽可能多的信号机，把轨道分区尽可能缩小。不过这种办法显然有点过于理想了——就算不考虑插入这么多信号机的成本，光是让电脑去处理这么多信号机反馈的信息显然就有些不太现实。而一种未来的解决思路便是将原有的信号机-信号机划分的轨道分区变为前后列车通过网络直接交换位置信息，自动控制距离，进而达到“真正意义上的最小技术间隔”，这便是TACS信号系统（Train Autonomous Circumambulate System ，基于基于车车通信的列车自主运行系统，国外也有称之为ATCS的）。当然，TACS系统现阶段大都是基于全自动级别（GOA4）地铁线路而设计的，因此在许多方面可以进行更加大胆的优化，加入了包括“虚拟重连”等多种新概念，不仅仅局限于“减小间隔”这一个优点，笔者此前在学校课程中的小组PPT展示也通过搜集相关资料做过一次汇报，如果读者比较感兴趣的话，后期笔者也可以单独开一期讲TACS的科普文章。不过，为了避免车车通信出现问题（如网络中断或车载电脑故障等），目前的TACS系统依然需要传统的信号分区划分作为一种安全冗余，而CBTC系统（Communication Based Train Control System，基于通信的列车自动控制系统，目前较为主流的列车控制系统）也具备一定程度的列车间数据交互能力，因此目前对于TACS能否算“下一代列车控制系统”尚存在一定争议。当然，对于一些线路来说，其实际运行间隔实际上远远达不到信号系统支持间隔极限，虽然确实尽可能的减小间隔会让乘客更加舒服，但是考虑到列车检修，耗电，设备维护等因素，相当一部分地铁公司会在乘客体验和收支的相对平衡中进行最大限度的取舍，让列车高峰期的满载率保持在一定水平，也不乏根据估测的运输需求来“精准确定”地铁列车的购买数量以节约成本，导致此后在面对客流增长时几乎拿不出更多列车用于压缩间隔的。除此之外，部分郊区-市区走向的地铁线路，与市区的联系只依靠线路末端的换乘车站（如上海17号线，广州9号线和13号线一期等）。这也导致早晚高峰期间的客流几乎全部汇集于为数不多的换乘车站，而当整体客流达到一定程度后，就有可能对于换入的主要线路造成冲击，造成换乘站客流积压，产生踩踏等风险。这种线路也有可能会被故意拉大运营间隔，从而减小对于换乘车站和换乘线路运营秩序的冲击。而如果这种线路需要减小间隔，则需要考虑将线路直接延伸至城市中心城区（如广州13号线二期工程）或研究增加换入线路的运输能力后才能实施了。![]()
当然，对于一些线路而言，其目前实际的运输能力本身在客流高峰期几乎已经达到了设计能力的极限（如广州3号线，苏州1号线等）。对于这些线路，仅仅指望通过技术进步来减小间隔，提升运输能力的效果也是相对有限的，最好的办法大概就是修筑平行线路分流或者把线路整体拆掉重新修了。
图中展示的苏州9号线方案已过时，具体建设方案以后续官方公示为准
不过另一方面来说，当一条线路的客流已经是使用目前国内地铁中最大运载量的8节A型编组列车（载客量大概在每列车2480人左右）每2分钟一班运输都会有点吃力的时候（对应断面7.44w/h，各地高峰小时断面数据可以参考：【客流观察】你所乘坐的线路、车站拥挤吗？-各地分线、车站客流数据解读），那可能线路本身的设计无论如何修改都无济于事，更重要的是建设更多线路完善线网结构，或者疏解城市中心城区过于集聚的功能，减少通勤客流的集中流动才可以解决的问题了……
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