以云计算、大数据、5G和人工智能为代表的科技革命，正加速推动城市轨道交通由传统运输组织模式向互联互通网络运营的智能运输组织模式转变。《城市轨道交通网络运营组织理论与管理方法》结合轨道交通研究及发展趋势，以作者及其团队在城市轨道交通网络运营组织理论与管理方法等方面的研究成果为基础，系统阐述了城市轨道交通网络运营的基本特征、组织模式、运营组织及管理相关理论和方法，内容包括城市轨道交通网络拓扑结构分析方法及时空演化特征、运营组织模式、多交路运营客流分配方法、开行方案及运营列车时刻表优化、城市轨道车底运用与检修计划协同优化、大小交路列车运行仿真、网络化运营管理模式及企业财务运营能力、大客流组织和换乘站管理、资源共享管理、运营安全评价方法等方面。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 我国城市轨道交通发展现状 1
1.2 城市轨道交通线网形态 4
1.2.1 轨道交通典型线网形态分类 4
1.2.2 线网换乘便捷性分析 5
1.3 网络拓扑结构分析方法 6
1.3.1 地铁网络测度和指标分类 6
1.3.2 网络规模和形态 6
1.3.3 网络拓扑结构评价指标 10
1.3.4 地铁网络与城市的关系 11
1.4 城市轨道交通网络时空演化特征 15
1.4.1 网络宏观演化特征 15
1.4.2 网络微观演化特征 17
1.4.3 北京地铁网络时空演化实证 20
参考文献 26
第2章 城市轨道交通网络化运营组织模式 28
2.1 网络化运营组织模式分类 28
2.1.1 多交路共线运营 28
2.1.2 灵活编组与多交路组合运营 31
2.1.3 快慢车与多交路组合运营 33
2.1.4 互联互通网络化跨线运营 34
2.2 城市轨道交通网络化运营企业组织模式 37
2.2.1 企业组织模式的基本类型 38
2.2.2 企业组织结构及优缺点 40
2.2.3 企业运营组织结构与管理模式案例分析 43
参考文献 44
第3章 城市轨道交通多交路运营客流分配方法 46
3.1 轨道交通客流分配基本理论 46
3.1.1 共线运营问题基本理论 46
3.1.2 基于发车频率的共线运营客流分配方法 48
3.2 城市轨道交通多交路共线运营客流分配 50
3.2.1 城市轨道交通多交路共线运营类型 50
3.2.2 基于发车频率和乘客出行区段划分的客流分配方法 51
3.2.3 基于超路径的客流增量分配方法 56
3.2.4 多交路共线运行客流分配模型 58
3.2.5 多交路共线运行客流分配模型求解算法 59
3.2.6 客流分配案例分析 60
3.3 基于列车开行方案的城市轨道交通多交路客流分配 62
3.3.1 基于列车开行方案的多交路共线运营服务网络构建方法 62
3.3.2 基于发车频率的超路径客流分配方法 63
3.3.3 基于列车开行方案的多交路共线运营客流分配模型 64
3.3.4 求解算法及案例分析 67
参考文献 72
第4章 城市轨道交通多交路运营列车开行方案优化方法 73
4.1 城市轨道交通多交路运营基本概念 73
4.1.1 多交路的概念 73
4.1.2 多交路运输组织模式 73
4.2 考虑满载率均衡性的大小交路列车开行方案优化 75
4.2.1 城市轨道交通大小交路列车开行方案模型 75
4.2.2 列车开行方案模型求解算法及案例分析 80
4.3 考虑开行比例的大小交路列车开行方案优化 84
4.3.1 大小交路列车开行比例 84
4.3.2 列车开行方案优化模型构建 85
4.3.3 优化模型求解算法 92
4.3.4 案例分析 94
参考文献 100
第5章 城市轨道交通网络化运营列车时刻表优化方法 101
5.1 列车时刻表优化基本理论 101
5.1.1 列车时刻表优化基本框架 101
5.1.2 客流时变需求分析 101
5.1.3 动态客流需求的数学描述 103
5.2 考虑客流时变需求的大小交路列车时刻表优化 104
5.2.1 问题描述 104
5.2.2 客流时变需求的大小交路列车时刻表优化模型 105
5.2.3 模型求解方法及算法设计 108
5.2.4 列车时刻表优化案例分析 109
5.3 基于虚拟编组的列车时刻表优化方法 113
5.3.1 问题描述 113
5.3.2 模型构建 115
5.3.3 模型求解算法设计 120
5.3.4 列车时刻表优化案例分析 123
参考文献 128
第6章 共享车辆基地的城市轨道车底运用与检修计划协同优化 129
6.1 车底运用与检修计划研究现状 129
6.2 车底运用计划问题描述 130
6.3 车底运用与检修计划协同优化模型构建 132
6.3.1 符号说明 132
6.3.2 目标函数 133
6.3.3 约束条件 135
6.4 车底运用计划模型求解算法 137
6.4.1 车底数量求解算法 137
6.4.2 车底与车次匹配算法 137
6.5 案例分析 138
6.5.1 优化结果 142
6.5.2 灵敏度分析 144
参考文献 146
第7章 城市轨道交通大小交路列车运行仿真 148
7.1 轨道交通运行仿真基本理论 148
7.1.1 轨道交通仿真技术现状 148
7.1.2 轨道交通闭塞系统原理 152
7.1.3 轨道交通元胞自动机仿真方法 153
7.2 城市轨道交通大小交路列车追踪运行仿真模型 154
7.2.1 移动闭塞条件下列车*小安全追踪间隔计算 154
7.2.2 基于牵引计算的列车运行状态受力分析 158
7.2.3 基于变加速元胞自动机的列车追踪运行仿真模型 159
7.3 列车运行仿真 162
7.3.1 列车追踪运行仿真模型参数标定 162
7.3.2 单一交路运营模式的列车追踪运行仿真 164
7.3.3 大小交路运营模式的线路通过能力仿真 167
7.3.4 大小交路运营模式的车底运用数量仿真 169
参考文献 170
第8章 网络化运营管理模式及企业财务运营能力 172
8.1 网络化运营管理模式 172
8.1.1 网络化运营管理模式分类 172
8.1.2 单运营商管理模式 178
8.1.3 多运营商管理模式 179
8.2 城市轨道交通企业成本管理 184
8.3 我国轨道交通企业财务运营能力 186
8.3.1 企业人工成本 186
8.3.2 企业偿债能力 188
8.3.3 企业盈利能力 189
8.3.4 企业营运能力 194
8.3.5 企业成长能力 195
参考文献 198
第9章 城市轨道交通大客流组织及换乘站管理方法 199
9.1 城市轨道交通大客流组织基本理论 199
9.1.1 大客流概念及分类 199
9.1.2 大客流时空分布特征 200
9.1.3 大客流预警等级分类 203
9.2 城市轨道交通车站大客流组织方法 204
9.2.1 大客流的控制原则 204
9.2.2 大客流的组织管理措施 205
9.3 换乘概念及换乘方式 207
9.3.1 换乘概念 207
9.3.2 换乘运营指标 207
9.3.3 换乘方向和换乘时间构成 208
9.3.4 换乘方向数和换乘时间计算 209
9.3.5 定时换乘系统设计 210
9.3.6 同时换乘的地铁车站布局和时刻表 211
9.3.7 换乘站类型及换乘组织方式 212
9.4 换乘流线设计与客运组织管理方法 218
9.4.1 换乘流线设计方法 218
9.4.2 换乘站客运组织管理 221
参考文献 222
第10章 城市轨道交通资源共享管理方法 223
10.1 网络化运营资源共享管理 223
10.1.1 网络化运营设施设备资源共享 223
10.1.2 互联互通跨线运营的车辆资源共享 224
10.2 车辆基地资源共享类型及特征 225
10.2.1 车辆基地资源共享分类 225
10.2.2 共享车辆基地特征 226
10.2.3 车辆基地资源共享案例分析 227
10.2.4 共享车辆基地车底运用方式 228
10.3 车辆基地资源共享 230
10.3.1 车辆基地资源共享现状 230
10.3.2 国外共享车辆基地布局 233
10.3.3 我国共享车辆基地布局 237
10.3.4 小结 240
参考文献 240
第11章 城市轨道交通运营安全评价方法 241
11.1 城市轨道交通运营安全影响因素 241
11.2 运营事故统计 243
11.3 运营安全评价方法 246
参考文献 254

第1章绪论
　　城市轨道交通作为公共交通体系的骨干，是居民出行的重要手段。着眼于我国城市轨道交通发展现状，本章系统阐述城市轨道交通网络化运营(又称“网络运营”)特征、线网结构特征和客流时空分布特征，探讨网络拓扑结构分析方法，并以北京为例，分析网络化运营的实践经验，为后续介绍轨道交通网络化运营管理奠定基础。
　　1.1我国城市轨道交通发展现状
　　根据中国城市轨道交通协会统计，截至2024年底，中国共有58个城市开通城市轨道交通运营线路361条，运营线路总里程12160.77km(不含港澳台数据)。我国城市轨道交通运营情况见表1-1。拥有4条及以上运营线路，且换乘站3座及以上的城市有28个，占已开通城市轨道交通运营城市总数的48.28%[1]。目前，国内一线城市，如北京、上海、广州和深圳等已构建起相对成熟的城市轨道交通体系。其中，上海地铁已成为全球运营里程*长的城市轨道交通系统，杭州、武汉、成都等城市也在积极推进城市轨道交通建设，为城市发展注入新动力。
　　城市轨道交通网络化运营是以城市轨道交通网为基础，其本质是通过优化运输组织模式和经营策略，在保障安全的前提下提升运营效率，更好地服务乘客出行需求。一般而言，线路超过3条、换乘站超过3座、形成环状出行路径的城市轨道交通网络，能满足网络化运营的基本物理条件。按照此标准，截至2024年底，我国地区具备网络化运营条件的城市已达30个(不含港澳台数据)。网络化运营要求各线路、站点及交通方式之间实现紧密衔接和高效协同，以满足乘客的多样化出行需求。
　　网络化运营条件下，城市轨道交通系统各线路间不可避免地存在相互作用和影响，这种影响主要表现为两个方面：一方面是多条线路的相交使客流在不同线路区域间移动，一条线路、一个换乘站客流的突变都将引起整个网络客流的变化，致使客流在整个网络上重新分布；另一方面是多条线路在换乘站相交，使得不同线路间通过换乘站产生直接或间接联系，不同线路的列车开行需要在能力和时间两方面予以匹配，对轨道交通运输组织的协调性要求更高[2]。
　　轨道交通网络结构日趋复杂，线路制式与功能呈现多样化特征，加之客流时空分布具有显著差异性，这些因素共同导致网络化运营面临巨大挑战。因此，研究网络化运营组织理论和管理方法尤为必要。
　　1.2城市轨道交通线网形态
　　1.2.1轨道交通典型线网形态分类
　　轨道交通线网形态各异，是轨道交通系统在城市空间布局中点、线、面的组合。线路是*基本的要素，线路越长，线路数越多，构成的线网形态越复杂。若干条线路交会、衔接形成的节点，形成线网的换乘枢纽，交织成“网”的轨道交通线路覆盖的区域，决定了线网的服务和辐射范围[3]。根据*立线路的几何形式及其组合形式，可以将线网分为以下几种形态[4]，如图1-1所示。
　　图1-1典型的轨道交通线网形态
　　1.放射型及三角放射型线网
　　放射型及三角放射型线网布局以城市中心区为枢纽向四周延伸，整体呈星形分布，如图1-1(a)、(b)所示。这种结构常见于单中心区城市。其优势在于中心区与各区域的通达性较好，但非中心区之间的出行必须经中心枢纽换乘，导致枢纽站客流压力集中。
　　放射型及三角放射型线网*大优势在于能够沿城市主要出行需求方向布设线路，使大部分乘客无须换乘即可直达市中心。但是，该布局也存在明显缺陷：一方面，它会导致城市活动过度集中于用地资源紧张的中央商务区(central business district，CBD)，加剧该区域的交通压力；另一方面，对非CBD地区的出行服务能力较弱，前往这些区域的乘客往往需要在CBD换乘，形成效率较低的“V”字形出行路径，降低了线网的整体服务效能。
　　2.网格型线网
　　网格型线网由多组相互垂直的平行线路构成，形成“井”字形布局，如图1-1(c)所示。这种结构的特点是每个交叉节点都提供四个方向的通行选择，平行线路间的站点通常需经两次换乘，但任意两站间*多只需换乘两次即可到达。网格型线网的覆盖范围是均等的，适用于活动密度均衡且面积较大的城市，与由小的、高度集中的商业区主导的出行模式不适应。
　　网格型线网非常依赖地铁线路之间或地铁线路与接运线路在矩形车站换乘的乘客。很多乘客出行都需要换乘，但大多都不超过一次。如果线网由直线组成，平行线路间的出行需要换乘两次，乘客出行直达性降低。
　　3.环线线网
　　放射型线网和网格型线网存在一个共同的弊端：任意两条线路的远中心端之间的起讫点(OD)必须通过迂回路径才能到达。为提高线网的便捷性，一般在两种基本形态上增加弧线或环线，形成环线+网格型线网或环线+放射型线网，如图1-1(d)、(e)所示。远中心端往往位于城市边缘地区，只有当远中心端之间的客流数量达到一定程度时才考虑增加相应的弧线或环线，以便适应这些地区之间的交通需求。
　　在很多大城市，轨道交通网络包括放射型/直径型线路、环线、圆周线路或切线型线路，且不同线路通常与放射型线路以一定的角度相交而形成换乘站，从而形成环线+放射型线网。比起直接通过城市中心的线路，非放射型线路能为活动中心之间或放射型线路间，提供更直接的连接。圆周线路或横穿城镇式线路的多种功能、更多样的几何形式、更大的覆盖面积，使得这种形态的线网比纯放射型线网更能吸引大量的客流。
　　1.2.2线网换乘便捷性分析
　　城市轨道交通线网的形态决定了乘客能否通过轨道交通线路完成出行及是否需要换乘。随着城市轨道交通线网规模的扩大，线网内换乘总量大幅增加，对乘客的出行时间效益及线网的服务水平产生的影响随之增大。从乘客的个体出行行为上看，随着出行距离的延长，换乘次数对于路径选择的影响也随之增大。因此，从线网层面考察换乘能力的优劣应成为选择线网形态的一个重要依据。
　　城市轨道交通的规划线网换乘节点越多，乘客可选择的出行路径就越多，相应可减少线网的总换乘次数。下面引入“线网换乘便捷性”的概念以探讨规划线网换乘能力的差异性，与之直接关联的是线网中的换乘节点数[5]。
　　线网中两两线路间的换乘节点数可定义线网的换乘便捷性矩阵[6]，即
　　(1-1)
　　式中，m为线路条数；为线路i可换乘到线路j的站点数；dij为线路i和线路j之间的直接换乘节点的数目。当两条线路不存在直接换乘关系时。通过计算线网中各线路换乘节点数量的平均值，称之为线网换乘便捷性指数K，可以量化评估整个线网换乘便捷性：
　　(1-3)
　　显然，当线网的规模一定时，线网换乘便捷性指数K越大，乘客的平均换乘次数越少，即线网的换乘便捷性越好。假设一个由5条线路组成的简单线网，如图1-2所示。统计得到线网的换乘便捷性矩阵表，如表1-2所示。
　　矩阵的行标与列标表示对应的线路标号，行数与列数均等于线网内的线路数目；得到的线网换乘便捷性矩阵是一个对称矩阵。经过计算，该线网的换乘便捷性K=3.6。
　　1.3网络拓扑结构分析方法
　　1.3.1地铁网络测度和指标分类
　　本节对地铁系统网络特征的定量指标进行了系统的分类，并用这些指标进行描述、评价、对比分析。地铁网络的定量指标可以分成以下五类[7]：①衡量网络规模和形态(a类指标)；②表示网络布局(b类指标)；③描述网络和城市的关系(c类指标)；④描述服务数量和质量(d类指标)；⑤评估服务(e类指标)。
　　地铁网络的分析可以从很多方面进行，本书主要侧重于线路和网络的几何形式及运营方法，即a～c类指标；d类和e类指标则只是作为衡量服务质量和运营效率的标准，本书不再赘述。
　　1.3.2网络规模和形态
　　描述地铁网络规模和形态的主要指标定义如下：