随着城市化进程的推进及人口的快速增长,城市建成区规模不断扩大,道路交通拥挤进一步加剧。城市轨道交通准时性好、能力大、安全性高,已成为我国各城市缓解交通拥堵、引导城市发展的重要手段。在城市轨道交通网络中,市域线承担着城市市域范围内中心和郊区间的交通连接任务;由于线路长,客流不均衡性更加显著。快慢车是城市轨道交通市域线常用的列车运行组织形式,从客流与线路条件出发研究快慢车组织技术在市域线的合理应用,有利于促进运能与出行需求的有效匹配,降低企业运营成本,提升出行服务质量。本文在既有研究成果的基础上,以市域线快慢车运输组织技术为对象,分析了国内外城市轨道交通线路快慢车的运营实践经验,研究了快慢车运营组织对不同乘客出行行为的影响;建立了无越行均衡发车、无越行非均衡发车和考虑越行的三种快慢车运营模式下的列车开行方案优化模型,其中均衡发车时快慢车在始发站的发车间隔相同,非均衡发车时快慢车在始发站的发车间隔可以不同。通过案例分析,研究了不同快慢车运营模式的客流适用性范围和运营组织可行性。主要研究工作及结论如下:(1)基于乘客出行起讫点分类,分析了快慢车运营对不同群体出行行为的影响因素。建立了以乘客出行感知时间、车底购置费用和车公里费用最小为目标,以快慢车发车频率、快车跨站位置为决策变量的无越行、均衡发车的市域线快慢车开行方案优化模型。该模型考虑了线路通过能力、法定发车频率、列车满载率等约束,可定量分析快慢车运营组织下的乘客服务水平和企业成本。研究结果表明:快车的开行可诱导部分非直达乘客选择快车换乘慢车;发车频率为16列/h时,快慢车方案下的快车旅行速度较非快慢车方案提高5.0%,乘客出行时间降低1.6%,车底购置费用减少2.4%。这说明快慢车运营提高了乘客服务水平和企业效益。(2)在均衡发车的快慢车开行方案模型基础上,进一步构建了无越行、非均衡发车下市域线快慢车开行方案优化模型,该模型以快慢车发车频率、快车跨站位置和始发间隔为决策变量,并设计了遗传求解算法。案例结果表明:停站方案相同条件下,当发车频率由20列/h减少到16列/h时,车底购置费用、车公里费用均减少20.0%,乘客出行感知时间增加4.0%;这说明适当减少发车频率可在服务水平不显著下降情况下显著降低企业成本。发车频率为16列/h条件下,与均衡发车模式相比较,非均衡发车模式的快车最大跨站数量可提高为2,快车旅行速度可提高5.0%;候车时间虽有所增加,但在车时间减少,综合作用下乘客出行感知时间可降低2.2%,车底购置费用节省2.4%。这说明非均衡发车可提高乘客服务水平和企业效益。(3)以快慢车发车频率、快车跨站位置、始发间隔和快车越行位置为决策变量,构建了有越行模式下的市域线快慢车开行方案优化模型,并设计了遗传求解算法。案例结果表明:发车频率为16列/h条件下,与无越行模式相比较,有越行模式的快车跨站数量可提高为4,快车旅行速度可提高11.7%,乘客出行感知时间降低1.7%,车公里费用不变,车底购置费用略微提高0.8%。因此,越行可在企业成本提升较小的情况下提高了乘客服务水平。(4)分析了无越行均衡发车、无越行非均衡发车、考虑越行的三种快慢车运营模式以及非快慢车模式的客流适用范围,得到了不同运营模式的客流适用性。结果表明:本文案例条件下,当客流减少超过10%、发车频率小于16列/h时,无越行非均衡快慢车方案更优;当客流减少10%以内或增加20%以内、发车频率为16～22列/h时,有越行快慢车方案更优;当客流增加超过20%、发车频率大于22列/h时,非快慢车模式更优。(5)研究了快慢车不同运营模式对线路最大发车频率的要求,分析了三种快慢车运营模式应用时的技术可行性。案例结果表明:无越行条件下,由均衡发车变化为非均衡发车,开行快慢车的临界条件由发车频率不大于16列/h变化为20列/h;由无越行条件变化为有越行条件,开行快慢车的临界条件由发车频率不大于20列/h变化为26列/h。