Elke minuut een trein, mogelijk in 2050

De ontwikkelingen rond ict en (zelfrijdende) voertuigen gaan in sneltreinvaart; binnenkort druk je op een knop en er komt een auto voorrijden. Wat betekent die innovatieve vraagsturing voor een grote speler als NS? Of zoals Jesper Haverkamp het formuleert: “Als reiziger heb je je nu aan te passen aan de dienstregeling. Kan de treindienst zich niet aanpassen aan jou?” Hij is begin dit jaar afgestudeerd aan TU Delft met het onderzoek Demand Responsive Rail Transport (pdf, Vraaggestuurd spoorvervoer). Inmiddels werkt hij als business analist bij het NS Kenniscentrum.

Haverkamp heeft de modelstudie uitgevoerd. Het onderzoeksgebied moest niet te veelomvattend (heel Nederland) of te simpel (één lijn) zijn. De keuze is gevallen op Noord-Holland boven het Noordzeekanaal. Dat gaat om de lijnen Amsterdam–Den Helder, Amsterdam–Enkhuizen en Heerhugowaard–Hoorn. Dit netwerk kent relatief weinig interactie met de rest van het spoornet.

En is vervoerkundig uitdagend door de dominante passagiersstromen richting Amsterdam in de ochtendspits en weer terug in de middagspits.

Het gaat dus om autonome voertuigen die zich bewegen over een railnetwerk. Ze rijden zonder dienstregeling, maar met variabele routes, stops en tijden, al naar gelang de vraag van reizigers. “We noemen het swarming: voertuigen die uitzwermen over het net”, zegt Bas Bakker, directeur Concessie & Ontwikkeling bij NS. Het was zijn initiatief om de TU Delft in te schakelen. Doel van het onderzoek: kijken of je de dienstregeling kunt loslaten en reizigers vraaggestuurd railvervoer kunt bieden met kortere reistijden en lagere kosten.

Haverkamp: “We hebben gekeken wat het rijden met kleinere, maar meer treinen betekent voor de wacht- en reistijden. Daarbij zijn we uitgegaan van de huidige netwerkstructuur en reispatronen (herkomst- en bestemmingsstations). Het model kan verfijningen afwegen, zoals extra infrastructuur, meer voertuigen en snellere reistijden. Of voertuigen juist laten omrijden om filevorming op het spoor tegen te gaan.”

Opvolgtijd van 40 seconden
“Je hebt op drukke baanvakken op z’n minst 60 voertuigen per uur per richting nodig. Dat betekent een gemiddelde opvolgtijd van 60 seconden”, vertelt Haverkamp. Moderne metro’s kunnen om de 90 seconden rijden. Sommige people movers halen al een opvolgtijd van 60 seconden, maar die rijden homogeen (gelijkmatig). De uitdaging van swarming zit in de variatie tussen de routes en stoppatronen van de voertuigen. Het drukst worden de baanvakken tussen een opstelterrein en groot station. Dan ga je naar een opvolgtijd van 40 seconden. Het betekent wel dat het theoretische swarming in de praktijk meer zou vragen dan Ermts, de Europese treinbeveiliging die de lidstaten nu uitrollen. Overigens is de beveiliging – net als een aantal andere onderdelen van swarming – niet onderzocht (zie kader). Dat heeft een reden. Bij swarming praat je over 2050, en de stand van de techniek van dan is nu uiteraard nog niet bekend.

Nu: elk station met elk station verbonden, eventueel met overstappen.

Haverkamp heeft het model voor swarming deels gebaseerd op queueing theory: optimalisatie van wachttijden in rijtjes. Zo krijgen doorgaande voertuigen prioriteit op stations waar ze kunnen inhalen. Dat voorkomt opstoppingen. In principe rijdt het voertuig van het vertrekstation rechtstreeks – dus zonder of met hooguit één tussenstop – naar het aankomststation. Maar alleen bij genoeg vraag. In het model is gerekend met tenminste 17 reizigers per uur, maar het minimum aantal reizigers kan de vervoerder (of de opdrachtgever) zelf instellen of zelfs op 1 reiziger zetten. Swarming levert de laagste kosten per reizigerskilometer als de dichtheid van stations hoog is in stedelijk gebied en laag in dunbevolkt gebied.

Swarming: alleen dikkere stromen; te weinig vraag op station Zaandam Kogerveld (Zdk).

Tussen grote stations neemt de frequentie toe. Van Zaandam naar Amsterdam Centraal verdubbelt de frequentie van 8 keer per uur in 2016 naar 16 keer bij swarming. Maar reizigers die van Enkhuizen naar Hoorn willen, zouden volgens het model te maken krijgen met een halvering: van 2 keer naar 1 keer per uur. Let wel: dat geldt weer niet voor reizigers van Enkhuizen naar Amsterdam of een ander groter station. Het principe van swarming is dat je niet elk station meer met elk station verbindt, maar alleen dikkere relaties.

Wat zijn de uitkomsten van het afstudeeronderzoek naar swarming? In Noord-Holland gaat 75 procent van de reizigers erop vooruit: 2 tot 5 minuten tijdwinst op een gemiddelde reis van 25 minuten, dus 10 tot 20 procent sneller. Dat zijn vooral reizigers in de Sprinter die met swarming tussenstops kunnen overslaan. Er zijn zelfs uitschieters van meer dan een kwartier reistijdwinst ten opzichte van de dienstregeling 2016, zoals de directe verbinding Schagen–Wormerveer. Voor 10 procent van de reizigers blijft de reistijd hetzelfde; 11 procent is langer onderweg dan nu en 4 procent kan de reis niet meer maken omdat er te weinig vraag is. Zo zou station Zaandam Kogerveld helemaal buiten de boot vallen: te weinig reizigers naar elk ander station. Dat is inherent aan collectief vervoer: bij te weinig massa is het niet efficiënt.

Het is natuurlijk de vraag of de samenleving dat acceptabel zou vinden. Je kunt trouwens wel elk station met elk station verbinden, maar dan heb je meer voertuigen nodig, kunnen enkele directe verbindingen maar een paar keer per dag rijden en stijgen de kosten.

3 sporen in plaats van 4
“Volgens ons model heb je voor swarming verbazingwekkend weinig extra sporen nodig”, zegt Haverkamp. “Op een paar drukkere stations heb je meer perrons nodig. Op een paar stations ook inhaalsporen. En overal dubbelspoor, vanwege de hogere frequentie.” Dat ligt er grotendeels. Twee uitlopers en één dwarsverbinding van netwerk Noord-Holland zijn nog enkelsporig: Schagen–Den Helder, Hoorn Kersenboogerd–Enkhuizen en Heerhugowaard–Hoorn. Op de drukste stukken, zoals Zaandam–Amsterdam, heb je vier sporen nodig. Die liggen er al. Soms volstaan drie sporen in plaats van vier. Het middelste dient dan als tidal flow: alleen voor de drukkere spitsrichting.

Het ideale voertuig voor swarming telt 25 tot 40 zitplaatsen, net zoveel als een bus. Haverkamp: “Bij meer dan 40 heb je wel meer stoelen, maar trek je volgens het model geen extra reizigers. Dat is minder efficiënt. En bij minder dan 25 stoelen heb je wel extra voertuigen nodig, maar biedt dat geen extra voordeel meer voor de reizigers.”

Volgens het model zijn er voor Noord-Holland zo’n 200 voertuigen nodig. Trein is eigenlijk niet meer het goede woord. De rijtuigen of ‘bakken’ rijden niet meer gekoppeld tot een trein of treinstel. Daarom heten de voertuigen modules. In de spits rijdt 95 procent van alle modules. Daarbuiten rijdt 50 procent. De andere helft staat dan in een depot.

Van alle ritten rijdt 20 procent leeg: om modules tijdig op het juiste vertrekstation te krijgen. Bij de resterende 80 procent is 70 procent van de zitplaatsen bezet. Daarmee kan de gemiddelde bezetting van álle voertuigen bijna verdubbelen: van 30 procent nu naar 55 procent met swarming. Hoe hoger die bezetting, hoe lager de exploitatiekosten per zitplaats. Haverkamp heeft alleen met zitplaatsen gerekend. Staanplaatsen kunnen voor laatkomers zijn.

De modules kunnen identiek zijn. Ze vormen dus een homogene vloot. Hoe gelijkmatiger de rijkarakteristiek, hoe minder capaciteit nodig is. Nu vreten juist de snelheidsverschillen tussen Intercity’s en Sprinters capaciteit. Nadeel van swarming is dat het zich niet laat combineren met traditioneel railvervoer. Er is geen compatibiliteit, zoals een hogesnelheidstrein die met lagere snelheid op een oude lijn kan rijden. Een eventuele ombouw naar swarming zou dus in één klap moeten gebeuren. Zware en lange goederentreinen passen er niet meer bij.

Spoor 15, vak 35
Swarming vraagt om andere communicatie met de reiziger en logistiek dan nu. “Je moet je reis van te voren reserveren. In het model zijn we uitgegaan van 5 minuten”, illustreert Bakker. “Dat is voor veel mensen ongeveer de tijd die ze nodig hebben om naar het station te lopen. Verder kan het zijn dat je moet instappen op spoor 15, vak 35.” Want modules zijn korter dan treinen. De reservering van 5 minuten vooraf is ook ongeveer de wachttijd (zie tabel). Haverkamp: “Opstelruimte ligt nu aan de uiteinden van lijnen, zoals in Amsterdam, Den Helder en Enkhuizen. Als je opstelruimte in Heerhugowaard of Purmerend toevoegt, wordt het systeem flexibeler en daalt de wachttijd.”

Topman Pier Eringa van ProRail wil nog dit jaar zelfrijdende treinen beproeven. Daardoor voelen machinisten zich volgens de vakbond FNV Spoor ‘geschoffeerd’. Is er bij swarming nog wel een machinist nodig? “Dat zegt ons model niet. Wel dat je op korte afstanden moet rijden. Het lijkt logisch dat dat automatisch gebeurt”, antwoordt Haverkamp. “Het is maar de vraag of de machinist opeens weg is. Modules hoeven niet per se zonder personeel te rijden. Misschien wil je een machinist aan boord die kan helpen als de module onderweg stilvalt. Of service verleent. Dat is allemaal nog onduidelijk.”

We gaan naar de maan
Binnen NS zijn de reacties op swarming zowel sceptisch als enthousiast. Bakker: “Mensen vinden dit nieuwe toekomstdenken gaaf, maar ook spannend. Dat snap ik. De invoering is lastig. Het is alsof je zegt: We choose to go to the moon”. Bij het spoor is de dienstregeling al bijna twee eeuwen heilig. Vaste vertrek- en aankomsttijden geven houvast en maken een reis beter planbaar. Innovaties als gaan wanneer je wilt en kortere reistijden zijn prachtig, maar verslechteringen wegen in de ov-sector vaak zwaar.

Het Programma Hoogfrequent Spoor (PHS) begint eind 2017 op de as Amsterdam–Eindhoven met zes Intercity’s per uur. Als dat een succes wordt, wordt PHS tot 2035 ook uitgerold op drie andere hoofdassen in de Randstad. Hoe ziet Bakker de plek van swarming? “Eerst het Toekomstbeeld OV 2040, inclusief meer lightrail rond de grote steden. Pas daarna komt swarming in beeld.” Het ideaal kan dan verschuiven van ‘elke tien minuten een trein’ naar ‘elke minuut een module’. Het is nu vooral voer voor discussie.

Op de Dag van de Rail (woensdag 21 juni in Utrecht) geven Bas Bakker en Jesper Haverkamp van NS een presentatie over swarming.

Niet onderzocht
Nog niet onderzocht bij swarming zijn ander reisgedrag (door kortere reistijden), beveiliging, voertuigontwerp (exterieur, interieur, wc), voertuigtechniek (aandrijving, energievoorziening, snelheid), verstoringen en wetten & regels. De TU Delft gaat uit van de huidige baanvaksnelheden, bedieningstijden (5.00-1.00 uur), infrastructuur (sporen, stations), reizen (herkomst-bestemming).

In de ochtendspits is de piek groter, rijden er meer voertuigen en is de wachttijd korter.