尹仁發(fā)

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

1 概述

目前，我國都市經(jīng)濟(jì)圈一體化和城市化進(jìn)程正加快發(fā)展，各發(fā)達(dá)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)化大都市服務(wù)的范圍不斷擴(kuò)大。為了提高區(qū)域經(jīng)濟(jì)的整體競爭力，充分發(fā)揮中心城市的輻射功能和各城市間的互補(bǔ)功能，必須要突破行政區(qū)劃的羈絆，對區(qū)域資源進(jìn)行整合。而交通基礎(chǔ)設(shè)施的一體化是區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化的基礎(chǔ)，可以全面提高大都市經(jīng)濟(jì)圈間的通達(dá)性和經(jīng)濟(jì)活力。因此，各地政府均明確提出構(gòu)建都市圈內(nèi)部交通網(wǎng)絡(luò)——規(guī)劃建設(shè)都市圈軌道交通系統(tǒng)。環(huán)渤海、珠三角、長三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的主要城市均在編制自己的都市圈軌道線網(wǎng)規(guī)劃，例如杭州、合肥、重慶等大城市。

在都市圈軌道線網(wǎng)規(guī)劃中，車輛型式的選擇將直接影響著項(xiàng)目工程的投資、項(xiàng)目的難易程度、后續(xù)線網(wǎng)發(fā)展的可持續(xù)性，因此有必要在規(guī)劃階段做好車輛選型工作。

2 都市圈軌道交通特點(diǎn)

傳統(tǒng)干線鐵路以承擔(dān)區(qū)域?qū)ν忾L距離客流為主，城際軌道交通和公路以承擔(dān)區(qū)域內(nèi)部中長距離客流為主，城市軌道交通以服務(wù)城市內(nèi)的居民出行為主。而都市圈軌道交通則以承擔(dān)都市圈范圍內(nèi)中短距離客流為主。都市圈軌道交通具備表1中的特點(diǎn)。

都市圈軌道交通與城市軌道交通方式是既分工又合作的關(guān)系，服務(wù)對象、軌道制式、旅行速度各不相同，分工明確，二者是區(qū)域內(nèi)不可或缺的交通基礎(chǔ)設(shè)施。都市圈軌道交通是都市圈內(nèi)綜合交通系統(tǒng)的骨干，城市軌道交通是城市綜合交通的骨干，二者相互配合、相互補(bǔ)充，共同促進(jìn)區(qū)域內(nèi)城市之間的合理集聚和分工。都市圈軌道交通有助于形成區(qū)域內(nèi)合理的綜合交通體系，滿足不同層次的旅客需求，加強(qiáng)中心城市的輻射能力。

表1 都市圈軌道交通特點(diǎn)

3 都市圈軌道交通車輛選型研究

一般而言，都市圈軌道交通線路兩端連接的是大都市及其周邊的發(fā)達(dá)衛(wèi)星城市，線路經(jīng)過地區(qū)是城市的繁華地段、核心區(qū)，因此線路敷設(shè)一般均以地下隧道或地面高架為主。

目前，我國軌道交通項(xiàng)目車輛制式按車輛走行部分與行駛軌道之間的匹配關(guān)系區(qū)分為:鋼輪、膠輪、獨(dú)軌、磁懸浮和輪軌制式的特例——線性電機(jī)等。根據(jù)國內(nèi)鐵路發(fā)展情況，綜合考慮建設(shè)成本和運(yùn)能需求和線網(wǎng)銜接等因素，都市圈軌道交通推薦采用傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌制式。

在鋼輪鋼軌制式下，又存在國鐵、地鐵/輕軌、現(xiàn)代有軌電車等多種車輛型式。本文將結(jié)合都市圈軌道交通項(xiàng)目特點(diǎn)，做逐一分析研究。

3.1 國鐵模式

3.1.1 國鐵模式下車輛型式的選擇。

目前，國鐵旅客運(yùn)輸所采用的車輛型式一般分為2種，一種是采用動(dòng)力集中式列車，另外一種是采用動(dòng)車組，而根據(jù)牽引種類的不同，又分為內(nèi)燃牽引和電力牽引2種。

結(jié)合動(dòng)力形式和牽引種類，國鐵車輛型式可分為:

(1)動(dòng)力集中式內(nèi)燃牽引列車;

(2)動(dòng)力集中式電力牽引列車;

(3)內(nèi)燃動(dòng)車組;

(4)和諧號(hào)電力動(dòng)車組。

關(guān)于上述4種車輛型式的選擇分析詳見表2。

表2 國鐵模式下車輛選型的比較分析

3.1.2 國鐵和諧號(hào)動(dòng)車組簡介

線路若選用國鐵模式，應(yīng)選用和諧號(hào)動(dòng)車組。因此，本節(jié)重點(diǎn)介紹一下國內(nèi)現(xiàn)行和擬生產(chǎn)的動(dòng)車組。

(1)國鐵現(xiàn)運(yùn)營CRH動(dòng)車組

中國鐵路開行的 CRH動(dòng)車組型號(hào)有 CRH1，CRH2，CRH3，CRH5，CRH380A，CRH380B。

上述動(dòng)車組設(shè)計(jì)速度均在200 km/h以上，車體大、編組長，主要用于客流量很大的干線客運(yùn)專線或大城際鐵路，顯然不適于用都市圈軌道交通。

(2)擬生產(chǎn)動(dòng)車組

CRH6型電力動(dòng)車組是中國一種設(shè)計(jì)中的新一代城際電力動(dòng)車組，由南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司研制，并于旗下的廣東南車軌道交通車輛修造基地生產(chǎn)。CRH6型動(dòng)車組適用于城市間以及市區(qū)和郊區(qū)間的短途通勤客運(yùn)，滿足載客量大、快速乘降、快啟快停的運(yùn)營要求。

CRH6型動(dòng)車組采用8輛標(biāo)準(zhǔn)編組、編組長度199.5 m。根據(jù)運(yùn)輸距離、站點(diǎn)和乘客群的不同，CRH6型動(dòng)車組分為兩大類型，運(yùn)營速度分別為時(shí)速200 km和160 km兩個(gè)等級(jí)。時(shí)速200 km的CRH6型動(dòng)車組最高運(yùn)營速度220 km/h、試驗(yàn)速度250 km/h，以“大站?！钡哪Ｊ竭\(yùn)營;而時(shí)速160 km的CRH6型動(dòng)車組最高運(yùn)營速度160 km/h、試驗(yàn)速度180 km/h，以“站站?！蹦Ｊ竭\(yùn)營。由于通勤鐵路站間距較小、客流量較大，因此CRH6型動(dòng)車組也具有快速停車啟動(dòng)、大載客容量的特點(diǎn)，其技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 CRH6動(dòng)車組技術(shù)參數(shù)

3.1.3 動(dòng)車組的選擇意見

由于CRH6型動(dòng)車組適用于城市間以及市區(qū)和郊區(qū)間的短途通勤客運(yùn)，滿足載客量大、快速乘降、快啟快停的運(yùn)營要求，該動(dòng)車組采用交流25 kV供電制式。因此若選用國鐵動(dòng)車組做為都市圈軌道交通車輛，CRH6動(dòng)車組具備一定的優(yōu)勢。

3.2 地鐵/輕軌模式

根據(jù)建設(shè)部《城市快速軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》建標(biāo)(104-2008)，現(xiàn)代地鐵系統(tǒng)能夠滿足最大單向運(yùn)能3萬人次/h～7萬人次/h的運(yùn)能需求，輕軌系統(tǒng)能夠滿足1萬人次/h～3萬人次/h的運(yùn)能需求。都市圈軌道交通系統(tǒng)選擇地鐵/輕軌模式也具備一定的可行性。

目前國內(nèi)A/C型車的最高速度可達(dá)120 km/h。國內(nèi)地鐵車輛均采用直流750 V/1 500 V供電制式。列車編組方式有4～8輛編組不等。地鐵一般開行站站停列車、站間距短、最高運(yùn)行速度相對較低(不超過120 km/h)、線路以地下隧道、地面高架的形式敷設(shè)。都市圈軌道交通明顯具備典型城市軌道交通的特征。顯然，若采用地鐵/輕軌系統(tǒng)在一定意義上也是可行的。

3.3 現(xiàn)代有軌電車模式

現(xiàn)代有軌電車是在傳統(tǒng)有軌電車的基礎(chǔ)上通過全面改造升級(jí)的一種先進(jìn)交通方式。它具有高運(yùn)能、高速度、高彈性、高舒適性等特征，可以適應(yīng)單向從0.5萬 ～1.5萬人次/h的客流需求，設(shè)計(jì)時(shí)速可達(dá)70～80 km。現(xiàn)在有軌電車一般用于與城市公路共用路權(quán)的道路交通，由于利用了既有道路，所以造價(jià)極低，也因此，其旅行速度僅能達(dá)到20～30 km/h。

都市圈軌道交通連接的是大都市與周邊發(fā)達(dá)衛(wèi)星城市，兩地之間一般沒有便捷的既有城市道路可利用修建現(xiàn)在有軌電車系統(tǒng)，而若考慮新建全封閉線路，采用有軌電車模式，其工程造價(jià)節(jié)省空間不大。選用有軌電車，無論從運(yùn)能、設(shè)計(jì)速度來看都是不能滿足要求的。因此，從建設(shè)資金投入與運(yùn)能、服務(wù)水平產(chǎn)出綜合來看，選用現(xiàn)代有軌電車對于都市圈軌道交通來看，性價(jià)比很低，不予推薦。

4 車輛選型的比選

根據(jù)上述車輛選型的初步分析，選用國鐵模式下和諧號(hào)電力動(dòng)車組或者地鐵/輕軌模式下的車輛對于都市圈軌道交通項(xiàng)目都是可行的，均能夠滿足運(yùn)能和服務(wù)水平。2種模式下的特點(diǎn)分析詳見表4。

從表4可以看出，2種模式各有特點(diǎn)，在進(jìn)行都市圈軌道交通車輛選型時(shí)應(yīng)詳細(xì)分析。具體選擇應(yīng)從以下幾個(gè)方面做分析。

4.1 線網(wǎng)銜接關(guān)系

此因素由都市圈軌道交通項(xiàng)目的線網(wǎng)地位決定，體現(xiàn)在線路起終點(diǎn)選取、行車交路、換乘站的選取、未來延伸方向等方面。都市圈軌道交通與相鄰線路的銜接方式有旅客換乘銜接和運(yùn)輸組織銜接2種模式。旅客換乘銜接是指旅客換乘車站的通道或并站臺(tái)設(shè)置，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)跨線換乘。運(yùn)輸組織銜接是指通過聯(lián)絡(luò)線、合理運(yùn)輸組織方案和調(diào)度指揮，實(shí)現(xiàn)列車跨線運(yùn)行，以縮短旅行時(shí)間。

如果都市圈軌道交通需與干線鐵路列車相互跨線直通運(yùn)行時(shí)，則采用國鐵模式，如需要與城市軌道交通貫通運(yùn)營，則采用地鐵/輕軌模式。若在銜接站通過旅客換乘銜接，2種模式均可采用，要結(jié)合其他重要因素分析后確定。

表4 國鐵模式與地鐵/輕軌模式特點(diǎn)分析

以珠三角城際軌道交通網(wǎng)中廣佛城際、穗莞深城際為例說明。廣佛城際連通廣州和佛山兩市城市軌道交通，線路較短，速度目標(biāo)值80 km/h，且為全地下敷設(shè)，因而選用地鐵模式，采用直流供電制式;穗莞深城際前期研究中，由于線路深入到城市中心區(qū)并串聯(lián)起廣州、東莞、深圳三市的城市軌道交通網(wǎng)，速度目標(biāo)值定為140 km/h，站間距較短，地下區(qū)段較長，關(guān)鍵是約有一半線路需與城市地鐵線路共線運(yùn)營，具有兼顧城際與城市軌道交通的雙重功能，因此，采用地鐵模式是合適的。后由于線位走向、銜接換乘關(guān)系、速度目標(biāo)值以及基于整個(gè)珠三角城際網(wǎng)的綜合考慮，選用了國鐵模式交流供電。

可見，線網(wǎng)銜接關(guān)系往往會(huì)成為確定車輛選型的決定因素。

4.2 速度目標(biāo)值

速度目標(biāo)值應(yīng)符合都市圈軌道交通在線網(wǎng)中的分工和功能定位，結(jié)合項(xiàng)目客流特點(diǎn)、旅客出行時(shí)間目標(biāo)要求、車輛選型及工程投資綜合比選確定。反過來，速度目標(biāo)值又會(huì)影響都市圈軌道交通的車輛選型、限界、地下區(qū)段隧道斷面、弓網(wǎng)受流質(zhì)量及牽引供電系統(tǒng)供電能力設(shè)計(jì)等方面，其中尤以車輛選型為核心。

從車輛最佳功率配置、弓網(wǎng)受流質(zhì)量和實(shí)際工程應(yīng)用情況分析，速度目標(biāo)值低于120 km/h時(shí)，線路長度較短(50 km以下)，國鐵交流、地鐵直流供電制式均可選用，此時(shí)速度目標(biāo)值并非決定因素，車輛選型更多取決于線網(wǎng)銜接關(guān)系等其他因素;速度目標(biāo)值介于120～140 km/h時(shí)，線路長度在100 km左右，國鐵交流、地鐵直流供電制式均可選用，此時(shí)速度目標(biāo)值相比城市軌道交通屬快速水平，相比國鐵則屬于普速水平，若采用直流供電制式，車輛功率配備及性價(jià)比、研制成本開始受控，牽引供電系統(tǒng)配套非受控，但相比交流供電，技術(shù)經(jīng)濟(jì)均無優(yōu)勢;速度目標(biāo)值高于140～160 km/h時(shí)，線路長度在100 km左右，直流制式車輛已不經(jīng)濟(jì)，研制成本增加，國內(nèi)外已無運(yùn)營業(yè)績，同時(shí)為之配套的直流牽引供電系統(tǒng)也很不經(jīng)濟(jì);速度目標(biāo)值大于160 km/h，線路一般較長(大于100 km)，從弓網(wǎng)受流質(zhì)量和牽引供電系統(tǒng)配套來講，交流供電占優(yōu)，應(yīng)采用交流牽引供電制式，此時(shí)，速度目標(biāo)值已是供電制式選擇的決定因素。

4.3 城市景觀影響

此因素與線路敷設(shè)方式有關(guān)。線路若采用地下敷設(shè)，2種模式對環(huán)境景觀均無影響。在地面和高架敷設(shè)段，牽引供電若采用地鐵模式，采用直流1 500 V接觸軌供電，安裝位置靠近路基，對景觀沒有影響，但接觸軌受流方式不能適應(yīng)車輛140 km/h及以上速度目標(biāo)值的要求。接觸網(wǎng)采用直流1 500 V架空柔性接觸網(wǎng)供電，由于載流要求，一般采用雙承力索、雙接觸線和電流加強(qiáng)線，上部支持結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，跨距也比交流供電小，且雙線區(qū)段接觸網(wǎng)支柱布置在線路兩側(cè)，相比國鐵模式交流供電而言，對市區(qū)整體形象和局部景觀的影響稍大一些。但一般對景觀有特別要求的市區(qū)或密集區(qū)，線路也多會(huì)采用地下敷設(shè)方式。因此，城市景觀影響并非決定因素。

5 結(jié)論

(1)線網(wǎng)銜接關(guān)系是決定都市圈軌道交通車輛選型的關(guān)鍵因素。若其與國鐵干線通過運(yùn)輸組織銜接，列車直通和跨線運(yùn)行，則采用國鐵模式、交流供電;若其與城市軌道交通通過運(yùn)輸組織銜接，共線運(yùn)營或開行大交路，則采用地鐵/輕軌模式、直流供電。否則，需在合適的換乘站通過旅客換乘銜接。

(2)在都市圈軌道交通線網(wǎng)中，通過運(yùn)輸組織銜接的線路應(yīng)采用同一種車輛型式，以便實(shí)現(xiàn)資源共享、統(tǒng)一調(diào)度和運(yùn)營維護(hù)管理。

(3)速度目標(biāo)值是決定都市圈軌道交通系統(tǒng)車輛選型的重要因素。速度目標(biāo)值大于160 km/h，則采用國鐵模式。速度目標(biāo)值介于120～140 km/h，宜采用國鐵模式，若地下區(qū)段較長，站間距短，也可采用地鐵模式。速度目標(biāo)值小于120 km/h，具體選擇國鐵還是地鐵/輕軌模式，則需根據(jù)項(xiàng)目工程特點(diǎn)進(jìn)行具體方案的綜合比選，重點(diǎn)在供電系統(tǒng)、土建工程和車輛購置費(fèi)三大方面。

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