摘 要：速度目標(biāo)值的選擇是城市軌道交通設(shè)計(jì)原則中的重要指標(biāo)，它直接影響軌道交通工程的土建規(guī)模及設(shè)備系統(tǒng)的選型。文章在分析城市軌道交通速度目標(biāo)值影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出了基于牽引計(jì)算模擬的速度目標(biāo)值評(píng)價(jià)方法，為城市軌道交通速度目標(biāo)值的評(píng)價(jià)研究提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；速度目標(biāo)值；牽引計(jì)算；評(píng)價(jià)方法

隨著京津冀一體化的不斷深入以及國(guó)內(nèi)許多城市圈的不斷形成，城市軌道交通線(xiàn)路規(guī)劃和建設(shè)的里程越來(lái)越長(zhǎng)，市域軌道交通、快速軌道交通線(xiàn)路規(guī)劃和建設(shè)也越來(lái)越多。因此，通常對(duì)于市區(qū)內(nèi)軌道交通最高速度80km/h、旅行速度35km/h的經(jīng)驗(yàn)已不能再簡(jiǎn)單地應(yīng)用于城市軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)中，對(duì)于線(xiàn)路較長(zhǎng)的快速地鐵系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用大于80km/h的速度目標(biāo)值。為了更好地驗(yàn)證采用的速度目標(biāo)值是否合理，應(yīng)對(duì)速度目標(biāo)值進(jìn)行比選和評(píng)價(jià)。

城市軌道交通線(xiàn)路選擇合理的最高運(yùn)行速度，可以快速輸送乘客，縮短乘客出行時(shí)間，提高軌道交通的整體服務(wù)水平，城市軌道交通線(xiàn)路的速度目標(biāo)值的選擇要考慮與線(xiàn)路功能定位、客流出行特征、車(chē)站分布等相適應(yīng)。此外還要考慮運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性以及不同速度目標(biāo)值對(duì)環(huán)境的影響。

1 城市軌道交通速度目標(biāo)值及其影響因素

1.1 城市軌道交通速度目標(biāo)值

城市軌道交通建設(shè)應(yīng)根據(jù)線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃，依據(jù)建設(shè)線(xiàn)路的客流特征、運(yùn)量等級(jí)和速度目標(biāo)等進(jìn)行功能定位，確定工程規(guī)模、運(yùn)營(yíng)規(guī)模和效益規(guī)模。其項(xiàng)目構(gòu)成應(yīng)滿(mǎn)足城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式和客運(yùn)需求。

城市軌道交通速度目標(biāo)值也即列車(chē)的設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度。例如：設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度80km/h的含義，是指在正常運(yùn)行狀態(tài)下，車(chē)輛技術(shù)條件可以滿(mǎn)足列車(chē)在區(qū)間連續(xù)使用80km/h的速度運(yùn)行，并在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可以使用80km/h作為正常運(yùn)行速度的系統(tǒng)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)幾個(gè)城市地鐵設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)，主要服務(wù)于城市區(qū)域的地鐵線(xiàn)路一般平均站間距均在1km-1.3km左右，市中心區(qū)車(chē)站密度較高，市區(qū)外圍車(chē)站密度相對(duì)減小。最小曲線(xiàn)半徑一般大于等于300m，最大縱斷面坡度一般不大于30‰，地鐵列車(chē)的最高運(yùn)行速度為80km/h，參考國(guó)內(nèi)北京、上海和廣州地鐵的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和國(guó)外地鐵運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，并考慮到地鐵運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)和設(shè)備技術(shù)水平的不斷發(fā)展，以及由于實(shí)際操作過(guò)程中各種因素的影響，確定地鐵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旅行速度一般不低于35km/h。對(duì)于在郊區(qū)運(yùn)行，站間距較大，列車(chē)運(yùn)行速度高于80km/h的快速地鐵系統(tǒng)，列車(chē)運(yùn)行的旅行速度應(yīng)該有所提高。

國(guó)內(nèi)部分城市軌道交通線(xiàn)路的速度目標(biāo)值如表1所示。

1.2 速度目標(biāo)值的影響因素

1.2.1 線(xiàn)路功能定位

對(duì)一個(gè)城市而言，不同的線(xiàn)路所承擔(dān)的任務(wù)、在線(xiàn)網(wǎng)中的定位是不同的，城市軌道交通線(xiàn)路依照所承擔(dān)的功能及線(xiàn)路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，可分為3個(gè)層次：城市快速組團(tuán)、城市干線(xiàn)、城市局域線(xiàn)。

進(jìn)行速度目標(biāo)比選時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)其功能定位，并充分考慮同一客流走廊內(nèi)小汽車(chē)、公交汽車(chē)等交通方式的出行時(shí)間，合理確定旅客出行的時(shí)間目標(biāo)值，進(jìn)而框定軌道交通合理的旅行速度。

1.2.2 客流出行特征

進(jìn)行速度目標(biāo)選擇時(shí)，要考慮各級(jí)運(yùn)距的乘客量及客流出行距離等客流出行特征。城市干線(xiàn)一般線(xiàn)路采用80km/h的最高運(yùn)行速度，旅行速度達(dá)到35km/h，能夠滿(mǎn)足大部分乘客的出行需求，服務(wù)水平亦較高，速度目標(biāo)值的選取與客流需求相適應(yīng)，是合理的。對(duì)于較長(zhǎng)的線(xiàn)路，也應(yīng)考慮滿(mǎn)足特定乘距范圍的客流出行需要，這個(gè)特定乘距范圍客流所占的客流比例應(yīng)該是最大的。

1.2.3 車(chē)站分布

對(duì)于全封閉的城市軌道交通線(xiàn)路，旅行速度與車(chē)輛的最高速度有關(guān)，也與車(chē)站的間距有關(guān)。車(chē)輛的最高速度目標(biāo)定為80km/h時(shí)，站間距大部分在1.2km-1.5km，可以滿(mǎn)足旅行速度35km/h。站間距大部分在2.0-2.5km，可以滿(mǎn)足旅行速度40-45km。

列車(chē)的旅行速度與站間距關(guān)系密切，速度目標(biāo)選擇時(shí)應(yīng)考慮與車(chē)站分布相匹配，不能盲目追求列車(chē)的最高運(yùn)行速度。

2 基于牽引計(jì)算模擬的城市軌道交通速度目標(biāo)值評(píng)價(jià)方法

2.1 城市軌道交通速度目標(biāo)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)線(xiàn)路功能定位、客流出行特征、車(chē)站分布確定線(xiàn)路推薦采用的速度目標(biāo)值，為了驗(yàn)證此速度目標(biāo)值是否合理，需要對(duì)推薦的速度目標(biāo)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。文章采用基于牽引計(jì)算模擬的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)牽引計(jì)算軟件得到線(xiàn)路的區(qū)間運(yùn)行時(shí)間及最高運(yùn)行速度，進(jìn)而得出評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)推薦的速度目標(biāo)值是否匹配線(xiàn)路的設(shè)計(jì)以及在這一速度目標(biāo)值下線(xiàn)路的旅行速度是否合理。

文章采用的城市軌道交通速度目標(biāo)值評(píng)價(jià)指標(biāo)為：達(dá)到最高速度區(qū)間比例和旅行速度。選擇這兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的原因如下：（1）達(dá)到最高速度區(qū)間比例。列車(chē)在某一區(qū)間運(yùn)行經(jīng)過(guò)了加速到達(dá)最高速度，然后再勻速運(yùn)行，減速進(jìn)站，說(shuō)明此區(qū)間的線(xiàn)路條件較好，列車(chē)最高速度的設(shè)置與區(qū)間線(xiàn)路條件是匹配的。達(dá)到最高速度區(qū)間長(zhǎng)度的比例越大，說(shuō)明列車(chē)最高速度的設(shè)置與整條線(xiàn)路是越匹配的。與此類(lèi)似，我們還可以統(tǒng)計(jì)最高速度時(shí)分的比例、最高速度運(yùn)行長(zhǎng)度的比例。當(dāng)這些比例都比較大時(shí)，可以推出所設(shè)置的速度目標(biāo)值是合理的。（2）旅行速度。線(xiàn)路的旅行速度是指線(xiàn)路的單向運(yùn)行里程與旅行時(shí)間的比值，旅行時(shí)間包括區(qū)間運(yùn)行時(shí)間與停站時(shí)間，是行車(chē)組織中衡量旅客服務(wù)水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通過(guò)旅行速度來(lái)評(píng)價(jià)速度目標(biāo)值的評(píng)價(jià)依據(jù)為：設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為80km/h的系統(tǒng)，旅行速度不宜低于35km/h；設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度大于80km/h的系統(tǒng)，列車(chē)旅行速度應(yīng)相應(yīng)提高。

2.2 評(píng)價(jià)方法流程設(shè)計(jì)

使用牽引計(jì)算軟件，輸入線(xiàn)路數(shù)據(jù)、車(chē)輛數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬牽引計(jì)算，得到區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間及最高運(yùn)行速度，由此可計(jì)算出速度目標(biāo)值評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算出來(lái)以后，我們就可以對(duì)推薦采用的速度目標(biāo)值做出一個(gè)科學(xué)合理的評(píng)價(jià)。

因此，文章所采用的基于牽引計(jì)算模擬的城市軌道交通速度目標(biāo)值評(píng)價(jià)方法可以用以下流程圖（圖1）來(lái)表示。

3 實(shí)例分析

根據(jù)上文提出的基于牽引計(jì)算模擬的城市軌道交通速度目標(biāo)值評(píng)價(jià)方法，文章以天津市軌道交通市域線(xiàn)Z4線(xiàn)為例進(jìn)行分析。

3.1 研究范圍及目的

天津市軌道交通市域線(xiàn)Z4工程遠(yuǎn)期規(guī)劃為南延一站～北延四站，線(xiàn)路全長(zhǎng)約100km，線(xiàn)路經(jīng)過(guò)南港、中部新城、于家堡、天堿地區(qū)、開(kāi)發(fā)區(qū)、北塘、生態(tài)城、旅游區(qū)、中心漁港、漢沽、寧河等區(qū)域。

線(xiàn)路一期范圍為新城一站～漢沽老城站；遠(yuǎn)期線(xiàn)路向北延伸至北延四站，向南延伸至南延一站。本次研究范圍為新城一站-漢沽老城站，共設(shè)車(chē)站22座，正線(xiàn)全長(zhǎng)46.4km，平均站間距2.2km。

根據(jù)線(xiàn)路的功能地位、客流特征、站間距情況，Z4線(xiàn)的速度目標(biāo)值推薦采用120km/h，為了評(píng)價(jià)120km/h速度目標(biāo)值對(duì)全線(xiàn)旅速的提升效果、線(xiàn)路設(shè)計(jì)是否匹配此速度目標(biāo)值，我們根據(jù)線(xiàn)路平縱斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬牽引計(jì)算。

3.2 牽引計(jì)算結(jié)果

3.2.1 區(qū)間最高速度及走行時(shí)間統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出：Z4線(xiàn)一期工程新城一站～漢沽老城站的區(qū)間運(yùn)行時(shí)間為38min24s；最大站間距為航母站-工業(yè)園站，站間距為4.014km，區(qū)間運(yùn)行時(shí)間為162s；最小站間距為南大街站-堡東路站，站間距為0.74km，區(qū)間運(yùn)行時(shí)間為55s。

根據(jù)牽引計(jì)算統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得出達(dá)到最高速度區(qū)間數(shù)占總區(qū)間數(shù)的比例為52.4%；達(dá)到最高速度時(shí)分占總運(yùn)行時(shí)分的比例為63.7%；達(dá)到最高速度區(qū)間總長(zhǎng)占線(xiàn)路全長(zhǎng)的比例為89.1%。

3.2.2 旅行速度計(jì)算

根據(jù)牽引計(jì)算結(jié)果以及停站時(shí)間，Z4線(xiàn)的旅行速度計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

從表3可以看出：一期工程全線(xiàn)的旅行速度為53.88km/h，一期地下段（津沽南站-第九大街站）的旅行速度為36.87km/h，一期高架段（新城一站-新城二站、第十三大街站-漢沽老城站）的旅行速度為64.28km/h。

3.3 結(jié)果分析及建議

（1）Z4線(xiàn)為軌道交通市域線(xiàn)，為了滿(mǎn)足市域新城與中心城區(qū)之間居民的長(zhǎng)距離快速出行的需求，Z4線(xiàn)的速度目標(biāo)值推薦采用120km/h。從模擬牽引計(jì)算結(jié)果來(lái)看，線(xiàn)路兩端的高架站基本能達(dá)到這個(gè)速度目標(biāo)值（模擬牽引計(jì)算中，一般會(huì)按最高速度減去5來(lái)設(shè)置限速，所以最高速度為120km/h時(shí)，在模擬牽引計(jì)算時(shí)設(shè)置的限速為115km/h）。線(xiàn)路中間的地下段，由于線(xiàn)間距較短、線(xiàn)路曲線(xiàn)限速的原因，最高速度基本為80km/h，因此在設(shè)計(jì)列車(chē)運(yùn)行交路、道岔型號(hào)等方面時(shí)可以此為參考進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。（2）一期工程全線(xiàn)的旅行速度比地下段的旅行速度提高了17km/h，說(shuō)明采用120km/h的速度目標(biāo)值能有效提高全線(xiàn)的旅行速度，降低乘客出行時(shí)間。下一步可根據(jù)實(shí)際線(xiàn)路情況，研究限制區(qū)間線(xiàn)路條件的優(yōu)化，以進(jìn)一步提高旅行速度。（3）達(dá)到最高速度區(qū)間數(shù)占總區(qū)間數(shù)的比例為52.4%；達(dá)到最高速度時(shí)分占總運(yùn)行時(shí)分的比例為63.7%；達(dá)到最高速度區(qū)間總長(zhǎng)占線(xiàn)路全長(zhǎng)的比例為89.1%，說(shuō)明推薦采用120km/h的速度目標(biāo)值與線(xiàn)路設(shè)計(jì)是比較匹配的。

4 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通速度目標(biāo)值的選擇，一方面應(yīng)結(jié)合全線(xiàn)功能定位、客流出行特征及車(chē)站分布情況比較采用不同速度目標(biāo)值的效果，另一方面應(yīng)采用模擬牽引計(jì)算對(duì)推薦的速度目標(biāo)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。合理選擇速度目標(biāo)值，可以有效縮短乘客出行時(shí)間，降低工程投資，從而實(shí)現(xiàn)軌道交通高效、合理、科學(xué)的建設(shè)目標(biāo)。

一條軌道交通線(xiàn)路在不同地段的最高速度相差較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步研究在推薦速度目標(biāo)值下采用開(kāi)行快慢車(chē)、直達(dá)車(chē)、大小交路等運(yùn)營(yíng)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]饒雪平，郭也清.城市群城際鐵路速度目標(biāo)值影響因素分析[J].城市軌道交通研究，2013，16（8）：5-9.

[2]馬晉.短距離城際軌道交通工程速度目標(biāo)值的選擇[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（10）：22-25.

[3]強(qiáng)士盎.城市軌道交通超長(zhǎng)線(xiàn)路速度目標(biāo)值選擇淺析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013（5）：20-24.

[4]陳修平.薊縣至大港市域快速鐵路速度目標(biāo)值研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014（11）：44-46+47.

[5]彭宇拓.高速鐵路速度目標(biāo)值的綜合評(píng)判[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2012，34（2）：46-50.

[6]馬大煒.高速列車(chē)及其速度目標(biāo)值的探討[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2003，24（5）：1-8.

[7]GB 50157-2013.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[8]建標(biāo)104-2008.城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 2008.