王仲林

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510010）

隨著城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，副中心、衛(wèi)星城概念不斷提升，城市軌道交通掀起了又一輪建設(shè)高潮。特大城市如北京、廣州、深圳等在軌網(wǎng)規(guī)劃中都提出了快線系統(tǒng)布局，以加強(qiáng)外圍副中心與城市中心區(qū)的快速聯(lián)系，對(duì)城市軌道交通的出行時(shí)空目標(biāo)提出了更高的要求，越來越多的城市也開始重視快線的建設(shè)。

城市副中心和衛(wèi)星城的發(fā)展離不開快速軌道交通的支持，規(guī)劃提出的時(shí)空目標(biāo)要求也越來越高，這些線路長度一般都超過50 km甚至達(dá)到100 km左右，所以線路的最高運(yùn)行速度也在不斷突破，從120 km/h到140 km/h，甚至達(dá)到160 km/h。

筆者通過總結(jié)分析廣州地鐵21號(hào)線的特性和功能需求，總結(jié)大站快線、快慢線組合以及復(fù)線等三大快線建設(shè)模式的功能差異及優(yōu)缺點(diǎn)，從如何規(guī)劃市域快線、如何選擇快線建設(shè)模式以及如何進(jìn)行投資控制等3方面著手，全面進(jìn)行分析，為國內(nèi)新建快線項(xiàng)目提供參考，避免盲目規(guī)劃設(shè)計(jì)，考慮不足而引起的各種問題。

1 廣州市域快線概況

軌道交通市域快線在巴黎、東京、倫敦、紐約等軌道交通建設(shè)較早的國外城市已有比較廣泛和成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；近年來我國從國家層面到各城市都對(duì)規(guī)劃建設(shè)市域軌道交通快線越來越重視，并且在部分城市取得了良好成效。

廣州率先在2005年底開通了3號(hào)線首通段，2006年底開通了一期工程（廣州東站—番禺廣場），為國內(nèi)第一條采用最高運(yùn)行速度120 km/h車型的市域快線，實(shí)現(xiàn)番禺副中心至中心區(qū)出行時(shí)間在30 min以內(nèi)，旅行速度達(dá)到49 km/h。這種模式最大的特點(diǎn)是中心區(qū)外圍采用大站間距，充分發(fā)揮了速度優(yōu)勢(shì)，為市民提供長距離的快速出行[1]。通車10年來，客流實(shí)現(xiàn)迅猛發(fā)展，日均客流115萬人次，全日客流強(qiáng)度更是達(dá)到3.8萬人/km，形成了以地鐵站點(diǎn)為中心的高強(qiáng)度開發(fā)和交通接駁。

經(jīng)過多年的運(yùn)營實(shí)踐，在后續(xù)的規(guī)劃建設(shè)中，廣州進(jìn)一步完善了市域快線網(wǎng)絡(luò)，在3號(hào)線與13號(hào)線形成東南北和東西十字快線基礎(chǔ)上，增加了14、21、18號(hào)線，分別形成往北（從化副中心）、往東北（增城副中心）、往東南（南沙自貿(mào)區(qū)）3個(gè)方向放射性市域快線，并在3條線路中全面采用了快慢車組合運(yùn)營模式，為乘客提供了差異化的出行方式，實(shí)現(xiàn)了外圍副中心至中心區(qū)更為快速的聯(lián)系。21號(hào)線是國內(nèi)較早采用快慢線組合運(yùn)營的線路，本文以此為例，總結(jié)市域快線在規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

2 功能定位分析

對(duì)于市域快線來講，一般服務(wù)于外圍副中心、衛(wèi)星城和城市中心城區(qū)的聯(lián)系，其最主要的功能體現(xiàn)是“快”。學(xué)術(shù)界多以“1小時(shí)”作為評(píng)價(jià)居民出行時(shí)耗的分界點(diǎn)，城市總體規(guī)劃和綜合交通規(guī)劃中也常以此為目標(biāo)，而常規(guī)公交無法滿足要求，因此采用軌道出行時(shí)間也就要求控制在1 h以內(nèi)。

廣州市在軌道交通規(guī)劃中提出實(shí)現(xiàn)“3060”時(shí)空目標(biāo)，即乘坐軌道交通在中心城區(qū)范圍30 min內(nèi)可到達(dá)市中心，市域范圍60 min內(nèi)可到達(dá)市中心。根據(jù)廣州的市域范圍特性，東北部的從化、東部的增城以及南部的南沙這3個(gè)副中心至城市中心城區(qū)的距離都在60 km左右（見圖1）。

圖1 廣州60 min出行圈示意Fig. 1 The 60-min travel circle in Guangzhou

北京空間發(fā)展戰(zhàn)略和交通發(fā)展政策也提出，為構(gòu)建中心城和新城之間高速、高效、大運(yùn)量的客運(yùn)交通走廊，引導(dǎo)中心城的有機(jī)疏散，支持新城的發(fā)展，需實(shí)現(xiàn)近郊新城到城市中心的軌道交通出行時(shí)間控制在45 min以內(nèi)，遠(yuǎn)郊新城到城市中心的軌道交通出行時(shí)間控制在60 min以內(nèi)。其定義的遠(yuǎn)郊新城則為延慶、懷柔、密云、平谷，除懷柔外，其余均超過60 km。

廣州和北京提出的時(shí)空目標(biāo)基本相同，按照規(guī)劃要求，由于特大城市遠(yuǎn)郊距離中心區(qū)的長度普遍超過60 km，普通地鐵線路旅行速度在35 km/h左右，顯然無法實(shí)現(xiàn)規(guī)劃提出的時(shí)空目標(biāo)要求，快線的建設(shè)逐漸受到重視。

廣州21號(hào)線線路全長約60.1 km，其在線網(wǎng)規(guī)劃中的功能定位為加強(qiáng)科學(xué)城及蘿崗中心區(qū)、東部新城以及增城副中心與廣州市中心區(qū)的快速交通聯(lián)系，支持城市“東進(jìn)”戰(zhàn)略，對(duì)促進(jìn)廣州大都市化進(jìn)程具有重要作用（見圖2）。

圖2 廣州地鐵21號(hào)線線路示意Fig. 2 Line 21 of Guangzhou Metro

按照廣州市軌道交通規(guī)劃“3060”時(shí)空目標(biāo)，從東部增城副中心至廣州中心區(qū)的出行時(shí)間需控制在60 min以內(nèi)，但21號(hào)線終點(diǎn)站增城廣場至中心區(qū)紀(jì)念堂區(qū)域的距離近70 km，普通線路無法滿足要求，必須研究建設(shè)快速線路，結(jié)合平均運(yùn)距、站間距、列車開行方案進(jìn)行模擬計(jì)算，保證近遠(yuǎn)郊客流對(duì)時(shí)間的要求，實(shí)現(xiàn)市域快線作為聯(lián)系市中心與郊區(qū)新城，以及郊區(qū)新城之間的快線功能[3]。

3 國外快慢線案例分析

根據(jù)國內(nèi)外軌道交通發(fā)展情況統(tǒng)計(jì)，快線的運(yùn)營模式主要有3種，分別為大站快線（巴黎RER、廣州3號(hào)線）、快慢線組合（東京、廣州21號(hào)線）、復(fù)線模式（紐約3軌、4軌）等。

大站快線模式在國外以巴黎市域RER線為代表，國內(nèi)以廣州3號(hào)線為代表。巴黎RER線建設(shè)的主要目的是使乘客快速穿越整個(gè)巴黎市，以及從近郊無需換乘即可直達(dá)市中心。雖然RER接入市中心，但它堅(jiān)持了自己市郊鐵路干線的定位，在市中心僅在客流集散地設(shè)站供與地鐵換乘，而在市郊則加密站點(diǎn)以增加覆蓋。

快慢線組合模式以東京為代表，國內(nèi)開通的線路僅有上海16號(hào)線，廣州14號(hào)線、廣州21號(hào)線目前在建設(shè)中，計(jì)劃2018年開通運(yùn)營。筑波快線是一條連接日本東京千代田區(qū)秋葉原站與茨城縣筑波站之間的近郊通勤交通線，其開行了特快、快車以及站站停三種交路。采用這種模式既有利于快速功能的實(shí)現(xiàn)，又避免了大站快線覆蓋不足的問題，在投資增加不多的情況下實(shí)現(xiàn)更快的運(yùn)營組織模式，是介于快線模式和四線模式的折中選擇（見圖3）。

圖3 日本筑波快線運(yùn)營列車示意Fig. 3 The express line of Tsukuba

紐約地鐵特色之一就是快慢線及潮汐車道的設(shè)計(jì)，如1915年開始試運(yùn)行的紐約地鐵7號(hào)線，是連接紐約市皇后區(qū)與曼哈頓區(qū)的一條主要線路，其在線路設(shè)計(jì)中采用了快慢線及潮汐車道設(shè)計(jì)，兼顧了成本與效率。紐約城市居住區(qū)與核心區(qū)分布明顯，通勤客流具有明顯的潮汐特征，因此其城市軌道交通線路布置呈現(xiàn)聯(lián)接居住區(qū)和城市核心區(qū)的帶狀分布特點(diǎn)。同時(shí)，為了適應(yīng)早晚高峰的突增客流，部分通道內(nèi)采用了快慢線并行的線路設(shè)置方案來提高運(yùn)能。

大站快線模式特點(diǎn)是：運(yùn)行組織簡單、發(fā)車密度高、運(yùn)能大，其針對(duì)的乘客數(shù)量大、運(yùn)距短，大量乘客特別是換乘乘客在相關(guān)車站頻繁上下車，各車站的客流特性和客流量相對(duì)均衡。

快慢線組合方案中的快車主要是解決大組團(tuán)間的長運(yùn)距乘客的快速出行需求，站站停列車通過在越行站停車待讓快車，快車不停車過站以提高過站速度和減少停站時(shí)間來實(shí)現(xiàn)快速的目的，其缺點(diǎn)是運(yùn)營組織復(fù)雜，降低系統(tǒng)能力，同時(shí)也增加了站站停列車乘客的旅行時(shí)間[4]。

復(fù)線模式在國內(nèi)尚未有應(yīng)用案例，對(duì)于國內(nèi)少數(shù)帶狀走廊城市如蘭州、深圳等具有較強(qiáng)的借鑒意義，可以較好滿足早高峰集中進(jìn)城、晚高峰集中出城的出行需求。在采用普通大站快線不能滿足覆蓋和時(shí)空出行需求，采用快慢車又不能滿足運(yùn)能需求的情況下不失為一種選擇，可在部分城市嘗試應(yīng)用。

不同的線路應(yīng)根據(jù)其規(guī)劃的時(shí)空目標(biāo)、線站位設(shè)置情況、客流預(yù)測(cè)、地理位置以及投資經(jīng)濟(jì)效益等選擇不同的建設(shè)模式（見表1）。

表1 3種模式沿線城市形態(tài)及優(yōu)劣分析Tab. 1 The form and advantages of three patterns of cities along the express line

4 快慢線規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐

4.1 與線網(wǎng)的銜接點(diǎn)研究

市域快線與市區(qū)地鐵線網(wǎng)的銜接非常重要，有效銜接將有助于合理配置郊區(qū)新城的軌道交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)市域快線的功能定位，有效縮短居民出行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)方便換乘，對(duì)提高社會(huì)生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)交通發(fā)展整體目標(biāo)有著重要的意義。

紐約主要由鐵路承擔(dān)郊區(qū)與中心城區(qū)的聯(lián)系，通過市中心的交通綜合樞紐與地鐵網(wǎng)絡(luò)銜接，如中央火車站、賓州火車站等。巴黎則通過RER市域快線與多條市區(qū)地鐵線路換乘并深入中心區(qū)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)多次換乘，極大方便乘客各方向出行。東京則主要將郊區(qū)線路與山手環(huán)線銜接，部分則直接與中心區(qū)地鐵線路共軌運(yùn)行[5]。總結(jié) 3種銜接方式為：單點(diǎn)多線多方向樞紐換乘、多點(diǎn)多線多方向換乘、多點(diǎn)多線多方向換乘與共軌貫通運(yùn)營。3種方式是各自線網(wǎng)發(fā)展過程不同的產(chǎn)物，但其核心只有一點(diǎn)，就是要與城區(qū)線路形成便利的換乘條件。

21號(hào)線呈典型的放射型線路，與線網(wǎng)中的市區(qū)線路（6號(hào)線蘇元站、19號(hào)線世界大觀站、4號(hào)線黃村站、11號(hào)線及13號(hào)線天河公園樞紐）形成了三點(diǎn)一樞紐（環(huán)線），既實(shí)現(xiàn)了與城區(qū)線網(wǎng)的多點(diǎn)銜接換乘，又形成了環(huán)線樞紐換乘，形成了便利的換乘條件，減少了在中心區(qū)邊緣換乘帶來的不便，直達(dá)中心區(qū)并實(shí)現(xiàn)了與環(huán)線的同站臺(tái)換乘（見圖4）。

圖4 廣州21號(hào)線與城區(qū)線路多點(diǎn)多方向樞紐換乘示意圖Fig. 4 Multi-point and multi-directional transfer hubs between the metro line 21 and the inner city lines

4.2 站點(diǎn)設(shè)置規(guī)劃

市域快線站點(diǎn)設(shè)置是一個(gè)亟須研究的課題。站點(diǎn)設(shè)置數(shù)量及站間距對(duì)最高運(yùn)行速度、快線建設(shè)模式、運(yùn)營組織、快速列車?？空军c(diǎn)、工程投資等均產(chǎn)生重大影響，尤其是快線建設(shè)模式，站點(diǎn)少則選擇大站快線但客流效益較差，站點(diǎn)多則必須采用快慢組合運(yùn)營或復(fù)線模式以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃提出的時(shí)空目標(biāo)要求[6]。

在21號(hào)線規(guī)劃過程中，從沿線城市及片區(qū)規(guī)劃、市郊城鎮(zhèn)發(fā)展?fàn)顩r、近期建設(shè)重點(diǎn)等方面出發(fā)，對(duì)全線可能的設(shè)站情況進(jìn)行全面分析，并將擬設(shè)站點(diǎn)劃分為必設(shè)站點(diǎn)、宜設(shè)站點(diǎn)、可設(shè)站點(diǎn)等3類。必設(shè)站點(diǎn)為城區(qū)線網(wǎng)銜接換乘點(diǎn)、片區(qū)中心、大型客流集散點(diǎn)等；宜設(shè)站點(diǎn)為城區(qū)地鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲點(diǎn)、片區(qū)次中心、一般客流集散點(diǎn)等；可設(shè)站點(diǎn)為近郊及遠(yuǎn)郊無明確規(guī)劃、周邊有規(guī)模較大建設(shè)用地、因運(yùn)營組織需要預(yù)留越行線等。之后進(jìn)行全方位的最高運(yùn)行速度、旅行時(shí)間與時(shí)空目標(biāo)、運(yùn)營模式等綜合分析。

針對(duì)以上情況，分別設(shè)置11座、15座、20座站點(diǎn)并進(jìn)行了綜合比較分析，按照最高旅行速度120 km/h進(jìn)行測(cè)算，其技術(shù)特征統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 不同設(shè)站數(shù)量技術(shù)特征Tab. 2 Technical characteristics of stations of different numbers

從時(shí)間測(cè)算來看，除11站方案能滿足規(guī)劃要求的時(shí)空目標(biāo)外，其余均必須采用快慢車組合運(yùn)營方案?？紤]城市發(fā)展、居民訴求、客流效益等多方面的因素，特別是郊區(qū)尚無地鐵覆蓋的情況下對(duì)站點(diǎn)難以舍棄，最終選擇了設(shè)置20座車站方案。

由于設(shè)計(jì)后期及實(shí)施階段增設(shè)車站對(duì)運(yùn)行組織、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等產(chǎn)生非常大的影響，應(yīng)盡早確定站點(diǎn)數(shù)量。

4.3 最高運(yùn)行速度與運(yùn)營模式

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)資料，市域快線系統(tǒng)的最高運(yùn)行速度一般不低于120 km/h，最高可達(dá)160 km/h。同時(shí)根據(jù)城市軌道交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求，全線旅行時(shí)間以1 h內(nèi)為宜。

按照20座車站設(shè)站方案，旅行時(shí)間為56.9 min，加上換乘13號(hào)線天河公園至體育西、紀(jì)念堂站，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過60 min（見表3），由于平均站間距僅3.2 km，提高最高運(yùn)行速度對(duì)全線旅行時(shí)間節(jié)省影響有限，并且160 km/h牽引能耗較120 km/h 牽引能耗高出60%，土建工程尤其是地下段隧道斷面受阻塞比影響大幅提高[7-8]，因此應(yīng)該選擇120 km/h為最高運(yùn)行速度，考慮越站運(yùn)行方案。

表3 不同最高運(yùn)行速度下的旅行時(shí)間Tab. 3 Travel time at different maximum running speeds

按照牽引計(jì)算分析，停站、120 km/h不限速過站、80 km/h限速過站，其時(shí)間差異較大，采取全速越站對(duì)節(jié)省快車過站時(shí)間非常有利，每越行一站可節(jié)省 72 s（見表4）。

表4 快車停站及過站節(jié)省時(shí)間計(jì)算Tab. 4 Time saving for express train when stopping and crossing

采取此運(yùn)營模式后，從增城副中心核心區(qū)增城廣場站至市中心東核心體育西一帶快車為49.7 min，慢車為71.3 min，至西核心紀(jì)念堂一帶快車為58.5 min，慢車為80.1 min，節(jié)省21.6 min（見表5），滿足了規(guī)劃對(duì)時(shí)空目標(biāo)的要求。

表5 不同運(yùn)營模式下牽引結(jié)果比較Tab. 5 Comparison of traction results under different operation modes

4.4 快線?？空具x擇

快線?？空镜拇_定需綜合分析軌道各車站各時(shí)段總的客流乘降量特點(diǎn)，盡量將組團(tuán)中心站、重要換乘站以及重要客流集散點(diǎn)確定為快車停靠站。快線?？空军c(diǎn)少則越行線設(shè)置多，尤其是中心城區(qū)往往換乘站多、地下敷設(shè)，投資較高。?？空军c(diǎn)多則與慢車旅行時(shí)間差異小，優(yōu)勢(shì)不明顯，作用不夠強(qiáng)。按照經(jīng)驗(yàn)分析，快慢車旅行時(shí)間差異的閾值應(yīng)在20 min左右。

21號(hào)線全線共有6座換乘站，分別是天河公園、黃村站（4號(hào)線）、世界大觀站（19號(hào)線）、蘇元（6號(hào)線）、鎮(zhèn)龍（14號(hào)線知識(shí)城支線）、增城廣場（16號(hào)線）。另外朱村站是全線第三大客流量的車站，棠東站為城區(qū)內(nèi)彌補(bǔ)覆蓋盲區(qū)的車站，因此快車?？抗?座站點(diǎn)，停站比例為40%?？炻嚥町悤r(shí)間為20 min，時(shí)間較為理想（見圖5、圖6）。

4.5 投資控制

對(duì)于市域快線來講，影響投資的幾個(gè)重要因素是敷設(shè)方式、最高速度、配線形式等，因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段必須加強(qiáng)論證。尤其是當(dāng)采用快慢線時(shí)，由于需設(shè)置較多越行線，車站體量較大，宜盡量采用高架敷設(shè)方式并結(jié)合道路情況進(jìn)行路側(cè)布置。

圖5 遠(yuǎn)期早高峰站點(diǎn)集散量Fig. 5 Collection and distribution of passengers for each station in the forward early-peak

圖6 廣州21號(hào)線快慢車停站Fig. 6 Express-local train in Guangzhou metro line 21

另外，隨著速度的提高，受空氣壓力波影響，隧道斷面也需擴(kuò)大，車輛建造成本增加，建設(shè)成本大幅增加，運(yùn)營期間的能耗、維修費(fèi)用也大幅提高，應(yīng)選擇適宜的最高速度，不可盲目求快。

在越行站形式上，盡量選擇高架段設(shè)置越行線[9]。當(dāng)在地下站設(shè)置越行線時(shí)采用單島四線形式，在高架站則采用雙島四線形式，以節(jié)省工程投資（見圖7）。

圖7 越行車站配線方案Fig. 7 Auxiliary line scheme for crossing stations

5 結(jié)語

總結(jié)21號(hào)線快慢線的規(guī)劃設(shè)計(jì)研究經(jīng)驗(yàn)如下。

1）在我國的特大城市、中心城市，應(yīng)該構(gòu)建快線系統(tǒng)?？炀€建設(shè)沒有固定的模式，需要根據(jù)不同的需求及不同的城市特性、建設(shè)條件以及經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行分析，因地制宜，合理確定。

2）前期研究階段落實(shí)與城區(qū)線網(wǎng)的銜接及站點(diǎn)設(shè)置。快慢線不同于普通線路，在運(yùn)營組織及系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，增設(shè)車站對(duì)設(shè)計(jì)運(yùn)行圖的鋪畫、越行線布置、系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響太大，建議前期階段著重研究，避免后期出現(xiàn)增減車站等現(xiàn)象。在走廊附近沒有慢線覆蓋的情況下，快線的站點(diǎn)設(shè)置研究尤為重要。

3）是否采用快慢線應(yīng)予以充分論證，慎重決策。在節(jié)省的時(shí)間效益與增加的投資之間尋求平衡點(diǎn)，對(duì)于快慢車旅行時(shí)間的差異閾值，建議在20 min左右，以體現(xiàn)快慢車的差異化服務(wù)及快車的優(yōu)越性。

4）最高速度應(yīng)結(jié)合近郊、遠(yuǎn)郊的地理位置，以及基于通勤、連外的功能定位差異進(jìn)行選擇，不可一味求快，大部分線路在120～140 km/h即可滿足要求，特大城市個(gè)別線路聯(lián)系距離較遠(yuǎn)區(qū)域、功能定位有特殊要求也可選擇160 km/h，不建議超過該速度。

5）由于快慢線組合運(yùn)營線路需要設(shè)置較多的越行線，而地下越行線投資成倍增加，建議采用高架、地面越行。近遠(yuǎn)郊結(jié)合部、遠(yuǎn)郊段的線路盡量采用高架敷設(shè)方式。