宋唯維，余攀

（1.同濟大學浙江學院 交通運輸工程系，浙江 嘉興 314000；2.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 線路站場設(shè)計研究處，湖北 武漢 430063）

0 引言

每個城市各具特色，城市規(guī)模、結(jié)構(gòu)、發(fā)展方向不同，交通需求也不同，解決城市交通問題的方式和方法也不同。不同的城市結(jié)構(gòu)、功能區(qū)域和服務(wù)對象，需要不同的軌道交通服務(wù)層級和制式體系。各層級軌道交通間良好地銜接配合，才能更好地發(fā)揮軌道交通網(wǎng)絡(luò)的整體服務(wù)效益。

軌道交通系統(tǒng)制式較多，制式的選擇決策是一項多因素、復雜的系統(tǒng)工程，直接關(guān)系到一座城市整個軌道交通系統(tǒng)的功能定位和服務(wù)水平?？茖W合理地選擇軌道交通系統(tǒng)制式，對建設(shè)節(jié)約、高效、便捷的交通系統(tǒng)，提高軌道交通的社會經(jīng)濟效益具有重要意義。

市域鐵路作為城市綜合交通系統(tǒng)中非常重要的一個層級，近年得到快速發(fā)展，很多城市正進行市域鐵路建設(shè)。但對市域鐵路制式選擇決策方面的研究仍未形成系統(tǒng)的理論和方法，對市域鐵路制式選擇進行研究有一定的現(xiàn)實意義。

1 制式選擇的原則

每種軌道交通都有其特定技術(shù)特點和適應(yīng)條件，需要依據(jù)城市規(guī)模、城市空間結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模、城市交通特征、環(huán)境影響、軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃及各條線路的客流特征、線路長度、工程手段、技術(shù)經(jīng)濟等諸多因素來確定交通系統(tǒng)制式[1-3]。市域鐵路制式選擇是為尋找符合城市特征和客流需求并經(jīng)濟合理的軌道交通方式，總體上應(yīng)遵循“滿足需求、以人為本、技術(shù)可行、經(jīng)濟合理”的基本思路。市域鐵路系統(tǒng)制式選擇基本原則如下：

（1）系統(tǒng)制式應(yīng)滿足線路的運輸能力。

（2）滿足市域范圍內(nèi)通達的時間目標值。一般建議城市核心區(qū)與周邊主要區(qū)域通達時間在1 h以內(nèi)。

（3）符合線路功能定位。線路功能定位從一定程度上決定了該線路乘客的出行特征，線路制式選擇應(yīng)符合線路功能定位。

（4）能夠與多層級軌道交通網(wǎng)絡(luò)融合。

（5）資源共享。若市域鐵路獨立成網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)制式宜統(tǒng)一，以發(fā)揮規(guī)模效益；若市域鐵路位于多層級的城市軌道交通線網(wǎng)中，則應(yīng)結(jié)合既有和規(guī)劃城市軌道交通系統(tǒng)制式統(tǒng)籌謀劃，但系統(tǒng)制式種類宜控制在1～2種。

（6）優(yōu)先采用技術(shù)可靠性與成熟度較高的系統(tǒng)制式。

2 速度目標值的選擇

速度目標值是市域鐵路重要的技術(shù)標準之一，是確定線路標準、工程規(guī)模、車輛選型、設(shè)備配置的基礎(chǔ)。速度目標值的確定是市域鐵路制式選擇的一項重要前置因素。

在確定時間目標值和深入分析客流特征的基礎(chǔ)上，研究不同速度目標值的工程投資、與時間目標值的適應(yīng)性、與車站分布的適應(yīng)性等，進而確定合理的速度目標值。

市域鐵路的速度目標值選取為：100、120、140、160 km/h。

在選擇速度目標值時，主要進行以下方面的比較：

（1）不同速度目標值工程投資比較。

（2）不同速度目標值與時間目標值的適應(yīng)性分析。

（3）不同速度目標值與站間距的匹配性：對站站停和大站快車2種開行方式進行分析。

（4）不同列車運行速度的效能分析。

（5）速度目標值對系統(tǒng)制式的影響分析。

3 制式選擇的方法與步驟

市域鐵路制式選擇主要采用系統(tǒng)綜合分析、定量計算和定性分析相結(jié)合的方法，主要步驟和分析內(nèi)容如下：

（1）城市規(guī)劃分析。

（2）城市客流特征分析。

（3）城市軌道交通多層級線網(wǎng)規(guī)劃分析。

（4）線路速度目標值分析。分析速度目標值對制式選擇的影響。

（5）車輛選型分析。 對2種制式車輛從運營成本、車輛購置費、車輛維修、工程投資、資源共享、牽引能耗等多方面進行分析比較。

（6）環(huán)境影響分析。分析線路不同敷設(shè)方式和不同供電制式對城市環(huán)境的影響。

（7）項目工程本身特點分析。從線路長度、敷設(shè)方式、車站分布等方面分析項目特點。

（8）市域鐵路線網(wǎng)規(guī)劃及資源共享分析。

（9）從市域鐵路整個線網(wǎng)系統(tǒng)資源共享方面，分析采用直流和交流的優(yōu)缺點。

（10）土建工程分析。從線路敷設(shè)方式等方面對不同制式進行分析。

（11）牽引供電系統(tǒng)分析。對單相工頻25 kV交流和直流牽引供電制式、雙制式/多制式供電進行分析比較。

（12）工程投資分析。從線網(wǎng)和單個項目的角度對交、直流牽引供電制式投資進行分析比較。

4 溫州城市軌道交通網(wǎng)規(guī)劃

溫州城市軌道交通線網(wǎng)遠景推薦方案為“市域鐵路+大運量軌道交通”的雙層級系統(tǒng)，由3條市域鐵路S 線、4條軌道交通M線組成，線網(wǎng)總規(guī)模402.25 km。其中，市域鐵路S 線總長277.38 km，軌道交通M 線總長124.87 km。

市域鐵路層級：包含S1、S2、S3三條線路，以遠景都市區(qū)“5主6輔”組團形成的結(jié)構(gòu)為基底構(gòu)建，主要提供都市區(qū)范圍內(nèi)的交通供給。市域鐵路線網(wǎng)規(guī)劃示意見圖1。其中，S1線全長80.69 km，設(shè)車站31座，平均站間距2.69 km[4]；S2線全長92.81 km，設(shè)車站25 座，平均站間距3.87 km[5]；S3線全長103.88 km，設(shè)車站32座，平均站間距3.35 km[6]。

大運量軌道交通層級：包含M1、M2、M3、M4四條線路，主要提供中心城市范圍內(nèi)的交通供給，以遠景中心城市多個核心和功能組團環(huán)大羅山形成的結(jié)構(gòu)為基底構(gòu)建，并在各個核心區(qū)相交。

此外，規(guī)劃M1 線南段（31.03 km）、M3線 北 段（24.77 km）、M4線 甌 飛段（32.55 km）、S3線北段（19.90 km）作為遠景預(yù)留線，S2線遠景預(yù)留向臺州方向延伸條件。

圖1 溫州市域鐵路線網(wǎng)規(guī)劃示意圖

5 S3線制式選擇

5.1 概況

溫州市域鐵路S3線縱貫溫州南北（見圖2），其中一期、二期工程線路全長60.83 km。

圖2 溫州市域鐵路S3線平面示意圖

一期工程：溫州（含）—鰲江（含），線路全長50.64 km，其中地下線長2.40 km，山嶺隧道長4.84 km，高架線長43.11 km，路基長0.29 km，橋隧比例為99.4%，設(shè)車站15座，平均站間距3.38 km[6]。

二期工程：黃田（含）—溫 州（ 不 含 ）（AK8+350—AK19+300）， 線 路 長10.19 km，全部為地下線，設(shè)車站5座，平均站間距1.90 km，設(shè)有黃田停車場[6]。

5.2 客流預(yù)測

根據(jù)客流預(yù)測，S3線初期（2020年）高峰小時單向最大斷面流量為1.12萬人次/h，近期（2030年）高峰小時單向最大斷面流量為1.79萬人次/h，遠期（2045年）高峰小時單向最大斷面流量為2.41萬人次/h[6]（見表1），因此，S3線具備中運量軌道交通系統(tǒng)特征[7]。

表1 S3線客流預(yù)測結(jié)果[6]

5.3 線路特點分析

S3線一期工程線路長度近51 km，以高架敷設(shè)為主，平均站間距較大，完全符合市域快速軌道交通系統(tǒng)特征；二期工程線路長10.19 km，均為地下敷設(shè)，平均站間距較小，既符合市域快速軌道交通系統(tǒng)特征，又符合地鐵或輕軌系統(tǒng)特征[7]。

5.4 速度目標值選擇

5.4.1 時間目標值

出行時間目標為主城中心區(qū)與大都市核心區(qū)最遠片區(qū)中心間的出行時間控制在1 h以內(nèi)。結(jié)合溫州綜合交通規(guī)劃城市軌道交通發(fā)展目標及S3線較長的特點，為更好吸引客流，主城中心區(qū)（溫州站）至瑞安中心區(qū)（人民路站）的時間目標值應(yīng)控制在40 min以內(nèi)，至平陽城中心區(qū)（鰲江站）的時間目標值應(yīng)控制在60 min以內(nèi)；遠期黃田—鰲江的時間目標值應(yīng)控制在80 min以內(nèi)。

5.4.2 速度目標值

S3線黃田—鰲江全長約60.83 km，全線平均站間距為3.03 km，為更好地發(fā)揮車輛運行效率，速度目標值不宜過高；同時由于站間距較一般城市軌道交通站間距大，也不宜采用城市軌道交通普遍采用的80 km/h的最高運營速度。

根據(jù)前文分析，溫州—鰲江的時間目標值應(yīng)控制在60 min以內(nèi)。通過牽引計算，各站停時30 s時，不同速度目標值下溫州—鰲江的旅行時間見表2。

表2 不同速度目標值下溫州—鰲江的旅行時間 min

由表 2可看出，100、120、140 km/h速度目標值均可滿足溫州—鰲江的時間目標值要求。其中，140 km/h速度目標值優(yōu)勢較大，與100、120 km/h相比，140 km/h速度目標值與S3線功能定位更加吻合，更適應(yīng)市域鐵路客流特點的需求。

5.5 制式備選方案確定

5.5.1 適應(yīng)項目特點方面

S3線一期工程：溫州（含）—鰲江（含）具有線路較長、站間距較大、但線路客流相對較小的特點。根據(jù)表2，該段采用140 km/h速度目標值較為合適。從目前軌道交通車輛來分析，采用市域鐵路車輛較為合適。

S3線二期工程：黃田（含）—溫州（不含）穿越溫州主城區(qū)，具有線路短、站間距較小、客流大的特點。該段采用80～140 km/h的速度目標值均可滿足要求?？刹捎玫能囕v有：地鐵車輛、輕軌車輛、中低速磁懸浮車輛、市域鐵路車輛。

5.5.2 線網(wǎng)規(guī)劃方面

溫州市域鐵路線網(wǎng)由3條線組成，線網(wǎng)總長277.38 km，規(guī)劃設(shè)站88座，平均站間距3.15 km[6]。尤其是沿海邊敷設(shè)連接沿海鐵路雁蕩山—蒼南的S2線，平均站間距達3.87 km，對時間目標值及速度目標值要求更高。

從市域鐵路線網(wǎng)規(guī)劃方面分析，采用高速度目標值的軌道交通制式更有利于軌道交通線網(wǎng)整體效益的發(fā)揮。

5.5.3 軌道交通制式成熟度方面

根據(jù)溫州地區(qū)的規(guī)劃、地形、地質(zhì)、氣候等因素綜合考慮，采用成熟的鋼輪鋼軌體系作為市域鐵路制式的備選方案比較合適。

5.5.4 制式備選方案

溫州市域鐵路S3線確定2個制式備選方案。

方案1：S3線全線采用市域快速軌道交通制式，車輛采用國產(chǎn)交流市域鐵路車輛。

方案2：S3線一期工程采用市域快速軌道交通制式，車輛采用國產(chǎn)交流市域鐵路車輛；二期工程采用地鐵或輕軌制式，車輛采用地鐵或輕軌車輛。

5.6 方案綜合比選

分析2個備選方案，只需對二期工程采用的2種制式進行比選。

5.6.1 工程經(jīng)濟性比較

（1）土建工程。采用市域鐵路車輛和地鐵車輛在設(shè)計限界、設(shè)計荷載等方面不同，引起區(qū)間隧道、軌道、車站建筑等設(shè)計標準、體系有較大差異，進而引起工程投資的差異。黃田（含）—溫州（不含）5座地下車站采用明挖施工，區(qū)間采用盾構(gòu)施工。經(jīng)對2種制式線路土建工程進行比較，采用交流市域鐵路車輛土建工程增加投資約4.5億元（見表3）。

表3 市域鐵路車輛與地鐵車輛土建工程投資比較

（2）車輛段。交流市域鐵路車輛相比較于地鐵車輛而言，檢修基地相當于地鐵的廠架修車輛段，運用所相當于地鐵的定臨修車輛段，停車場功能基本相似（地鐵或輕軌停車場設(shè)有洗車機）。比較市域鐵路車輛和地鐵車輛的檢修修程及檢修周期發(fā)現(xiàn)，市域鐵路車輛檢修周期長，檢修成本低，全生命周期中檢修停駛時間短。地鐵車輛的列檢及停放需要在庫內(nèi)，所有車輛段及停車場都需要修建停車列檢庫[8-13]，每列配屬車需要建筑面積約900 m2，按照S3線二期工程設(shè)置1個車輛段計算，需增加約9 000 m2停車列檢庫，增加投資約0.4億元。

從整個線網(wǎng)的角度計算，市域鐵路車輛與地鐵車輛的維修設(shè)備購置費用相差不大。因此，從車輛檢修設(shè)施方面考慮，市域鐵路車輛制式優(yōu)勢明顯。

（3）車輛購置費。按照每公里配屬6輛車考慮，S3線二期工程需要配屬車輛約62輛，約11列。市域鐵路車輛造價950萬元/輛，地鐵車輛按A型車880萬元/輛計算，配屬車輛62輛，采用市域鐵路車輛較采用地鐵車輛增加投資約0.43億元。

（4）牽引供電。采用市域鐵路車輛在供電制式方面可節(jié)省投資1.22億元（見表4）。

表4 不同牽引供電制式工程投資比較 萬元

（5）信號系統(tǒng)。2種車輛制式信號系統(tǒng)均按CBTC系統(tǒng)考慮，二者造價相當。

（6）通信工程?；赟3線的軌道交通性質(zhì)，2種車輛制式通信系統(tǒng)均按城市軌道交通通信系統(tǒng)設(shè)置，二者造價相當。

綜上分析，在工程造價方面，采用地鐵車輛方案略優(yōu)。

5.6.2 后期運營成本分析

根據(jù)車輛特性和2種制式平縱斷面，經(jīng)牽引計算，S3線采用市域鐵路車輛制式每百人公里能耗約為2.27 kW·h，采用地鐵車輛制式每百人公里能耗約為2.14 kW·h，市域鐵路車輛制式能耗略高。

5.6.3 換乘分析

若采用方案1，溫州站僅為S1線與S3線的換乘站，S3線地下車站規(guī)模較小；若采用方案2，溫州站不僅為S1線與S3線的換乘站，同時也為S3線北段和南段的換乘站，S3線地下車站規(guī)模需增加1倍。采用方案2不利于旅客換乘，并且增加地下車站規(guī)模。

5.6.4 線網(wǎng)規(guī)劃及線網(wǎng)資源共享分析

從市域鐵路線網(wǎng)規(guī)劃方面分析，采用市域鐵路車輛制式更有利于軌道交通線網(wǎng)整體效益的發(fā)揮。從市域鐵路線網(wǎng)資源共享方面分析，采用方案1，運營控制中心、車輛維修基地、人員配備等資源可以實現(xiàn)共享；采用方案2則需要單獨設(shè)置地鐵車輛檢修基地，單獨設(shè)置運營控制中心，增加人員配備，因此方案1更優(yōu)。

通過綜合比較分析，在造價相差不大的情況下，從運營及資源共享等方面綜合考慮，方案1更適合S3線的實際情況，確定為最優(yōu)方案。

6 結(jié)束語

溫州市域鐵路S3線采用市域鐵路車輛制式，在與規(guī)劃的符合性、適應(yīng)項目特點、換乘、線網(wǎng)資源共享等方面優(yōu)勢較為明顯，后期運營成本及技術(shù)經(jīng)濟方面與采用地鐵車輛制式相當，推薦采用交流市域鐵路車輛軌道交通制式。