劉 勝

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 前言

瓊州海峽的過海通道建設，一直是各方面非常關(guān)注的工作。上世紀九十年代，廣東省、交通部、鐵道部陸續(xù)針對隧道、橋梁、火車輪渡三個方案開展了深入研究，并于2002年建設完成火車輪渡方案，旅客通過瓊州海峽總用時需要3 h。隨著我國鐵路交通的快速發(fā)展，現(xiàn)有火車輪渡已無法滿足人民對時效性的要求。

湛海高鐵工程建設已經(jīng)提上日程，如何幫助乘客快速過海到達目的地，是該工程建設的關(guān)鍵之一。目前，尚沒有高鐵與水運港合建綜合站相關(guān)研究及成功案例。本文針對高鐵乘客快速過海的問題，以節(jié)省時間為主要目標，研究出一種新的高鐵旅客跨海方案，主要包括車船轉(zhuǎn)運方案、轉(zhuǎn)運客船選型，分析了惡劣天氣對跨海轉(zhuǎn)運方案的影響，并與其他跨海方案進行了對比分析。研究成果力爭為類似工程提供理論依據(jù)和可以借鑒的經(jīng)驗。

2 車船轉(zhuǎn)運方案

2.1 工程建設條件分析

工程區(qū)域位于雷州半島與瓊州島（即海南島）之間的瓊州海峽?？绾＼嚧D(zhuǎn)運工程湛江區(qū)碼頭選址在湛江市海安粵海鐵路北港，?？趨^(qū)碼頭選址在?？谑行潞；浐ｈF路南港，兩港相距約21 km，均有客運業(yè)務開通既有航線，具備充分的工程建設基礎條件。建設部門與既有兩港區(qū)所屬部門間的利益分配，是車船轉(zhuǎn)運方案建設的一個重要制約因素。

2.2 車船轉(zhuǎn)運總體工藝

研發(fā)的“一種鐵路與客船直接轉(zhuǎn)運的系統(tǒng)（專利號：ZL201611027669.5）［1］”，與以往高鐵站與客運港分開建設不同，研究提出將高鐵站與客運港合二為一建設成高鐵港口綜合站，實現(xiàn)碼頭與站臺功能統(tǒng)一的方案。

如圖1所示，旅客在高鐵港口綜合站進行車船換乘。動車進入高鐵綜合站后，乘客下車直接上客船；當客船到達高鐵港口綜合站后，乘客下船直接換乘動車。

圖1 車船轉(zhuǎn)運工藝流程

2.3 高鐵港口綜合站平面布置

如圖2所示，高鐵港口綜合站設有轉(zhuǎn)乘站臺，站臺一側(cè)為動車?？空?，另一側(cè)為客船?？扛郏瑒榆嚨能囬T與客船的艙門通過轉(zhuǎn)乘站臺直接連通，實現(xiàn)鐵路與客船高效省時的同臺換乘，轉(zhuǎn)運客船登船口設于動車組中部，使換乘走行距離最短。

圖2 高鐵港口綜合站平面布置

玻璃幕墻與隔離門使轉(zhuǎn)乘平臺形成封閉式通道，使車船無縫對接，封閉式換乘通道便于實現(xiàn)室內(nèi)舒適的環(huán)境，避免了惡劣天氣對乘客換乘造成不適應。隔離門2將轉(zhuǎn)乘平臺分隔成站臺上、下兩半?yún)^(qū)，減少客流轉(zhuǎn)乘交叉，使轉(zhuǎn)乘更加順暢有序。隔離門1為出站乘客出口。轉(zhuǎn)乘站臺在客船?？康囊粋?cè)設有登船升降平臺，平臺上配有所研發(fā)的“一種用于港口客船的快速登船系統(tǒng)（專利號：ZL201621234643.3）［2］”與“一種快速脫纜、萬向活動登船接口設備（專利號：ZL201611012706.5）［3］”，使乘客能夠舒適且快速地完成換乘。

2.4 車船轉(zhuǎn)乘過程時效分析

旅客車船換乘采用封閉式通道無縫對接，實現(xiàn)同臺換乘，換乘乘客無匯流及分流，為旅客全程一票制的實現(xiàn)提供技術(shù)保障，換乘區(qū)域無需設置檢票和安檢環(huán)節(jié)，以省去再次檢票與安檢的時間。動車與客船乘客同臺換乘時間，主要有下車（船）、步行換乘、上船（車）三個過程。

8輛編組動車長度201～214 m，登船口位于8輛編組動車中間位置，則最不利走行長度（m）：L＝（201～214 m）/2-車頭距最近車門長度（＞5 m）＋站臺寬度（15 m），最不利走行長度應不大于120 m。正常人的行走速度為60～100 m/min，參考《城市道路工程設計規(guī)范》（CJJ 37—2012）二級服務水平，取60 m/min［4］，則最不利車船之間行走用時不大于2 min（120/60）。

現(xiàn)場統(tǒng)計北京南站50次動車乘客下車至出站通道樓梯口下（相當于進入船艙）、及從出站閘機（相當于船舶艙口）至上車數(shù)據(jù)，略去個別乘客，用時在265～288 s之間。結(jié)合2014年7月，天津西站同臺換乘操作實際，兩輛高鐵同臺換乘時間為3.5 min，完成下車、上車時間均為1.5 min。

綜上，則本方案能夠?qū)崿F(xiàn)乘客在5 min內(nèi)完成車船換乘。

3 轉(zhuǎn)運客船選型研究

3.1 客船航速選擇分析

考慮高鐵港口綜合站旅客車船轉(zhuǎn)乘用時，結(jié)合當前不同航速客船動力性能，考慮船舶離泊、加速、航行、減速、系泊等全過程用時，估算不同航速船舶對應的總過海用時（見表1）。

表1 不同航速客船轉(zhuǎn)運過海用時

考慮高鐵、客機運行速度及無效時間，在起點、終點均為大城市情況下，客機一般無效時間為3.5 h，高鐵一般為1 h，高鐵與客機的優(yōu)勢距離約為1 000 km。選擇航速15 kn的普通客船時，高鐵動車與航空的時間優(yōu)勢降低到620 km；而選擇40 kn的高速客船，時間優(yōu)勢可達800 km以上。距離?？谛∮?20 km的國內(nèi)中等城市為25個，小于800 km的國內(nèi)中等城市有33個，增幅為32%，服務面積增加約50%。因此，選擇航速40 kn的高速客船進行轉(zhuǎn)運，比普通客船增加服務范圍的優(yōu)勢顯著。

3.2 客船乘客位數(shù)選擇

當前運營的動車組列車有：CRH2A/C，1列8箱，編組長度201.4 m，定員588/610人；CRH2B，1列16箱，編組長度401.4 m，定員1 230人；“中國標準”動車組，1列8箱，編組長度約209 m，定員556人。為確保動車運輸?shù)臅r效性，建議客船能夠一次性轉(zhuǎn)移單列動車的全部乘客。在此基礎上，選擇以下3組乘客位數(shù)方案進行比較。

方案一：客船載客定員1 250人。能滿足16箱編組動車乘客一次轉(zhuǎn)運需求，船型大抗風浪能力強，但運輸8箱編組動車乘客不夠經(jīng)濟。

方案二：客船載客定員650人。滿足8箱編組動車一船轉(zhuǎn)運需求，對16箱編組動車可采用兩艘船同時進行轉(zhuǎn)運。

方案三：客船載客定員320人。采用2艘船同時轉(zhuǎn)載8箱編組動車、4艘船轉(zhuǎn)載16箱編組動車，無需等待，但船型較小，難以抵抗瓊州海峽風浪。

考慮8箱動車運營較多的實際情況，避免過多客位空閑而造成的運營成本浪費，建議客船載客定員為650人。

3.3 高速客船類型分析

瓊州海峽玉包角水文站波浪資料顯示，≤0.6 m浪高年頻率占約60%，≤1.5 m浪高年頻率可達96%［5］8-10。在1.5 ～2 m 波高以下時，穿浪高速雙體船僅兩側(cè)片體接觸水面，穿浪航行，中間船體幾乎不受波浪拍打，失速率小，其船價、運費和維護費等大致與常規(guī)高速雙體船相同，航運收益率明顯高于其他船型［6-7］。瓊州海峽僅21 km的航行距離，可選用穿浪型高速雙體船以取得較低的乘客暈船率。

3.4 船型選擇

2017年1月17日海南海峽港航控股公司組織了在瓊州海峽南、北兩港間的首次快船試航。適航后，船長認為：達到乘客預期的舒適度，高速船總長需要65 m以上。

載客定員650人穿浪雙體船，總長一般為60～70 m、寬12～18 m。

綜上，建議船型為：穿浪型高速雙體船，總長68 m、運行航速40 kn，標準客位650人。

4 惡劣天氣對跨海轉(zhuǎn)運方案的影響分析

動車與客船在惡劣天氣中運營時間的匹配，是跨海轉(zhuǎn)運方案可行性應考慮的重要因素?；趯Ｄ鲜『Ｊ戮止倬W(wǎng)發(fā)布的2014年3月—2015年7月間77個停復航消息以及海南港航控股有限公司官網(wǎng)2013年6月—2016年6月間14個關(guān)于停復航公告，瓊州海峽共計發(fā)生42次停復航，而抗風等級8級以上船舶停復航僅19次，其中由大風原因造成14次、大霧天氣造成5次。

4.1 大霧天氣的影響

5次大霧天氣造成的停航均發(fā)生在早晨，持續(xù)時間為1～2 h。因夜間大霧不易散去，2014年3月17日停航時間較長，從2：30持續(xù)到上午10：30，共計8 h，高鐵在夜間有間歇期，所以其受影響的時限僅為2 h。

4.2 大風天氣的影響

在14次大風造成的停航中，其中6次風力較小（風力強度＜10級），未對動車造成影響，另8次臺風均造成動車停開。

如表2所示，抗風等級8級船舶比動車停開時長超過24 h的為2次，12～24 h的為3次，6～12 h的為4次，0～6 h的為5次。當風力強度越高時重合度越高；甚至當超強臺風如海燕、威馬遜，客船已經(jīng)恢復通航時，動車尚在停開中?？紤]動車夜間停開的間歇期，單次臺風實際影響時間為3～12 h。

表2 抗風8級客船與動車停運時段對比

統(tǒng)計海南島1949年至2010年的臺風情況，發(fā)現(xiàn)影響海島的臺風年均5.5次［5］7-8，臺風對本方案的實施影響天數(shù)年均＜2 d。

臺風期間，船舶至避風港的行程會影響高速客船作業(yè)的快速恢復。通過研發(fā)，在港區(qū)設置臨時“一種用于普通港區(qū)的防風錨泊設備（專利號：ZL201621258858.9）［8］”，能夠讓高速客船不用行駛至避風港避風的前提下快速恢復作業(yè)。

綜合考慮大霧及大風影響本方案作業(yè)天數(shù)的影響（年均不超過2 d），以及鐵路部門具備應對特殊天氣造成旅客行程延誤方面的成熟經(jīng)驗，惡劣天氣對本方案影響較小。

5 與其他高鐵跨海方案進行對比分析

車船轉(zhuǎn)運方案和現(xiàn)有其他瓊州海峽高鐵旅客跨海方案進行對比，如表3所示。

表3 湛海高鐵跨海方案對比

火車輪渡方案在時效性方面無法凸顯高鐵快速的特點以及乘客對速度的需求，與時代發(fā)展要求相悖，因此不予推薦。

橋梁方案的時效性雖然較好，但其涉及巨額造價，且橋梁工程建設區(qū)域臺風多、水深大、地質(zhì)條件差以及橋梁應對戰(zhàn)爭能力差等［9］，相比隧道方案沒有優(yōu)勢。

隧道方案主要存在高水壓、高地震烈度、長距離施工、深水超長隧道通風、防災等技術(shù)難題［10］?！熬哂袡z修、逃生功能的水下隧道通風豎井及系統(tǒng)（專利號：ZL201621258858.9）［11］”、“水下隧道通風豎井和水下隧道通風系統(tǒng)（專利號：ZL201821767740.8）［12］”，通過設置水上豎井、循環(huán)懸梯等手段，為深水超長隧道通風、逃生等技術(shù)難題提供了解決方法。隨著國民經(jīng)濟實力的提升以及隧道工程技術(shù)的日益成熟，尤其港珠澳隧道的建成，為深水隧道施工積累了經(jīng)驗。如表3，隧道方案雖然存在投資高、以及短期內(nèi)實施難度較大的問題，但技術(shù)的日益成熟，以及時效性的明顯優(yōu)勢，將是未來高鐵直通方案選擇的方向。

如表3所示，車船轉(zhuǎn)運方案的時效性雖然與隧道、橋梁等直通方式相比較差，但已經(jīng)明顯優(yōu)于既有火車輪渡方案。比較其他跨海方式，車船轉(zhuǎn)運方案具有技術(shù)難度最低、造價低、工期最短、對環(huán)境影響最小等優(yōu)勢，建議其作為高鐵直通工程落成前的過渡期方案。

6 結(jié)論

（1）瓊州海峽車船轉(zhuǎn)運方案采用一票制，利用高鐵港口綜合站使乘客換乘省去再次檢票和安檢環(huán)節(jié)，可在5 min內(nèi)完成全部乘客換乘作業(yè)，可實現(xiàn)高鐵旅客在45 min內(nèi)完成跨越瓊州海峽。

（2）船型建議總長68 m、運行航速40 kn、標準客位650人的高速穿浪雙體船。

（3）惡劣天氣對瓊州海峽車船轉(zhuǎn)運方案影響較小，其中大霧天氣對本方案的影響僅為2 h以內(nèi)，臺風對本方案運行影響的天數(shù)年均小于2 d。

（4）車船轉(zhuǎn)運方案具有技術(shù)難度低、造價低、工期短、對環(huán)境影響小等優(yōu)勢，建議作為高鐵直通工程落成前的過渡方案。