車輛編組方案對地鐵車站土建工程投資的影響——以天津地鐵5號線丹河南道站為例

曹冬蒨，楊 崟

(1.天津華鐵工程咨詢有限公司，天津 300011;2.中鐵工程設計院(天津)有限公司，天津 300011)

0 引言

隨著我國經濟的飛速發(fā)展和綜合國力的提高，我國城市地鐵建設進入了大發(fā)展時期。客流量隨著城市經濟的發(fā)展而不斷增加，對地鐵運力的要求也越來越高。目前國際或者是國內，提高運力有2個途徑，一個是縮短行車間隔，另一個是擴大編組，而擴大編組是提高運力的一個最簡單而又直觀的辦法。以北京既有線路為例，1號線、2號線、八通線、13號線要6改8受到車站的規(guī)模、土建限制，因為車站的長度、車庫的長度、折返線的長度等都是按6列編組設計的，現有的基礎6改8非常難，基本上不可能實現。新線如果要實現8列編組，只能在新線初步設計時就要考慮8列編組設計。這就要求設計人員在初步設計時考慮遠期規(guī)劃，不能只看到眼前的狀況，要為今后地鐵發(fā)展多留一點余地。南京地鐵6號線確定車輛編組時就采用近期4列編組，遠期預留5列編組，通過對4列編組和5列編組的土建規(guī)模、設備系統(tǒng)等因素進行定量分析比較，考慮到地鐵6號線遠期預測客流量存在不確定性，站臺長度若按5輛編組列車來預留，對工程投資影響較小(約2%)，而運能卻大大增加(約25%)。這對降低工程風險，實現投資效益最大化，提高軌道交通對城市發(fā)展的適應度有極大的好處［1］。廣州市軌道交通3號線是一條從繁華城區(qū)通往城市郊區(qū)的快速線路，既要滿足城區(qū)大客流量的需求，又要滿足郊區(qū)快捷方便的需要，運營初期采用3節(jié)列車編組，近遠期可對接成6節(jié)列車編組，滿足了3號線線路設置與客流特性的需求［2］。無錫地鐵1號線采用4輛編組時，遠期運能無儲備，明顯不合適;采用5輛或6輛編組可滿足遠期運量要求，但在高峰時5輛編組方案設計運能富余量僅10.6%，6輛編組方案則達到33.4%。鑒于客流預測本身的不確定性以及地鐵工程作為城市解決交通問題的百年大計，6輛編組規(guī)模的條件能為城市發(fā)展和規(guī)避客流風險留有更多余地。經過綜合分析，為了地鐵1號線將來運營更加安全、高效，同時做到設備利用的協調統(tǒng)一，從初、近、遠期編組實施方案的銜接與過渡等因素考慮，確定無錫地鐵1號線初、近、遠期均采用6輛編組方案［3］。北京地鐵的1號線、2號線、13號線和八通線，天津軌道交通濱海線等均采用初期列車4輛編組，遠期為6輛編組［4］。北京地鐵6號線遠期預留8輛編組，初期使用6輛編組。上海地鐵1號線實現了6輛編組改8輛編組，2號線也即將開始實施。天津地鐵1號線運營設計是“小編組、大密度”的原則，因此車輛配置全部使用4節(jié)編組。但近幾年的運營實際狀況是高峰時段，4節(jié)編組列車已經不能滿足實際的客流疏散要求，為此決定對在線運營的列車改造為6節(jié)編組。上海地鐵1號線7:30—8:30的超高峰時段，實際載客量往往達到額定載客量的130%，為了緩解地鐵1號線的擁堵局面，經國家發(fā)改委正式批準，地鐵1號線36列列車由目前的6節(jié)編組改為8節(jié)編組。天津地鐵5號線丹河南道站的車輛編組的選擇同樣既要滿足近期的客流需要，又要為遠期擴大車輛編組留有余量，同時又做到合理經濟，不會資源浪費，在借鑒以往編組經驗的基礎上從建筑、結構、經濟、功能幾個方面進行分析，最終選擇最合理的車輛編組方案。

1 工程概況

1.1 工程簡介

丹河南道站位于北辰區(qū)北倉道與淮東路交叉口，車站主體呈南北走向布置于淮東路下。車站主體東側為天津市匯鑫有限公司，南側和西側為大面積干涸的魚塘，北側為北倉道。周邊道路有淮東路、北倉道，其中淮東路為城市主干道，道路紅線寬45 m;北倉道為城市次干道，道路紅線寬40 m。近期客流不大。

1.2 設計客流

本站客流根據地鐵5號線客流預測資料確定，超高峰系數取1.3。天津地鐵5號線客流預測結果見表1。

表1 天津地鐵5號線客流預測結果表Table 1 Estimated passenger flow of Line 5 of Tianjin Metro

2 編組意向

在確定丹河南道站的車輛編組方案時考慮到天津地鐵以往線路都采用B型車，為保證以后各條地鐵線路車輛可以自由調配，所以5號線依然采用B型車。按照國家批準的可行性研究報告和技術文件的要求，通過實地勘察、調研分析，同時考慮到天津經濟發(fā)展的速度和流動人口增加的速度，需要考慮遠期擴大車輛編組，由于地鐵建設造價偏高，如果預留量太大就會造成資源的浪費，建造成本、運營成本的增加。以上海地鐵為例，上海的軌道交通明珠線二期工程全長22km，17座車站，基本為地下線，采用6輛列車編組設計;軌道交通M8線一期工程，全長23 km，22座車站，全部為地下線，采用5輛列車編組設計。前者工程直接費用平均造價指標為2.7億元/km，較后者的2.58億元/km僅增加4%左右，增加幅度較小。這固然與明珠線二期工程車站較少、有部分高架區(qū)間(1.25 km)有關，然而，對于同一條線路來講，采用6節(jié)編組與采用5節(jié)編組相比，其工程造價增加5%～6%。這是因為列車編組增加主要引起車站土建工程造價的增加(約12%)，而機電設備系統(tǒng)及軌道增加幅度很小，有些則完全相同?？梢哉f，無論是5輛編組還是6輛編組，機電設備系統(tǒng)的造價指標相差不大［5］。由此可見，在車輛編組方案比較時，應主要比較土建部分。

3 地鐵車輛6列編組和7列編組比選

3.1 工況比選

見表2。

表2 6列編組和7列編組工程概況比較表Table 2 Comparison and contrast between Metro stations in the case of 6-car train and that in the case of 7-car train

經過比較，7列編組的面積比6列編組的面積多165 m2，增加1.4%，增加的面積主要是因為結構中單柱變雙柱寬度需要增加和車輛編組增加導致站臺加長。

3.2 結構比選

1)6列編組結構形式采用單柱，見圖1。

2)7列編組結構形式采用雙柱，見圖2。

3)采用6列編組時在結構方面存在的問題。①由于電氣專業(yè)設備擺放的需要，對房間布置有一定要求，梁的跨度達到11 m，而地鐵設計中梁的跨度一般小于10 m，再加上設備區(qū)荷載較大，因此梁的內力也比較大，這樣將影響結構的安全性、穩(wěn)定性、整體性。為了滿足結構要求就需要增大截面、增加鋼筋含量，但這樣不但影響外形美觀，顯得很突兀，還不能滿足設備房間的凈空需求，增加成本。②為方便客流使用，公共區(qū)垂直電梯一般居中布置，但采用單柱設計時為了布置垂直電梯，就要截斷梁，破壞了結構的整體性和穩(wěn)定性，埋下安全隱患。電梯井截斷梁平面圖見圖3。

圖3 電梯井截斷梁平面圖Fig.3 Plan layout of beam cut due to installation of elevator shaft

4)采用7列編組的分析。①結構上采用雙柱方案(見圖2)，避免了垂直電梯截斷梁現象的發(fā)生，保證了結構的整體性，有利于結構安全;增加了柱子，在保證內力和凈空的情況下，減少了梁的跨度。②增加柱子的成本分析。以1根柱子為例:柱子尺寸800 mm× 1 300 mm×12 200 mm。

表3 1根柱子概算表Table 3 Cost of one column

表面來看增加柱子需要增加成本，但是從長遠考慮，地鐵站內巨大的人流必然帶來巨大的商機，很多廠家愿意在地鐵站中做廣告，這些廣告收入是無可限量的，而柱子就是最好的載體，對于增加的廣告收入來說這點成本是微乎其微的。

3.3 經濟比較

見表4。

表4 經濟比較表Table 4 Comparison and contrast in terms of cost

通過方案經濟比較可以看到，6列編組變?yōu)?列編組，建筑成本提高28.5萬，約0.15%，但經濟指標降低0.02萬元/m2，相差不是很明顯;但增加一列編組就使地鐵系統(tǒng)的運輸能力增加了17%，在一次性投資和長遠運營效益的綜合考慮上，還是優(yōu)選7列編組方案。

3.4 舒適度比較

目前，人們出行的交通方式選擇很多，為了提高地鐵的競爭力，就要提高乘客乘車的舒適程度，在地鐵設計中應該充分重視這一點。目前我國地鐵設計都是按車廂內每m2余富面積站立6個人計算，乘車條件要差一些。歐洲地鐵規(guī)定每m2站立4個人，莫斯科地鐵規(guī)定為4.5人。而地鐵增加1列編組就可以緩解車廂擁擠的現象。所以從舒適程度考慮，7列編組優(yōu)于6列編組。

4 案例分析

蘇州軌道交通2號線工程北起京滬高速鐵路蘇州站，南止石湖東路迎春南路東側，全長26.557km，計算旅行時速為35 km，駛完全線為43 min左右。鑒于這條線路經過蘇州的2個新城(平江新城和滄浪新城)、2大交通樞紐(高速鐵路蘇州站和蘇州火車站)、1大商業(yè)區(qū)(石路商業(yè)區(qū))，客流量可能會超過連接天平山和金雞湖東岸的1號線，因此，這一線路在建造之初，就預留了5輛編組的改造條件。其初步設計車輛編組調整方案近日獲批，2014年6月通車試運營后，每列列車將由原來的4輛編組改為5輛編組，最大載客量將從1 340人增加到1 690人。編組方案比較見表5。

表5 蘇州軌道交通2號線列車編組方案比較表Table 5 Comparison and contrast between 4-car train mode and 5-car train mode for Line 2 of Suzhou rail transit system

現在2號線決定向東延伸13.7 km到獨墅湖東面的星華街，與擬建通蘇嘉鐵路形成換乘，這樣，2號線建成后的客流量將進一步增加。列車改為5輛編組后，不但可以滿足軌道交通2號線的遠期客流輸送需求，還有利于保證乘客的舒適度，規(guī)避近期4輛編組、遠期5輛編組車輛混跑可能產生的技術風險和運營管理風險，更好地保障乘客的安全。

為了提高服務質量和運營效益，城市軌道交通的列車編組應該隨著客運量的增長逐漸擴編。

在對待列車編組問題上，南京地鐵公司的決策值得借鑒。他們認為客流量預測有不確定性，地下隧道也是城市的寶貴資源和財富，地鐵車站一旦建成就無法進行改造。現在多花一點投資，為地鐵今后發(fā)展多留一點余地是值得的。因此決定把地鐵2號線車站由可行性研究報告確定的5輛車編組改按6輛車編組設計［6］。

擴大編組需要延長地下車站的長度，但是地下鐵道的隧道結構一旦建成，改建十分困難，代價十分沉重。

地下資源不可再生，而我國地鐵發(fā)展快速，為防止反復擴建改建，節(jié)約資源和成本，在設計初期就要預留余量，并充分考慮遠期規(guī)劃，為遠期擴大車輛編組預留空間。

5 結論與討論

7列編組克服了結構中存在的問題，雖然總建筑成本雖然有所增加，但可以通過其他途徑得到更多回報，而且由于其改善了人民群眾的出行環(huán)境，所以以7列編組作為推薦方案。

隨著人們“低碳環(huán)?！币庾R的不斷提高和地鐵交通網絡的逐步完善，越來越多的人出行選擇地鐵這種便捷的交通工具，隨之而來的是客流量的暴增，已建成的地鐵線路已經遠遠不能滿足要求，這就要求地鐵設計者在前期設計時就要充分考慮遠期客流，同時也要在前期可行性研究階段調研的時候，對遠期客流的統(tǒng)計，結合當地特點，充分考慮經濟發(fā)展的速度，留出充足的余量。本著“以人為本”的設計理念和“高效”、“節(jié)約型”、“便捷型”的新地鐵運營模式，認真分析，反復研究，以便選出最合理的車輛編組方式，造福于民。

［1］ 郭俊義.車輛編組預留影響因素分析［J］.城市軌道交通研究，2009(4):8－11.(GUO Junyi.Analysis of the influence factors over vehicle formation［J］.Urban Mass Transit，2009 (4):8－11.(in Chinese))

［2］ 吳俊泉.廣州市軌道交通三號線列車編組方式研究［C］//中國土木工程學會隧道及地下工程分會地下鐵道專業(yè)委員會第十五屆學術交流會論文集.廣州:廣州市地下鐵道總公司建設事業(yè)部，2003.

［3］ 史明紅.無錫地鐵1號線車輛編組初探［J］.現代城市軌道交通，2011(2):66－68，72.(SHI Minghong.Discussion on vehicle marshalling of Wuxi Metro Line［J］.Modern Urban Transit，2011(2):66－68，72.(in Chinese))

［4］ 徐錦帆，梁廣深.地鐵列車編組分期實施的合理性及擴編的可行性［J］.都市快軌交通，2007(2):1－5.(XU Jinfan，LIANG Guangshen.Rationality of staged implementation of metro train composition and feasibility of its subsequent enlargement［J］.Urban Rapid Rail Transit，2007(2):1－5.(in Chinese))

［5］ 宋健，馬成功.上海市軌道交通車輛選擇及列車編組若干問題的探討［J］.城市軌道交通研究，2003(1):46－50.(SONG Jian，MA Chenggong.Vehicle selection and train consist［J］.Urban Mass Transit，2003(1):46－50.(in Chinese))

［6］ 梁廣深.縮短地鐵列車編組長度對降低車站造價作用不大［J］.城市軌道交通研究，2003(6):17－19.(LIANG Guangshen.Reducing train length doesn’t cut the cost in metro station construction［J］.Urban Mass Transit，2003(6):17－19.(in Chinese))