我國城市軌道交通車輛選配實踐及建議

吳林科 劉卡丁

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司 廣東 深圳 518026)

軌道交通以運(yùn)量大、環(huán)保、安全、準(zhǔn)時、快捷等優(yōu)勢，成為解決當(dāng)今城市交通難題的首選方式。截至目前，我國已有31個城市的軌道交通規(guī)劃通過審批，“十二五”期間，城市軌道交通投資將超過1萬億元。巨額的資金投入帶來行業(yè)發(fā)展的高風(fēng)險，怎樣避免粗放式的“大躍進(jìn)”，是擺在我們面前的重要課題。

一個良好的城市軌道交通系統(tǒng)不僅能夠提高城市的運(yùn)作效率、引導(dǎo)城市空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化、縮小城鄉(xiāng)差距，還能夠優(yōu)化資源配置、改善城市環(huán)境、降低綜合擁有成本、支持城市可持續(xù)發(fā)展。

下面從車輛選配的角度，談如何建設(shè)良好的城市軌道交通系統(tǒng)。

1 車輛選配的現(xiàn)狀

城市軌道交通車輛系統(tǒng)貫穿于城市軌道交通系統(tǒng)全壽命周期的始終，制約著軌道交通項目的規(guī)模、投入與效益。從目前運(yùn)營的狀況來看，有持續(xù)虧損、故障頻發(fā)、服務(wù)水平等問題，困擾著城市軌道交通的順利發(fā)展。這些暴露出來的問題，或多或少與車輛選配有關(guān)。特別是近期個別城市地鐵故障，矛頭更是直指車輛過于擁擠?！翱土鞲叻鍟r擁擠是車選小了”，基于這種判斷，本來適配B型車的被要求改配A型車，本來適配6輛編組的被改配7輛、8輛，甚至12輛編組。而實際上，無論選擇哪種車型都有承載能力極限的問題，不可能100%滿足局部站段客流峰值的需要，也不可能保持全網(wǎng)全天候理論上的舒適度。

國內(nèi)正在運(yùn)營的軌道交通線路，其車輛制式主要有常規(guī)的地鐵輕軌(A、B、C型車)、單軌、自動導(dǎo)向軌、磁懸浮、直線電機(jī)、有軌電車等系統(tǒng)(見表1)，其中常規(guī)的地鐵輕軌(A、B、C型車)系統(tǒng)通車?yán)锍虜?shù)占據(jù)總通車?yán)锍虜?shù)的90%以上，特別是常規(guī)輪軌B型車在我國應(yīng)用時間最早、涵蓋城市范圍最廣、線路數(shù)最多、運(yùn)營里程最長。

不可否認(rèn)，多數(shù)城市對軌道交通車輛選配這個重大決策都非常重視，在線網(wǎng)規(guī)劃之初都會做專項研究，車輛選配的最終決策也是基本科學(xué)和相適應(yīng)的。但國內(nèi)車輛制式與型式的基礎(chǔ)研究仍比較薄弱，沒有形成一套科學(xué)的方法，一些城市在進(jìn)行城市軌道交通系統(tǒng)的選擇和決策時無章可循，導(dǎo)致在決策過程中主觀意識濃厚、互相攀比思想嚴(yán)重。

同時，一些可研只是論證事先主觀定下的方案，而不是對各種替代技術(shù)方案(如地鐵、輕軌、快速公交)和替代路線作出嚴(yán)格細(xì)致的分析比較。有些規(guī)劃的軌道網(wǎng)絡(luò)過于龐大，與現(xiàn)實交通走廊的交通需求量和投資能力嚴(yán)重脫節(jié);有些線路的選擇是從容易建設(shè)的角度考慮，哪里容易就在哪里建，而不是著眼于需求量最大的線路。

因此，迫切需要根據(jù)國內(nèi)城市軌道交通車輛發(fā)展的現(xiàn)狀，在各種觀念交織的背景中尋出規(guī)律、找出方法，以指導(dǎo)新時期的軌道交通車輛選配工作。

表1 國內(nèi)已運(yùn)營部分線路軌道交通制式及車型*

2 可選車型及影響車輛選配的主要因素

要做好車輛選配工作，首先要了解有哪些制式車型可選，熟悉可選車輛類別。由于軌道交通車輛特征豐富、分類指標(biāo)眾多，如軌道交通的運(yùn)輸能力、線路專用程度、系統(tǒng)技術(shù)、運(yùn)營方式、牽引方式、支承與導(dǎo)向方式等，都可以作為分類標(biāo)準(zhǔn)，各種分類方法、分類學(xué)派也非常多。其次，要分析影響車輛選配的因素，分清楚哪些是主要因素，哪些是次要因素，并權(quán)衡它們之間的影響及利弊得失。

2.1 車輛種類及常規(guī)車型部分技術(shù)參數(shù)

根據(jù)原國家建設(shè)部2007年頒布實施的CJJ/T 114—2007《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》，從車輛的制式與型式、運(yùn)能等方面將城市軌道交通分為地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)(見圖1)、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)(見圖2)、市域快速軌道系統(tǒng)等七大系統(tǒng)。

常規(guī)地鐵輕軌系統(tǒng)主要包括A、B、C三種車型，技術(shù)參數(shù)分為體積、速度、軸重、運(yùn)能、曲線及線路坡度等多個方面，這里只列出影響該三種車輛選型且存在差異化的指標(biāo)(見表2)。如車廂尺寸影響限界、運(yùn)能，軸重影響能耗，轉(zhuǎn)向架中心距影響輪對、軌道的偏磨耗及行車的安全性，曲線半徑影響工程施工及建設(shè)成本等。

從表2中可以看到，A型車6輛編組以單向每小時4.5萬～7萬人次為運(yùn)能最大，C型車以建設(shè)投入少與運(yùn)營損耗低、安全性能高等方面為優(yōu)勢，B型車則兼顧兩者之間。

表2 常規(guī)車型的部分技術(shù)指標(biāo)

2.2 影響車輛選配的主要因素

一般車輛選配的基本原則可以概括為“安全可靠、技術(shù)成熟、快捷舒適、經(jīng)濟(jì)適用”，這也是人們通常所說的安全性、適應(yīng)性、社會性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。其中舒適性是擴(kuò)展需求，應(yīng)該根據(jù)城市的自身經(jīng)濟(jì)條件與可持續(xù)發(fā)展要求適當(dāng)兼顧;其他“四性”是基本需求，也是影響車輛選配的主要因素。下面將重點分析A、B、C型車滿足基本需求的情況。

2.2.1 安全性

安全性不僅包括運(yùn)行平穩(wěn)、性能可靠，而且還包括彎道通過能力、爬坡能力、牽引制動能力，還包括供電、信號、通信等關(guān)鍵技術(shù)的成熟度，以及國內(nèi)是否有成功的應(yīng)用模式與市場，是否存在完整的產(chǎn)業(yè)鏈，是否在突發(fā)事件情況下具備二次救援的能力等。

2.2.2 適應(yīng)性

車輛選配需要適應(yīng)客流、線路特征、線網(wǎng)協(xié)調(diào)性、工程實施等。首先，車輛選配需要適應(yīng)客流，即所選配的車輛客運(yùn)能力需要滿足高峰小時的運(yùn)量要求，還需提高客流預(yù)測的準(zhǔn)確性，進(jìn)行客流穩(wěn)定性分析。其次，所選配的車輛需有適應(yīng)困難地段的能力，適應(yīng)線路的平緩與急轉(zhuǎn)、坡度大小變化等情況。一般來說，車輛轉(zhuǎn)向架中心軸距與線路曲線吻合度越好，所選配的車輛線路適應(yīng)性就越好。此外，車輛選配還需適應(yīng)線網(wǎng)的規(guī)劃，以及由車輛選配決定的限界、坡度、曲線在不同的地質(zhì)條件下工程的可實施性。

2.2.3 社會性

車輛選配對環(huán)境的影響、服務(wù)市民的水平和促進(jìn)城市的發(fā)展及國產(chǎn)化方面是其社會性。對環(huán)境的影響包含噪聲、振動和景觀3個方面，一般車型體量越小(軸重小)對環(huán)境的影響越小;服務(wù)市民水平包括行車間隔、接駁與換乘的便利性、準(zhǔn)點率等方面;車輛國產(chǎn)化有利于引導(dǎo)城市相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，降低車輛的綜合擁有成本。據(jù)有關(guān)報道，B型車現(xiàn)已批量采用國產(chǎn)化核心裝備，整車國產(chǎn)化率達(dá)85%，創(chuàng)下地鐵列車國產(chǎn)化率的新高，社會效益相對明顯。

2.2.4 經(jīng)濟(jì)性

考察車輛選配的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)關(guān)注車輛的綜合擁有成本，包括土建成本、車輛購置成本和運(yùn)營成本等。

車輛選配決定了車輛限界、軸重、適應(yīng)的曲線半徑及授電方式，影響隧道和高架的體量;影響線路是否更容易避開障礙，減少不必要的線路長度、占地和拆遷工程，這些都直接影響土建成本及工程造價，而軸重的不同則更長遠(yuǎn)地影響著運(yùn)營能耗。至于車輛本身的購置成本(見表3)，因車輛類型不同，造價也相差比較大，如最低B型車人均定員車價2.2萬元，最高APM車人均定員車價9.42萬元。

表3 國內(nèi)軌道交通車輛購置費(fèi)用

3 車輛選配實踐中的幾個傾向

隨著我國軌道交通的深入發(fā)展，在規(guī)劃前期開展車輛選配的專項研究已成慣例，大量的車輛選配實踐積累了很多經(jīng)驗，也包括遺憾。事實上，每個城市都在按照自己的思路進(jìn)行車輛選配，沒有廣泛的共識。下面歸納的在車輛選配實踐過程中出現(xiàn)的幾個傾向，值得商榷。

3.1 追求線網(wǎng)既有制式車型的延續(xù)性與選型的單一化，忽視適度規(guī)模問題

根據(jù)《軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》的條文說明，“從線網(wǎng)運(yùn)營管理進(jìn)行綜合考慮，不宜采用多種制式，應(yīng)盡量一致，或一種類型車輛宜形成一定數(shù)量級規(guī)?！薄＿@個非強(qiáng)制性要求，人們往往只看到前半句，忽視適度規(guī)模問題。誠然，延續(xù)性與單一化戰(zhàn)略容易形成規(guī)模，達(dá)到資源共享的目的。資源共享有很多好處，如維護(hù)維修資源的共享、備品備件的共享、人力資源的共享等，對于節(jié)約成本減少投資很有必要;但同時需求的多樣性得不到滿足，如要求軌道交通線路布置靈活、要求適應(yīng)各種地形地貌與水文地質(zhì)特征、要求適應(yīng)客流的不均勻分布等;線路的安全性、適應(yīng)性、社會性與經(jīng)濟(jì)性也不一定最優(yōu)，并且過度單一、過大規(guī)?？赡芤l(fā)管理失控，導(dǎo)致邊際成本大于邊際效益、進(jìn)取與創(chuàng)新能力下降、退出成本上升。

3.2 過于依賴預(yù)測的遠(yuǎn)期高峰小時最大斷面客流

人們在做車輛選配專項研究時，客流預(yù)測報告是主要依據(jù)之一。所謂預(yù)測并不完全等同現(xiàn)實，況且影響客流預(yù)測的因素很多，如軌道交通沿線土地利用性質(zhì)及開發(fā)強(qiáng)度與速度、城市交通發(fā)展政策特別是機(jī)動車發(fā)展政策、線網(wǎng)規(guī)模、票價政策、服務(wù)水平和軌道交通的分擔(dān)率及與常規(guī)公交的接駁等。這些因素存在不確定性、不獨(dú)立性，增加了預(yù)測的難度和誤差(見表4)，特別是近年來為了便于立項等原因，需要“證明”大客流的存在，使得客流預(yù)測更是摻雜了主觀因素。表4中大部分線路的預(yù)測客流比實際客流大。相反，也有人列出國內(nèi)個別城市主干線實際客流超過預(yù)測客流的情況，又從另一個側(cè)面證明了“測不準(zhǔn)”的現(xiàn)實。

表4 部分城市軌道交通線路客流預(yù)測情況

如果高誤差的預(yù)測客流用來指導(dǎo)車輛選配及其線站規(guī)模，勢必造成運(yùn)能不足或鋪張浪費(fèi)。運(yùn)能不足可以彌補(bǔ)，如在規(guī)模效應(yīng)與可持續(xù)發(fā)展的前提下，可適當(dāng)增加線網(wǎng)的密度，另外可通過城市綜合交通政策來協(xié)調(diào)，畢竟任何交通工具都有承載極限和最優(yōu)化的問題;而鋪張浪費(fèi)則帶來資源的無謂消耗，使線路淪為城市無法卸載的包袱或棄之可惜的雞肋。

2011年6月28日，深圳地鐵共開通了5條線，分別為1～5號線，通車?yán)锍?77.4 km。截止到目前，日均客運(yùn)量基本穩(wěn)定在183.1萬人次(見圖3、表5)，客運(yùn)強(qiáng)度為1.03萬人次/km;而首爾客運(yùn)強(qiáng)度1.92萬人次/km，香港2.34萬人次/km，東京 2.76萬人次/km，莫斯科3.32萬人次/km。從線網(wǎng)效率與效益考慮，線網(wǎng)客運(yùn)強(qiáng)度最好不要低于1.5萬人次/km。

客運(yùn)量方面(見圖3)，2011年7—11月間，深圳地鐵全線網(wǎng)最高日客流量為10月1日的250.72萬人次;1號線客流明顯大于其他4條線，客流穩(wěn)定在每日約73萬人次;3號線客流處于第2位，為38萬人次;而其他3條線的客流曲線幾乎重合，日均客流約24萬人次。

客運(yùn)強(qiáng)度方面(見表5)，2011年7—11月間，深圳地鐵1號線的客運(yùn)強(qiáng)度最大，為1.85萬人次/km，4號線客運(yùn)強(qiáng)度1.21萬人次/km，位居第2，其他3條線均低于1萬人次/km。

圖3 2011年7—11月深圳地鐵各線路日客運(yùn)量

表5 2011年7—11月深圳地鐵各線路客運(yùn)強(qiáng)度

深圳地鐵目前每天高峰時段(早上8∶00—9∶00，晚上6∶00—7∶00)保持在2 h以內(nèi)，即能夠保持滿載，占全天17 h運(yùn)營時間的11.8%，其他88.2%時段則保持較高的空載率。

在車輛選配時，如果太注重低概率事件的預(yù)測尖峰客流，刻意縮短高峰時段，完全依賴預(yù)測的遠(yuǎn)期高峰小時最大斷面客流，這樣的車輛選配應(yīng)是值得商榷的。

3.3 過于強(qiáng)調(diào)車輛型式的運(yùn)能裕量

如果過于強(qiáng)調(diào)車輛型式的遠(yuǎn)期高峰運(yùn)能裕量，會使車輛選型工作本末倒置，陷入遠(yuǎn)期永遠(yuǎn)運(yùn)力不足的死胡同。軌道交通不是城市公共交通的全部，應(yīng)該定位為城市高端交通走廊，應(yīng)該吸引更多的乘坐私家車出行的人們，以減少路面交通壓力和污染的排放。一味強(qiáng)調(diào)運(yùn)能裕量，結(jié)果高配車型;同時又為了避免服務(wù)水平太低，不得不承受高空載率，使得運(yùn)營虧損加劇，左右為難。

深圳軌道交通現(xiàn)運(yùn)營的5條線，車型配置僅3號線采用B型車，另外4條線均為A型車。其主干線與次主干線客運(yùn)周轉(zhuǎn)量差距較大(見表6)，2011年7—9月間客運(yùn)周轉(zhuǎn)量平均數(shù)，排列第1的1號線為第2位3號線的1.7倍、為第5位2號線的3.89倍。2011年7—9月間5條線的運(yùn)營電耗(見圖4)，2號線人均公里電耗9月份為0.283 kW·h，最高;1號線人均公里電耗8月份為0.094 kW·h，最低。從圖4中還可以看出，1號線與3號線的人均公里電耗相近，4號線與5號線的人均公里電耗接近，而兩兩之間人均公里電耗相差約0.02 kW·h。以此計算，如果3號線同樣采用A型車，則每月耗電量至少增加250萬kW·h，每年耗電量增加3000萬kW·h以上。

表6 2011年7—9月深圳地鐵各線路客運(yùn)周轉(zhuǎn)量 萬人千米

圖4 2011年7—9月深圳地鐵各線路人均每千米電耗

3.4 地方財政日益捉襟見肘，車輛選配卻求新求大求全

世界銀行在2009年的一份報告中指出，城市軌道交通是花費(fèi)巨大且風(fēng)險很大的項目，在大多數(shù)城市，可支付能力已經(jīng)是或者將會是一個嚴(yán)重的問題，不好的地鐵項目可能會耗盡經(jīng)濟(jì)。原來軌道交通工程建設(shè)每公里投入人民幣4億～6億元，現(xiàn)在個別線路已到達(dá)7億～8億元。什么制式新上什么，什么車型大上什么，有條件上，沒條件創(chuàng)造條件也要上。

不富裕的城市舉全城之力修建地鐵，如某市2009年全年的財政收入是231億元，一條線路的建設(shè)幾乎要耗盡全年的財政收入，更別說多條線路的同時開工，地方財政無力承擔(dān)，就靠融資、舉債，寅吃卯糧。

根據(jù)深圳上報國家的軌道交通三期建設(shè)規(guī)劃，2011—2016年間建設(shè)軌道交通6～9、11號線共5條線路，總長約170 km，接近一、二期的總里程178 km。三期工程建設(shè)總投資估算約1256億元，遠(yuǎn)超過一、二期700多億元的總投資額。

除了修建時投資巨大，地鐵還因其公共屬性，幾乎全世界的地鐵運(yùn)營都在虧本。北京市每年補(bǔ)貼地鐵運(yùn)營虧損20億元左右;深圳地鐵已虧損近10億元，2012年至2016年預(yù)計地鐵折舊和利息虧損額約220億元。

深圳地鐵除3號線采用6B車輛編組、港鐵深圳公司經(jīng)營的4號線采用4A車輛編組外，其他線路均為6A車輛編組，據(jù)有關(guān)資料對2012、2013年運(yùn)營利潤預(yù)計，3號線分別為1.25億元、2.88億元，在所有線路中相對較高。因此，合乎客觀實際的車輛選配，是有利于企業(yè)與城市可持續(xù)發(fā)展的。

4 城市軌道交通車輛選配的建議

近年來，我國一直在推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、實踐科學(xué)發(fā)展觀，堅持把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的主要著力點。為避免走發(fā)達(dá)國家被石油綁架的老路，需要大力發(fā)展綠色交通，需將“節(jié)能減排”由生產(chǎn)領(lǐng)域向消費(fèi)領(lǐng)域拓展。面對能源危機(jī)，一方面應(yīng)該積極尋找和發(fā)展清潔能源，另一方面應(yīng)該厲行節(jié)約，提高能源利用的有效性。

作為綠色交通的城市軌道交通工程，在大力建設(shè)的同時，更應(yīng)該選擇經(jīng)濟(jì)節(jié)約、技術(shù)成熟、國產(chǎn)化率高的系統(tǒng)設(shè)備。具體到城市軌道交通車輛系統(tǒng)的選配，就是要汲取過去的成功經(jīng)驗，并結(jié)合新的歷史條件，探索新的選型路徑，要有可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。

為此，對新時期的城市軌道交通車輛選配提出如下建議:

1)在客流預(yù)測可信度有限的條件下，要根據(jù)影響軌道交通車輛選配的主要因素進(jìn)行綜合評估，不能陷入預(yù)測客流決定論。對于地鐵設(shè)計規(guī)范中，關(guān)于“地鐵的設(shè)計運(yùn)輸能力，應(yīng)滿足預(yù)測的遠(yuǎn)期單向高峰小時最大斷面客流量的需要”本身正確，但作為強(qiáng)制性實施條文就值得商榷。

2)進(jìn)行城市軌道交通車輛選配時，首先需要對城市軌道交通線網(wǎng)作層級劃分，分清楚哪些是主干線，哪些是次干線，哪些是支線、輔助線;哪些是主城區(qū)，哪些是城市副中心，哪些是邊緣城區(qū);哪些是連接城市的交通樞紐、區(qū)域交通樞紐或是國際交通樞紐。一般可劃分為2個層次或3個層次，每個層次對應(yīng)選配地鐵A型車、B型車或輕軌C型車，有條件的或有特殊要求的也可以考慮配置其他制式。

3)從前述遠(yuǎn)期高峰小時斷面預(yù)測客流、影響車輛選配的“四性”(經(jīng)濟(jì)性、安全性、社會性和適應(yīng)性)及各種制式車型比較分析，結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，如果遠(yuǎn)期客流量級屬大運(yùn)量以上，并且客流量在4.0萬人次/h以下可選配B型車;客流量在4.5萬人次/h以上可選配A型車;客流量在4.0萬～4.5萬人次/h之間時，則應(yīng)綜合考慮，或盡可能配置B型車，方便向上、向下銜接兼容，也避免城市間盲目、過度攀比，減少政府投融資及運(yùn)營補(bǔ)貼的壓力。

4)對于客流量的確超過運(yùn)能極限的運(yùn)營線路，應(yīng)優(yōu)先考慮增加線網(wǎng)密度，通過增建復(fù)線、輔助線或輕軌，以及綜合交通策略(常規(guī)交通協(xié)調(diào)、票價政策等)運(yùn)用來疏解;其次才是考慮原線路車輛的改造和擴(kuò)充。

5)城市軌道交通制式、型式應(yīng)避免單一化或多樣化，應(yīng)適度組合、適度規(guī)模，兼顧效率與需求。

5 結(jié)語

自1969年開通第1條地鐵線路，我國城市軌道交通發(fā)展已走過了40多年。各種軌道交通車輛制式與型式在我國得到了廣泛的應(yīng)用，特別是常規(guī)的地鐵輕軌(A、B、C型車)系統(tǒng)占據(jù)了國內(nèi)90%以上的市場。通過如此大量的應(yīng)用實踐，不斷檢驗與完善了車輛產(chǎn)品，也加快了車輛產(chǎn)品的國產(chǎn)化進(jìn)程，其中尤以B型車最為突出。

我國軌道交通車輛選配工作走過一些彎路，沒有一套基本的思路框架與選配方法是主因，同時也存在不同程度的盲目性、相互攀比性。筆者通過研究分析國內(nèi)軌道交通車輛選配的現(xiàn)狀，并結(jié)合部分城市車輛選配的實踐，提出了軌道交通按線網(wǎng)層級劃分的車輛選配方式、方法以及優(yōu)先發(fā)展策略，為今后的城市軌道交通車輛選配提供清晰的思路及合理的工作路徑，使我國城市軌道交通走上一條良性循環(huán)的發(fā)展之路。

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