機場捷運系統(tǒng)制式比選研究

包亞敏　杜磊

【摘 要】本文對機場捷運系統(tǒng)可以采用的制式進行了分類和比較，并從現(xiàn)狀和趨勢展望兩個角度對機場捷運采用的制式進行適用性分析，通過浦東機場和深圳機場的案例說明了機場捷運系統(tǒng)制式比選工作的必要性，并指出比選的時機。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)制式；制式比選；適用性

0 引言

機場捷運系統(tǒng)的制式，與其所有土建設(shè)施和運輸組織都直接相關(guān)，因此，在機場捷運系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的早期，需要進行系統(tǒng)制式及比選，包括系統(tǒng)制式比較和車型選擇兩部分內(nèi)容。

1 系統(tǒng)制式及車輛類型

通常意義上來說，機場捷運系統(tǒng)的制式包括膠輪制式、鋼輪制式、單軌制式等，每一種制式中又有各種不同車型。

1.1 制式分類

從目前民航機場已經(jīng)采用的捷運系統(tǒng)制式來看，主要分為五個大類（見圖1），包括膠輪制式、鋼輪制式、單軌制式、纜索制式和低速磁浮制式。

1）膠輪制式

該制式車輛的膠輪具有較強粘附能力，從而在加減速上性能較優(yōu)，在轉(zhuǎn)彎半徑小、高架橋、隧道和對坡度要求高的地形限制條件下，可以最小化工程成本，優(yōu)化線路集成。

在性能上，膠輪制式車輛運行速度不高，一般為50～70km/h，膠輪在冰雪天氣下很快就會喪失高牽引力的優(yōu)勢；輪胎的損耗速度較快，更換頻率高，膠輪技術(shù)的低普及率導(dǎo)致安裝及保養(yǎng)費用較高；膠輪制式標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，膠輪軌道系統(tǒng)不像鋼輪系統(tǒng)已確立標(biāo)準(zhǔn)軌距，具有符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求的規(guī)格，研制膠輪系統(tǒng)的不同廠商都各自具有互不兼容的專利規(guī)格，導(dǎo)致了顧客在決定變更膠輪系統(tǒng)的供應(yīng)廠商時，要完全重置整個系統(tǒng)的設(shè)備。

近些年，膠輪系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)有了一些實際應(yīng)用的工程案例。北京首都國際機場捷運系統(tǒng)、廣州珠江新城旅客自動輸送系統(tǒng)、香港國際機場捷運系統(tǒng)都已建成并投入使用。2014年南京浦鎮(zhèn)車輛廠與龐巴迪公司成立了國內(nèi)合資工廠，生產(chǎn)膠輪車和跨坐式單軌車。

膠輪制式車型參數(shù)見表1。

2）鋼輪制式

隨著國內(nèi)城市軌道交通系統(tǒng)的多年發(fā)展，我國相關(guān)鋼輪制式的研發(fā)制造裝備應(yīng)用水平已達到國際水平。鋼輪制式車輛的車廂寬敞，能適應(yīng)中大運量的旅客需求。與膠輪制式相比，鋼輪制式選線要求高，振動噪聲略大。但是，其具有成熟的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用廣，市場普及率較高，國內(nèi)地鐵和有軌電車發(fā)展迅速，有充分的市場競爭環(huán)境。此外鋼輪制式一般采用獨立路權(quán)和地下線路，節(jié)約土地；噪聲和周邊干擾少，節(jié)約能源。

2009-2015年，在全國25個城市將建成總長2 495km的87條軌道交通線路）。國內(nèi)多家軌道交通車輛制造企業(yè)均具有車輛研發(fā)、生產(chǎn)和維護的相關(guān)能力。國內(nèi)24個機場年旅客吞吐量達1000萬人次以上的城市中，其中17個城市已有鋼輪制式軌道交通系統(tǒng)運營，4個城市的軌道系統(tǒng)在建?？梢?，鋼輪制式在國內(nèi)主要大中城市的普及率很高。

鋼輪制式車型參數(shù)見表2

3）單軌制式

單軌制式系統(tǒng)所需的寬度主要是車輛的寬度決定的，系統(tǒng)多采用高架線路，地面只需建造橋墩，因此，單軌制式的車輛節(jié)約土地，占地面積小。此外，膠輪在軌道上走行，噪聲較小，且爬坡能力較強。由于跨座式單軌采用包圍方式，較不容易出軌。系統(tǒng)造價和維修價格相對較低，但需要建設(shè)專用軌道。如果出現(xiàn)緊急情況，在高架線路上的乘客逃生比較復(fù)雜。目前，單軌制式的軌道還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

近年來，單軌系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)有了一些實際應(yīng)用的工程案例，例如重慶市的軌道交通2號線和3號線兩條跨座式單軌系統(tǒng)（見圖2）、為曲江新區(qū)旅游配套項目修建的西安市曲江旅游單軌線、深圳市的華僑城內(nèi)的歡樂干線（見圖3），目前都已建成投入運營。

目前，國內(nèi)暫無纜索制式應(yīng)用案例。該制式在國外應(yīng)用也相對較少，比較適應(yīng)于點對點的，距離較短的較低運量和服務(wù)間隔要求的捷運系統(tǒng)。

5）低速磁浮制式

國內(nèi)對低速磁浮技術(shù)的研究持續(xù)了多年時間，目前已有工程案例進入實施階段。國內(nèi)低速磁浮列車具有工程化應(yīng)用推廣條件的代表技術(shù)分別掌握在同濟大學(xué)磁浮中心/上海電氣集團、國防科技大學(xué)/南車株洲電力機車有限公司、北控集團/唐山機車車輛廠，另外還有西南交通大學(xué)等科研機構(gòu)擁有試驗線。

國內(nèi)應(yīng)用案例有北京市規(guī)劃的S1線、深圳市規(guī)劃的8號線，以及連接長沙黃花機場與高鐵長沙南站的低速磁浮系統(tǒng)（目前工程在建中），如圖4所示。

2.2 制式適用性分析

1）現(xiàn)狀

從現(xiàn)狀來看，膠輪制式“一統(tǒng)機場”是有其歷史原因的。國外機場早期規(guī)劃階段并沒有考慮使用捷運系統(tǒng)，因此后期再建的空間條件就比較苛刻，只能選用對線路條件適應(yīng)性較強的膠輪系統(tǒng)。鋼輪系統(tǒng)技術(shù)當(dāng)時的技術(shù)水平尚難以滿足國外機場的高可靠性、高舒適性要求，也使膠輪系統(tǒng)在當(dāng)時的技術(shù)環(huán)境下更具有比較優(yōu)勢。

上述五種不同制式系統(tǒng)進行初步分析后，見表4。

2）趨勢展望

上述制式在我國的應(yīng)用前景，主要是要考慮技術(shù)與對具體項目的適應(yīng)性，更重要的是成本問題，若某一技術(shù)制式在國內(nèi)應(yīng)用前景有限，則會導(dǎo)致該種制式在國內(nèi)應(yīng)用成本降低可能性不大。

3 基于具體項目的系統(tǒng)制式比選

通過對不同車輛制式的介紹和分析可知，機場選擇哪種制式來做捷運系統(tǒng)，需要基于不同的項目來進行具體研究和比選。

3.1 比選的必要性與時機

正是因為不同的機場對捷運系統(tǒng)有不同的需求和存在不同的項目條件，所以引入車輛制式比選是十分必要的，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）根據(jù)需求確定運營方式，根據(jù)規(guī)劃條件和運營方式選定制式，同樣的需求和運營方式，就存在多種制式比選。

（2）各種制式都在發(fā)展，一種是針對性的，適應(yīng)獨特需求；一種是普遍性的，適應(yīng)多種需求。目前市場上系統(tǒng)制式，還沒有專門為捷運系統(tǒng)“量身打造”的；有些制式現(xiàn)在應(yīng)用多些，還有些制式將來應(yīng)用會越來越多。要注意的是，一個機場（或機場集團）最好采用同樣的系統(tǒng)制式和車型，否則不便于運營和維護。

（3）項目本身需求也會存在多樣化，運輸需求、運營管理都是多樣化，環(huán)境條件要素多元化。例如機場有地鐵進來，就可以規(guī)劃采用與其制式一樣的鋼輪系統(tǒng)。這樣規(guī)劃的好處就是建設(shè)和運營成本大大下降。機場自身不需再組建一套運營、維護隊伍。

（4）原來的選擇比較簡單，主要是考慮量的問題，現(xiàn)在要考慮的因素比較多，特別是全壽命周期成本、管理等問題均需要考慮。

進行制式比選的時機，一般須在機場規(guī)劃前期持續(xù)進行制式比選研究，主要可分為三個階段：

（1）在機場總體規(guī)劃階段，開展制式適應(yīng)性專題研究，目標(biāo)是為機場規(guī)劃及相關(guān)預(yù)留工程提出必要的控制性條件和要求。

（2）在項目申請/可研階段，開展制式選擇專題研究，目標(biāo)是為項目確定制式種類。

（3）在初步設(shè)計階段，要確定車型和編組方案，為系統(tǒng)設(shè)計及后續(xù)車輛招標(biāo)確定具體車型及相關(guān)技術(shù)需求。

3.2 比選分析工作

國內(nèi)外機場在開展捷運系統(tǒng)研究時，均對車輛制式開展專門研究。車輛制式比選分析可以從以下兩方面逐步開展工作。

1）分析要素

車輛制式的分析要素至少要包括客運需求匹配、線路條件、可靠性、舒適性、車輛供貨及維護資源、經(jīng)濟性（市場成熟度）等。對于經(jīng)濟性，著重考慮建設(shè)成本、運營維護成本、項目所在地運維管理商的市場環(huán)境。

2）主要原則

（1）滿足功能需求是基本要求，在滿足客運需求的前提下，選擇經(jīng)濟、實用、可靠、舒適且便于維護的制式；

（2）選擇成熟可靠產(chǎn)品是關(guān)鍵，堅持車輛技術(shù)具備國內(nèi)規(guī)模產(chǎn)業(yè)和市場支撐的原則，及車輛標(biāo)準(zhǔn)化要求，選用技術(shù)成熟先進、備品來源和維修能力可靠、性價比合理的車輛。

（3）關(guān)注使用的便利性、經(jīng)濟性是重中之重，由于捷運系統(tǒng)的規(guī)模較小，宜充分考慮運營維護的社會化、市場化因素。

案例 1 浦東機場捷運系統(tǒng)車輛制式比選

浦東機場總體規(guī)劃規(guī)劃階段對系統(tǒng)制式做了許多研究，最終在一期、二期工程實施時，保留了鋼輪、膠輪兩種制式實施的物理空間條件。之所以沒有考慮單軌制式、磁浮制式，主要是這兩項技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展應(yīng)用情況尚不明朗。

浦東機場的捷運系統(tǒng)具有較好的線路條件，基本為直線，對轉(zhuǎn)彎、爬坡無特殊要求，同時機場管理當(dāng)局對系統(tǒng)性能可靠、經(jīng)濟實用（成本可接受）要求較高，而且非常關(guān)注運營維護市場的成熟度。結(jié)合上海軌道交通2號線已經(jīng)接入浦東機場，及上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的成熟現(xiàn)狀，通過制式類別、需求適應(yīng)性、技術(shù)安全可靠性、舒適性、經(jīng)濟性及運營保障可靠性等方面進行定性分析（見表6）。

案例 2 深圳機場捷運系統(tǒng)車輛制式比選

深圳寶安機場在總體規(guī)劃局部調(diào)整階段，啟動了捷運系統(tǒng)專題研究，通過協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)氐馁Y源，建立明確的前期可研架構(gòu)，優(yōu)勢互補，為比選出最適宜的車輛制式提供依據(jù)。通過對制式類別、需求適應(yīng)性、技術(shù)安全可靠性、舒適性、經(jīng)濟性、運營保障可靠性及該項目對預(yù)留設(shè)施改造難度等方面進行綜合分析（見表7）。需要特別說明的是：深圳機場已經(jīng)有軌道交通11號線貫穿航站區(qū)。

4 小結(jié)

對于機場捷運系統(tǒng)而言，其制式選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體項目情況分析，不能一概而論。各種制式都有其適用環(huán)境，包括需求、技術(shù)、經(jīng)濟、管理等多方面因素。換而言之，捷運系統(tǒng)不應(yīng)該是任何單一制式所能全覆蓋的，在開展系統(tǒng)制式分析時，要重點注意以下幾方面：

（1）在規(guī)劃和實施捷運系統(tǒng)過程中，系統(tǒng)制式比選是很重要的一項工作，一般要在規(guī)劃設(shè)計的早期開展，并在項目規(guī)劃、設(shè)計的不同階段持續(xù)進行。

（2）要選擇適應(yīng)物理空間、使用需求、技術(shù)安全可靠、舒適、經(jīng)濟且運營維護有保障的制式，同時也要充分考慮運營維護的社會化、市場化環(huán)境。例如就選用已進入機場的軌道交通制式，就能更好地發(fā)揮社會化、市場化的優(yōu)勢。

（3）膠輪系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、纜索系統(tǒng)等仍屬于專有系統(tǒng)技術(shù)，每種系統(tǒng)均在不同的廠家設(shè)計和生產(chǎn)，尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一些代表性膠輪制式車型都有2～3代的產(chǎn)品，自身也難以前后兼容。機場規(guī)劃發(fā)展有20年、30年、50年的期限，除了要預(yù)留捷運系統(tǒng)擴展和升級的物理空間，還要考慮技術(shù)前后延續(xù)性。當(dāng)然隨著膠輪、單軌等專有系統(tǒng)制式逐步在國內(nèi)實現(xiàn)生產(chǎn)制造，在國內(nèi)市場的推廣應(yīng)用逐步擴大，也會獲得應(yīng)有的發(fā)展空間。

（4）制式比選中經(jīng)濟性的因素，不僅包括建設(shè)（采購）成本，更重要的是包括運營維護成本。捷運系統(tǒng)一般不收費，長期的捷運系統(tǒng)運營投入將主要消耗機場獲得的利潤。因此，目前階段運營維護成本（也包括運營保障可靠性）因素，將是制式確定必須關(guān)注的重點問題。

（5）鋼輪系統(tǒng)（城軌）采用的是在國內(nèi)比較成熟的市場化技術(shù)，其主要系統(tǒng)單元，如軌道、列車控制技術(shù)、道岔、車輛、牽引系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等。由于設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化使得產(chǎn)品普及率較高，大規(guī)模應(yīng)用可以大幅降低系統(tǒng)后期使用成本，尤其是能在一個公開市場采用競爭方式招標(biāo)采購。同時，國內(nèi)大型機場中，基本都已引入或規(guī)劃引入了城市軌道交通，這也是捷運系統(tǒng)規(guī)劃和系統(tǒng)制式比選中十分重要的優(yōu)勢條件。

相信隨著城市軌道交通在我國的快速發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的進步，我國捷運系統(tǒng)將會更多的采用與其所在城市軌道交通制式一致的系統(tǒng)制式。

[責(zé)任編輯：朱麗娜]