城市軌道交通市域線速度目標(biāo)值研究

黃樹(shù)明

城市軌道交通市域線速度目標(biāo)值研究

黃樹(shù)明

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢//工程師）

從功能定位、客流特征、選線布站、運(yùn)營(yíng)組織等方面分析了城市軌道交通市域線的技術(shù)特征，簡(jiǎn)述了當(dāng)前我國(guó)市域線路速度目標(biāo)值概況。從時(shí)間目標(biāo)值、車(chē)站分布、工程投資及運(yùn)營(yíng)成本、線網(wǎng)適應(yīng)性等方面給出了城市軌道交通市域線速度目標(biāo)值的選擇方法，為相關(guān)設(shè)計(jì)人員和決策人員提供參考。

城市軌道交通；市域線；速度目標(biāo)值

Author′s addressChina Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan,China

傳統(tǒng)城市軌道交通線路一般服務(wù)于城市市區(qū)范圍，站間距一般為1.0～1.5 km，列車(chē)最高運(yùn)行速度為80 km。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的持續(xù)發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的城市由單中心向多中心、組團(tuán)式發(fā)展。為滿足市區(qū)與郊區(qū)之間的人流集散，緩解城市交通壓力，我國(guó)許多大城市都規(guī)劃建設(shè)了連接市區(qū)與郊區(qū)（或衛(wèi)星城鎮(zhèn)）的市域快速軌道交通線路，如北京地鐵房山線、大興線、八通線，上海軌道交通9號(hào)線、11號(hào)線，廣州地鐵3號(hào)線等。

目前，我國(guó)市域線的規(guī)劃建設(shè)是以城市為主體，仍然屬于城市軌道交通范疇內(nèi)，但市域線在線路長(zhǎng)度、客流特征、車(chē)站分布等方面均呈現(xiàn)出不同于一般城市軌道交通線路的特征，其速度目標(biāo)值（設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度）的選擇也不同于一般線路。確定合適的速度目標(biāo)值，對(duì)于有效吸引客流、減少工程投資、降低運(yùn)營(yíng)成本均具有重要意義。

1 市域線的概念及主要特征

關(guān)于市域線，目前并沒(méi)有比較明確的定義，一般是指位于大城市市域范圍內(nèi)、為中心城與衛(wèi)星城或外圍組團(tuán)之間的客流提供便捷服務(wù)的軌道交通線路［1］。與一般城市軌道交通線路相比，市域線具有如下特征。

（1）功能定位。一般城市軌道交通線路在規(guī)劃和建設(shè)時(shí)更多考慮的是解決城市既有的交通問(wèn)題，線路途經(jīng)多為城市建成區(qū)或規(guī)劃比較穩(wěn)定的區(qū)域，具有穩(wěn)定的客流支撐。而建設(shè)市域線則是側(cè)重于引導(dǎo)城市的“多核心”擴(kuò)張，以軌道交通為主導(dǎo)，溝通城市中心與外圍組團(tuán)聯(lián)系，避免城市無(wú)序“攤大餅”式的擴(kuò)張［2］。

（2）客流特征。從斷面客流分布特征上看，市域線城區(qū)段的斷面客流一般顯著高于郊區(qū)段，城郊結(jié)合部區(qū)段的斷面客流衰減較為明顯；從客流平均乘距上看，一般城區(qū)地鐵線路客流平均乘距為5～10 km，而市域線由于承擔(dān)了大量進(jìn)城客流，平均乘距可達(dá)10 km以上。

（3）選線布站。城區(qū)地鐵線路一般為全地下敷設(shè)方式，市域線線路較長(zhǎng)，城區(qū)段一般仍采用地下線，郊區(qū)段可采用地面線或高架線，以節(jié)省工程投資。市域線的站間距較大，平均站間距可超過(guò)1.5 km，車(chē)站可設(shè)置越行股道，為開(kāi)行大站快車(chē)創(chuàng)造條件。

（4）運(yùn)營(yíng)組織。市域線可視線路條件、客流需求等組織分段或貫通運(yùn)營(yíng)，列車(chē)運(yùn)行可采用多交路套跑模式，一定條件下還可組織開(kāi)行大站快車(chē)。

2 我國(guó)市域線速度目標(biāo)值現(xiàn)狀

目前，我國(guó)市域線主要分布于大城市或帶狀、組團(tuán)狀城市，北京、上海、廣州等大城市已有市域線通車(chē)運(yùn)營(yíng)，重慶、濟(jì)南、溫州等城市也已在建或規(guī)劃市域線，我國(guó)部分城市市域線所采用的速度目標(biāo)值如表1所示。

從表1可以看出，當(dāng)前我國(guó)已運(yùn)營(yíng)或規(guī)劃、在建的市域線長(zhǎng)度隨城市形態(tài)及市域線輻射范圍而變化，短則20 km左右，長(zhǎng)可達(dá)40 km以上；平均站間距一般在1.5 km以上；速度目標(biāo)值多采用80 km/h、100 km/h及120 km/h系列，車(chē)輛選型以城市軌道交通A、B型車(chē)為主。

3 速度目標(biāo)值選擇的主要影響因素

3.1時(shí)間目標(biāo)值

時(shí)間目標(biāo)值是指線路所經(jīng)過(guò)的重要節(jié)點(diǎn)（如起終點(diǎn)站、交通樞紐、行政及商業(yè)中心等）之間，或通過(guò)本線路換乘至某些重要節(jié)點(diǎn)、中心之間的旅行時(shí)間期望。其從總體上控制了全線或某些區(qū)段的旅行時(shí)間，提出了旅行速度要求，進(jìn)而影響速度目標(biāo)值的選擇。市域線時(shí)間目標(biāo)值的制定可參考城市綜合交通規(guī)劃、城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃等相關(guān)的時(shí)間目標(biāo)，同時(shí)應(yīng)與相關(guān)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（即其他與市域線存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的交通方式）的旅行時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，以確保本線路的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)客流吸引力。

例如，某城市市域線R3線連接北部新城與該市主城區(qū)，如圖1所示，其中，A站、B站分別為R3線起、終點(diǎn)站；R站為鐵路、公路綜合客運(yùn)樞紐站，位于主城區(qū)邊緣；P站為機(jī)場(chǎng)站；T站為R3線與R2線的換乘站；C站為該城市中心位置的參考站。根據(jù)該市綜合交通發(fā)展目標(biāo)，城市中心至主城區(qū)內(nèi)的絕大部分地區(qū)一次軌道交通出行不超過(guò)30m in；外圍組團(tuán)到達(dá)主城邊緣不超過(guò)30m in，到達(dá)城市核心區(qū)不超過(guò)60 min。已知R2線C站至T站旅行時(shí)間為12min，遠(yuǎn)期R2線與R3線換乘時(shí)間按3min考慮，則R3線各段時(shí)間目標(biāo)值如表2所示。此外，R站至P站目前有機(jī)場(chǎng)大巴運(yùn)行，全程運(yùn)行時(shí)間約50m in，考慮增加本線的競(jìng)爭(zhēng)力，P站與R站的時(shí)間目標(biāo)值可定為40m in。

圖1 R3線示意圖

表2 R3線各段時(shí)間目標(biāo)值

應(yīng)該指出，經(jīng)過(guò)多方面比較分析，最終確定的速度目標(biāo)值未必能滿足所有時(shí)間目標(biāo)；在條件允許時(shí)，也可通過(guò)改變行車(chē)組織方式進(jìn)一步滿足時(shí)間目標(biāo)，如開(kāi)行大站快車(chē)等?？梢?jiàn)時(shí)間目標(biāo)值對(duì)于速度目標(biāo)值的確定應(yīng)該是宏觀控制、盡量滿足，而非絕對(duì)限制。此外，關(guān)于全線時(shí)間目標(biāo)值，《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：對(duì)超長(zhǎng)線路應(yīng)以最長(zhǎng)交路運(yùn)行1 h為目標(biāo)，旅行速度達(dá)到最高運(yùn)行速度的45%～50%為宜［3］。對(duì)于這一規(guī)定，主要是出于司機(jī)連續(xù)駕駛疲勞時(shí)間和列車(chē)上并不設(shè)置廁所的考慮［4］。也有研究認(rèn)為“1 h目標(biāo)”并非絕對(duì)限制，一定條件下也是可以突破的［5］。

3.2車(chē)站分布及車(chē)輛選型

根據(jù)時(shí)間目標(biāo)值及線路長(zhǎng)度可確定線路的旅行速度要求，而城市軌道交通的旅行速度則主要取決于車(chē)輛最高運(yùn)行速度、車(chē)站分布及線路平縱斷面。車(chē)輛最高速度由車(chē)輛性能決定，而車(chē)站分布則影響了車(chē)輛性能的發(fā)揮程度，進(jìn)而影響旅行速度。

圖2 不同站間距條件下列車(chē)運(yùn)行性能

一般市域線路的平均站間距較普通鐵路線路要短，車(chē)輛選型以城市軌道交通制式車(chē)輛更為適用；一定條件下，如速度要求更高、站間距較一般市域線更長(zhǎng)或其他特殊情況等，則可考慮選用鐵路制式車(chē)輛的可行性，如溫州的S線，其設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值擬采用120 km/h，車(chē)輛類型為CRH型動(dòng)車(chē)組。我國(guó)市域線路的站間距一般在1.5～3.0 km之間，一般情況下，更適于采用城市軌道交通制式的車(chē)輛。圖2顯示了平均站間距分別為1.5 km、2.0 km、2.5 km、3.0 km條件下，最高速度分別為80 km/h、100 km/h及120 km/h的城市軌道交通列車(chē)的運(yùn)行性能。

一般認(rèn)為列車(chē)以最高速度運(yùn)行的距離占總運(yùn)行距離的1/3以上，才具有較好的經(jīng)濟(jì)性。由圖2可知，當(dāng)市域線路平均站間距分別達(dá)到2.0 km以上、3.0 km以上，100 km/h車(chē)輛和120 km/h車(chē)輛才具有較好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，不同站間距、不同車(chē)輛最高速度條件下可達(dá)到的旅行速度見(jiàn)表3［3］。

表3 不同站間距、不同車(chē)輛最高速度時(shí)的旅行速度

3.3 工程投資及運(yùn)營(yíng)成本

（1）工程投資。工程投資主要包括土建工程投資和車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)。土建工程投資隨速度目標(biāo)值的變化主要是由建筑限界的變化引起的，當(dāng)采用100 km/h或120 km/h速度目標(biāo)值時(shí)，應(yīng)根據(jù)乘客的舒適度標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)列車(chē)車(chē)輛密封性指標(biāo)和區(qū)間隧道斷面的阻塞比校核隧道斷面的凈空面積，并適當(dāng)增加斷面尺寸［5］。車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)取決于車(chē)輛配屬數(shù)量及車(chē)輛單價(jià)，車(chē)輛最高速度越高，車(chē)輛單價(jià)越高，但車(chē)輛旅行速度也隨之提高，使得車(chē)輛周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短，引起車(chē)輛配屬數(shù)量的減少。某市域線長(zhǎng)48.1 km，其不同速度目標(biāo)值（80 km/h、100 km/h、120 km/h）下的車(chē)輛相關(guān)參數(shù)如表4所示?？梢?jiàn)，隨著速度目標(biāo)值的提升，車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)呈先降后升的變化趨勢(shì)。

表4 某市域線不同速度目標(biāo)值下的車(chē)輛相關(guān)參數(shù)

（2）運(yùn)營(yíng)成本。城市軌道交通項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)成本主要包括職工薪酬、電力費(fèi)、修理費(fèi)、營(yíng)運(yùn)費(fèi)、管理費(fèi)等，其中隨速度目標(biāo)值變化最明顯的是電力費(fèi)，也就是牽引能耗。根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目實(shí)踐，一般120 km/h、100 km/h的車(chē)輛能耗較80 km/h的車(chē)輛能耗分別增加15%～23%和8%～12%。

3.4線網(wǎng)適應(yīng)性

城市軌道交通市域線速度目標(biāo)值的確定還應(yīng)綜合考慮與線網(wǎng)中其他線路的適應(yīng)性。例如，設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值及車(chē)輛選型與既有或在建的市域線保持一致，有利于實(shí)現(xiàn)線路間車(chē)輛的調(diào)配使用，降低線網(wǎng)總配屬車(chē)數(shù)，節(jié)約成本；相同類型的車(chē)輛可共用車(chē)輛基地，有利于車(chē)輛檢修資源的共享，達(dá)到節(jié)約工程投資的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通市域線路在功能定位、客流特征、選線布站、運(yùn)營(yíng)組織等方面呈現(xiàn)出與一般城市軌道交通線路不同的特征，因此其速度目標(biāo)值的確定也應(yīng)進(jìn)行多方面的比選。在市域線速度目標(biāo)值的選擇過(guò)程中，首先應(yīng)確定合適的時(shí)間目標(biāo)值，其次分析站間距與車(chē)輛運(yùn)行性能的適應(yīng)性。所選擇的速度目標(biāo)值既要盡量滿足時(shí)間目標(biāo)要求，也應(yīng)充分發(fā)揮車(chē)輛的運(yùn)行性能。目前我國(guó)市域線的平均站間距一般在1.5～3.0 km之間，從車(chē)輛運(yùn)行性能的角度，線路平均站間距越大，所能適應(yīng)的速度目標(biāo)值就越高。此外，速度目標(biāo)值的選擇還應(yīng)結(jié)合工程投資及運(yùn)營(yíng)成本、線網(wǎng)適應(yīng)性等多方面對(duì)比分析，盡量實(shí)現(xiàn)綜合最優(yōu)。

［1］張學(xué)斌，彭朋.市域鐵路速度目標(biāo)值研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014，58（3）：10-14.

［2］楊立新.市域城市軌道交通及其主要技術(shù)特征［J］.城市軌道交通研究，2008（12）：9-12.

［3］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：建標(biāo)104—2008［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008：8，65.

［4］沈景炎.關(guān)于城市軌道交通線路長(zhǎng)度的研究和討論［J］.都市快軌交通，2008，21（4）：5-9.

［5］強(qiáng)士盎.城市軌道交通超長(zhǎng)線路速度目標(biāo)值選擇淺析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013（5）：20-24.

Research on the Speed Target Value of Regional Express Railway

HUANG Shum ing

The functions，passenger flow characteristics，route selection and station distribution，as well as the operating organization of regional railway are analyzed，the general situation of regional railway′s speed target value is introduced.The selection of regional railway′s speed target value is closely related w ith the time target，distribution of station，project investment and operation cost，as well as the adaptability to urban rail network.This research provides a reference for relevant designers and decisionmakers in practical projects.

urban rail transit；regional railway；speed target value

U239.51

10.16037/j.1007-869x.2017.07.015

2015-08-17）