簡析城市軌道交通工程速度目標值選擇

王 雨

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

1 國內外城市軌道交通速度目標值

城市軌道交通工程速度目標值的選擇，即對城市軌道交通工程車輛最高運行速度的選擇，是軌道交通項目設計的重要內容之一，其內涵決定了線路、列車總體技術條件、列車運行控制及通信信號系統(tǒng)等主要技術標準的選擇，是確定工程規(guī)模、車輛選型、設備配置以及工程投資的基礎。《城市軌道交通工程項目建設標準》指出“城市軌道交通建設應根據(jù)線網規(guī)劃,依據(jù)建設線路的客流特征、運量等級和速度目標等進行功能定位，確定工程規(guī)模、運營規(guī)模和效益規(guī)模?！盵1]

1.1 國內城市軌道交通速度目標值

地鐵A型車、B型車的車輛最高運行速度為80 km/h或100 km/h[2]。目前我國地鐵線路絕大多數(shù)采用80 km/h的目標速度，北京地鐵6號線、成都地鐵10號線1期采用了100 km/h的目標速度，廣州地鐵3號線則采用了120 km/h的目標速度[3]。重慶的跨座式單軌采用80 km/h的目標速度。有軌電車方面，除建設較早的線路目標速度稍低，絕大多數(shù)線路的目標速度采用70 km/h。

1.2 國外城市軌道交通速度目標值

國外地鐵的目標速度在70～120 km/h之間，例如倫敦地鐵96 km/h，加拿大蒙特利爾地鐵72 km/h,莫斯科地鐵采用了120 km/h的目標速度，屬于目標速度較高的情況。國外有軌電車目標速度與我國大致相同，市區(qū)范圍內有軌電車線路的目標速度大多為70 km/h，部分市區(qū)連接市郊的線路，目標速度為100 km/h左右。國外部分有軌電車速度目標值如表1所示。

表1 國外有軌電車速度目標值Tab.1 Speed target values of foreign trams

2 影響速度目標值選擇的因素

2.1 線路長度和功能、時間目標值和站間距適應性

線路速度目標值的確定與線路長度和功能、時間目標值、站間距適應性等有密切的關系。不同功能定位的線路，客流特征不同，全程運行目標時間不同。排除特大型城市，一般的城市局域線或者城市干線，主要功能是中心區(qū)范圍內組團的連接，線路長度較短，其出行時間宜控制在30～40 min；城市快線的功能是城市中心組團與城市周邊組團的連接，線路總長度較長，周邊地區(qū)站間距較大，客流平均運距較長，為保障乘客出行效率，一般情況下選擇較高的目標速度，其出行時間宜控制在60 min以內[4]。時間目標值決定了對旅行速度的要求，線路長度和功能、旅行速度和站間距，是目標速度選擇的綜合考量因素。綜合目前的相關研究成果，不同線路長度對應的速度目標值、站間距適應性和旅速的總結如表2所示[5]。

對于表2中的數(shù)據(jù)有一些需要說明的地方，一是不同速度目標值的加減速距離不同，目標速度越高，其加減速距離越長，因此，120 km/h的目標速度主要適用于2 km以上站間距的線路。二是表2中的數(shù)據(jù)以鋼輪鋼軌系統(tǒng)、獨立路權為基礎，非鋼輪鋼軌系統(tǒng)的旅行速度會有一定影響，有軌電車屬于半獨立路權，受平交路口的影響，其旅行速度也會降低。部分我國城市軌道交通線路目標速度情況如表3所示。[6]

表2 不同線路長度對應的速度目標值、站間距和旅速Tab.2 Speed target values， station spacing and travel speeds corresponding to different line lengths

可以看出，大部分線路目標速度、站間距、線路總長度三者的關系符合表2，部分線路因為線路條件和統(tǒng)計誤差等因素，旅行速度與表2相比，存在一定的差異。

2.2 工程造價

選擇不同的目標速度，城市軌道交通工程的總體造價不同[7]，車輛方面不同最高速度的每列車輛造價如表4所示。

從表4可以看出，最高速度越高的車輛，對應的造價就越高，當目標速度為120 km/h時，對于車輛的密閉性有較高要求，將會大幅度提高車輛的造價。但是，隨著最高速度的提高，旅行速度也會增加，工程整體需要購置的車輛數(shù)就會減少。所以，總體的車輛購置費還需要根據(jù)線路的具體情況計算比選。

目標速度不同，對土建工程的造價也會有影響，目標速度越高，限界要求也越大，地下線路需要增加結構斷面，高架線路則需要增加橋面寬度。實際經驗表明，目標速度從80 km/h增加到100 km/h對于土建工程造價的影響較小，但由100 km/h增加到120 km/h，則會造成較大幅度造價升高。

表3 我國城市軌道交通線路目標速度情況Tab.3 Target speed of urban rail transit lines in China

表4 不同最高速度的車輛造價Table 4 Vehicle costs of different top speeds

另外，目標速度越高，牽引變電所數(shù)量和設備容量也要增加，供電系統(tǒng)的整體造價將會升高。

2.3 運營能耗

最高運行速度不同的車輛牽引、制動性能不同，其牽引耗電量也有所區(qū)別。一般情況下，目標速度越高，其年耗電量越大。以國內某線路為例，線路長28.8 km，平均站距3.5 km，使用6輛編組A型車，隨著最高運行速度的增加，其牽引能耗增加情況如表5所示。

表5 不同目標速度牽引能耗對比Tab.5 Comparison of traction energy consumption of different target speeds

可以看出，目標速度由80 km/h提高到100 km/h，遠期的全年耗電量提高約為1/3,但提高到120 km/h，遠期的全年耗電量將大幅度提高，與80 km/h相比將近提高一倍。

2.4 環(huán)境保護

噪聲和振動是城市軌道交通對于環(huán)境的主要不利影響。車輛產生的噪聲主要對高架段和地面段的環(huán)境造成影響，主要來源于輪軌摩擦與沖擊、車輛設備、空氣動力噪音等。振動主要對地下段造成影響，振動來源于輪軌沖擊造成的軌道震動，傳遞至周圍的大地及建筑物。噪聲和振動的大小都與運行速度呈正比關系。以噪聲為例，根據(jù)相關研究結果[8]不同速度的噪聲達標距離如表6所示。

表6 不同速度的噪聲達標距離Table 6 Noise standard distance at different speeds

可以看出，當目標速度由80 km/h提高到100 km/h，噪聲達標距離增加約30%。當目標速度提高到120 km/h，噪聲的達標距離增加60%以上。

3 A市中運量交通系統(tǒng)速度目標值的選擇

A市規(guī)劃快速軌道交通線路長度28.4 km，設車站14座，平均站間距2.18 km。線路功能城區(qū)內部以通勤為主，外部連接城市對外交通樞紐，屬于城市快線，時間目標值為40 min。根據(jù)客流預測情況，A市軌道交通遠期高峰小時單向斷面客流為1.5萬人/小時，根據(jù)列車牽引計算[9]得70 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h不同目標速度值的旅行速度和旅行時間，結果如圖1和表7所示。

圖1 不同目標速度值的旅行速度和旅行時間對比圖Fig.1 Travel speed and travel time of different target speed values

表7 不同目標速度值的旅行速度和旅行時間Tab.7 Travel speed and time for different target speed values

從時間效率角度來看，70 km/h的目標速度其對應的運行時間超出了時間目標值，80 km/h、100 km/h、120 km/h 4種目標速度的全線運行時間為40 min左右或更短，從出行體驗來說較好。

從速度效率的角度來說，120 km/h的目標速度情況下，旅行速度占最高速度的比例只有43%，效率較低。

由于80 km/h、100 km/h兩種目標速度在土建工程的造價差異較小，這里主要從車輛成本的角度比較，目標速度分別為80 km/h、100 km/h的車輛所需要的車輛總數(shù)及造價如表8所示。

表8 80 km/h與100 km/h目標速度的車輛造價Tab.8 Vehicle cost of target speed of 80 km/h and 100 km/h

從表8可以看出，雖然100 km/h車輛的單價比80 km/h車輛高，但是因為旅行速度的提高，總體需要的車輛數(shù)減少，其車輛的總體造價也相應降低。但是，牽引能耗方面100 km/h目標速度車輛比80 km/h目標速度車輛的年耗電量要高出一些，所以選擇100 km/h的目標速度，運營階段成本較高，選擇80 km/h的目標速度，建設階段的投資較大[10]?？紤]客流主要集中在中心區(qū)范圍內，因此，選擇80 km/h的目標速度比較合理。

4 結論

城市軌道交通工程速度目標值的選擇與線路的長度與功能、時間目標值、站間距、工程造價、運營能耗、環(huán)境保護等因素有關。在選擇速度目標值時，需要綜合分析對比上述因素，保證工程建設的經濟合理，滿足功能需求。對于一般的城市局域線或城市干線，目標速度值宜低于100 km/h，在滿足時間目標值的條件下，速度目標值越低，運營成本越低，環(huán)境不良影響越小。