大灣區(qū)高速磁懸浮線路規(guī)劃方案研究

覃 晴，陳湘生 ，雷曉瑜，陳 曦

（1. 深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，深圳 518026；2. 深圳大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，深圳 518060； 3. 濱海城市韌性基礎(chǔ)設(shè)施教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(籌)，深圳 518060；4. 深圳大學(xué)未來(lái)地下城市研究院，深圳 518060）

1 項(xiàng)目背景

全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)主要集中在城市群(城市帶)之間。城市群/城市帶/灣區(qū)已經(jīng)成為帶動(dòng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)集聚、促進(jìn)區(qū)域融合發(fā)展、支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體，也是國(guó)家參與全球競(jìng)爭(zhēng)的重要環(huán)節(jié)。隨著國(guó)務(wù)院批復(fù)的《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》的實(shí)施，以香港、澳門、廣州、深圳4大中心城市為核心，輻射帶動(dòng)周邊區(qū)域發(fā)展，軸帶化、網(wǎng)絡(luò)化的灣區(qū)城市群空間格局已逐步形成。依據(jù)規(guī)劃綱要，粵港澳大灣區(qū)發(fā)展定位為充滿活力的世界級(jí)經(jīng)濟(jì)區(qū)、具有全球影響力的國(guó)際科技創(chuàng)新中心、“一帶一路”倡議的重要支撐、內(nèi)地與港澳深度合作示范區(qū)優(yōu)質(zhì)生活圈。到2022年粵港澳國(guó)際一流灣區(qū)和世界級(jí)城市群框架基本形成，到2035年宜居宜業(yè)宜游的國(guó)際一流灣區(qū)全面建成[1]。

灣區(qū)內(nèi)空間發(fā)展格局堅(jiān)持極點(diǎn)帶動(dòng)、軸帶支撐、輻射周邊，推動(dòng)大中小城市合理分工、功能互補(bǔ)、協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展，構(gòu)建結(jié)構(gòu)科學(xué)、集約高效的城市圈發(fā)展格局。具體體現(xiàn)為從“兩極拉動(dòng)”向“三極拉動(dòng)、兩圈拓展、軸帶支撐”轉(zhuǎn)變 ，以及從“各交通方式相對(duì)獨(dú)立發(fā)展”到“加快互聯(lián)互通發(fā)展”轉(zhuǎn)變[1]。

第一，構(gòu)建“極點(diǎn)帶動(dòng)、軸帶支撐”網(wǎng)絡(luò)化空間格局。發(fā)揮香港—深圳、廣州—佛山、澳門—珠海3大發(fā)展極的引領(lǐng)帶動(dòng)作用；以高速鐵路、城際鐵路和高等級(jí)公路為主體的快速交通網(wǎng)絡(luò)，形成區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展軸，構(gòu)建主要城市間互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化空間格局。增強(qiáng)香港、澳門、廣州、深圳的輻射帶動(dòng)作用，提高西岸地區(qū)發(fā)展水平，提升珠江口東西岸發(fā)展的協(xié)同性。

第二，完善城市群城鎮(zhèn)發(fā)展體系。優(yōu)化提升中心城市，以香港、澳門、廣州、深圳4大中心城市作為區(qū)域發(fā)展的核心引擎，充分發(fā)揮對(duì)區(qū)域發(fā)展的輻射帶動(dòng)作用。建設(shè)重要節(jié)點(diǎn)城市，更好發(fā)揮珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶等城市的作用，增強(qiáng)發(fā)展的協(xié)調(diào)性，強(qiáng)化與中心城市的產(chǎn)業(yè)合作和城市功能互補(bǔ)，提升城市競(jìng)爭(zhēng)力和影響力。

同時(shí)，交通運(yùn)輸部于2019年編制的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》提出：在中國(guó)打造立體互聯(lián)、質(zhì)量卓越的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，要在時(shí)速600 km級(jí)以上的超高速磁懸浮系統(tǒng)、時(shí)速400 km級(jí)高速輪軌客運(yùn)列車等實(shí)現(xiàn)重大突破[2]。而粵港澳大灣區(qū)無(wú)論從經(jīng)濟(jì)、人口還是率先發(fā)展等方面均具備時(shí)速600 km及以上超高速磁懸浮系統(tǒng)率先啟動(dòng)建設(shè)的優(yōu)勢(shì)[3]。在灣區(qū)內(nèi)修建時(shí)速600 km/h以上的高速磁浮系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)“廣深港”半小時(shí)交通圈，促進(jìn)人員、信息、資源高速流動(dòng)，提升經(jīng)濟(jì)軸帶的經(jīng)濟(jì)集聚能力，加快先進(jìn)交通設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略儲(chǔ)備具有重大意義。

2 區(qū)域經(jīng)濟(jì)及人口現(xiàn)狀

廣深港區(qū)域是粵港澳大灣區(qū)的核心城市。廣州為廣東省政治、經(jīng)濟(jì)、科技、教育和文化的中心；東莞號(hào)稱“世界工廠”；深圳為全國(guó)性經(jīng)濟(jì)中心城市和國(guó)際化城市、國(guó)家創(chuàng)新型城市、國(guó)際科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、全球海洋中心城市；香港則是一座高度繁榮的國(guó)際大都市。

2019年廣州、東莞、深圳和香港4地常住人口達(dá)到4 471萬(wàn)人，占大灣區(qū)61.55%；人口密度為3 439人/km2，是大灣區(qū)平均水平的2.68倍；完成GDP 8.5萬(wàn)億元，占大灣區(qū)的73.34%；人均GDP達(dá)到19.1萬(wàn)元，是大灣區(qū)平均水平的1.19倍；2013～2019年廣州、深圳兩地人口增量占珠三角增量的80%，是區(qū)域人口增長(zhǎng)的核心[4]。廣深港地區(qū)進(jìn)出口總額占大灣區(qū)的89%，占全國(guó)的44%，是中國(guó)對(duì)外貿(mào)易的重要門戶。

3 交通運(yùn)輸特征分析

廣深港區(qū)域地區(qū)目前形成了以高速公路、鐵路、航空等各種運(yùn)輸方式構(gòu)成的綜合交通運(yùn)輸體系。2019年粵港澳大灣區(qū)全社會(huì)客運(yùn)總量11.1億人次，占全國(guó)總量的6.3%，客運(yùn)需求強(qiáng)度17.1次/人·年；鐵路客運(yùn)量3.36億人次，市場(chǎng)份額為30.3%，鐵路客運(yùn)需求強(qiáng)度5.2次/人·年，高于全國(guó)平均水平(3.1次/人·年)[5]。其中2013～2019年粵港澳大灣區(qū)綜合交通客運(yùn)結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 2013～2019年粵港澳大灣區(qū)綜合交通客運(yùn)結(jié)構(gòu) Table 1 Comprehensive passenger transport structure of Guangdong-Hong Kong-Macau Greater Bay Area from 2013 to 2019

2019年廣深港區(qū)域完成客運(yùn)量77 411萬(wàn)人次(不含香港)，占粵港澳大灣區(qū)客運(yùn)總量(不含港澳)的69.98%，其中廣深港區(qū)域鐵路完成客運(yùn)量占粵港澳大灣區(qū)鐵路客運(yùn)總量的78.6%，航空量占粵港澳大灣區(qū)航空總量的97.83%，見(jiàn)表2。

表2 2019年廣深港區(qū)域各交通方式客運(yùn)構(gòu)成 Table 2 Passenger transport composition of various transportation modes in Guangdong-Hong Kong- Macau Greater Bay Area in 2019

現(xiàn)在廣深通道既有鐵路主要有廣深港高鐵，廣深Ⅰ、Ⅱ線(廣深城際線)，廣深Ⅲ、Ⅳ線(廣深普速線)及穗莞深城際鐵路，最大區(qū)段能力已趨于飽和。2019年粵港澳大灣區(qū)鐵路總規(guī)模見(jiàn)表3?？梢钥闯觯瑥V深港軸內(nèi)各線能力普遍趨于緊張，客流需求非常旺盛。

表3 2019年粵港澳大灣區(qū)鐵路總規(guī)模 Table 3 The overall size of railways in Guangdong- Hong Kong-Macau Greater Bay Area in 2019

4 項(xiàng)目功能定位及必要性分析

2021年2月，《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》提出研究推進(jìn)超大城市間高速磁懸浮通道布局和試驗(yàn)線路建設(shè)。根據(jù)粵港澳大灣區(qū)城市群發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求和交通強(qiáng)國(guó)綱要戰(zhàn)略性布局要求，首先實(shí)施聯(lián)系廣深港三個(gè)核心城市的磁懸浮規(guī)劃線路，符合國(guó)家上位規(guī)劃綱要相關(guān)戰(zhàn)略要求[6]。研究后提出深港高速磁浮項(xiàng)目主要功能定位如下：

1) 緩解廣深港通道客運(yùn)交通壓力的重要設(shè)施；

2) 中國(guó)抓住機(jī)遇參與全球競(jìng)爭(zhēng)、引領(lǐng)世界的重要措施；

3) 促進(jìn)科技創(chuàng)新、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的重要抓手；

4) 落實(shí)國(guó)家推進(jìn)粵港澳大灣區(qū)戰(zhàn)略的重要引擎；

5) 加快落實(shí)科技強(qiáng)國(guó)、交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要舉措。

2019年廣深港主軸內(nèi)常住人口為4 471萬(wàn)人，規(guī)劃到2035年將達(dá)到5 000萬(wàn)人，2045年將達(dá)到5 350萬(wàn)人。經(jīng)預(yù)測(cè)2035年走廊內(nèi)全社會(huì)客流密度將達(dá)到3.07億人/年，鐵路客流密度1.35億人/年，2045年走廊內(nèi)全社會(huì)客流密度將達(dá)到3.6億人/年，鐵路客流密度1.62億人/年。根據(jù)最新運(yùn)量預(yù)測(cè)，截至2045年，廣深港通道近、遠(yuǎn)期運(yùn)量情況見(jiàn)表4。

表4 廣深港通道近、遠(yuǎn)期運(yùn)量情況 Table 4 Short-and long-term traffic volume of Guangdong-Hong Kong-Macau

根據(jù)廣深港高速磁懸浮鐵路項(xiàng)目預(yù)可研的客流預(yù)測(cè)，廣深港高速磁懸浮鐵路項(xiàng)目遠(yuǎn)期區(qū)段客流密度達(dá)到1 591萬(wàn)人次/年，將承擔(dān)16%的城際客流(見(jiàn)表5)。

表5 廣深港通道內(nèi)城際客流分配預(yù)測(cè)結(jié)果 Table 5 Forecast results of intercity passenger flow distribution in Guangdong-Hong Kong-Macau Greater Bay Area 萬(wàn)人次/年

廣深港通道遠(yuǎn)期中長(zhǎng)途客流將存在1 479萬(wàn)人次/年的缺口，而現(xiàn)狀廣深港主軸內(nèi)僅有廣深港高鐵、廣深四線鐵路、穗莞深城際鐵路等，難以滿足新形勢(shì)下旅客的多樣化出行以及旅客對(duì)速度和時(shí)間的要求，尤其是不能滿足廣深港“半小時(shí)”交通圈的目標(biāo)要求。因此迫切需要更高速度的軌道交通項(xiàng)目來(lái)緩解廣深港主軸交通運(yùn)輸壓力。

因此，廣深港高速磁懸浮鐵路項(xiàng)目從緩解廣深港通道客運(yùn)交通壓力，加強(qiáng)大灣區(qū)交通設(shè)施互聯(lián)互通，加快實(shí)現(xiàn)灣區(qū)時(shí)空一體化，作為新技術(shù)運(yùn)用的示范工程和先進(jìn)科技載體，其實(shí)施是十分必要的。

5 制式選擇及主要技術(shù)

高速磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)利用完全不同于輪軌鐵路的原理，消除了輪軌系統(tǒng)鐵路提高速度的兩大關(guān)鍵障礙：輪軌關(guān)系和弓網(wǎng)關(guān)系，依靠電磁原理實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)接觸受電的高速運(yùn)行，展示了其采用磁懸浮技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、新材料應(yīng)用等高新技術(shù)的成果，具有速度高(可達(dá)500 km/h以上)、起停快、爬坡能力強(qiáng)、安全可靠以及列車機(jī)械維修量少等優(yōu)越性[7]。在高速磁懸浮技術(shù)方面，德國(guó)和日本均進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，德國(guó)高速磁懸浮技術(shù)已臻于成熟，可以應(yīng)用于商業(yè)運(yùn)行；日本正在建設(shè)一條設(shè)計(jì)營(yíng)運(yùn)時(shí)速505 km/h的高速磁懸浮線路-磁浮中央新干線[8]。

高速輪軌技術(shù)是在傳統(tǒng)輪軌鐵路的原理和100多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的高速運(yùn)行，現(xiàn)代高速輪軌鐵路集合了諸如高強(qiáng)輕型材料、IGBT變流與控制技術(shù)、擺式列車技術(shù)、有源懸掛技術(shù)、減阻降噪技術(shù)、密封技術(shù)、高速受流技術(shù)、現(xiàn)代控制與診斷技術(shù)等當(dāng)代高新技術(shù)[9]。隨著各種最新技術(shù)的引用，高速列車商業(yè)運(yùn)行的最高速度已從60年代初的200 km/h發(fā)展到目前的300 km/h，并可望達(dá)到350 km/h左右，列車最高運(yùn)行速度的紀(jì)錄還在不斷被刷新，法國(guó)已創(chuàng)下了試驗(yàn)速度達(dá)到515.3 km/h的輪軌高速列車運(yùn)行的世界紀(jì)錄[10]。

廣深港高速鐵路線路長(zhǎng)度僅約130 km，無(wú)論采用高速磁懸浮或高速輪軌技術(shù)均可滿足沿線運(yùn)輸需求。但廣深港高速鐵路采用磁懸浮技術(shù)對(duì)中國(guó)參與全球高科技競(jìng)爭(zhēng)、促進(jìn)高精尖技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)以及落實(shí)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略等方面是無(wú)可替代的。因此，廣深港高速鐵路線推薦采用磁懸浮系統(tǒng)制式。

推薦主要技術(shù)如下：

1) 設(shè)計(jì)速度：600 km/h；

2) 正線數(shù)目：雙線；

3) 線間距：5.6 m；

4) 最小曲線半徑：一般8 950 m，困難8 300 m；

5) 限制坡度：50‰；

6) 到發(fā)線：直線長(zhǎng)260 m，有效長(zhǎng)度550 m；

7) 行車間隔：5 min；

8) 磁懸浮列車型號(hào)：自主研發(fā)的高速磁浮列車。

6 線路走向方案比選

根據(jù)大灣區(qū)運(yùn)輸需求和項(xiàng)目功能定位，廣深港高速鐵路線路走向選擇沿廣深港主軸，連接重要節(jié)點(diǎn)城市的中心城區(qū)，通過(guò)綜合土地利用構(gòu)筑多種交通方式換乘的重要樞紐節(jié)點(diǎn)。為了充分實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目高速到達(dá)和服務(wù)城市中心的功能，線位選擇上主要以順直為主。

結(jié)合600 km/h高速磁浮鐵路車輛技術(shù)參數(shù)分析：列車0～600 km/h平均加速度為0.8m/s2，加速距離為17.36 km；600～0 km/h的平均減速度為1.0 m/s2，減速距離為13.89 km；列車自起動(dòng)至達(dá)速，再制動(dòng)停車的加速、減速總距離為31.25 km[6]；若按列車達(dá)速運(yùn)行50%的區(qū)間長(zhǎng)度算，則站間距需62.5 km，因此站位設(shè)置不宜過(guò)多，主要考慮搭接城市軌網(wǎng)的核心區(qū)，構(gòu)建換乘樞紐，以實(shí)現(xiàn)與城市交通體系的通達(dá)。

在速度目標(biāo)值線路走向和站位研究、高速磁浮鐵路技術(shù)運(yùn)輸組織特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮沿線地區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃和具體外部環(huán)境，結(jié)合乘客出行特征需求和地區(qū)綜合交通樞紐節(jié)點(diǎn)交通銜接適應(yīng)性等方面，結(jié)合對(duì)高速磁懸浮列車牽引計(jì)算，設(shè)置合理站間距和站點(diǎn)選址，通過(guò)工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比選，初期綜合提出了多個(gè)初步方案。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)沿線重點(diǎn)工點(diǎn)的控制性工程方案的細(xì)化研究，最終比選形成東線方案與西線方案各2個(gè)。

項(xiàng)目研究初期，根據(jù)廣深港3地的城市現(xiàn)狀及規(guī)劃，結(jié)合軌道交通網(wǎng)，廣深港主軸連接覆蓋需求，綜合考慮客流吸引力、地方意見(jiàn)、換乘便利、線路順直等因素，廣州選取了廣州站、珠江新城、廣州北站、白云機(jī)場(chǎng)、城市副中心南沙等5個(gè)交通樞紐節(jié)點(diǎn)，深圳選取福田站、前海、寶安機(jī)場(chǎng)等3個(gè)交通樞紐節(jié)點(diǎn)，香港選取九龍、香港機(jī)場(chǎng)等2個(gè)交通樞紐節(jié)點(diǎn)，形成了東線、西線兩大類4個(gè)方案，各方案均設(shè)站6個(gè)，線路方案如圖1所示。

圖1 線路走向和站位布置 Figure 1 Route and station layout

后經(jīng)深入分析，廣州、深圳、香港3大機(jī)場(chǎng)目前各有優(yōu)勢(shì)，但發(fā)展方向趨于一致，業(yè)務(wù)的互補(bǔ)性很小，預(yù)測(cè)未來(lái)3大機(jī)場(chǎng)間中轉(zhuǎn)客流較少，主要集中在深圳和香港之間，且深港機(jī)場(chǎng)間已規(guī)劃港深西部快軌聯(lián)系，機(jī)場(chǎng)之間高速聯(lián)系必要性不強(qiáng)，同時(shí)3大機(jī)場(chǎng)軌道快線功能完備，機(jī)場(chǎng)至本地中心距離較短速度優(yōu)勢(shì)不明顯，高速磁浮承擔(dān)“本地中心-本地機(jī)場(chǎng)”的快速聯(lián)系功能不強(qiáng)。6站方案站間距過(guò)小，不能發(fā)揮高速磁浮的速度優(yōu)勢(shì)。珠江口穿越珠江工程實(shí)施難度較大。結(jié)合各鐵路樞紐規(guī)劃銜接條件和通道內(nèi)規(guī)劃高鐵、城際項(xiàng)目同類服務(wù)和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系后，對(duì)線路比選方案進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的方案由6站減為4站，分別在廣州市、東莞市、深圳市與香港特別行政區(qū)各選取1站，結(jié)合工程可行性與客流分析，最終形成經(jīng)香蜜湖方案與經(jīng)前海方案兩個(gè)方案，如圖2所示。

圖2 經(jīng)香蜜湖方案與經(jīng)前海方案示意 Figure 2 Diagram of Xiangmi Lake and Qianhai schemes

1) 經(jīng)香蜜湖方案。全長(zhǎng)135.7 km，設(shè)廣州東磁浮站、莞城磁浮站、香蜜湖磁浮站及香港九龍磁浮站4座車站，平均站間距45.2 km，最長(zhǎng)站間距58.05 km。列車全程旅行時(shí)間為28.9 min，旅行速度280.3 km/h。

2) 經(jīng)前海方案。全長(zhǎng)137.5 km，設(shè)廣州東磁浮站、東莞虎門磁浮站、深圳前海磁浮站及香港九龍磁浮站4座車站，平均站間距45.8 km，最長(zhǎng)站間距51.54 km。列車全程旅行時(shí)間為29.0 min，旅行速度282.4 km/h。

兩個(gè)方案線路均直接連接廣州主城區(qū)、東莞中心城區(qū)、深圳中心區(qū)的重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，站點(diǎn)均形成與城市軌道交通的有效換乘，加強(qiáng)了核心城市間中心城區(qū)間基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通，對(duì)客流吸引服務(wù)好，線型順直，沿線工程實(shí)施條件較好，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好，2035年各方案主要客流指標(biāo)如表6所示。

表6 2035年各方案主要客流指標(biāo) Table 6 Main passenger flow indicators of various schemes in 2035

7 結(jié)語(yǔ)

廣深港高速磁懸浮項(xiàng)目旨在通過(guò)先進(jìn)技術(shù)帶動(dòng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)展高速磁懸浮技術(shù)，同時(shí)在加強(qiáng)粵港澳大灣區(qū)重點(diǎn)城市軌道交通的高速通達(dá)和區(qū)域一體化發(fā)展等方面具有重大戰(zhàn)略意義。項(xiàng)目線站位方案串聯(lián)了粵港澳大灣區(qū)廣州、深圳、香港，以及粵港澳大灣區(qū)近期重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域及對(duì)外綜合交通樞紐。項(xiàng)目的建成，可加速3大核心引擎之間人流、物流、資金流、信息流的流動(dòng)，形成規(guī)模和集聚效應(yīng)；有利于提升粵港澳大灣區(qū)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)粵港澳大灣區(qū)建設(shè)成為國(guó)際一流灣區(qū)的目標(biāo)，其實(shí)施是加快落實(shí)科技強(qiáng)國(guó)、交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要舉措。