嘉善至西塘市域鐵路系統(tǒng)制式選擇研究

韓吉明

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司線路站場設(shè)計研究院，湖北武漢 430000）

1 工程概況

嘉興市位于浙江省的東北部、長三角杭嘉湖平原的腹心地帶，是長三角城市群的重要組成部分、上海大都市圈重要節(jié)點(diǎn)城市。

嘉善至西塘市域鐵路（簡稱西塘線）串聯(lián)了嘉善縣、長三角一體化示范區(qū)、上海虹橋商務(wù)區(qū)，線路全長20.54km，設(shè)站5 座。線路總體呈南向北，由嘉興至楓南市域鐵路（簡稱楓南線）的嘉善站引出，經(jīng)浙江嘉興市嘉善縣姚莊鎮(zhèn)、西塘鎮(zhèn)至上海示范區(qū)線水鄉(xiāng)客廳站，與上海示范區(qū)線、水鄉(xiāng)旅游線銜接，如圖1 所示。

圖1 西塘線線路走向示意圖

2 系統(tǒng)制式研究

市域鐵路所選用的系統(tǒng)制式作為建設(shè)重要標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)與城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和綜合交通規(guī)劃相匹配，應(yīng)與其項(xiàng)目的功能定位、客流需求及服務(wù)目標(biāo)相適應(yīng)。西塘線作為上海都市圈市域鐵路的重要組成部分，其系統(tǒng)制式的選定應(yīng)充分分析城市總體規(guī)劃、沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本著互聯(lián)互通、互聯(lián)共享的原則，需從速度目標(biāo)值、牽引供電制式、車輛選型、信號系統(tǒng)等方面對系統(tǒng)制式進(jìn)行綜合的比選分析[1-4]。

2.1 速度目標(biāo)值的選擇

2.1.1 時間目標(biāo)值

為實(shí)現(xiàn)《長江三角洲地區(qū)多層次軌道交通規(guī)劃》發(fā)展目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“滬嘉一小時通勤圈”和“嘉興中心城區(qū)與示范區(qū)中心半小時”目標(biāo)，西塘線嘉善站至水鄉(xiāng)客廳站的時間目標(biāo)值應(yīng)為15min。

2.1.2 速度目標(biāo)值研究

表1 不同速度目標(biāo)值旅行時間和旅行速度比較表

根據(jù)此項(xiàng)目站間距較大特點(diǎn)，重點(diǎn)比選120km/h、140km/h 和160km/h 三個速度目標(biāo)值方案。

（1）不同速度目標(biāo)值的時間目標(biāo)適應(yīng)性

此次研究采用大站快車和站站停共線運(yùn)行模式，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，大站快車160km/h 方案可以較好地滿足時間目標(biāo)值要求、實(shí)現(xiàn)嘉善至水鄉(xiāng)客廳站15min 目標(biāo)，140km/h 方案基本實(shí)現(xiàn)時間目標(biāo)值要求，速度目標(biāo)值120km/h 難以滿足時間目標(biāo)值要求[5-6]。

（2）站間距適應(yīng)性分析

列車加減速距離與車輛的性能密切相關(guān)，不同速度等級的車輛加減速距離存在較大差異，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，列車需在一定時間和距離上以最高速度持續(xù)運(yùn)營，才能具備合理的經(jīng)濟(jì)性。西塘線站間距分布概況，如表2 所示。

表2 嘉善站至水鄉(xiāng)客廳站間距分布情況表

結(jié)合列車起動的要求，站站停列車模式下，該線適宜120km/h、140km/h 和160km/h 的區(qū)間個數(shù)占比分別為100%、60%、20%，該線適應(yīng)的速度目標(biāo)值為120～160km/h。

（3）工程經(jīng)濟(jì)性分析

從土建工程投資、車輛購置費(fèi)用、運(yùn)營費(fèi)用等角度進(jìn)行綜合比選，分析發(fā)現(xiàn)，在工程投資和工程運(yùn)營費(fèi)用方面，160km/h 方案投資最大；時間上，160km/h方案較140km/h 方案節(jié)省1.5min、節(jié)時10%。各方案工程運(yùn)營費(fèi)，如表3 所示。

表3 各方案工程運(yùn)營費(fèi)比較表

綜上所述，160km/h 速度目標(biāo)值方案符合此項(xiàng)目市域快線兼城際線的功能定位，與車站分布的適應(yīng)性較好、運(yùn)輸效率較高，且工程投資和運(yùn)營費(fèi)較其他方案增加較小，能較好地適應(yīng)該線工程特點(diǎn)，與楓南線、上海示范區(qū)線及水鄉(xiāng)旅游線等相鄰線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相匹配。因此，西塘線的速度目標(biāo)值推薦采用160km/h[7-9]。

2.2 供電制式的選擇

2.2.1 牽引供電制式選擇的關(guān)鍵因素

牽引供電制式是指供電系統(tǒng)采用的電流制、電壓等級和供電方式，包括單相工頻25kV 交流制，直流750V、1500V 供電和雙制式/多制式三種供電制式[10]。

2.2.2 牽引供電研究

（1）牽引供電制式選擇的關(guān)鍵因素分析

就線網(wǎng)銜接方式而言，根據(jù)長三角地區(qū)規(guī)劃情況，西塘線需與楓南線、水鄉(xiāng)線、上海示范區(qū)線互聯(lián)互通，相鄰線路均采用交流供電制式，考慮牽引供電系統(tǒng)間的匹配性，該線宜采用交流牽引供電制式。該線速度目標(biāo)值選取160km/h，若采用直流供電制式，目前沒有與工程相適應(yīng)的、采用直流供電制式的車輛，車輛研發(fā)成本高，同時配套的直流牽引供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性不佳。從弓網(wǎng)受流質(zhì)量和牽引供電系統(tǒng)配套來講，交流供電具有一定優(yōu)勢，該線宜采用交流供電制式。

（2）牽引供電制式的選擇

從技術(shù)層面分析，該線速度目標(biāo)值160km/h，且與楓南線、水鄉(xiāng)旅游線、上海示范區(qū)線互聯(lián)互通，因此牽引供電系統(tǒng)應(yīng)采用交流供電制式。

從工程投資方面分析，該線采用交流供電制式時，供電系統(tǒng)的整體工程投資更少，經(jīng)濟(jì)性比直流供電制式好[11]。

從運(yùn)營維護(hù)方面分析，交流制式供電的設(shè)施較少，維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用較低。

綜合技術(shù)、投資、運(yùn)營維護(hù)等方面的考量，推薦采用單相工頻25kV 交流供電制式[12]。

2.3 信號制式的選擇

2.3.1 信號系統(tǒng)方案

信號系統(tǒng)制式的選擇，應(yīng)滿足該線列車運(yùn)行速度、行車間隔、停車精度、跨線運(yùn)行等行車組織和運(yùn)營管理的要求。在此基礎(chǔ)上，考慮系統(tǒng)自身能力、對市域線路網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的適應(yīng)性、與其他線路資源共享情況、與其他專業(yè)間的技術(shù)協(xié)調(diào)性以及對工程投資的影響。

目前國內(nèi)信號系統(tǒng)主要有兩種，一種是中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS 系統(tǒng)），可分為CTCS-0 至CTCS-4 級，廣泛應(yīng)用于國家鐵路工程；另一種是基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC 系統(tǒng)），廣泛應(yīng)用于地鐵、輕軌等城市軌道交通工程[13]。

2.3.2 信號系統(tǒng)研究

從互聯(lián)互通能力、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營能力、資源共享、工程投資，對CTCS-2+ATO 系統(tǒng)以及CBTC 系統(tǒng)進(jìn)行對比分析。

（1）在相同制式間，相較于CBTC，CTCS-2+ATO具有更好的互聯(lián)互通性，適應(yīng)后續(xù)市域鐵路網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營。CTCS-2+ATO 的調(diào)度指揮系統(tǒng)（CTC 系統(tǒng)）在大線網(wǎng)、復(fù)雜交路下的調(diào)度指揮上更具有優(yōu)勢，特別是在突發(fā)情況下需對運(yùn)行計劃進(jìn)行調(diào)整時。該線作為嘉善地區(qū)城際、市域網(wǎng)絡(luò)的一部分，應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的需求，從這個角度看，宜采用CTCS-2+ATO系統(tǒng)。

（2）從資源共享角度分析，由于具備成套的統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，CTCS-2+ATO 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備層面的互換，而CBTC 無法做到。CTCS-2+ATO系統(tǒng)共享范圍更廣，可以整合更多的資源[14]。

（3）從工程投資角度分析，采用CTCS-2+ATO 系統(tǒng)會導(dǎo)致土建規(guī)模（主要是地下站）增加，從而引起總投資增加。但考慮到該線不設(shè)地下站，應(yīng)用CTCS-2+ATO 系統(tǒng)產(chǎn)生的土建規(guī)模投資增加有限。此外，采用CTCS-2+ATO 系統(tǒng)本身投資較CBTC 少，同時可以充分利用線網(wǎng)中心資源，減少中心設(shè)備的重復(fù)投資，從整體經(jīng)濟(jì)性來看，CTCS-2+ATO 系統(tǒng)更優(yōu)。

統(tǒng)籌考慮以上各點(diǎn)，特別是考慮在現(xiàn)行技術(shù)下，CBTC 系統(tǒng)可能無法實(shí)現(xiàn)西塘線與楓南線、水鄉(xiāng)旅游線等線的互聯(lián)互通的基本運(yùn)輸需求，同時在后期線路成網(wǎng)時，與CBTC 系統(tǒng)對應(yīng)的ATS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營能力不足，因此西塘線推薦采用CTCS-2+ATO 系統(tǒng)。

2.4 系統(tǒng)制式與市域鐵路功能定位適應(yīng)性分析

西塘線采用160km/h 方案，能更好地解決節(jié)點(diǎn)與中心城區(qū)以及各節(jié)點(diǎn)之間的快速通勤需求，也能滿足各旅游景點(diǎn)之間及游客從對外交通直接到達(dá)游覽景區(qū)的旅游出行需求[15]。可實(shí)現(xiàn)嘉興至示范區(qū)半小時內(nèi)通達(dá)，至虹橋樞紐一小時內(nèi)通達(dá)，與項(xiàng)目功能定位更加匹配。

3 結(jié)語

西塘線鐵路系統(tǒng)制式的選擇，充分考慮市域鐵路沿線城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、四網(wǎng)融合、資源共享的特質(zhì)，通過項(xiàng)目功能定位、工程技術(shù)的比較分析，采用速度目標(biāo)值160km/h、供電制式交流AC25Kv、CTCS-2+ATO的信號制式，以適應(yīng)項(xiàng)目通勤的功能定位與城市發(fā)展規(guī)劃。以西塘線為例，從速度目標(biāo)值選擇、供電制式選擇、信號制式選擇和項(xiàng)目功能定位的適應(yīng)性進(jìn)行系統(tǒng)制式選擇，希望研究結(jié)果為其他城市市域鐵路建設(shè)提供一定參考。