北京市域快線主要技術(shù)指標(biāo)研究

李忍相 馮愛軍 萬學(xué)紅

(北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院 北京 100089)

北京市域快線主要技術(shù)指標(biāo)研究

李忍相 馮愛軍 萬學(xué)紅

(北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院 北京 100089)

分析現(xiàn)階段北京軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀，提出研究市域軌道交通主要技術(shù)指標(biāo)的必要性。北京市域快線具有服務(wù)半徑大、旅行時(shí)間長、運(yùn)行速度快、服務(wù)水平高等特點(diǎn)，根據(jù)市域快線的特點(diǎn)把技術(shù)指標(biāo)歸納為需求層、服務(wù)層、系統(tǒng)層3個(gè)層次，提出北京市域快線最高速度、旅行速度、行車間隔、車輛定員、車輛參數(shù)等指標(biāo)。

市域快線;需求指標(biāo);服務(wù)指標(biāo);車輛指標(biāo);北京

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化、區(qū)域化的進(jìn)程加快，中心城區(qū)與周邊地區(qū)的聯(lián)系越來越密切。在這種發(fā)展形勢(shì)下，迫切需要市域快線這樣一種介于城市地鐵和干線鐵路之間的市域軌道交通系統(tǒng)來解決市域范圍內(nèi)中、長距離的出行需求。［1－3］

不同于傳統(tǒng)地鐵，市域快線最高運(yùn)行速度將超過120 km/h，甚至達(dá)到160 km/h。在國內(nèi)現(xiàn)行的規(guī)范中，尚未對(duì)此速度目標(biāo)值的市域快速軌道交通系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)條件、參數(shù)要求及系統(tǒng)方案有明確的規(guī)定。［4－6］

1 主要技術(shù)指標(biāo)分類

相對(duì)于普通地鐵制式，市域快線具有服務(wù)半徑大、旅行時(shí)間長、運(yùn)行速度快、服務(wù)水平高等特點(diǎn);同時(shí)，相對(duì)于國鐵線路，市域快線又具有站間距小、快速起停、市區(qū)多地下、故障救援快、高峰小時(shí)行車對(duì)數(shù)大等特點(diǎn)。［7］

市域快線的主要技術(shù)指標(biāo)內(nèi)容，應(yīng)能夠清晰地定位市域快線的特點(diǎn)，區(qū)分出與國鐵、地鐵制式的區(qū)別;同時(shí)還應(yīng)該反映出市域快線城市性的特點(diǎn)，并在資源共享、互聯(lián)互通、經(jīng)濟(jì)性等方面予以體現(xiàn)。市域快線主要技術(shù)指標(biāo)分為3個(gè)層次。

1)需求層。從城市規(guī)劃、交通規(guī)劃、乘客出行特點(diǎn)對(duì)最高運(yùn)行速度、旅行速度和運(yùn)輸能力指標(biāo)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的量化指標(biāo)。

2)服務(wù)層。結(jié)合市域快線主要服務(wù)區(qū)域的特點(diǎn)，對(duì)最小行車間隔和車輛定員指標(biāo)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的量化指標(biāo)。

3)系統(tǒng)層。根據(jù)市域快線的城市性特點(diǎn)，對(duì)車輛參數(shù)的指標(biāo)提出要求。

2 北京市域快線線路、站位特點(diǎn)

2.1 市域快線概述

目前北京市規(guī)劃有R1～R7、S1～S6、西黃線等市域快線，總長度達(dá)1 071.5 km，如圖1所示。

圖1 北京市域快線規(guī)劃(2004—2020年)

2.2 市域快線線路、站位特點(diǎn)

北京規(guī)劃市域快線線路長度及平均站間距如表1所示。已規(guī)劃市域快線的線路長度較長，大部分都在40 km以上;站間距較大，一般都在3 km以上，有些甚至超過了20 km;敷設(shè)方式多以地面或高架為主。這些都與常規(guī)地鐵存在著較大的區(qū)別。

表1 北京市域快線線路長度及平均站間距(規(guī)劃)

3 需求指標(biāo)

3.1 最高速度

最高運(yùn)行速度是市域快線重要的技術(shù)核心指標(biāo)之一，是確定工程規(guī)模和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。它的選擇與線路長度、客流構(gòu)成、站間距以及服務(wù)水平密切相關(guān)，過高或過低的速度標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)給運(yùn)營帶來不利的影響。

在市域快線的設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合平均運(yùn)距、站間距、列車開行方案進(jìn)行模擬計(jì)算，以保證近遠(yuǎn)郊客流對(duì)時(shí)間的要求，實(shí)現(xiàn)市域快線作為聯(lián)系市中心與郊區(qū)新城，以及郊區(qū)新城之間的快線功能。

3.1.1 國內(nèi)外案例

國內(nèi)外已運(yùn)營市域快線的最高運(yùn)行速度在100～160 km/h，高于一般城市軌道交通線路。國內(nèi)外市域快線最高運(yùn)行速度見表2。

3.1.2 最高速度與站間距

根據(jù)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，列車能在區(qū)間50%的長度內(nèi)保持最高運(yùn)營速度較為合適。結(jié)合車輛動(dòng)力性能，計(jì)算各最高速度與站間距之間的關(guān)系，結(jié)果見表3。

表2 國內(nèi)外市域快線最高運(yùn)行速度

表3 最高運(yùn)行速度與適宜站間距關(guān)系

市域快線由于線路較長，根據(jù)客流需求的不同，有可能采用快慢車的運(yùn)營模式。在此種運(yùn)營模式下，由于快車跨站運(yùn)行，線路的平均站間距可適當(dāng)減小。［8－9］

3.1.3 最高速度與線路的競(jìng)爭(zhēng)力

由于軌道交通不能夠提供門到門服務(wù)，且舒適性相對(duì)于小汽車較差，因此應(yīng)具備較強(qiáng)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)力。目前北京地區(qū)高速公路最高運(yùn)行速度多為120 km/h，［7］因此從競(jìng)爭(zhēng)力方面考慮，市域快線最高速度應(yīng)不低于120 km/h。

3.1.4 從經(jīng)濟(jì)合理性角度選擇最高速度

最高運(yùn)行速度的選擇應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性。對(duì)于地面線及高架線，由于最高速度的增加引起的工程投資增加并不顯著，而對(duì)于地下線而言，工程投資將有較大增加。

北京市規(guī)劃的市域快線多分布在中心城區(qū)以外，大部分為地面線或高架線。因此，采用較高的速度并不會(huì)造成工程投資的大幅增加。對(duì)于部分穿越城區(qū)的線路，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)地下段進(jìn)行限速。

3.1.5 從固定設(shè)備難以改造的角度選擇最高速度

對(duì)于固定設(shè)施來說，壽命周期較長，一般要考慮100年左右。基礎(chǔ)設(shè)施如橋梁、路基、隧道等一經(jīng)建成就難以改造，即初期建設(shè)的最高運(yùn)行速度一經(jīng)確定，就很難改變。因此，世界各國在建設(shè)軌道交通過程中，在新線一次性建設(shè)中適當(dāng)提高固定設(shè)施的最高運(yùn)行速度，對(duì)今后的長遠(yuǎn)發(fā)展是極為有利的。

3.1.6 最高速度的選擇

北京市域快線規(guī)劃總里程達(dá)1 071.5 km，在借鑒國外市域快線實(shí)際案例的基礎(chǔ)上，從縮短旅行時(shí)間、吸引客流、提高軌道交通競(jìng)爭(zhēng)力等方面分析，市域快線R線(共7條線)平均站間距在2.0～8.0 km(主線)，最高運(yùn)行速度的合理范圍是120～160 km/h。而市域快線S線(共6條線)平均站間距在9.0～20.0 km(新機(jī)場(chǎng)線除外)，最高運(yùn)行速度的合理范圍是140～160 km/h。在設(shè)計(jì)時(shí)，可結(jié)合工程實(shí)際情況及線路的功能定位，選擇合適的最高運(yùn)行速度。

3.2 旅行速度

市域快線線路較長，一般在30 km以上。城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)超長線路應(yīng)以最長交路運(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。由于市域快線的站間距較長，線路條件相對(duì)于城市軌道交通有利，限制區(qū)段較少，最高運(yùn)行速度可達(dá)到160 km/h。因此建議市域快線平均旅行速度取最高速度的上限，即不低于最高運(yùn)行速度的50%。

3.3 運(yùn)輸能力

3.3.1 需求分析

目前，國內(nèi)軌道交通的系統(tǒng)規(guī)模及運(yùn)輸能力，是根據(jù)客流預(yù)測(cè)的高峰小時(shí)和高峰斷面來確定的。客流預(yù)測(cè)需要一定的前提、邊界條件，并假定部分參數(shù);但由于大部分的城市處于急速發(fā)展中，這些前提、邊界條件和參數(shù)變化較大，所以導(dǎo)致近年來客流預(yù)測(cè)與實(shí)際客流出入較大。因此，筆者針對(duì)北京近、遠(yuǎn)郊人口及出行比例進(jìn)行分析，同時(shí)參考世界其他城市的案例，對(duì)市域快線的運(yùn)輸能力進(jìn)行量級(jí)的匡算。北京市及其周邊新城人口特征見表4(依據(jù)北京各區(qū)縣規(guī)劃計(jì)算)。

根據(jù)近、遠(yuǎn)郊新城與中心城之間的出行量占總出行比例，按照2020年人口規(guī)模計(jì)算，估算連接遠(yuǎn)郊新城的市域快線高峰單向最大斷面客流量在1萬～2萬人次/h，連接近郊新城的最大斷面客流量在2萬～5萬人次/h。

3.3.2 線路運(yùn)輸能力

線路運(yùn)輸能力受最小追蹤間隔時(shí)間、折返站折返能力、列車編組數(shù)量等影響，其中最小間隔及折返能力變化幅度不大，列車編組對(duì)運(yùn)輸能力影響最大。國內(nèi)外市域快線編組分析見表5。

目前，國外大部分市域快線列車編組為6～10輛，特別是人口密集的城市，編組多為8～10輛。考慮到市域快線的通勤性特點(diǎn)，參考東京等大都市的客流特點(diǎn)，建議北京市域快線車輛采用6～10輛的編組。

表4 北京市及其周邊新城人口特征

表5 國內(nèi)外市域快線編組

3.3.3 能力富裕比例

大多數(shù)城市軌道交通線路采用1.1～1.15的客流波動(dòng)系數(shù)，乘坐市域快線的旅客主要是通勤客流，早晚高峰客流量較為集中，因此建議市域快線能力富裕按滿足客流波動(dòng)系數(shù)1.15～1.2考慮。

綜合上述因素，對(duì)市域快線運(yùn)輸能力指標(biāo)進(jìn)行分析得出：市域快線最大運(yùn)輸能力根據(jù)列車編組不同，運(yùn)輸能力也不同，為3.6萬 ～7.5萬人次/h。

4 服務(wù)指標(biāo)

4.1 行車間隔

市域快線的城市性是市域快線區(qū)別于國鐵線路的一個(gè)主要因素。城市性要求高峰小時(shí)開行公交化班次列車，從而給予乘客心理安全感，具備與公交或小汽車的競(jìng)爭(zhēng)力。目前，在城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：在開通初期，高峰小時(shí)行車間隔不大于5 min，以吸引培育客流，與普通公交基本一致。［5］國內(nèi)外市域快線高峰小時(shí)最小行車間隔統(tǒng)計(jì)見表6。建議北京市域快線高峰小時(shí)行車間隔不大于5 min，系統(tǒng)能力預(yù)留至最小行車間隔為2 min。

4.2 車輛定員

表6 國內(nèi)外市域快線高峰小時(shí)最小行車間隔統(tǒng)計(jì)

市域快線不同于城市軌道交通，乘客乘坐的距離較長，對(duì)車廂內(nèi)舒適度的要求較高，因此站席標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)提高，建議市域快線站席標(biāo)準(zhǔn)采用4～5人/m2。

對(duì)站席定員與座席定員進(jìn)行綜合分析得出：市域快線車輛按不同的座椅排布形式，不同的車門數(shù)量，車輛定員均有不同。主要排布標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7 不同的座椅排布形式下的車輛定員

5 車輛指標(biāo)

從北京目前規(guī)劃的市域快線來看，其站間距多為3～10 km;從將來的運(yùn)營模式來看，也存在快慢車及站站停模式的可能性，站間距將更大，對(duì)速度要求更高(3 km適宜最高速度為120 km/h)。因此，需要的車型既不同于A、B型地鐵車輛，也不同于國鐵CRH6車輛。從前期與國內(nèi)各大車輛廠的討論來看，一致認(rèn)為市域快線車輛是一種新的車型(暫命名為S型車)，主要性能應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

1)車輛尺寸與地鐵車輛基本一致，以適應(yīng)互聯(lián)互通的可能性及地下段的經(jīng)濟(jì)性;

2)最高速度為120～160 km/h，以適應(yīng)服務(wù)范圍大、運(yùn)營組織靈活、站間距大的特點(diǎn);

3)車輛動(dòng)力性能與地鐵車輛基本一致，以適應(yīng)快速起停的城市性特點(diǎn);

4)供電制式應(yīng)不限于DC 1500V，也可考慮AC 25kV或DC 1 500 V/AC 25 kV雙受流模式，以適應(yīng)站間距大、市郊布設(shè)變電站過多的情況。［10］

6 結(jié)語

市域快線系統(tǒng)是一個(gè)多專業(yè)、綜合性的系統(tǒng)，筆者根據(jù)北京市域快線的特點(diǎn)，從需求、服務(wù)、系統(tǒng)三個(gè)層次提出北京市域快線的主要技術(shù)指標(biāo)，以指導(dǎo)后續(xù)規(guī)劃設(shè)計(jì)、提高建設(shè)水平、減少投資浪費(fèi)、提升軌道交通服務(wù)水平及競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］邊曉春，劉志義，王曉東，等.南京市軌道交通市域快線功能定位研究［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2011(1)：10－14.

［2］王兆成.中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃研究［M］.北京：中國鐵道出版社，2004.

［3］楊東援，韓皓.世界四大都市軌道交通與交通結(jié)構(gòu)剖析［J］.城市軌道交通研究，2006，3(4)：10 －15.

［4］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2003.

［5］建標(biāo)104—2008城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

［6］GB 50490—2009城市軌道交通技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［7］JTGB 01—2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［8］施毓鳳.市域軌道交通線路設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2009.

［9］王少楠.市域軌道交通技術(shù)指標(biāo)及合理經(jīng)濟(jì)長度研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2011.

［10］馮黎，顧保南.國外典型大城市市郊軌道交通的發(fā)展及其啟示［J］.城市軌道交通研究，2008，11(12)：49 －53.

Main Technical Indicators of Beijing Regional Express Railway

Li Renxiang Feng Aijun Wan Xuehong
(Beijing Rail and Transit Design ＆ Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100089)

This paper analyzes present development status of Beijing rail transit, and proposes the necessity to study the maintechnical indicators of regional rail transit. Beijing rail transit features larger radius, long travel time, fast running speeds and goodquality service; the technical indicators of the regional rail are divided into three levels, which are demand layer, service layer andsystem layer. The paper analyzes and defines the indicators of the highest speed, the average speed, the running interval, and thepassenger number of vehicles as well as the parameter of vehicles.

regional express; demand indicators; service indicators; line selection indicators; vehicle indicators

U239.3

A

1672－6073(2014)03－0027－04

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.03.007

2013－11－22

李忍相，男，工程師，從事城市軌道交通線路規(guī)劃設(shè)計(jì)研究，lidaxiang@126.com

北京市科委課題(Z131108001613068)

(

王艷菊)