北京市域快軌新機場線車輛選型研究

徐成永 李 猛

(北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100037)

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北京市域快軌新機場線車輛選型研究

徐成永 李 猛

(北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100037)

北京軌道交通新機場線是一條服務于北京新機場的專線，線路全長41 km，平均站間距19 km，初步客流預測遠期高峰小時斷面約5 800人/h，旅行時間目標為從市內航空主客源地至新機場北航站樓半小時到達。從線路長度、站間距及機場專線的旅行時間目標來看，本線宜采用最高運行速度140 km/h及以上車輛。結合本線線路敷設方式、資源共享條件及車輛技術成熟度等，本線車型及最高運行速度選擇受到一定限制。當前國內市域快軌發展面臨技術標準不明確、線網層次不清晰等問題，新機場線作為特殊的市域快軌，其車輛選型受線路功能定位、乘客乘坐舒適度、旅行時間等多種因素影響，需結合多方面因素綜合考慮。從新機場線的特殊性及設計目標入手，對本線最高運行速度、車輛型式的選擇進行分析，得到本線適宜采用最高運行速度160 km/h、在城際動車組成熟平臺基礎上進行改進的市域型車的結論。

城市軌道交通；新機場線；市域快軌；車輛選型；最高運行速度

1 研究背景

2012年11月，國家發展改革委批復了北京市城市軌道交通近期建設規劃調整方案(2007—2016年)，同意新增新機場快線，線路自中心城區至北京新機場，采用快速軌道交通方式以實現半小時到達，項目爭取與新機場同步建設[1]。

列車最高運行速度是本線的重要技術指標，它直接影響到土建工程規模及設備系統的選擇。它的選擇與線路長度、客流構成、站間距離以及服務水平密切相關，過高或過低的速度目標值都會給運營帶來不利的影響。根據國內外大城市機場專線軌道交通的發展經驗：適用于機場線列車的最高運營速度一般為100～160 km/h[2-3]。針對北京新機場線，從航站樓到市中心距離40 km以上，要實現半小時到達中心城區，列車旅行速度應在80 km/h以上，則新機場線列車最高速度應該在120～160 km/h。

但是選擇120、140還是160 km/h的最高速度值,需根據新機場線具體線路的功能、時間目標要求、乘客群體、線網資源共享及外部制約條件等多個因素來進行研究決定。此外，單純提高車輛最高運行速度可能對旅行時間影響不大，應綜合點到點交通運行時間來考慮，如通過減少換乘距離、增加軌道交通覆蓋范圍等增加可達性，綜合提高軌道交通的快速可達性。

此外，新機場線線路、站間距較長，對乘坐舒適度要求較高，屬于連接機場與市中心的專線，也是一條特殊的市域快線。根據國內外建設經驗[4-5]，本線車輛選型存在兩種選擇，一種是在目前的地鐵A/B型車上進行升級，另一種是使用國鐵動車組進行優化。普通地鐵服務范圍為中心城，市域快軌列車則服務市域或都市圈、聯系中心城與外圍組團。因此，與普通地鐵相比，本線列車線路長、平均站間距大、乘客乘坐時間長，直接采用地鐵列車難以滿足本線對于旅行時間及乘坐的舒適性要求。相較于國鐵，本線站間距較小；國鐵列車雖然已經研制出時速160/200 km/h的CRH6型動車組，但由于服務客流性質不同，不能直接用于城軌交通系統中。因此，新機場線車輛選型是系統建設面臨的一個難題。

本文結合新機場線工程特點及設計目標，對車型及最高運行速度選擇進行了專門研究，最后對市域快線車輛選型的要素進行總結，提供一種市域快軌車輛選擇的思路和方法。

2 設計目標及車輛選型的制約因素

2.1 設計目標

車輛選型與線路功能定位、需求密切相關，車輛及最高運行速度選擇服務于總體設計目標(見表1)。

表1 新機場線設計目標

總結歸納為，在滿足快速、舒適的前提下，車輛選型應確保工程可行、風險可控、造價最優。

2.2 車輛選型的制約因素

2.2.1 旅行時間目標

從與道路交通的競爭性、航空旅客對旅行時間的期望、上位規劃對本線的時間目標等因素考慮，本線旅行時間目標確定為從航空主客流源地金融街至新機場不大于30 min。

2.2.2 最高運行速度

確定旅行時間目標后，根據本線線路長度、站間距、曲線及坡度、列車加減速性能等要素，可確定初步的最高運行速度目標。根據牽引仿真計算結果,本線選用140 km/h及以上速度方案可滿足擬定的時間目標。

最高運行速度的選定除受旅行時間目標直接影響外，還受制于工程條件和運營經濟性等要素。例如，國內京滬高鐵設計之初,土建和車輛等機電設備均考慮了持續運行350 km/h的條件，但后來出于安全、運營效率和運營經濟性等因素的考慮，降速為300 km/h運行。

2.2.3 供電制式

常規地鐵車輛一般采用DC750 V或DC1 500 V的架空接觸網/接觸軌供電，國鐵干線及高速鐵路一般采用AC25 kV供電。針對類似新機場線線路特點,介于常規地鐵和國鐵干線之間的市域快軌，其供電制式選擇需結合線路特點、工程條件、線網資源共享等因素綜合考慮確定。

從牽引變電所設置數量與經濟性、外電源協調難度、對土建影響等綜合考慮，本線適宜選擇AC25 kV的供電方式。

2.2.4 車輛成熟度與可靠性

如前所述，本線宜選擇最高運行速度140 km/h及以上、采用AC25 kV供電的車輛,這種車輛目前在國內城軌線路尚無實際應用業績。經調研發現，可供選擇的主要是基于A型車平臺研發生產的120～160 km/h市域樣車，另一種是基于國鐵動車組平臺研發生產的CRH6F型城際動車組。

這兩種平臺車型理論上皆可滿足本線運營需求，但從車輛成熟度出發，前者目前在國內仍為樣車階段，部分車型試驗正在進行中，無實際運營業績。CRH6F型城際動車組目前已于2015年在國內實際線路上通過30萬km運用考核，成熟度具備一定優勢。

2.2.5 線網資源共享

市域線的資源共享面臨兩難處境：一方面，與普通城軌線路資源共享存在限界及速度差異較大的問題。例如，常規A型車落弓高度為3 810 mm、車輛建筑限界一般為5 400 mm左右(以北京為例)；AC25 kV供電市域車落弓高度由于高壓絕緣子的設置至少為4 400 mm，CRH6F為4 640 mm，加上接觸網安裝高度的變化，車輛建筑限界達到7 600 mm[6]。另一方面，與國鐵線路資源共享存在票制票價、客流性質、運營管理方式的區別。

根據《北京市軌道交通線網規劃》(2020)(見圖1)，目前與北京新機場線關系密切的線路主要為19號線、S6線(城際聯絡線)、平谷線等。由于19號線為穿城線路，線路基本以地下敷設為主，從經濟性考慮，其已確定采用DC1 500 V供電的A型車[7]。如前所述，從限界上考慮，新機場線與19號線無法實現資源共享。因此，新機場線宜考慮與S6、平谷線資源共享，而原規劃S6線已納入京津冀城際網中的城際聯絡線[8]。綜上可以看出，從上位規劃及建設運營的經濟性來看，北京新機場線宜考慮與城際聯絡線(原規劃S6線)、平谷線資源共享，選擇斷面與城際列車相當的車型。

圖1 北京市軌道交通2020年線網規劃示意

2.2.6 機場專線的服務特性

本線從線路長度和站間距來看，具備市域快軌特征。但從運營服務定位來看，是服務于航空客流的專線。本線車輛選型，受制于本線的服務特性，主要包括以下方面：

1) 車輛內飾、座席布置及舒適度、大件行李存放架、車門數量及開度、車輛噪聲等應滿足航空服務水平和標準；

2) 本線在草橋設置城市航站樓，為配合實現城市值機功能，車輛設置專屬行李車廂。

3 車輛選型分析

3.1 市域A型車與城際動車組比較

下面對適用于本線的兩種車型的主要技術參數和在本線的適應性進行對比。兩者主要技術參數對比如表2[9]所示。

從旅行時間目標、最高運行速度、供電制式及客流服務特性來說，兩種車型皆可滿足本線需求。

從制約本線的車輛成熟度和資源共享需求來看，城際動車組平臺車型適應性更好，因此，本線適宜采用城際動車組平臺車型。

3.2 適用于新機場線的車輛參數優化

如前所述，適用于本線的列車應是具備國鐵城際列車斷面、最高運行速度為140 km/h及以上的車型。但是，是否采用CRH6F原型車即可完全滿足本線需求？CRH6F原型車運行于國鐵城際線，其服務的客流性質決定了其車輛旅客界面與新機場線存在較大區別。

表2 兩種市域快軌列車主要技術參數及適應性對比

例如，原型車采用購票對號入座、設置衛生間、車輛超員及車體結構強度采用站立6人/m2進行核算等。根據新機場線的客流服務特性，這些參數應進行相應優化(見表3)。

表3 新機場線車輛參數的優化

3.3 列車車體長度的優化

從表3可以看出，與城際動車組相比，本線列車車體長度縮短了約1.7 m，對此，結合北京市軌道交通線網規劃及新機場線特征分析如下。

1) 車體長度直接影響車輛定距和列車載客定員，進而影響列車軸重。將24.5 m車長的城際動車組與22.8 m車長的優化后車型主要技術參數對比如表4所示。

表4 24.5 m車長與22.8 m車長的參數對比

2) 由表4可知，如采用24.5 m車型，乘客站立面積需控制在32.6 m2才能滿足軸重不大于17 t的要求，通常的列車布置圖如圖2所示，其乘客站立面積約為35.5 m2，無法滿足軸重要求。

圖2 通常的列車平面布置

如要滿足軸重要求，可采取的措施有：座椅采用2+3布置、中間增加茶座、增加座席寬度和間隔、減少列車車門數量等。每項措施，均將導致車輛內飾由適用于城市軌道交通的通勤客流，轉變為適用于中長距離出行的城際客流。誠然，新機場線定位為專線，這些措施對本線影響較小，但市域線車型應結合北京市全線網統籌考慮，例如線路經過燕郊的平谷線，將具備明顯的城市通勤客流特征，采用此種車型適用性較差。

因此，從本線需求考慮，采用22.8 m長的車體可控制軸重在17 t以內。此外，較短的車體可減小站臺長度、增強小曲線半徑通過能力、減小站場土建規模以更適合線路在城市內部的敷設。

4 結論

北京市域快軌新機場線從站間距和功能定位來看具備明顯的市域快軌特征，目前國內市域快軌車輛選型存在標準不明確、定位線網層次不清晰等問題。由中國土木工程協會牽頭編制的行業規范《市域快速軌道交通(120～160 km/h)技術規范》(征求意見稿)定義了3種車型，其中包含了與既有城市軌道交通車型斷面尺寸接近的市域A、B型車和與國鐵干線車型斷面尺寸接近的市域D型車，本文推薦新機場線采用的車型參數，與其市域D型車保持一致，符合在編規范的相關要求。

本文從新機場線設計目標、車輛選型控制性因素入手，得到如下結論。

1) 制約北京新機場線車輛選型的控制性因素主要有最高運行速度、車輛成熟度、線網資源共享三大因素。

2) 目前國內市域快軌列車選擇主要包括地鐵平臺升級車型、城際動車組平臺兩種車型。從最高運行速度、車輛成熟度、北京軌道交通線網資源共享3個因素分析，表明城際動車組平臺車型更適應于本線。

3) 根據線路實際需求，在城際動車組成熟平臺車型的基礎上進行適當優化，得到一種改進型的市域型車更適應于北京新機場線。這種優化包括車體尺寸調整、取消衛生間的設置、設置專用行李車廂等，以更好地適應城軌交通機場專線客流服務特性。

[1] 國家發展改革委關于北京市城市軌道交通近期建設規劃調整方案(2007—2016)的批復：發改基礎[2012]3511號[A].北京，2012.

[2] 周宇冠.關于市域快速軌道交通的思考[J].鐵道標準設計, 2012(9): 22-26.

[3] 劉偉.惠莞深城際鐵路新塘至白云機場段速度目標值研究[J].高速鐵路技術, 2013(51): 118-121.

[4] 李忍相, 馮愛軍, 萬學紅.北京市域快線主要技術指標研究[J].都市快軌交通,2014, 27(3):27-30.

[5] 雷磊, 高飛.軌道交通市域線車輛[J].鐵道車輛, 2009, 47 (2):16-18.

[6] 北京城建設計發展集團股份有限公司.北京軌道交通新機場線一期工程初步設計文件[A].北京, 2015.

[7] 北京城建設計發展集團股份有限公司.北京軌道交通19號線一期工程初步設計文件[A].北京, 2015.

[8] 京津冀城際鐵路投資公司.京津冀城際鐵路網規劃[A].北京, 2016.

[9] 王學亮, 馬云雙.和諧號CRH6型城際動車組簡介[J].高速鐵路技術, 2013(51): 196-201.

[10] 中國鐵路總公司機車車輛設計定型管理辦法：鐵總科技[2014]169號[A].北京，2014.

(編輯：郝京紅)Vehicle Selection of New Airport Express in Beijing

Xu Chengyong Li Meng

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

New Airport Express (NAE) in Beijing is an express line between Beijing New Airport and the city center, totaling almost 41km with an average station spacing of 19km. The evaluated maximum passenger volume is 5, 800 prs/h and the target travel time is less than 30minutes. The running speed of 140km/h or higher may be selected according to the line length and the station spacing. However, the maximum speed of rolling stock is limited because of tunnel section, resource sharing conditions and vehicle manufacturer. Regional rail development lacks technical standards and its construction is slow in China. As a special regional express rail, the vehicle selection of NAE has significant influence on passenger comfort, travel time and system function. A 160km/h maximum speed and an optimized regional vehicle based on CRH6F are recommended according to NAE's design targets.

urban rail transit; New Airport Express(NAE); regional rapid rail; vehicle selection; maximum running speed

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.04.004

2016-06-22

2016-06-29

徐成永，男，碩士，教授級高級工程師，從事城市軌道交通規劃設計及相關研究工作，xucy@bjucd.com

北京市科委課題(Z111100059411009)

U231

A

1672-6073(2016)04-0020-04