北方嚴寒地區(qū)城市軌道交通車型選擇相關問題研究

郭彥東

摘 要：在城市軌道交通系統(tǒng)中，車輛是整個系統(tǒng)的核心。我國北方嚴寒地區(qū)由于冬季氣候惡劣，居民公共交通出行比例較大，冬、夏季出行特征的差異，導致軌道交通選擇車輛類型時存在滿足特殊客流需求與保證運營效益之間的矛盾。以某北方地區(qū)嚴寒城市為例，提出軌道交通車型選擇過程中需注意的問題，并通過實例計算比較，對其相關問題進行研究與探討。

關鍵詞：嚴寒地區(qū)；城市軌道交通；車型選擇

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A

車輛是軌道交通與乘客溝通的橋梁，乘客乘車的直觀感受是通過車輛的乘坐環(huán)境體現(xiàn)的，軌道交通公司不僅需要為乘客提供安全可靠、環(huán)境舒適的車輛，同時又要考慮自身的運營成本支出問題。選擇不同的車輛可能會導致整個系統(tǒng)經(jīng)濟、社會與環(huán)境效益的很大差異。目前我國已有多個北方嚴寒地區(qū)城市正在實施或擬建城市軌道交通項目，這些城市往往存在整體客流水平偏低，但是鑒于冬季嚴寒導致公共交通出行率較高，而必須選擇大運量車型或編組，以預留足夠運輸能力的問題。本文即以某北方嚴寒地區(qū)城市為例，從客流預測、運營經(jīng)濟性、工程及系統(tǒng)方案、運輸組織等方面對車輛選型提出建議與分析。

1.對客流預測的要求及車型對客流的適應性

1.1 對客流預測的要求

城市軌道交通客流是確定城市軌道交通建設規(guī)模及投資決策的主要依據(jù)。對于客流預測工作，最基礎的內容是調查軌道交通項目沿線吸引范圍內的居民出行特征，結合城市空間發(fā)展方向，正確把握城市公共交通出行量及其在城市交通方式中的分擔比例，通過科學分析，預測出切合實際的軌道交通項目客流值。而對于嚴寒地區(qū)城市，由于冬季漫長寒冷，天氣惡劣，隨著氣溫的降低，居民平均出行次數(shù)有較大下降，且對機動化出行的要求較高，而公交出行比例也有較大提高，公交出行總量大大增加，同時考慮到冬季居民穿著厚重、活動不便，寬敞的車型可以提供更高的舒適性。在冬季，居民對于地下形式的軌道交通有迫切需求。

而由于嚴寒城市冬、夏兩季交通需求差異較大，因而嚴寒城市對城市軌道交通需求量最大的時期處于冬季，而夏季的客流需求明顯降低。對于軌道交通系統(tǒng)規(guī)模，應在提高運輸效率和服務水平、降低建設成本和運營成本的原則下，根據(jù)預測客流數(shù)據(jù)和線路服務需求綜合分析確定，對于北方寒冷城市，應按冬季客流預測結果作為計算標準。因此，進行客流預測時應盡可能區(qū)分冬、夏兩個典型季節(jié)，并提出兩套客流預測結果，以便在前期研究中按冬季客流水平預留系統(tǒng)規(guī)模、選擇車型，運輸組織方案采取冬季、夏季兩個方案，以合理控制運營成本。

1.2 對客流的適應性分析

以某北方嚴寒地區(qū)城市軌道交通L線為例：線路長度28.5km，設站23座，最高運行速度80km/h，遠期冬季高峰小時最大斷面客流量為3.95萬人/h，夏季為3.36萬人/h，車輛采用技術成熟的鋼輪鋼軌系統(tǒng)，系統(tǒng)最大規(guī)模30對/h，站立標準按5人/㎡計算。則對于A、B型車，不同的車型及編組對于客流的適應性見表1。

從上表可以看出，考慮一定的運能余量，適合L線冬季客流的車型及編組方案為A型車6輛編組和B型車7輛編組，適合夏季客流的車型及編組方案為A型車5輛編組和B型車6輛編組，為了預留足夠的系統(tǒng)運輸能力及運能余量，考慮票制票價、土地利用與人口、出行強度等敏感因素對客流水平的影響，系統(tǒng)規(guī)模的確定應以冬季客流為標，因此，L線應選擇A型車6輛編組或B型車7輛編組。下面針對以上兩種情況進行分析。

2.運營經(jīng)濟性分析

2.1 牽引耗電量比較

根據(jù)A、B型車輛參數(shù)及線路縱斷面進行模擬牽引計算，A型車6輛編組按4M2T滿載（AW2）進行計算，B型車7輛編組按5M2T滿載（AW2）進行計算，牽引耗電量比較見表2。

可知，若以每度電0.6元計算，則L線遠期牽引耗電量A型車6輛編組較B型車7輛編組節(jié)省支出約369萬元/年。

2.2 運營成本比較

城市軌道交通運營成本包括支付的職工工資及福利費、材料、電力、折舊費、資本成本及其他費用等，結合運營要求，在同一客流斷面條件下，A型車相對B型車運用列車數(shù)量及全日列車開行對數(shù)由于運能增加而降低，A型車6輛編組的運用列車數(shù)減少3列，配屬司機數(shù)相應減少，每年可節(jié)省成本約150萬。

2.3 初期車輛購置費

A型車暫按780萬元/輛、B型車按630萬元/輛計算，L線采用A型車6輛編組初期需購置30列車，采用B型車7輛編組初期需購置33列車，購置A型車將較購置B型車減少5130萬元。

3.土建規(guī)模及工程投資分析

3.1 選用不同車型對建筑限界及區(qū)間結構的影響

對于區(qū)間明挖矩形隧道、暗挖馬蹄形隧道，以及盾構圓形隧道內輪廓、直線段雙線最小線間距等，A型車的限界要求略大于B型車，相應的投資略有增加。L線90%以上區(qū)間均采用成熟、安全的盾構法施工，通過對國內主要城市軌道交通盾構隧道尺寸統(tǒng)計分析，約超過50%的城市采用5500/6200/350管片，隨著國內城市軌道交通運營的城市越來越多，根據(jù)北京、上海、廣州的運營經(jīng)驗，考慮到后期區(qū)域沉降造成不均勻沉降等因素，盾構內徑近幾年有增大趨勢。無論選擇A型車還是B型車，綜合L線工程的隧道埋深、工程地質及水文地質等條件，管片內徑都宜采用5500mm，采用5500/6200/350形式，即A型車與B型車對區(qū)間工程投資影響較小。

3.2 選用不同車型對車站建筑的影響

A、B型車對于車站設備管理用房的布置和規(guī)?；鞠嗤?，不同點主要在于車站有效站臺長度、車站限界和車站公共區(qū)布置規(guī)模，一個站臺寬度相同的單柱標準車站，A型車6輛編組的車站比B型車7輛編組的車站建筑規(guī)模大260m2。A型車包含停車線或折返線的車站長度略長于B型車，車站面積大120m2。L線共設23座車站，其中設有停車線或折返線的車站共3座，全線采用A型車6輛編組的車站規(guī)模比B型車7輛編組大6500m2，投資增加約8100萬元。

3.3 車輛段規(guī)模及投資分析

車輛基地規(guī)模依據(jù)列車開行方案、全線配屬車以及車輛檢修任務量來確定。車輛基地用地按最大規(guī)?？刂疲瑱z修規(guī)模按近期考慮，遠期預留，其余停車列檢及周月檢規(guī)模按近期考慮，統(tǒng)籌遠期，按遠景規(guī)模預留。根據(jù)計算，L線車輛基地規(guī)模近期B型車7輛編組比A型車6輛編組方案需要的檢修列位多1個，停車列檢列位多4個，共5個列位；遠期B型車7輛編組比A型車6輛編組需要的停車列檢列位多2個。按照大架修段每輛車占地指標1000m2計算，考慮A型車限界大于B型車，B型車7輛編組方案近期建筑面積略大于A型車6輛編組方案，遠期B型車7輛編組比A型車6輛編組方案征地面積大1.4公頃。

4.設備系統(tǒng)方案及投資分析

站臺門是設置在站臺邊緣的一道將站臺區(qū)與軌行區(qū)隔離的屏障，它的滑動門與列車乘客門嚴格對應，因此站臺門規(guī)模與工藝布置受車輛參數(shù)影響較大，A型車6輛編組每站站臺門投資約560萬元，B型車7輛編組約520萬元，B型車7輛編組全線投資節(jié)省約920萬元。經(jīng)比較，A型車6輛編組與B型車7輛編組對于供電、信號、通信及其他弱電系統(tǒng)、給排水、消防及環(huán)控系統(tǒng)等方案措施影響較小，兩個車型方案投資基本一致。

5.運輸組織方案建議

由于北方嚴寒地區(qū)冬、夏季客流需求差距較大，應針對冬、夏季不同的客流預測結果，制定適合相應季節(jié)的運輸組織方案，優(yōu)化全日開行列車對數(shù)，既可節(jié)省運營成本、也可提高運營效益。由于嚴寒地區(qū)客流量穩(wěn)定性低，還可通過調整列車運行交路、采用靈活編組等方式，達到提高運輸效率的目的。

結論

根據(jù)分析，L線選用A型車6輛編組，運營成本與B型車7輛編組基本相當、列車牽引能耗較B型車7輛編組有所節(jié)省、初期車輛購置費減少5130萬元、土建規(guī)模及工程投資增加不多、車輛段及設備系統(tǒng)投資基本一致。綜合比較，L線采用A型車6輛編組較B型車7輛編組運營成本及工程投資相差較小，因此L線采用A型車6輛編組方案。為保障冬季客流的出行需求，提高乘車舒適性，增加應對高客流風險的能力，對于北方嚴寒地區(qū)城市的軌道交通項目，應對客流量進行分季節(jié)預測，選擇車型時應考慮預留足夠的運能余量，并且通過采用優(yōu)化的運輸組織方案，合理控制運營成本。

參考文獻

[1]陳小鴻，王翔，李佳.城市軌道交通客流增長滯后性與預測方法研究[J].城市軌道交通研究，2014，17（11）：22-27.

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