深圳機場旅客捷運系統車輛選型與運營模式研究

■ 麥福榮

1 項目背景

車輛選型不僅是確定系統運營管理模式和維修方式的基本條件，還是系統設備選型和確定設備規模的重要依據。如果車輛選型尚未確定即開展設計和施工，必然造成工程設計大量返工，甚至造成浪費或嚴重影響運營。車輛選型不僅涉及車輛專業本身，還關系到多個專業的設計、選型，同時對環境、運營服務水平和工程投資等都有不可低估的影響。因此，深圳機場旅客捷運系統項目高度重視車輛選型。闡述分析鋼輪/鋼軌系統、膠輪系統、磁懸浮系統3種車輛制式的特點及其在項目的適用性，并針對深圳機場旅客捷運系統特點，提出車輛選型建議。

深圳機場T3航站樓自2013年11月28日啟用，通航后旅客流量穩健增長，根據《寶安國際機場總體規劃》，T3航站樓在2020年，預計年旅客吞吐量4 500萬人次，其中國內旅客3 600萬人次、國際旅客900萬人次，預計高峰小時旅客人數為13 716人，年飛機起降架次為37．5萬架。

為滿足規劃目標年2025年深圳機場旅客量的需求，擬在深圳機場T3航站樓北區建設衛星廳及配套站坪設施，同時衛星廳與T3航站樓之間采用捷運系統輸送旅客。捷運系統線路南起T3航站樓，北至T4航站樓，線路總長約4．45 km（含出入線），其中正線長3．45 km。全線設站3座，分別為T3航站樓站、衛星廳站、T4航站樓站。全線正線為直線段，僅在出入線設有2處曲線。

捷運系統T3航站樓站位于T3航站樓地下負一層，建設T3航站樓時，對機場捷運系統T3航站樓站和部分區間進行了土建預留。土建預留長度合計約1．658 km，分別為：T3航站樓下部預留長約865 m，T3航站樓外預留長約690 m，深圳地鐵代建捷運系統與11號線區間共結構段長約103 m（見圖1）。

預留工程車站長度、折返區長度、隧道限界等參數對車輛類型有制約性作用，不同車輛形式對T3航站樓預留工程的適應性、改造的可行性不同，因此針對捷運系統特點選出合適的車輛形式非常必要。

2 車輛選型原則與思路

2.1 選型原則

（1）應滿足未來深圳機場高峰小時最大客流量斷面和行車密度要求。

（2）應符合工程線路和預留土建條件。

圖1 T3航站樓站土建預留平面示意圖

（3）應滿足無人駕駛自動化運行的運營需求，其車載設備具備自動化控制功能實現接口，并具備運行狀況記錄功能。

（4）車輛技術性能既要符合國內外發展趨勢，又要求技術成熟、安全可靠、經濟實用、便于管理和維修，符合國情。

（5）應尊重現實，并有助于實現車輛規模化，以降低購車成本及實現運行的經濟性。

（6）應適應深圳市各種環境條件，并盡可能減少對周圍環境的影響，降低施工風險和工程投資。

2.2 選型思路

車輛選型應在尊重現狀基礎上，根據客流特征，對整個系統的技術經濟性進行綜合比較，以選擇有利于降低系統投資和運營成本的車輛，并便于最大程度實現資源共享、自動化運行、減少設備重置，這是車輛選型的基本出發點[1]。

車輛選型不應就車輛論車輛，不應局限于車輛本身技術經濟性的比較，而應對選用不同車型的各個系統工程造價、運營費用、服務水平和環境質量等進行綜合比較。車輛形式應結合線路的具體情況，從以下幾方面綜合考慮：運量、線路條件、車輛造價、技術成熟程度（安全性、對故障的反應能力）、運營和維修成本（運行可靠、維修方便、成本低）、對環境的影響（污染、振動、噪聲）、車輛國產化等。車輛選型工作思路見圖2[2-4]。

圖2 車輛選型工作思路

3 車輛選型分析

車輛形式及性能對捷運系統功能的發揮、工程造價、運營效益等會產生重大影響。車輛形式的確定需在滿足深圳機場功能需求情況下，選擇技術成熟、安全可靠的車輛，同時還要符合近年來國內外捷運系統車輛技術的發展趨勢。

3.1 功能需求

（1）實現無人駕駛需求。深圳機場捷運系統線路短、折返頻繁，為了減少人為操作失誤或因司機疲勞、突發疾病導致的運營故障和安全事故，所選車輛應滿足無人駕駛自動化運行的運營需求，其車載設備具備自動化控制功能實現接口，并具備運行狀況記錄功能。

（2）滿足機場遠期線路條件、高峰小時最大客流量和行車密度需求。深圳機場捷運系統線路遠期規劃建設T3航站樓站、衛星廳站、T4航站樓站3站2區間，遠期高峰小時最大斷面客流為3 700人次/h。所選車輛定員、載客量、車輛編組、系統運行能力等參數要滿足機場遠期線路條件和高峰小時客流斷面需求。

（3）滿足24 h不間斷運營需求。廣東省“十三五”規劃已明確將深圳機場的定位提升為區域性樞紐機場，且明確提出要提升深圳機場國際化水平。2015年，深圳機場24 h通關服務，相應其機場配套設施捷運系統也是24 h不間斷運營服務。因此，所選車輛要滿足24 h不間斷運營要求，并安全可靠、經濟適用、適應24 h運行下的維護及故障處理。

（4）滿足機場對振動、噪聲、環境的要求。不同車輛形式在運營時所產生的噪聲和振動不同，對乘客和工作人員的影響不一樣。機場是高品質服務場所，乘客對環境要求和舒適度的要求極高，因此，所選車輛形式和供電制式要滿足機場對振動、噪聲、環境的要求。

（5）滿足深圳機場已預留土建工程的結構限界要求。T3航站樓建設時，對捷運系統預留了部分工程，因此所選車輛形式要適應深圳機場已預留工程。

（6）實現靈活編組。深圳機場捷運系統全日客流不均衡，潮汐現象明顯，為了節約運營成本和減少車輛購置費用，且滿足全天不間斷運營情況下的車輛維保，所選車輛應盡量做到編組靈活。

（7）節約投資，降低成本。在捷運系統投資建設費用中，車輛購置費用和供電系統建設費用比重較大，因此，車輛和供電系統應盡量選擇投資少、運營成本低、維保簡單的方案。

3.2 可選車輛制式

捷運系統主要用于機場空側輸送系統，特點是無人駕駛全自動化運行，不受其他類型客流擁塞或干擾的影響。應用靈活，可根據客流靈活組織行車。近距離往返客運優勢明顯。因此捷運系統可選系統制式分別有鋼輪/鋼軌、膠輪導向、磁懸浮等系統。

3.2.1 鋼輪/鋼軌系統

鋼輪/鋼軌系統的特點是導向與支承合一，是借鑒鐵路傳統的成熟技術。車輛為電力牽引的鋼輪走行系統。軌道采用鋼軌為車輛提供支承和導向作用，利用輪軌黏著力驅動，能敷設在地面、隧道、高架橋上，承載能力大，適用范圍廣。其中鋼輪制式車輛主要是鋼輪地鐵系統（地鐵A、B、C型車和直線電機車輛）、輕軌系統、鋼輪/鋼軌現代有軌電車系統。鋼輪/鋼軌車輛及軌道示意見圖3。

系統具有如下特點：

（1）導向與支承合一，為電力牽引的鋼輪走行系統，利用輪軌黏著力驅動。

圖3 鋼輪/鋼軌車輛及軌道示意圖

（2）常用于速度高、運量大的軌道系統中，較大的適應性和潛在發展能力。

（3）安全、可靠、準點、技術成熟。

（4）建設成本較高。

（5）與深圳地鐵維修資源共享性強。

3.2.2 膠輪系統

膠輪系統大致可分為2種類型：輪胎-單軌和輪胎-導軌。2種類型的共同特點是車輛都是電力驅動，車輪均采用橡膠輪胎，以多節輪胎電車鉸接在一起，組成列車運行[5]。膠輪系統中，無論是哪種車型，其相同特點是車輛分設走行輪和導向輪，走行輪為膠輪，走行在路面上，起支承作用；導向輪也是膠輪，依靠導向板或導向槽對車輛起導向和穩定作用。為了控制車輛軸重，保證膠輪運行安全，這種系統采用小車輛、短列車。普遍采用架空接觸網或接觸軌供電，部分采用纜繩牽引列車。膠輪系統主要包括膠輪自動導向系統、膠輪單軌系統、膠輪有軌電車系統。膠輪系統車輛及輪胎示意見圖4。

膠輪系統具有如下特點：

（1）編組靈活。

（2）爬坡能力強，線路曲線半徑小。

（3）車輛為膠輪，黏著性能好，有利加減速，運營噪聲較小。

（4）輪胎承重有限，不適合大運量系統。

（5）輪胎制造和充氣氣壓要求技術嚴格，膠面磨耗大，磨耗膠粉污染環境。

（6）輪胎運行阻力大于鋼軌系統，故其能耗較鋼軌系統要大。

（7）軌道干燥時輪胎摩擦系數將3倍于鋼軌，但潮濕時與鋼軌相差無多。

（8）車輛運行需要一個導向軌，因此車輛不僅有走行輪，還增加導向輪，在技術上更為復雜。

3.2.3 磁懸浮系統

磁懸浮系統是一種無接觸運行，車輛懸浮于軌道之上的交通運輸系統，是利用電磁場所特有“同性相斥、異性相吸”的相互作用，實現列車和路軌間的懸浮、導向和驅動，從而實現列車與軌道無接觸的運行[2]。由于這一電磁體系完全取消了列車和鋼軌間的直接接觸所引起的摩擦力，因而大幅降低了能耗、磨損、粉塵污染、振動和噪聲，也比輪軌列車更容易實現高速運行。磁懸浮列車一般是列車“抱”著軌道運行，不會出現列車脫軌情況，運行更加安全。磁懸浮車輛及軌道示意見圖5。

磁懸浮系統具有如下特點：

（1）系統的曲線和道岔性能適用于大坡道和小半徑線路，地形適應性好，與單軌和新交通系統大致相同。

（2）磁懸浮不僅具有新交通系統的特點，而且運行噪聲與振動很小，基本不發生磨耗，環境保護好。

（3）車輛載荷平均分布，車身較輕，橋梁等建筑的費用相應減少。

（4）中運量系統；每列車定員326人，單向運能為6 520人/h，如果適當加大列車編組或行車密度，運能尚可適當提高，多采用高架敷設，建設成本低，建設周期短。

圖4 膠輪系統車輛及輪胎示意圖

圖5 磁懸浮車輛及軌道示意圖

（5）技術比較成熟，車輛費用較高，需要大批量生產才能保證效益。

3.3 可選系統綜合比較

深圳機場旅客捷運可選系統綜合比較見表1。綜合以上分析，從線路條件、技術成熟、運營成本、城市資源共享角度來講，鋼輪/鋼軌系統優于其他系統制式；從編組靈活度和預留土建工程制約角度來講，膠輪系統（APM）優于其他系統制式。

4 車輛選型與運營模式

4.1 運營模式分類

以深圳機場已運營和規劃建設的衛星廳及T4航站樓為站點分析。近期運營路線為T3航站樓—衛星廳，遠期運營路線為T3航站樓—衛星廳—T4航站樓。衛星廳只處理國內旅客出港、到港客流，需全天24 h運營。根據其特征，列車運營模式有兩大類，包括穿梭運行模式和循環折返運行模式（見圖6）。

（1）單線穿梭運營模式。列車在單線上從T3航站樓至T4航站樓往返穿梭運行。該運營模式組織單一，服務水平低。

（2）單線分段穿梭運行模式。列車利用衛星廳站作為中間交會點，分段往返運行。該運營模式組織較為單一，服務水平較低。

（3）雙線穿梭運營模式。列車在雙線上從T3航站樓至T4航站樓全線往返運行。該運營模式組織簡單，較單線穿梭運營模式服務水平高。

（4）貫通穿梭運營模式。從T3航站樓到T4航站樓全線單雙線往返貫通運行。適用于T3航站樓—衛星廳、T4航站樓—衛星廳客流相對均衡的條件下，T3航站樓與T4航站樓的中轉客流可直達而無需換乘。需利用衛星廳站作為列車交會點，衛星廳站要增設配線及站臺，運行時刻表的可調整性不高。

（5）單線循環運營模式。線路線型為環形，列車在單線上循環運行。該運營模式與本工程線路條件不符合。

表1 深圳機場旅客捷運可選系統綜合比較分析

（6）雙線循環運營模式。線路線型為環形，列車在雙單線上循環運行，該運營模式與本工程線路條件不符合。

（7）雙線循環折返運營模式。列車在T3航站樓和T4航站樓間循環折返運行，適用于客流相對均衡，且中轉客流可直達而無需換乘的條件。該運營模式車站配置簡易，運輸能力及服務水平高，運行時刻表可調整性高，終端站后折返時，車站需考慮某一軌道故障或維護時的車站客流流線，車站需設計折返線，車站規模大。

4.2 捷運系統運營模式

針對客流特征及T3航站樓預留土建工程，捷運系統運營模式主要有分段穿梭運營模式和循環折返運營模式2種，共3個方案。

（1）方案一：分段穿梭運營模式（一）。該方案（見圖7）是從T3航站樓—衛星廳、衛星廳—T4航站樓之間雙線分段穿梭運行。列車往返周期：T3航站樓—衛星廳需8．0 min，衛星廳—T4航站樓需5．6 min。發車間隔T3航站樓—衛星廳為5．0 min，高峰小時可開行15對；衛星廳—T4航站樓為3．8 min，高峰小時可開行20對。適用于T3航站樓—衛星廳、衛星廳—T4航站樓客流之間具有差異、T3航站樓與T4航站樓的中轉客流較少的情況。衛星廳站為兩島兩側車站，T3航站樓站在預留工程基礎上增加中間島式車站，具備改造條件，可實施性強，但分段穿梭運營模式的服務水平及運能固定，提高性差。

（2）方案二：分段穿梭運營模式（二）。該方案（見圖8）是從T3航站樓—衛星廳、衛星廳—T4航站樓之間雙線分段穿梭運行。列車往返周期：T3航站樓—衛星廳需8．0 min，衛星廳—T4航站樓需5．6 min。發車間隔：T3航站樓—衛星廳為5．0 min，高峰小時可開行15對；衛星廳—T4航站樓為3．8 min，高峰小時可開行20對。適用于T3航站樓—衛星廳、衛星廳—T4航站樓客流之間具有差異、T3航站樓與T4航站樓的中轉客流較少的情況。該方案衛星廳站為一島兩側車站，T3航站樓站在預留工程基礎上增加中間島式車站，具備改造條件，可實施性強，但分段穿梭運營模式的服務水平及運能固定，提高性差。

（3）方案三：循環折返運營模式。該方案（見圖9）是列車在T3航站樓和T4航站樓折返運行。列車往返周期：T3航站樓—衛星廳需10．0 min，衛星廳—T4航站樓需13．7 min，發車間隔達到3．0 min（20對/h），適用于客流相對均衡且中轉客流可直達而無需換乘的條件。衛星廳站為一島兩側車站，T3航站樓站在預留工程基礎上增加中間島式車站和站后交叉渡線，站后配線改造條件差，可實施性差，但服務水平及運能較大，提升空間大。

針對循環運營的T3航站樓折返條件可實施性，若采用鋼輪/鋼軌的地鐵制式車輛，T3航站樓站前或站后折返預留條件無法滿足需求，需對T3航站樓預留工程進行改造。

4.3 列車運營模式比選

采用分段穿梭模式運營，全線4列車各自往返穿梭運行，T3航站樓站布置為一島兩側車站；全線運行列車數不能增加；運輸能力可滿足需求，但服務水平提高較難。

采用循環折返運營，全線列車可追蹤運行；列車需在折返線進行折返作業；運輸能力可以滿足客流需求，同時服務水平有提升空間。

綜合分析需求規模及可實施條件，運營模式建議采用循環折返模式，備用模式采用穿梭運營模式。

圖7 分段穿梭運營模式（一）

圖8 分段穿梭運營模式（二）

圖9 循環折返運營模式

5 車輛選型與預留工程

車輛選型對系統預留工程土建的適應性主要是系統限界能否適應預留隧道的最小尺寸和折返線的適應情況。

5.1 預留隧道限界適應性分析

不管是鋼輪/鋼軌系統車輛還是膠輪系統APM車輛的寬度，均能適應預留工程隧道6．75 m凈寬。而預留隧道的最小結構凈高為4．88 m，不同車輛采用不同供電制式（見表2）凈高需求相差很大。針對鋼輪/鋼軌車輛采用接觸網供電方式和接觸軌供電方式、膠輪系統APM車輛采用接觸軌供電3個方案進行比較分析。

表2 不同車輛采用的不同供電制式

（1）鋼輪/鋼軌系統車輛采用接觸網供電方式。預留隧道最小結構凈高為4 880 mm，鋼輪/鋼軌車輛采用接觸網供電方式整體高度為5 060 mm，超出限界180 mm，無法滿足已預留土建工程的限界要求。

（2）鋼輪/鋼軌系統車輛采用接觸軌供電方式。預留隧道最小結構凈高為4 880 mm，鋼輪/鋼軌采用接觸軌供電方式整體高度為4 760 mm，可以滿足預留土建工程的限界要求。

（3）膠輪系統APM車輛采用接觸軌供電方式。預留隧道最小結構凈高為4 880 mm，膠輪系統APM車輛采用接觸軌供電方式整體高度為4 780 mm，可滿足預留土建工程的限界要求。

5.2 折返線適應性分析

（1）穿梭運營模式。鋼輪/鋼軌系統車輛及膠輪系統APM車輛均適用。但T3航站樓站需在原預留站臺間增設一島，增設的島式站臺需增加電梯、扶梯、疏散樓梯、島上方隔板。工程改造量較小，改造對既有結構影響小，方案可行。

（2）循環折返運營模式。即在T3航站樓和T4航站樓采用站前或站后折返形式。T4航站樓還未建設，在建設機場捷運系統時，按照運營需求選擇折返形式。但T3航站樓站已建設，且按照APM站后折返需求（預留長度只有108 m）預留，如果采用鋼輪/鋼軌系統車輛，不管采用站后折返還是站前折返，都需對T3航站樓5根結構柱子進行移位或托換，但T3航站樓站折返區正下方是深圳地鐵11號線，已開通運營，無法施工。因此，鑒于安全和工程實施條件因素，循環折返運行模式不適于鋼輪/鋼軌系統車輛，只適用于膠輪系統APM。

6 結束語

深圳機場旅客捷運系統無論是采用鋼輪/鋼軌系統制式還是采用膠輪系統制式（APM），運輸能力、線路條件、無人駕駛、24 h不間斷運行、環保等功能需求皆可滿足。但由于本線運營模式建議采用循環折返模式，以適應深圳機場的客流條件，若采用鋼輪/鋼軌系統制式車輛，由于無法對T3航站樓進行改造，故T3航站樓站前或站后折返預留條件無法滿足需求，而膠輪系統（APM）無論是對預留工程的適應性、服務水平、運營維護便利性等運營評價指標來講，都優于鋼輪/鋼軌系統車輛。因此，建議深圳機場旅客捷運系統選用膠輪系統制式。

[1] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司．南海區新型公共交通系統試驗段可行性研究車輛選型研究專題報告[R]．佛山，2011．

[2] 深圳市市政設計研究院有限公司．深圳機場旅客捷運系統車輛選型及供電制式專題研究[R]．深圳，2016．

[3] 吳勝權，黃振暉，曹源．有軌電車路權配置與信號系統選擇[J]．中國鐵路，2014(8)：97-99．

[4] 邱寶光，劉波，赫宏聯，等．現代有軌電車車輛與信號一體化研究[J]．中國鐵路，2013(11)：76-78．

[5] 深圳市市政設計研究院有限公司．寧波市鄞州區現代有軌電車實驗線一期工程車輛選型專題報告[R]．寧波，2014．