廣州地鐵21號線快慢線規劃設計與實踐

王仲林

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣州 510010）

隨著城市建設的蓬勃發展，城區范圍不斷擴大，副中心、衛星城概念不斷提升，城市軌道交通掀起了又一輪建設高潮。特大城市如北京、廣州、深圳等在軌網規劃中都提出了快線系統布局，以加強外圍副中心與城市中心區的快速聯系，對城市軌道交通的出行時空目標提出了更高的要求，越來越多的城市也開始重視快線的建設。

城市副中心和衛星城的發展離不開快速軌道交通的支持，規劃提出的時空目標要求也越來越高，這些線路長度一般都超過50 km甚至達到100 km左右，所以線路的最高運行速度也在不斷突破，從120 km/h到140 km/h，甚至達到160 km/h。

筆者通過總結分析廣州地鐵21號線的特性和功能需求，總結大站快線、快慢線組合以及復線等三大快線建設模式的功能差異及優缺點，從如何規劃市域快線、如何選擇快線建設模式以及如何進行投資控制等3方面著手，全面進行分析，為國內新建快線項目提供參考，避免盲目規劃設計，考慮不足而引起的各種問題。

1 廣州市域快線概況

軌道交通市域快線在巴黎、東京、倫敦、紐約等軌道交通建設較早的國外城市已有比較廣泛和成功的實踐經驗；近年來我國從國家層面到各城市都對規劃建設市域軌道交通快線越來越重視，并且在部分城市取得了良好成效。

廣州率先在2005年底開通了3號線首通段，2006年底開通了一期工程（廣州東站—番禺廣場），為國內第一條采用最高運行速度120 km/h車型的市域快線，實現番禺副中心至中心區出行時間在30 min以內，旅行速度達到49 km/h。這種模式最大的特點是中心區外圍采用大站間距，充分發揮了速度優勢，為市民提供長距離的快速出行[1]。通車10年來，客流實現迅猛發展，日均客流115萬人次，全日客流強度更是達到3.8萬人/km，形成了以地鐵站點為中心的高強度開發和交通接駁。

經過多年的運營實踐，在后續的規劃建設中，廣州進一步完善了市域快線網絡，在3號線與13號線形成東南北和東西十字快線基礎上，增加了14、21、18號線，分別形成往北（從化副中心）、往東北（增城副中心）、往東南（南沙自貿區）3個方向放射性市域快線，并在3條線路中全面采用了快慢車組合運營模式，為乘客提供了差異化的出行方式，實現了外圍副中心至中心區更為快速的聯系。21號線是國內較早采用快慢線組合運營的線路，本文以此為例，總結市域快線在規劃設計中應重點關注的內容。

2 功能定位分析

對于市域快線來講，一般服務于外圍副中心、衛星城和城市中心城區的聯系，其最主要的功能體現是“快”。學術界多以“1小時”作為評價居民出行時耗的分界點，城市總體規劃和綜合交通規劃中也常以此為目標，而常規公交無法滿足要求，因此采用軌道出行時間也就要求控制在1 h以內。

廣州市在軌道交通規劃中提出實現“3060”時空目標，即乘坐軌道交通在中心城區范圍30 min內可到達市中心，市域范圍60 min內可到達市中心。根據廣州的市域范圍特性，東北部的從化、東部的增城以及南部的南沙這3個副中心至城市中心城區的距離都在60 km左右（見圖1）。

圖1 廣州60 min出行圈示意Fig. 1 The 60-min travel circle in Guangzhou

北京空間發展戰略和交通發展政策也提出，為構建中心城和新城之間高速、高效、大運量的客運交通走廊，引導中心城的有機疏散，支持新城的發展，需實現近郊新城到城市中心的軌道交通出行時間控制在45 min以內，遠郊新城到城市中心的軌道交通出行時間控制在60 min以內。其定義的遠郊新城則為延慶、懷柔、密云、平谷，除懷柔外，其余均超過60 km。

廣州和北京提出的時空目標基本相同，按照規劃要求，由于特大城市遠郊距離中心區的長度普遍超過60 km，普通地鐵線路旅行速度在35 km/h左右，顯然無法實現規劃提出的時空目標要求，快線的建設逐漸受到重視。

廣州21號線線路全長約60.1 km，其在線網規劃中的功能定位為加強科學城及蘿崗中心區、東部新城以及增城副中心與廣州市中心區的快速交通聯系，支持城市“東進”戰略，對促進廣州大都市化進程具有重要作用（見圖2）。

圖2 廣州地鐵21號線線路示意Fig. 2 Line 21 of Guangzhou Metro

按照廣州市軌道交通規劃“3060”時空目標，從東部增城副中心至廣州中心區的出行時間需控制在60 min以內，但21號線終點站增城廣場至中心區紀念堂區域的距離近70 km，普通線路無法滿足要求，必須研究建設快速線路，結合平均運距、站間距、列車開行方案進行模擬計算，保證近遠郊客流對時間的要求，實現市域快線作為聯系市中心與郊區新城，以及郊區新城之間的快線功能[3]。

3 國外快慢線案例分析

根據國內外軌道交通發展情況統計，快線的運營模式主要有3種，分別為大站快線（巴黎RER、廣州3號線）、快慢線組合（東京、廣州21號線）、復線模式（紐約3軌、4軌）等。

大站快線模式在國外以巴黎市域RER線為代表，國內以廣州3號線為代表。巴黎RER線建設的主要目的是使乘客快速穿越整個巴黎市，以及從近郊無需換乘即可直達市中心。雖然RER接入市中心，但它堅持了自己市郊鐵路干線的定位，在市中心僅在客流集散地設站供與地鐵換乘，而在市郊則加密站點以增加覆蓋。

快慢線組合模式以東京為代表，國內開通的線路僅有上海16號線，廣州14號線、廣州21號線目前在建設中，計劃2018年開通運營。筑波快線是一條連接日本東京千代田區秋葉原站與茨城縣筑波站之間的近郊通勤交通線，其開行了特快、快車以及站站停三種交路。采用這種模式既有利于快速功能的實現，又避免了大站快線覆蓋不足的問題，在投資增加不多的情況下實現更快的運營組織模式，是介于快線模式和四線模式的折中選擇（見圖3）。

圖3 日本筑波快線運營列車示意Fig. 3 The express line of Tsukuba

紐約地鐵特色之一就是快慢線及潮汐車道的設計，如1915年開始試運行的紐約地鐵7號線，是連接紐約市皇后區與曼哈頓區的一條主要線路，其在線路設計中采用了快慢線及潮汐車道設計，兼顧了成本與效率。紐約城市居住區與核心區分布明顯，通勤客流具有明顯的潮汐特征，因此其城市軌道交通線路布置呈現聯接居住區和城市核心區的帶狀分布特點。同時，為了適應早晚高峰的突增客流，部分通道內采用了快慢線并行的線路設置方案來提高運能。

大站快線模式特點是：運行組織簡單、發車密度高、運能大，其針對的乘客數量大、運距短，大量乘客特別是換乘乘客在相關車站頻繁上下車，各車站的客流特性和客流量相對均衡。

快慢線組合方案中的快車主要是解決大組團間的長運距乘客的快速出行需求，站站停列車通過在越行站停車待讓快車，快車不停車過站以提高過站速度和減少停站時間來實現快速的目的，其缺點是運營組織復雜，降低系統能力，同時也增加了站站停列車乘客的旅行時間[4]。

復線模式在國內尚未有應用案例，對于國內少數帶狀走廊城市如蘭州、深圳等具有較強的借鑒意義，可以較好滿足早高峰集中進城、晚高峰集中出城的出行需求。在采用普通大站快線不能滿足覆蓋和時空出行需求，采用快慢車又不能滿足運能需求的情況下不失為一種選擇，可在部分城市嘗試應用。

不同的線路應根據其規劃的時空目標、線站位設置情況、客流預測、地理位置以及投資經濟效益等選擇不同的建設模式（見表1）。

表1 3種模式沿線城市形態及優劣分析Tab. 1 The form and advantages of three patterns of cities along the express line

4 快慢線規劃設計實踐

4.1 與線網的銜接點研究

市域快線與市區地鐵線網的銜接非常重要，有效銜接將有助于合理配置郊區新城的軌道交通系統，實現市域快線的功能定位，有效縮短居民出行時間，實現方便換乘，對提高社會生產率、實現交通發展整體目標有著重要的意義。

紐約主要由鐵路承擔郊區與中心城區的聯系，通過市中心的交通綜合樞紐與地鐵網絡銜接，如中央火車站、賓州火車站等。巴黎則通過RER市域快線與多條市區地鐵線路換乘并深入中心區，實現多點多次換乘，極大方便乘客各方向出行。東京則主要將郊區線路與山手環線銜接，部分則直接與中心區地鐵線路共軌運行[5]。總結 3種銜接方式為：單點多線多方向樞紐換乘、多點多線多方向換乘、多點多線多方向換乘與共軌貫通運營。3種方式是各自線網發展過程不同的產物，但其核心只有一點，就是要與城區線路形成便利的換乘條件。

21號線呈典型的放射型線路，與線網中的市區線路（6號線蘇元站、19號線世界大觀站、4號線黃村站、11號線及13號線天河公園樞紐）形成了三點一樞紐（環線），既實現了與城區線網的多點銜接換乘，又形成了環線樞紐換乘，形成了便利的換乘條件，減少了在中心區邊緣換乘帶來的不便，直達中心區并實現了與環線的同站臺換乘（見圖4）。

圖4 廣州21號線與城區線路多點多方向樞紐換乘示意圖Fig. 4 Multi-point and multi-directional transfer hubs between the metro line 21 and the inner city lines

4.2 站點設置規劃

市域快線站點設置是一個亟須研究的課題。站點設置數量及站間距對最高運行速度、快線建設模式、運營組織、快速列車停靠站點、工程投資等均產生重大影響，尤其是快線建設模式，站點少則選擇大站快線但客流效益較差，站點多則必須采用快慢組合運營或復線模式以實現規劃提出的時空目標要求[6]。

在21號線規劃過程中，從沿線城市及片區規劃、市郊城鎮發展狀況、近期建設重點等方面出發，對全線可能的設站情況進行全面分析，并將擬設站點劃分為必設站點、宜設站點、可設站點等3類。必設站點為城區線網銜接換乘點、片區中心、大型客流集散點等；宜設站點為城區地鐵網絡覆蓋盲點、片區次中心、一般客流集散點等；可設站點為近郊及遠郊無明確規劃、周邊有規模較大建設用地、因運營組織需要預留越行線等。之后進行全方位的最高運行速度、旅行時間與時空目標、運營模式等綜合分析。

針對以上情況，分別設置11座、15座、20座站點并進行了綜合比較分析，按照最高旅行速度120 km/h進行測算，其技術特征統計見表2。

表2 不同設站數量技術特征Tab. 2 Technical characteristics of stations of different numbers

從時間測算來看，除11站方案能滿足規劃要求的時空目標外，其余均必須采用快慢車組合運營方案。考慮城市發展、居民訴求、客流效益等多方面的因素，特別是郊區尚無地鐵覆蓋的情況下對站點難以舍棄，最終選擇了設置20座車站方案。

由于設計后期及實施階段增設車站對運行組織、系統設計等產生非常大的影響，應盡早確定站點數量。

4.3 最高運行速度與運營模式

根據國內外相關資料，市域快線系統的最高運行速度一般不低于120 km/h，最高可達160 km/h。同時根據城市軌道交通建設標準要求，全線旅行時間以1 h內為宜。

按照20座車站設站方案，旅行時間為56.9 min，加上換乘13號線天河公園至體育西、紀念堂站，遠遠超過60 min（見表3），由于平均站間距僅3.2 km，提高最高運行速度對全線旅行時間節省影響有限，并且160 km/h牽引能耗較120 km/h 牽引能耗高出60%，土建工程尤其是地下段隧道斷面受阻塞比影響大幅提高[7-8]，因此應該選擇120 km/h為最高運行速度，考慮越站運行方案。

表3 不同最高運行速度下的旅行時間Tab. 3 Travel time at different maximum running speeds

按照牽引計算分析，停站、120 km/h不限速過站、80 km/h限速過站，其時間差異較大，采取全速越站對節省快車過站時間非常有利，每越行一站可節省 72 s（見表4）。

表4 快車停站及過站節省時間計算Tab. 4 Time saving for express train when stopping and crossing

采取此運營模式后，從增城副中心核心區增城廣場站至市中心東核心體育西一帶快車為49.7 min，慢車為71.3 min，至西核心紀念堂一帶快車為58.5 min，慢車為80.1 min，節省21.6 min（見表5），滿足了規劃對時空目標的要求。

表5 不同運營模式下牽引結果比較Tab. 5 Comparison of traction results under different operation modes

4.4 快線停靠站選擇

快線停靠站的確定需綜合分析軌道各車站各時段總的客流乘降量特點，盡量將組團中心站、重要換乘站以及重要客流集散點確定為快車停靠站。快線停靠站點少則越行線設置多，尤其是中心城區往往換乘站多、地下敷設，投資較高。停靠站點多則與慢車旅行時間差異小，優勢不明顯，作用不夠強。按照經驗分析，快慢車旅行時間差異的閾值應在20 min左右。

21號線全線共有6座換乘站，分別是天河公園、黃村站（4號線）、世界大觀站（19號線）、蘇元（6號線）、鎮龍（14號線知識城支線）、增城廣場（16號線）。另外朱村站是全線第三大客流量的車站，棠東站為城區內彌補覆蓋盲區的車站，因此快車停靠共8座站點，停站比例為40%。快慢車差異時間為20 min，時間較為理想（見圖5、圖6）。

4.5 投資控制

對于市域快線來講，影響投資的幾個重要因素是敷設方式、最高速度、配線形式等，因此在規劃設計階段必須加強論證。尤其是當采用快慢線時，由于需設置較多越行線，車站體量較大，宜盡量采用高架敷設方式并結合道路情況進行路側布置。

圖5 遠期早高峰站點集散量Fig. 5 Collection and distribution of passengers for each station in the forward early-peak

圖6 廣州21號線快慢車停站Fig. 6 Express-local train in Guangzhou metro line 21

另外，隨著速度的提高，受空氣壓力波影響，隧道斷面也需擴大，車輛建造成本增加，建設成本大幅增加，運營期間的能耗、維修費用也大幅提高，應選擇適宜的最高速度，不可盲目求快。

在越行站形式上，盡量選擇高架段設置越行線[9]。當在地下站設置越行線時采用單島四線形式，在高架站則采用雙島四線形式，以節省工程投資（見圖7）。

圖7 越行車站配線方案Fig. 7 Auxiliary line scheme for crossing stations

5 結語

總結21號線快慢線的規劃設計研究經驗如下。

1）在我國的特大城市、中心城市，應該構建快線系統。快線建設沒有固定的模式，需要根據不同的需求及不同的城市特性、建設條件以及經濟條件進行分析，因地制宜，合理確定。

2）前期研究階段落實與城區線網的銜接及站點設置。快慢線不同于普通線路，在運營組織及系統設計完成后，增設車站對設計運行圖的鋪畫、越行線布置、系統設計影響太大，建議前期階段著重研究，避免后期出現增減車站等現象。在走廊附近沒有慢線覆蓋的情況下，快線的站點設置研究尤為重要。

3）是否采用快慢線應予以充分論證，慎重決策。在節省的時間效益與增加的投資之間尋求平衡點，對于快慢車旅行時間的差異閾值，建議在20 min左右，以體現快慢車的差異化服務及快車的優越性。

4）最高速度應結合近郊、遠郊的地理位置，以及基于通勤、連外的功能定位差異進行選擇，不可一味求快，大部分線路在120～140 km/h即可滿足要求，特大城市個別線路聯系距離較遠區域、功能定位有特殊要求也可選擇160 km/h，不建議超過該速度。

5）由于快慢線組合運營線路需要設置較多的越行線，而地下越行線投資成倍增加，建議采用高架、地面越行。近遠郊結合部、遠郊段的線路盡量采用高架敷設方式。