基于功能定位和速度效率的市域快線速度目標確定

高國飛，付義龍，沈景炎

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基于功能定位和速度效率的市域快線速度目標確定

高國飛1, 2，付義龍2，沈景炎2

（1. 北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；2. 北京城建設計發展集團股份有限公司 城市軌道交通綠色與安全建造國家工程實驗室，北京 100037）

為指導市域快線的規劃設計以引導市域快線健康有序發展，分析軌道交通的分層體系以及各分層的相互關系和所處的位置，并對容易混淆的地鐵、市域快線、市郊鐵路、城際鐵路等制式進行技術參數的詳細對比分析。明確市域快線的屬性及適用范圍，特別是市域快線位于市區的線路和市區外圍的線路應具有不同的功能定位及技術特征。確定市域快線速度目標值選擇應考慮的因素和步驟，首次提出速度效率的概念，且市域快線應根據速度效率和站間距、旅行速度的關系來選擇速度目標值，并明確了市域快線最高運行速度與站間距、速度效率、旅行速度之間的制約關系，市域快線要提高旅行速度應提高速度效率，而不僅僅是最高速度。

城市軌道交通；市域快線；速度效率；功能定位；速度目標

目前，大城市逐漸向外拓展，外圍組團、新城或新交通樞紐的建立導致城市軌道交通線路由市區逐漸向外圍拓展和延伸，線路越來越長，甚至出現超長線路，所以市域快線規劃和建設應運而生。城市群的發展，都市圈的形成，也促使城際鐵路與市域快線的大量建設，而市域快線以其特有的快速、舒適的優勢成為城市軌道交通線網中長距離的主要交通方式。目前中國鐵道學會發布了《市域鐵路設計規范》行業標準，中國土木工程學會發布了《市域快速軌道交通設計規范》，住建部標準定額所即將發布《市域快軌規劃與設計導則》、《地鐵快線設計規范》等標準。面對目前城市軌道交通延伸范圍越來越大，而鐵路建設逐漸縮小到關注城市級的范圍，市域快線在軌道線網中如何擔當，功能和層次如何定位，速度目標值如何確定，站間距與速度如何選擇等已成為亟待解決和思考的問題，需要專心研究和正確引導。目前，部分設計人員對市郊鐵路和市域快線以及城際鐵路等制式的區別模糊不清，在制式選擇上容易混亂，且對市域快線的功能定位不清晰、不明確，造成了速度選擇的誤區[1-3]。本文首次提出速度效率的概念，全面闡述了不同制式下不同速度效率及市域快線速度效率的范圍及選擇依據，以此作為確定市域快線的速度目標值的依據。

1 軌道交通分層體系及對比分析

1.1 軌道交通網的分層體系

軌道交通網分為鐵路網和城市軌道交通網。鐵路網包括國家干線鐵路網、區域鐵路網、城市鐵路網；城市軌道交通網則包括市域快線網和市區軌道交通網。高速鐵路以省市級大城市為主體，為跨越省市之間、彼此通達的國家級干線客運鐵路，采用250 km/h、300 km/h、350 km/h的最高設計速度，旅行時間以3～5 h為宜，旅行速度約為最高速度的85%；城際鐵路以相鄰省市級城市為中心主體，是地區或都市圈范圍城市之間通達的區域性鐵路，最高速度為120 km/h、160 km/h、200 km/h，乘行時間以2～3 h為宜，旅行速度約為最高速度的70%；市域快線是在市域或都市圈行政管轄范圍內，連接市區與外圍組團，串聯沿線主要城鎮、樞紐點或新城開發區的城市軌道交通系統，可分段限定時間目標，但全程運行時間不宜大于1 h，最高運行速度為100 km/h、120 km/h、140 km/h、160 km/h，旅行速度達最高速度的50%～60%，必要時可達70%，如表1所示。

表1 軌道交通網分層體系

我國長三角客運網分成4個層次，分別為高速鐵路、城際鐵路、市域快線和城市軌道交通。其中高速鐵路層是以滬寧杭為主體的國家級高速鐵路的骨干線，城際鐵路層是以南京、常州、無錫、蘇州、嘉興、杭州為輻射點的城際鐵路線網，市域快線和城市軌道層為南京、蘇州、杭州都市圈范圍的城市和市域快線軌道線網。

1.2 分層體系下交通方式的對比分析

市域快線在旅行速度、站間距、適應性等多方面具有優勢，逐漸成為聯系城市中心區、邊緣集團和衛星城，解決市域范圍交通出行的重要方式。面對目前城市軌道交通延伸范圍越來越大，而鐵路建設逐漸縮小到關注城市級的范圍，導致很多技術人員對區域和城市級范圍內技術特征非常相似的地鐵、市域快線、城際鐵路、市郊鐵路4種制式把握不準。本文從功能定位、服務范圍、線路長度、速度目標、合理站距、發車間隔、車輛選型與供電制式等方面對分層體系下的地鐵、市域快線、市郊鐵路、城際鐵路4種制式進行詳細對比分析[4]，見表2。旨在理順市域快線、軌道交通與城際鐵路的共性和差異性，指導技術人員判斷各系統的兼容性，以便正確選擇合理的制式，使軌道交通系統既能發揮各自系統的獨立效益，又能整合網絡相互支持的關系，尤其是良好的換乘聯系，從而發揮運輸系統的綜合效益。

表2 幾種軌道交通方式的對比分析

2 市域快線的適用范圍及功能定位

2.1 屬性及適用范圍

市域快線是在市域行政管轄與規劃區或都市圈范圍內連接市區、外圍組團之間，串聯沿線主要城鎮、樞紐點或新城開發區的快速客運方式，是城市軌道交通線網的重要組成部分，是城市軌道交通線網由市區向外圍城鎮的拓展。因此市域快線是服務于城市綜合交通體系的組成部分，雖有服務地區和距離等的差異，但城市軌道交通網絡一體化發展是必然趨勢，以一個城市為主體進行管轄，有利于統一立項、有序建設和可持續發展。因此市域快線是城市軌道線網總體規劃的重要組成部分，當前城市軌道線網規劃編制或修編均應包含市域范圍的市域快線或預留快速走廊。

2.2 功能定位

市域快線是中心城、外圍城鎮、組團、機場、樞紐等之間中長距離客流服務的快速聯系通道。市域線進入市區應體現換乘、收納與疏解功能；而處于外圍地段時應體現快速送達與輻射功能[5]。即根據市域快線與市區的位置，存在不同的功能地位。

1）市域快線進入市區范圍。市域快線進入市區軌道網覆蓋范圍，應體現與市區軌道線網之間的多線多點換乘，以及客流的收納與疏解功能，應體現一次換乘的線網覆蓋率水平。市域快線伸入市區線路一般會沿城市主要交通走廊敷設，這種情況下市域線不僅要有收集和吸納客流的功能，還需有市區線的交通功能，且應以交通功能為主。因此市域線伸入市區的線路需設站多，站間距小。此時，可將市域快線深入市區線段當作市區線來處理。

2）市域快線位于市區外圍。當市域快線敷設于中心城邊緣及外圍地區時，應定位為與外圍城鎮或機場、樞紐之間客流的輻射和互動聯系的快速通道。一般該通道所處的交通走廊客流強度較低，這種情況下應體現快速送達與輻射能力，即設站少，站間距大，并符合區段的時間目標和速度指標，從而保證市域快線的旅行速度以及服務水平。

總之，市域快線在市區和外圍的服務目的和功能是有區別的，既要具有較好的客流吸納和運輸能力，又要保證一定的時間和速度，應體現市區內“換乘吸納”，市區外“快速送達”的功能。

3 市域快線速度目標的確定

市域快線的速度目標值應首先確定功能層次定位，然后確定時間目標，再根據時間目標和速度效率、站間距的相互制約，結合線路長度、曲直形態和出行時間等因素進行綜合確定。

3.1 時間目標的確定

市域快線一般線路較長，可能會連接幾個大型樞紐或組團，對于不同區段可能會有不同的時間和速度目標，這種情況應考慮不同的運輸組織方式，但全程運行時間不宜大于1 h，并由此來確定旅行速度。從居民通勤時間感受及城市交通出行目標要求方面考慮，市域快線車輛與市區軌道交通車輛均不設置廁所，同時在快速運行的工作環境下，為保護駕駛員眼睛和避免過度疲勞，保障運營安全，運行時間宜在1 h之內。而對于特殊線路如機場專線，隨著經濟的發展，商務出行乘客對出行時間和服務水平要求越來越高，機場線與其他交通方式具有競爭性，對目標距離內的運營時間目標要求更高。如北京新機場線從市區主客源地至新機場時間目標為半小時，成都地鐵18號線從成都南站到成都天府國際機場的時間目標為半小時。同時有些市域快線會根據線路終端的地區地位和時空距離提出特殊要求，指定幾個重要目標站點距離的時間要求，如30 min或45 min等要求，也可能是某特殊交路的時間目標。因此，合理發揮不同地段的速度和運營效益需進行專題研究，但仍宜控制1 h的全程目標。如南京市城市軌道交通線網規劃提出，實現市中心與都市圈緊密圈層（50 km半徑）1 h聯系，都市區（40 km半徑）內新城45 min到達市中心，中心城（20 km半徑）內副城30 min直達市中心[6-7]。

3.2 速度效率的選擇

衡量軌道交通快慢的指標是旅行速度，旅行速度指列車從始發站發出到達折返站時的平均運行速度，該速度值與線路條件、站點設置、列車停站時間等因素直接相關。不同的地鐵線路因上述指標參數不一，故單純用旅行速度來衡量地鐵快慢是不科學的。

速度效率是體現車輛運行最高速度發揮效率的評價指標，最高運行速度越大，速度效率越高，但是速度效率的發揮主要取決于站間距，高速鐵路的速度效率一般可達到85%，城際鐵路的速度效率一般可達到70%。全國已開通城市軌道交通城市的地鐵平均旅行速度基本在30～40 km/h，最高運行速度為100 km/h的地鐵，速度效率最大可達到40%，平均旅行速度一般為最高速度的30%～35%，即速度效率為30%～35%。城市軌道交通速度效率與旅行速度的關系如表3所示。

表3 城市軌道交通速度效率

市域快線是中心城與外圍城鎮和樞紐的重要聯絡通道，以縮短乘客出行的時空距離，提高旅行速度為首要目標。一般可按1 h的全程時間目標確定旅行速度，也可按規定距離內的時間目標選擇旅行速度，從而確定線路的最高速度和適宜的站間距。提高旅行速度需要提高車輛最高速度或速度效率，但同等條件下速度越高能耗越大[8]。因此提高旅行速度，盡量不采用提高車輛最高速度，而宜采用拉大站距方式以充分發揮速度效率，同時也符合節能要求。經牽引計算得出表4，該表反應了車輛最高速度、站間距、旅行速度、速度效率的關系，供技術人員參考。

表4 市域快線最高運行速度與站間距的關系

注：按DC1500V受電，A/B型車輛參數計算

從表里可看出站間距越大，速度效率越高，旅行速度越高。如采用3 km的平均站間距，采用100 km/h或120 km/h的車輛均可達到旅行速度60 km/h，而對應的速度效率分別為60%和50%，但從節能角度考慮應采用100 km/h的最高速度。在車輛最高速度不同但加減速度基本接近的情況下，如站間距足夠長時，可實現在相同的距離內采用不同最高速度而達到相同的旅行速度，從而提高速度效率和節省能耗。根據牽引計算，恒速運行時間達到40～80 s，旅行速度可達到最高速度的50%～60%，速度效率增長曲線基本呈直線遞增，此時能發揮最佳速度效率狀態。因此，市域快線應將速度效率為50%～60%作為選擇站間距和最高速度的基準。

3.3 最高速度的選擇

市域快線的車輛速度一般應劃分為100 km/h、120 km/h、140 km/h、160 km/h 4個等級。其中100 km/h、120 km/h、140 km/h是屬于接近地鐵車輛的動力配置，其加減速度、能耗、車門密閉性等性能是按標準的臨界線來考慮的，技術成熟性較高，所以在國內普遍采用。在供電制式上（含授電弓型式）100 km/h、120 km/h速度等級可采用DC1 500 V供電制式，接近地鐵車輛制式；對于140 km/h速度等級，雖車輛結構與地鐵車輛性能接近，但車輛密閉性和車隧阻塞比要求較高，需結合站間距和列車運行密度采用DC1 500 V或AC 25 kV供電制式作進一步論證。對于特殊超長線路上或特大站間距的線路，也可選用160 km/h，AC 25 kV供電制式，由于車輛車門密閉性等性能和標準要求較高，加減速度等動力性能基本與城際鐵路CRH車輛相同。

4 結論

軌道交通制式的選擇直接決定了項目建設的標準、規模和投資成本，是工程建設首先要解決的問題。本文首先對軌道交通網的分層體系做了界定和區分，市域快線是城市軌道交通線網的重要組成部分，應歸屬于城市軌道交通范疇而不應歸屬于鐵路范疇。同時對易混淆的幾種制式進行了詳細的技術經濟指標比較，并對市域快線的定義和功能定位進行了詳細的闡述和區分，當市域快線進入市區線網覆蓋范圍，應體現其與市區線網之間的換乘、收納與疏解功能；當市域快線處于外圍地段時，應體現市域快線的快速送達與輻射功能。首次提出了以速度效率為主要因素來選擇速度目標值的理念，應通過綜合考慮已經確定的時間目標值及速度效率與站間距、最高速度和旅行速度相互的關系來選擇市域快線的最高運行速度。

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（編輯：郝京紅）

Urban Rail Rapid Transit Speed Target SelectionBased on Function Positioning and Speed Efficiency

GAO Guofei1, 2, FU Yilong2, SHEN Jingyan2

(1. School of Traffic and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044; 2. National Engineering Laboratory for Green & Safe Construction Technology in Urban rail transit, Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

To guide the planning and design of urban rail rapid transit and to lead in the healthy and orderly development of urban rail rapid transit, the hierarchical system of rail transportation and the relationships between and locations of the hierarchical groups are analyzed. The technical parameters pertaining to subway, urban rail rapid transit, commuter rail, and intercity rail, which are easy to confuse, are analyzed and compared. The properties and scope of application of urban rail rapid transit are defined, especially routes of urban rail rapid transit in city centers and outside cities, which should have different function orientations and technical characteristics. The factors considered and the steps used in the speed selection of urban rail rapid transit are established, and the concept of speed efficiency for urban rail rapid transit is proposed for the first time. The highest operating speed of urban rail rapid transit should be chosen according to the relationship between the speed efficiency, average station spacing, and travel speed. Furthermore, the relationships between the maximum speed of urban rail rapid transit and the average station spacing, speed efficiency, and travel speed are defined. Thus, optimizing urban rail rapid transit should increase speed efficiency, not merely achieve the highest speed.

urban rail traffic; urban rail rapid transit; speed efficiency; function orientation; speed target

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.007

U231.1

A

1672-6073(2018)05-0035-05

2018-06-24

2018-07-09

高國飛，男，博士研究生，高級工程師，從事軌道交通規劃設計理論與方法研究，gaoguofei_2007@sina.com

國家重點研發計劃（2017YFB1201104）