合肥地鐵6號線設計規模和速度目標值的選擇

任軍輝

(陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，710043，西安//教授級高級工程師)

城市軌道交通的系統設計規模與速度目標值是決定項目運輸能力和時效服務性的重要指標參數[1-2]。其中，系統設計規模與車輛車型、車輛定員指標、列車編組方案、系統運輸能力等因素相關；速度目標值與工程投資優化、車輛購置比選、運營效果相關。本文以合肥市東西向快速運輸走廊地鐵6號線為例，闡述其系統設計規模和速度目標值的選擇因素、過程及結論。

1 合肥地鐵6號線概況

根據《合肥市城市軌道交通建設規劃(2018—2023)》，6號線西起小廟，東至肥東瑤崗路，連接西部小廟地區、中心城區與肥東縣，串聯小廟、高新區、老城中心、瑤海區、肥東南部新市鎮，銜接六安市域線與巢湖市域線，為城市東西向快速客運走廊。為避免高新區局部線路過于密集，化解4號線支線運營可能出現的遠景年能力不足的風險，6號線拆分原4號線望江西路段。4號線、6號線拆分方案及銜接關系示意圖如圖1所示。6號線一期線路西起雞鳴山路站，東至東風大道站，全長36.3 km，設站21座，平均站間距1 720 m。

a) 拆分方案示意

b) 銜接關系示意

2 系統設計規模及運輸能力

2.1 車輛選型分析

在城市軌道交通系統中，車輛是直接為乘客服務的核心設備。車輛類型的選擇直接影響建設規模和工程投資。

根據《合肥地鐵6號線客流預測報告》，6號線設計年度客流預測結果見表1。

本線預測遠期高峰小時最大斷面客流量為3.05萬人次/h，屬于大運量等級，從滿足運輸需求的角度分析，適應的車型有B、C型車和Lb型車。B型車輛為4軸車型，應用廣泛，目前國內采用B型車的有沈陽、長春、大連、天津、北京、廣州、武漢、西安、成都、重慶等城市。根據《合肥市城市軌道交通近期建設規劃(2018—2023年)》的批復，合肥地鐵1～5號線工程全部采用國家標準的地鐵B型車系統。

表1 合肥地鐵6號線客流預測匯總表

經綜合分析，從資源共享、車輛運用情況、合肥市建設規劃資源共享及匹配4號線車輛類型等方面統籌考慮，6號線車輛選型推薦采用B型車。

2.2 列車編組方案

列車編組輛數與高峰小時最大斷面客流量、車輛載客標準等有關。列車編組輛數將直接關系到系統輸送能力和服務水平，并影響車站規模，故應綜合考慮多方面因素研究確定[3]。

2.2.1 車輛定員標準確定

車輛定員是列車編組、運輸能力和車底配置的計算依據。車輛定員與車廂面積、座位數、車廂內可站立面積等因素均有密切的關系。

GB 50157—2013《地鐵設計規范》實施之后，大部分城市趨向于采用5人/m2的站立標準，部分軌道交通線網規模較大的城市頒布了地方城市軌道交通建設標準。如：北京市地方標準DB11-995—2013《城市軌道交通工程設計規范》[4]1.0.10條中規定“車廂內有效空余地板面站立乘客標準宜按4.5～5.0人/設計”；廣州市地方標準《廣州市軌道交通新線工程設計技術標準》1.0.8 條中規定“車廂空余面積定員數宜按每平方米站立4～5名乘客計算”；上海市地方標準《上海市軌道交通工程技術標準》4.1.5條中規定“一般市區線路最大站立密度不宜高于5人/m2”；重慶市地方標準《重慶市地鐵設計規范》1.1.16條中規定“車廂內有效空余地板面積站立人數宜按每平方米5名乘客計算”。

合肥地鐵6號線為中心城快線，客流舒適度要求高，經綜合分析，推薦6號線采用5人/m2設計。

2.2.2 列車編組方案研究

根據高峰小時單向最大斷面客流量，合肥地鐵6號線各設計年度采用不同編組方案的相關指標見表2。

表2 合肥地鐵6號線列車編組方案

初期：6號線高峰小時預測客流量較小，采用4輛、5輛和6輛編組均能滿足客流需要。4輛和5輛編組方案相對6輛編組方案都有乘客等待時間短、服務水平高、線路滿載率高等優點。

近期：滿足設計能力需求的編組有5輛和6輛兩種。前者高峰小時列車開行對數為26對，后者高峰小時列車開行對數為22對，均可滿足運營需要。

[lsw1-Eth-Trunk1]port trunk allow-pass vlan all“設置允許通過的vlan流量”

遠期：遠期采用6輛編組可滿足預測客流需要。系統運能按28對/h計算為3.52萬人/h，運能余量為13.4%。故推薦遠期列車編組方案采用6輛。

初、近期采用5輛編組方案，遠期采用6輛編組。該方案初期購車數少，初、近期高峰小時開行列車對數較多，行車間隔小，乘客等待時間短，服務水平及列車滿載率均較高，但遠期需考慮能否合理處置5輛編組列車，以避免資源浪費。

初、近、遠期均采用6輛編組方案。該方案列車適應性較強，服務水平較高，列車無需擴編，運營、管理及檢修均方便，車輛段及停車場規模容易控制。根據《合肥市城市軌道交通建設規劃(2018—2023)》，設計年度合肥地鐵其他各線車輛選型及列車編組見表3。

表3 設計年度合肥地鐵各線車輛選型及列車編組方案

從客流需求、服務水平、運營管理、資源共享等方面綜合考慮，合肥地鐵6號線初、近、遠期列車均推薦采用6輛編組方案。

2.3 6號線輸送能力分析

線路輸送能力以預測的各年度高峰小時單向最大斷面客流量、列車編組數、車輛定員及行車最小間隔時間為依據，根據推薦的6輛編組方案進行測算，6號線各設計年度輸送能力見表4。

表4 合肥地鐵6號線設計年度輸送能力

從表4看出，6號線設計運輸能力均大于預測的高峰小時斷面客流量，而且有一定運能富余，可以應對突發客流對本線的影響。

2.4 小結

根據合肥地鐵6號線預測的最高斷面客流量，6號線采用B型車6輛編組，遠期高峰小時開行列車28對可以滿足預測客流量需求，且有一定的富余量。考慮客流預測的不確定性，為應對客流不確定性風險，提高系統能力的適應性，以及增加運營的靈活性和提高運行圖調整余量，6號線最大行車規模按30對/h控制，最小行車間隔按120 s控制。

3 速度目標值

目前，我國地鐵的最高運營速度大多為80～120 km/h[5]，合肥地鐵6號線的速度目標值研究了80 km/h及100 km/h、120 km/h三個方案。

3.1 工程投資比較

(2) 對車輛段及綜合維修基地的影響分析。根據6號線車輛基地的功能定位分析，全線設置1段2場。定修由科學城車輛段承擔，大架修由線網中3號線的磨店車輛基地承擔。全線車輛配屬及檢修列位計算結果見表5及表6。可見，三種速度方案下，全線檢修工作量相同，不同速度目標值對全線車輛檢修沒有影響。

表5 6號線配屬車輛數量

表6 6號線檢修列位計算 列位

(3) 對車輛基地的影響分析。列車運營速度為80 km/h及100 km/h時車體差別甚微，120 km/h時車體需增加檢修工裝。不同的速度目標值，運用車的數量有所不同，使得運用庫的停車列檢列位不同[7]。根據計算，遠期80 km/h的車需70列位，100 km/h的車需67列位，120 km/h的車需65列位，對總投資影響不大。

(4) 對建筑限界的影響分析。80 km/h速度目標值時可采用現有地鐵設計限界標準；100 km/h速度目標值時車輛限界有較小變化，建筑限界維持地鐵設計限界標準；120 km/h速度目標值時則需根據乘客的舒適度標準、車輛密封性指標、區間隧道斷面阻塞比、空氣動力學要求等校核隧道斷面凈空面積，并需增加斷面尺寸。

綜上分析，工程投資方面，100 km/h速度目標值方案和80 km/h方案相差不大，100 km/h較80 km/h工程投資增加約3%；120 km/h速度目標值方案較100 km/h方案工程投資增加較多，約增加15%。

3.2 運營效果影響分析

6號線運營長度50.1 km，一期工程雞鳴山路站至東風大道站運營長度34.4 km。經列車牽引模擬計算，采用4M2T(4動2拖)不同速度目標值方案時的旅行時間見表7。

表7 6號線不同速度目標值時的運營時間比較

由表7可見：100 km/h方案較80 km/h方案運行時間約省3.5 min；120 km/h方案較100 km/h方案運行時間約省2.0 min。120 km/h方案較100 km/h方案運行時間節省有限，效果不明顯。

速度目標值越高，列車牽引能耗越大，但旅行速度越高[8]。經列車牽引模擬計算，6號線采用B型車4M2T編組時，不同速度目標值方案各項運營技術指標見表8。

表8 6號線運營技術指標分析

由表8可見：100 km/h速度方案較80 km/h速度方案全線單向能耗增加184.9 kW·h(即14.9%)，旅行時間節省3.5 min；120 km/h速度方案較100 km/h速度方案能耗增加227.4 kW·h(即15.5%)，旅行時間節省2.0 min。

3.3 車輛購置影響分析

針對不同速度目標值測算運用車數、車輛保有量及車輛購置費并進行比較，見表9。

由表9可見，近期的100 km/h方案較80 km/h方案減少車輛運用3列，較120 km/h方案增加車輛運用1列，車輛購置費則相應增加6 600萬元和減少13 800萬元。總體來說，100 km/h速度目標方案車輛購置費適中。

表9 6號線在不同速度目標值時的車輛運用數及購置費比較

3.4 小結

合肥地鐵6號線運營里程與平均站間距離相對較長，從工程投資、車輛購置、運營效果等方面綜合分析，6號線速度目標值推薦采用100 km/h。

4 結語

合肥地鐵6號線串聯西部小廟地區、中心城區與肥東縣，銜接六安市域線與巢湖市域線，是合肥市東西向快速客運線。本文通過對車輛選型、列車編組方案、運輸能力等因素的分析，明確合肥地鐵6號線的系統設計規模；從工程投資、車輛購置、運營效果等方面分析，明確合肥地鐵6號線的速度目標值。其可為城市軌道交通系統設計規模的確定和速度目標值的選擇提供參考。