上海機場聯絡線車輛選型分析

王冰珊

(上海申鐵投資有限公司， 200003， 上海∥工程師)

1 研究背景及工程概況

1.1 研究背景

國家發改委2017年發布的《關于促進市域(郊)鐵路發展的指導意見》(發改基礎[2017]1173號)，明確提出了市域(郊)鐵路的發展要求：“至2020年，京津冀、長三角、珠三角、長江中游、成渝等經濟發達地區的超大、特大城市及具備條件的大城市，市域(郊)鐵路骨干線路基本形成，構建核心區至周邊主要區域的1 h通勤圈；其余城市群和城鎮化地區具備條件的城市啟動市域(郊)鐵路規劃建設工作”[1]，并提出11條線路作為第一批試點項目，其中包括上海機場聯絡線。

2017年國務院批復的《上海市城市總體規劃(2017—2035年)》中明確指出：“構建市域軌道交通網絡。強化新城與主城區快速聯系和對外輻射能力，形成9 條主城區聯系新城、核心鎮、中心鎮及近滬城鎮的射線，樞紐之間的軌道交通出行時間縮短至40 min以內。強化外圍地區之間的聯動發展，利用滬通、滬乍鐵路發揮市域鐵路功能，在新城、核心鎮、中心鎮之間形成10條左右聯絡線。規劃建設機場聯絡線并控制軌道快線通道，加強浦東樞紐和虹橋樞紐的快速聯系。構建2至3 條聯系市級中心、重點功能區、深入中心城內部的軌道快線。注重交通通道功能復合利用和設施資源共享，并通過市域樞紐節點轉換和部分區段的跨線直通運行，實現多種模式軌道交通系統之間的互聯互通。”[2-3]圖1為上海市域軌道交通系統規劃圖，顯示上海主要交通樞紐以及市域軌道交通網絡規劃。

2018年下發的《國家發展改革委關于上海市城市軌道交通第三期建設規劃(2018—2023年)的批復》(發改基礎[2018]1831號)，明確了本輪建設中規劃2條市域線：機場聯絡線和嘉閔線，要求“建設項目要與虹橋機場、浦東機場、虹橋火車站、鐵路上海南站、上海東站等主要對外交通樞紐做好規劃銜接。統籌做好城市軌道交通與高速鐵路、城際鐵路等規劃布局的銜接。”[4]。圖2是上海城市軌道交通第三期建設規劃總體線路示意圖。

圖1 上海市域軌道交通系統規劃示意圖

1.2 上海機場聯絡線概況

機場聯絡線是上海市域線網中的東西向骨干線路，形成兩場(虹橋機場、浦東機場)之間、兩站(虹橋火車站、上海東站)之間，以及兩場、兩站與主城區沿線張江高科技園區、迪士尼國際旅游渡假區等重點地區間的快速便捷聯系，并通過預留與國鐵網絡以及長三角城際鐵路網絡的互聯互通條件，提高浦東綜合交通樞紐等地區的區域服務能力。機場聯絡線全長68.6 km，自虹橋樞紐至上海東站，設站9座，平均站間距8.58 km，預留國鐵上海南站至機場聯絡線三林南站(暫用名)支線。圖3是上海機場聯絡線工程線路走向示意圖。

圖2 上海城市軌道交通第三期建設規劃線路示意圖

圖3 上海機場聯絡線工程示意圖

2 上海機場聯絡線車輛選型原則

目前，我國還未有成熟的市域線車輛選型的技術標準和設計規范，車輛選型參照近年新出的3個團體標準：中國鐵道學會2017年發布的T/CRSC 0101—2017《市域鐵路設計規范》[5]，中國土木工程學會2017年發布的T/CCES 2—2017《市域快速軌道交通設計規范》[6]，上海市交通運輸行業協會2018年發布的T/SHJX 002—2018《上海市域鐵路設計規范(試行)》[7]。同時參照《城市軌道交通工程項目建設標準》[8]、《城際鐵路設計規范》[9]等技術標準進行車輛選型研究和分析。結合本線功能定位、線路特征、服務需求等綜合對比分析，提出適合上海地方需求、適應機場聯絡線定位和特征的車輛選型原則：

1) 符合機場聯絡線區域性功能定位，有利于本線與長三角輻射區域城際動車組的共線運營，增強對長三角區域的服務功能；

2) 符合機場聯絡線在上海市域線網中的功能定位，實現上海市東西主軸內的市域快速通行，滿足時間目標要求；

3) 針對機場聯絡線的客流特征，滿足運量需求，滿足乘客攜帶大件行李、快速乘降等便捷出行要求，并通過減振降噪設計滿足乘客舒適性出行要求，提升高質量服務水平；

4) 滿足上海市域線網車輛選型的總體規劃，有利于實現線網內市域車輛(部件)運用、制造及檢修資源共享；

5) 適應上海氣候以及環境條件，適應機場聯絡線線路特征，與本線供電制式、土建條件、機電系統相匹配，滿足消防疏散、應急救援等要求；

6) 滿足技術成熟、安全可靠、外形美觀、使用方便、便于維修的要求，滿足國產化率要求，并具有相應的經濟性和先進性。

3 上海機場聯絡線車輛選型分析

車輛選型應當綜合權衡網絡互通性、快速性、舒適性、經濟性及安全可靠性等多方面的目標要求，體現在車輛選擇指標方面主要為線網銜接方式、時間目標要求、速度目標值、供電制式、服務特性、資源共享及車輛成熟度等。

3.1 線網銜接方式

市域線與相鄰線路(國鐵、其他形式城市軌道交通)的銜接方式有旅客換乘銜接和運輸組織銜接兩種模式。線網銜接方式往往會成為確定市域線系統制式的關鍵因素。

旅客換乘銜接是指旅客通過通道或站臺在短時間內實現跨線換乘。運輸組織銜接是指通過聯絡線、合理運輸組織方案和調度指揮，實現列車跨線運行，以縮短旅行時間。若在銜接站采用旅客換乘銜接模式，則兩線采用不同制式也可實現，車輛制式的選擇就還需要結合其他重要因素分析后確定。若市域鐵路需與相鄰線路(國鐵、其他形式城市軌道交通)的列車相互跨線直通運行時，通常要采用同一制式，此時線網銜接方式就成為車輛選型的關鍵因素。

機場聯絡線近期建設虹橋站站至上海東站站主線，主要承擔市域客流，后期擬建設上海南站站至三林南站(暫命名)支線，除承擔市域客流外，也承擔國鐵跨線客流。主線三林南站(暫命名)至上海東站站為市域列車與國鐵跨線車共線運營區段，擬在度假區站(暫命名)、浦東機場站(暫命名)、上海東站站開行國鐵跨線列車進行運輸組織銜接。遠期機場聯絡線市域列車跨線至國鐵干線或城際鐵路運營，可進一步研究相應線路開行能力和組織管理機制后確定具體方案。因此，機場聯絡線宜采用與國鐵列車相同制式的車輛。圖4為上海機場聯絡線與近滬地區國鐵通道相互關系示意。

圖4 上海機場聯絡線與近滬鐵路通道關系示意

3.2 時間目標值選擇

根據《上海市城市總體規劃(2017—2035年)》對本線的規劃，從上海市軌道交通現狀分析，結合本線客流特征，從兩大樞紐轉乘旅客、航空旅客對旅行時間的普遍期望考慮，機場聯絡線的時間目標要滿足從虹橋樞紐出發至浦東樞紐的軌道交通出行時間不大于40 min。

3.3 速度目標值選擇

速度目標值需要結合客流特點、旅客出行時間目標要求、線路特征、站間距及工程投資等因素綜合比選確定，并科學考慮達速比的合理性。

結合機場聯絡線線路長度、站間距、曲線段設置、線路坡度等，通過牽引計算仿真模擬得出:最高運營速度達到160 km/h及以上時，站站停列車才能滿足虹橋機場至浦東機場40 min時間目標值要求；只有靈活改變運營組織形式，開行大站快車才可使120 km/h、140 km/h速度等級的列車滿足時間目標值要求。

實際車型選擇過程中，應當合理選擇車型以滿足達速比的運行要求。達速比較高，代表車輛速度水平偏低，可進一步選用更高車速的車輛以縮減運行時間；達速比較低，則代表車輛加減速里程較長，勻速里程較小，可以適當選擇較低車速的車輛，以節約車輛投資成本。國鐵線路一般站間距較大，根據既有線路的建設和運營經驗，車輛達速比一般在50%以上。機場聯絡線站間距介于國鐵和城市地鐵之間，綜合權衡車速、能耗等因素，達速比在50%左右較為合理；通過計算，速度等級為160 km/h時，機場聯絡線全線達速比為60%較為合理。

根據功能定位，機場聯絡線還兼顧上海與長三角其他區域間城際客流，主要開行本線與滬寧城際、沿江城際、滬杭客專等鐵路線路的跨線列車，從相鄰線路技術標準來看，本線采用速度目標值越高與相鄰線匹配性越好。但從工程投資角度來看，當速度目標選擇200 km/h時，投資較160 km/h及以下有大幅增加。

綜合以上分析，從滿足功能定位、時間目標值要求、工程投資及與相鄰線速度目標值相匹配性等角度統籌考慮，機場聯絡線速度目標值推薦采用160 km/h。

3.4 供電制式選擇

我國電氣化鐵路普遍采用AC 25 kV供電制式，如干線高速鐵路、城際鐵路等。常規地鐵一般采用DC 750 V或DC 1 500 V供電制式。目前已建成運營的市域(郊)鐵路采用AC 25 kV供電制式和DC 1 500 V供電制式均有。部分國家為實現市郊鐵路和城市軌道交通的貫通運營采用雙流制的供電模式，結合運營管理模式，根據運行區域不同采用DC 1 500 V和AC 25 kV(AC 20 kV)供電制式自動切換的形式供電，如法國巴黎市域(郊)鐵路RER部分線路和日本東京筑波快線[10]。

從車輛最佳功率配置、電網受流質量和實際工程應用情況分析，速度目標值低于120 km/h時，線路長度較短(50 km以下)，交、直流供電制式均可選用；速度目標值介于120～140 km/h時，線路長度在100 km左右，交、直流供電制式均可選用，若采用直流供電制式，車輛功率配備及性價比、研制成本開始受控，雖然牽引供電系統配套非受控，但相比交流供電，技術經濟已無優勢；速度目標值介于140～160 km/h時，線路長度也在100 km左右，直流制式車輛及配套的直流牽引供電系統已不經濟，通常采用交流供電制式，目前僅歐洲和日本有140～160 km/h直流車輛有運營業績；速度目標值大于160 km/h時，線路一般較長(大于100 km)，從電網受流質量和牽引供電系統配套來講，交流供電占優，應采用交流牽引供電制式。

綜合考慮機場聯絡線功能定位、與國鐵城際列車互聯互通、市域線網跨線運營與資源共享、速度目標值選擇、牽引變電所設置數量與經濟性、土建條件等方面，本線車輛選型推薦采用AC 25 kV供電制式。

3.5 服務性指標選擇

根據線路長度、站間距、旅行時間、沿線服務對象、社會經濟文化發展等因素，可以明確有座位、洗手間、扶手、行李架、多媒體等服務特性需求，因此提出車廂內各類附屬設施的個性化配置要求。

機場聯絡線線路全長68.6 km，旅行時間約40 min，站間距8.58 km，連通了虹橋火車站、虹橋機場、浦東機場、上海東站等對外綜合交通樞紐；旅客平均乘距較大，且大多攜帶大件行李；穿越上海重點功能區，滿足一定的通勤需求。根據以上特性，對機場聯絡線車輛選型中服務性指標的分析如下。

1) 座椅布置。一般有橫縱結合、全縱向和全橫向3種布置形式。座椅的布置形式對乘客的安全性沒有直接影響，但橫排座位較豎排座位具有更好的舒適性。由于出行距離較長，座位設置應盡可能在平峰時段為乘客提供座位，同時確保列車空余站位空間在高峰時段滿載時滿足列車的承載能力。座位數量宜按照早晚高峰前后一個小時的客流規模的高值進行設計。

2) 洗手間設置。機場聯絡線全程運行時間較短，兩站之間運營時長較小且車站內設置洗手間，因此列車上可不設洗手間。如此既節約車輛空間，又避免地面上設置相應的上水、排水及吸污設施，利于節約運營成本。

3) 人性化設計。為方便樞紐中轉旅客出行，可設置大件行李存放區域；為照顧殘障人士，可在每列列車上適當設置一處殘疾人設施；考慮到遠期客流較大、站立乘客增多，為確保乘客乘車安全同時兼顧身高較矮乘客，可在車廂內設置立柱扶手并增設拉環；結合現代社會經濟文化發展，列車內可提供Wi-Fi，設置多媒體設備，滾動播出實時新聞、列車信息、天氣情況等。

3.6 資源共享

《上海市城市總體規劃(2017—2035年)》指出，市域線是介于國鐵干線與市區軌道交通線之間的一個層級，以服務中長距離、快速客流為主，與長三角地區的城際鐵路網有效銜接、互聯互通，并實現市域線網絡內部的互聯互通。上海規劃利用既有鐵路線，并新建市域線，形成1 000 km左右的市域線網絡，實現全網整體運營組織。為實現資源共享、提高效率、降低成本，線網車型選擇不宜過多，市域網采用交流制式，網絡內供電實現“以線為主，合并設置，區域供電”，車輛實現集中檢修、分散存放、綜合利用、協同共享。

機場聯絡線采用交流制式的市域動車組，相應的技術標準和配套設施設備滿足國鐵列車跨線運營條件，可實現與近滬地區范圍內(半徑300 km)主干線路國鐵城際列車(如滬寧城際、滬杭客專等)、上海市域線網市域列車(如既有金山線、上海市第三輪建設規劃的嘉閔線等)的互聯互通。市域網內車輛檢修設施可統籌規劃、集中檢修，最大限度實現資源共享；遠期可結合長三角周邊城市群的市域或城際網，總體規劃布局，集約利用。

3.7 車輛技術成熟度

我國采用AC 25 kV供電制式的典型的市域線路主要有廣珠城際鐵路(珠三角城際)、長株潭城際鐵路、北京新機場線、溫州市域鐵路等，采用的車輛類型有CRH6A、CRH6F以及市域D型車等。

根據本線列車速度等級以及本線兼容的城際鐵路跨線列車和上海市域線網列車的主要技術參數，本線應選用AC 25 kV寬體車技術平臺。

市域D型車和動車組平臺車輛都有一定的實際運營業績，但動車組平臺的車輛運營業績及維修保養技術相對更為成熟，車輛技術成熟度具備一定優勢。故本線推薦在動車組平臺上優化相關參數，定制市域動車組。

4 結語

作為城市軌道交通范疇內的市域線，上海機場聯絡線從功能定位、線路情況、站間距及服務特性等來看具備明顯的市域(郊)鐵路特征。目前國內關于市域鐵路現行的團體標準關于車輛選型的相關規定中，市域鐵路車輛主要由窄體車和寬體車兩種技術平臺(窄體車車寬≤3 000 mm，寬體車車寬約3 300 mm)，有直流和交流兩種制式可供選擇。兩種技術平臺的車輛在車輛基本外形尺寸、地板面高度、最高運行速度等方面均有著較為顯著的差異。本文分析后推薦的車輛主要技術要求符合現有的團體標準中的寬體車的相關要求。綜合上述分析得出以下結論：

1) 影響上海機場聯絡線車輛選型的主要因素有線網銜接方式、時間目標、速度目標、市域線網資源共享及車輛成熟度等。其中，線網銜接關系是制約車輛選型的關鍵因素，它反映線路在網絡中的功能定位。

2) 結合上海機場聯絡線功能定位，本線需實現與國鐵的互聯互通，保證兩大樞紐之間出行時間在40 min內，實現規劃1 000 km市域線網內部的互聯互通和資源共享，因此綜合目前國內市域線實際運營及維修保養經驗，推薦本線車輛選型采用AC 25 kV供電制式設計時速160 km/h的市域動車組。