機場捷運系統的應用特點及技術創新

王嘉鑫 朱冬進

(中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司， 241060， 蕪湖∥第一作者， 工程師)

1 機場捷運系統的功能定位

1.1 服務范圍和定位

現代化的機場作為城市的綜合交通樞紐，一般均引入了多個層次的城市公共交通。表1總結了機場航站樓內或航站樓之間常見的4種公共交通的定位和技術特點。其中，機場捷運系統一般指采用現代化的運輸方式，承擔機場航站樓之間，以及航站樓與衛星廳、陸側交通中心之間，或航站樓內候機廊之間等機場范圍內的旅客運輸任務。機場捷運系統具有自身的特點和適應性，與航站樓內的其他交通方式間具有互補性。

表1 機場航站樓內(間)多種運輸方式的適應性對比

1.2 客流類型和特征

機場捷運系統根據服務對象可分為空側捷運系統和陸側捷運系統2種。其中：陸側捷運接近于城市軌道交通線路；空側捷運與機場運行關系非常密切，與機場各運行子系統間的交叉界面復雜，涉及到國際/國內、出發/到達等細分客流類型。

傳統城市軌道交通線路的客流多為通勤客流，具有工作日早晚高峰客流集中且方向性顯著的特點，一般以高峰小時客流斷面確定其系統規模或方案。機場捷運系統的客流沒有明顯集中的時段，但易受天氣或航空管制等因素的影響，引起飛機集中地到達或離港，出現瞬時客流高峰。因而用高峰小時客流斷面這一指標不足以完整體現機場旅客的運輸需求，可根據項目需要以15 min內若干架大飛機集中到達作為機場捷運系統建設規模的判斷標準。此外，從國外發達國家繁忙機場的運行經驗看，出于轉機需要，機場捷運系統的客流具有全天候24 h不間斷的特征。

1.3 車輛特征

機場捷運系統可采用膠輪路軌APM(旅客自動運輸)系統、地鐵、單軌、纜車等多種制式。從目前全球的應用來看，機場捷運系統以APM為主。APM采用橡膠輪胎作為承載和走行機構，車底通過導向輪和軌旁導向軌實現車輛導向，具有低振動、低噪聲、平面曲線半徑小、爬坡能力強等特點，多采用全自動運行技術[1]。表2列出了APM車輛的一些主要技術參數。

表2 APM車輛主要技術指標與參數

2 機場捷運系統的服務標準

傳統的城市軌道交通線路主要面向通勤客流，強調經濟適用和運營可靠，而機場捷運系統多面向商務客流，其對服務品質的要求更高。兩者的服務標準有一定差異，主要體現在以下4個方面。

2.1 步行距離與站點布局

從目前國內城市軌道交通建設、運營來看，線路大多以大運量、骨干線路為特征。北京、上海等地的城市軌道交通線網相對發達，其站點布局的目標是中心城區600～800 m范圍有站點覆蓋，步行10 min可抵達城市軌道交通站點。

乘坐機場捷運系統的旅客攜帶有大件行李，并對乘車環境等有高品質的服務要求。在旅客流線設計時，應該盡量短而直接，少轉換樓層，以減少旅客的步行距離、提高換乘的舒適度。

根據最新修編的MH 5002《民用機場總體規劃規范(征求意見稿)》，航站樓內最大步行距離宜為300 m，超過300 m時應為旅客提供便利的機械輔助設施；超過750 m 時宜規劃擺渡車或旅客捷運系統[2]。在實際應用中，機場捷運系統的站間距以400～500 m居多，其站間距較城市軌道交通線網小。

2.2 空間舒適度與站立標準

根據地鐵的相關規范，車輛客室額定載客的站立標準為6人/m2，軸重按超員9人/m2、60 kg/人校核[3-4]。在一些機場快線項目中，考慮到乘客乘坐距離距長且帶有行李的特點，采用了高標準。例如，連通成都市中心與天府機場的地鐵18號線采用了普通車4人/m2、機場專列2人/m2的標準。

機場捷運系統的交通工具主要是APM或擺渡車，但國內外均無相關的站立標準規定。對于擺渡車，一般取2～3人/m2，單輛車的載客量約為50～70人，軸重則按超員4人/m2、75 kg/人校核[5]。對于APM車輛，通過對北京、香港、深圳等地APM項目的調研可知，其車輛均采用了3人/m2的站立標準，單輛車的載客量約80人，軸重按超員8人/m2、60 kg/人校核。可見，機場捷運系統對于空間舒適感要求較城市軌道交通線路高。

2.3 等候時間與行車間隔

城市軌道交通線路的行車間隔要求為：運營開通初期的平峰時段不應大于10 min，高峰時段不宜大于5 min，系統能力一般要求不大于2 min[3-4]。根據MH/T 5104—2013《民用機場服務質量標準》中對于機場捷運系統服務質量標準的規定，95%的旅客等車時間應不超過5 min[6]，即最大行車間隔為5 min。相比城市軌道交通線路初期運營階段的10 min，機場捷運系統對行車間隔的要求更高。對于系統能力，兩者無差異，一般均要求在2 min以內。

2.4 全天候、高可靠性與空防安全

1) 全天候運行。國際大型樞紐機場都是24 h晝夜不間斷運營的。隨著機場航站樓利用率的不斷提高，國際航班轉機客流的持續增長，要求機場捷運系統的服務時間與航班計劃同步，即做到24 h全天候運行。因而，與城市軌道交通線路每日運營15～18 h相比，機場捷運系統的運營時長更長。

2) 高可靠性。機場捷運系統具有運量大、不干涉地面交通、不影響站坪運行安全的特點。許多機場主要依靠APM來承擔客流運輸任務，大幅削減甚至常態下取消了擺渡車。這也要求機場捷運系統必須具有高可靠性，不能因其維修或宕機導致機場癱瘓。

3) 空防安全。民用航空對安保的要求高，需要對安檢/非安檢的旅客進行嚴格劃分。若涉及到國際/國內航班，還要區分關內/關外旅客。在航站樓的流線設計時還需對到達旅客和出發旅客進行分流，針對不同客流擬定具體的方案。在車輛和站臺土建設計方面，車輛不再設置貫通道，而是在車輛之間設置隔門；在站臺土建設計上，通過設置物理隔斷使站臺不連通。這些設計都與傳統的城市軌道交通線路有一定差異。

3 機場捷運系統的設計特點

3.1 線站位布局設計因地制宜

航站樓分為主樓與候機區，航站區的布局/構型與機場發展戰略、區位條件、跑道構型、綜合交通系統和發展歷史密切相關，需結合機場區位、使用需求、分期發展、交通條件、市場特點、運行效率、技術經濟等因素綜合擬定，一般包括前列式、指廊式、衛星廳、衛星航站樓等平面構型[7]。

機場多樣化的平面構型帶來了捷運系統線位和站位布局的多樣性、復雜性，使得線路布置較傳統的城市軌道交通雙線、環線等形式更加靈活。機場捷運系統線站位布局可以概括為4 種：

1) 點到點直線型。如北京首都機場的捷運系統串聯了T3航站樓內的3個站點，正線采用雙線行車，利用站前或站后的交叉渡線折返。

2) 放射型。如美國奧蘭多機場的捷運系統將主航站樓與4個航站樓連通，采用雙線行車(見圖1)。

3) 復線穿梭型。如新加坡樟宜機場設置了10條線穿梭運行(局部區域設待避線)，連接了3個航站樓內的7個站點，同時服務空、陸側，如圖2所示。

圖1 放射型布局(美國奧蘭多機場捷運系統)

圖2 復線穿梭型布局(新加坡樟宜機場捷運系統)

4) 環線型。如美國達拉斯沃斯堡機場設雙線環線，串聯了5個航站樓的10個站點。

3.2 行車交路設計精細化

由于機場捷運系統需滿足全天候運行和高可靠性的運行要求，部分項目在傳統城市軌道交通雙線行車基礎上建設了4線。這使得行車交路更加靈活、豐富，有條件也有必要展開精細化的交路設計。

以正在擴建中的香港機場為例，該捷運系統采用APM制式，設3線并行(2線運營、1線備用)。在未來，該捷運系統還將進一步擴建，采用4線并行方式，如圖3所示。因APM的道岔區占線短、轉角大，易于實現多副道岔緊密布置，有條件實現多種交路，目前該項目在正常運行和故障處置兩方面共設計了20余種交路方案。

圖3 香港機場捷運系統遠期交路示意圖

在香港機場捷運系統項目中，遠期階段要求在交通中心站的停站時間不少于80 s(含下客30 s、安全確認20 s、上客30 s)。此時由于4線并行，其發車間隔可在75 s以內。該項目采用6節編組列車(5輛車正常載客、1輛車為誤乘乘客返程車廂)，預計遠期運營階段的單向運能可達1.92萬人次/h。

3.3 站臺形式多樣化

機場捷運系統大多采用一島兩側式站臺，部分項目采用側式站臺或島式站臺，還有一些項目受限于土建條件或特定旅客流線，采用單側式站臺。

為了區分多種旅客流線，機場捷運系統有一些區別于傳統城市軌道交通線路的特色設計，包括采用一島兩側式站臺來區分到達/出發的客流、在站臺設置玻璃隔斷以區分空側/陸側客流(見圖4)、因地制宜采用港灣式站臺(見圖5)等。

圖4 站臺水平分隔(成都天府機場捷運系統)

注：箭頭表示旅客下車出站的行走方向。

4 車輛及機電系統技術創新

機場作為城市的門戶，對新技術較為寬容和開放，對機電設備的規格標準要求也較高。為此，機場捷運系統有一些特有的技術應用，主要包括：

1) 全自動運行技術。全自動運行技術在機場捷運系統中應用較多，且應用時間較早。與常規的運行模式相比，采用全自動運行模式可減輕司乘人員的壓力，準點率更高，經濟效益更為明顯。在我國，采用全自動運行技術運營的線路主要有：臺北捷運內湖線(1996年開通)、上海軌道交通10號線(2010年開通、2014年采用全自動模式)、香港地鐵南港島線(2016年開通)、北京地鐵燕房線(2017年開通)、上海軌道交通浦江線(2018年開通)。近年來，全自動運行技術發展迅猛，已成為國內城市軌道交通的發展趨勢，目前基于全自動運行模式進行規劃和建設的軌道交通線路已達40條。

2) 乘客計數技術。自動乘客計數系統在機場捷運系統中已有應用。自動計數設備可以裝在站臺門頂部，也可以裝在列車車門處。該技術有2種實現方式：通過雙目智能攝像機和立體視覺技術捕獲分析乘客軌跡以實現計數功能；通過紅外射線實現計數功能。該技術的應用為制定科學的運營管理、客流規劃、車輛調度等方案和措施提供了數據支撐，是城市軌道交通智能化的發展方向。

3) 在線靈活編組。機場捷運系統的車輛大多取消了貫通道，具備實現靈活編組的基礎。基于目前的技術水平和項目應用情況，2名司乘人員在車輛段的人工駕駛區域內20 min即可實現車輛的重新編組[8]。該技術將在美國洛杉磯機場項目中進一步發展，可實現在特定區域內列車的自動編組，即列車編組不再需要司乘人員登車操作或確認，完全由運營控制中心的調度員遠程操作完成。

4) 牽引變電所設置油機冗余。在機場航站樓項目中一般均會設置柴油發電機組和不間斷電源作為行李系統、安檢機、服務臺、應急照明等的緊急備用電源[9]。國外一些機場還為捷運系統配置了油機，并將其視為一級負荷中特別重要的負荷，因而捷運系統在已有雙環網冗余的基礎上又增加了1道保障；而國內的城市軌道交通項目一般僅在弱電機房設置不間斷電源，在牽引所設置2路專線電源或1路電源2個回路[4，10]。

此外，機場捷運項目采用的車輛還有一些細節設計值得城市軌道交通線路借鑒，如：車門開度大(可達1 980 mm)，與傳統的城市軌道交通A型車(1 400 mm)或B型車(1 300 mm)相比，機場捷運系統車輛更加方便大件行李的登乘，還可縮短停站時間。再如：與傳統城市軌道交通線路對站臺間隙的要求(內藏門情況下不大于70 mm、塞拉門情況下不大于100 mm)相比，機場捷運系統的站臺間隙不大于50 mm[11]，更加貼合無障礙登乘的需要。此外，機場捷運系統在列車車頭取消了司機駕駛室，使得視野更加通透，乘客的乘坐體驗更好。

5 運維模式

機場捷運系統和傳統城市軌道交通線路均為軌道交通系統，機場捷運系統的運維管理模式可借鑒傳統城市軌道交通線路在運維上的管理方式。但在線路規模、系統集成、獨特技術或設備(如全自動運行、導向軌、道岔、供電軌等)、運營主體等方面，機場捷運系統與傳統城市軌道交通線路又有一定差異，需要根據自身特點來選擇合適的運維模式。

圖6為2020年全球機場捷運項目運營模式和維護模式的不完全統計結果。如圖6 b)所示，在統計的29個項目中有21個項目委托車輛制造商進行

圖6 機場捷運系統運營和維護的責任主體占比

維護，占比約為72%；其余8個項目由業主自主維護，占比約為28%。可見，機場捷運系統由車輛制造商承擔運營、維護居多。

城市軌道交通項目的運維組織模式可以歸為3種，如表3所示。這些模式并不是一成不變的，在運維模式的發展演變過程中，市場化特征越來越明顯，專業的外部團隊正貢獻越來越多的力量，運維的外包范圍也隨之越來越大，這將成為城市軌道交通項目運維組織模式的發展趨勢。建議機場捷運系統的運營、維護工作可委托給核心機電設備供應商，服務期限為3～5年。

6 機場捷運系統的應用統計與分析

2018年全球旅客吞吐量排名前10名的機場中，除東京羽田機場外其余9個機場均建有機場內部的捷運系統，如表4所示。東京羽田機場雖然沒有另行建設機場內的捷運系統，但是建設了服務于東京市區和羽田機場間的跨坐式單軌線路，該線共設11站，其中有4個站設在羽田機場內。

表3 城市軌道交通運維模式對比

表4 2018年全球旅客吞吐量前10名機場的捷運系統統計

在2018年全球旅客吞吐量前50名的機場中，有35個機場修建了捷運系統。其中：25個機場采用APM；4個機場同時采用了APM和單軌、纜車、地鐵；6個機場同時采用了單軌、纜車、地鐵。此外，在這些機場捷運系統中，服務于空側的占比約為49%，服務于陸側的占比約為29%，同時服務于空側和陸側的占比約為22%。可以預見，機場捷運系統將成為未來大型機場的重要子系統之一。

我國已有30多個機場的年旅客吞吐量達到1 000萬人次以上。從國際上眾多大型機場的發展經驗看，這些機場中,許多將來都有建設捷運系統的需求。

目前，北京首都機場、香港機場、上海浦東機場的捷運系統已投入運營；深圳寶安機場、成都天府機場的捷運系統正在建設中；另有廣州、西安、重慶、昆明、沈陽、鄭州、長沙、武漢等城市的機場捷運系統正在進行規劃研究或已作相關工程預留。