一種新的高鐵旅客跨海方案研究

劉 勝

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

1 前言

瓊州海峽的過(guò)海通道建設(shè)，一直是各方面非常關(guān)注的工作。上世紀(jì)九十年代，廣東省、交通部、鐵道部陸續(xù)針對(duì)隧道、橋梁、火車輪渡三個(gè)方案開展了深入研究，并于2002年建設(shè)完成火車輪渡方案，旅客通過(guò)瓊州海峽總用時(shí)需要3 h。隨著我國(guó)鐵路交通的快速發(fā)展，現(xiàn)有火車輪渡已無(wú)法滿足人民對(duì)時(shí)效性的要求。

湛海高鐵工程建設(shè)已經(jīng)提上日程，如何幫助乘客快速過(guò)海到達(dá)目的地，是該工程建設(shè)的關(guān)鍵之一。目前，尚沒(méi)有高鐵與水運(yùn)港合建綜合站相關(guān)研究及成功案例。本文針對(duì)高鐵乘客快速過(guò)海的問(wèn)題，以節(jié)省時(shí)間為主要目標(biāo)，研究出一種新的高鐵旅客跨海方案，主要包括車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案、轉(zhuǎn)運(yùn)客船選型，分析了惡劣天氣對(duì)跨海轉(zhuǎn)運(yùn)方案的影響，并與其他跨海方案進(jìn)行了對(duì)比分析。研究成果力爭(zhēng)為類似工程提供理論依據(jù)和可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

2 車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案

2.1 工程建設(shè)條件分析

工程區(qū)域位于雷州半島與瓊州島（即海南島）之間的瓊州海峽。跨海車船轉(zhuǎn)運(yùn)工程湛江區(qū)碼頭選址在湛江市海安粵海鐵路北港，海口區(qū)碼頭選址在海口市新海粵海鐵路南港，兩港相距約21 km，均有客運(yùn)業(yè)務(wù)開通既有航線，具備充分的工程建設(shè)基礎(chǔ)條件。建設(shè)部門與既有兩港區(qū)所屬部門間的利益分配，是車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案建設(shè)的一個(gè)重要制約因素。

2.2 車船轉(zhuǎn)運(yùn)總體工藝

研發(fā)的“一種鐵路與客船直接轉(zhuǎn)運(yùn)的系統(tǒng)（專利號(hào)：ZL201611027669.5）［1］”，與以往高鐵站與客運(yùn)港分開建設(shè)不同，研究提出將高鐵站與客運(yùn)港合二為一建設(shè)成高鐵港口綜合站，實(shí)現(xiàn)碼頭與站臺(tái)功能統(tǒng)一的方案。

如圖1所示，旅客在高鐵港口綜合站進(jìn)行車船換乘。動(dòng)車進(jìn)入高鐵綜合站后，乘客下車直接上客船；當(dāng)客船到達(dá)高鐵港口綜合站后，乘客下船直接換乘動(dòng)車。

圖1 車船轉(zhuǎn)運(yùn)工藝流程

2.3 高鐵港口綜合站平面布置

如圖2所示，高鐵港口綜合站設(shè)有轉(zhuǎn)乘站臺(tái)，站臺(tái)一側(cè)為動(dòng)車停靠站，另一側(cè)為客船停靠港，動(dòng)車的車門與客船的艙門通過(guò)轉(zhuǎn)乘站臺(tái)直接連通，實(shí)現(xiàn)鐵路與客船高效省時(shí)的同臺(tái)換乘，轉(zhuǎn)運(yùn)客船登船口設(shè)于動(dòng)車組中部，使換乘走行距離最短。

圖2 高鐵港口綜合站平面布置

玻璃幕墻與隔離門使轉(zhuǎn)乘平臺(tái)形成封閉式通道，使車船無(wú)縫對(duì)接，封閉式換乘通道便于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)舒適的環(huán)境，避免了惡劣天氣對(duì)乘客換乘造成不適應(yīng)。隔離門2將轉(zhuǎn)乘平臺(tái)分隔成站臺(tái)上、下兩半?yún)^(qū)，減少客流轉(zhuǎn)乘交叉，使轉(zhuǎn)乘更加順暢有序。隔離門1為出站乘客出口。轉(zhuǎn)乘站臺(tái)在客船停靠的一側(cè)設(shè)有登船升降平臺(tái)，平臺(tái)上配有所研發(fā)的“一種用于港口客船的快速登船系統(tǒng)（專利號(hào)：ZL201621234643.3）［2］”與“一種快速脫纜、萬(wàn)向活動(dòng)登船接口設(shè)備（專利號(hào)：ZL201611012706.5）［3］”，使乘客能夠舒適且快速地完成換乘。

2.4 車船轉(zhuǎn)乘過(guò)程時(shí)效分析

旅客車船換乘采用封閉式通道無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)同臺(tái)換乘，換乘乘客無(wú)匯流及分流，為旅客全程一票制的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)保障，換乘區(qū)域無(wú)需設(shè)置檢票和安檢環(huán)節(jié)，以省去再次檢票與安檢的時(shí)間。動(dòng)車與客船乘客同臺(tái)換乘時(shí)間，主要有下車（船）、步行換乘、上船（車）三個(gè)過(guò)程。

8輛編組動(dòng)車長(zhǎng)度201～214 m，登船口位于8輛編組動(dòng)車中間位置，則最不利走行長(zhǎng)度（m）：L＝（201～214 m）/2-車頭距最近車門長(zhǎng)度（＞5 m）＋站臺(tái)寬度（15 m），最不利走行長(zhǎng)度應(yīng)不大于120 m。正常人的行走速度為60～100 m/min，參考《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2012）二級(jí)服務(wù)水平，取60 m/min［4］，則最不利車船之間行走用時(shí)不大于2 min（120/60）。

現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)北京南站50次動(dòng)車乘客下車至出站通道樓梯口下（相當(dāng)于進(jìn)入船艙）、及從出站閘機(jī)（相當(dāng)于船舶艙口）至上車數(shù)據(jù)，略去個(gè)別乘客，用時(shí)在265～288 s之間。結(jié)合2014年7月，天津西站同臺(tái)換乘操作實(shí)際，兩輛高鐵同臺(tái)換乘時(shí)間為3.5 min，完成下車、上車時(shí)間均為1.5 min。

綜上，則本方案能夠?qū)崿F(xiàn)乘客在5 min內(nèi)完成車船換乘。

3 轉(zhuǎn)運(yùn)客船選型研究

3.1 客船航速選擇分析

考慮高鐵港口綜合站旅客車船轉(zhuǎn)乘用時(shí)，結(jié)合當(dāng)前不同航速客船動(dòng)力性能，考慮船舶離泊、加速、航行、減速、系泊等全過(guò)程用時(shí)，估算不同航速船舶對(duì)應(yīng)的總過(guò)海用時(shí)（見表1）。

表1 不同航速客船轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)海用時(shí)

考慮高鐵、客機(jī)運(yùn)行速度及無(wú)效時(shí)間，在起點(diǎn)、終點(diǎn)均為大城市情況下，客機(jī)一般無(wú)效時(shí)間為3.5 h，高鐵一般為1 h，高鐵與客機(jī)的優(yōu)勢(shì)距離約為1 000 km。選擇航速15 kn的普通客船時(shí)，高鐵動(dòng)車與航空的時(shí)間優(yōu)勢(shì)降低到620 km；而選擇40 kn的高速客船，時(shí)間優(yōu)勢(shì)可達(dá)800 km以上。距離海口小于620 km的國(guó)內(nèi)中等城市為25個(gè)，小于800 km的國(guó)內(nèi)中等城市有33個(gè)，增幅為32%，服務(wù)面積增加約50%。因此，選擇航速40 kn的高速客船進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，比普通客船增加服務(wù)范圍的優(yōu)勢(shì)顯著。

3.2 客船乘客位數(shù)選擇

當(dāng)前運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車組列車有：CRH2A/C，1列8箱，編組長(zhǎng)度201.4 m，定員588/610人；CRH2B，1列16箱，編組長(zhǎng)度401.4 m，定員1 230人；“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”動(dòng)車組，1列8箱，編組長(zhǎng)度約209 m，定員556人。為確保動(dòng)車運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性，建議客船能夠一次性轉(zhuǎn)移單列動(dòng)車的全部乘客。在此基礎(chǔ)上，選擇以下3組乘客位數(shù)方案進(jìn)行比較。

方案一：客船載客定員1 250人。能滿足16箱編組動(dòng)車乘客一次轉(zhuǎn)運(yùn)需求，船型大抗風(fēng)浪能力強(qiáng)，但運(yùn)輸8箱編組動(dòng)車乘客不夠經(jīng)濟(jì)。

方案二：客船載客定員650人。滿足8箱編組動(dòng)車一船轉(zhuǎn)運(yùn)需求，對(duì)16箱編組動(dòng)車可采用兩艘船同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

方案三：客船載客定員320人。采用2艘船同時(shí)轉(zhuǎn)載8箱編組動(dòng)車、4艘船轉(zhuǎn)載16箱編組動(dòng)車，無(wú)需等待，但船型較小，難以抵抗瓊州海峽風(fēng)浪。

考慮8箱動(dòng)車運(yùn)營(yíng)較多的實(shí)際情況，避免過(guò)多客位空閑而造成的運(yùn)營(yíng)成本浪費(fèi)，建議客船載客定員為650人。

3.3 高速客船類型分析

瓊州海峽玉包角水文站波浪資料顯示，≤0.6 m浪高年頻率占約60%，≤1.5 m浪高年頻率可達(dá)96%［5］8-10。在1.5 ～2 m 波高以下時(shí)，穿浪高速雙體船僅兩側(cè)片體接觸水面，穿浪航行，中間船體幾乎不受波浪拍打，失速率小，其船價(jià)、運(yùn)費(fèi)和維護(hù)費(fèi)等大致與常規(guī)高速雙體船相同，航運(yùn)收益率明顯高于其他船型［6-7］。瓊州海峽僅21 km的航行距離，可選用穿浪型高速雙體船以取得較低的乘客暈船率。

3.4 船型選擇

2017年1月17日海南海峽港航控股公司組織了在瓊州海峽南、北兩港間的首次快船試航。適航后，船長(zhǎng)認(rèn)為：達(dá)到乘客預(yù)期的舒適度，高速船總長(zhǎng)需要65 m以上。

載客定員650人穿浪雙體船，總長(zhǎng)一般為60～70 m、寬12～18 m。

綜上，建議船型為：穿浪型高速雙體船，總長(zhǎng)68 m、運(yùn)行航速40 kn，標(biāo)準(zhǔn)客位650人。

4 惡劣天氣對(duì)跨海轉(zhuǎn)運(yùn)方案的影響分析

動(dòng)車與客船在惡劣天氣中運(yùn)營(yíng)時(shí)間的匹配，是跨海轉(zhuǎn)運(yùn)方案可行性應(yīng)考慮的重要因素。基于對(duì)海南省海事局官網(wǎng)發(fā)布的2014年3月—2015年7月間77個(gè)停復(fù)航消息以及海南港航控股有限公司官網(wǎng)2013年6月—2016年6月間14個(gè)關(guān)于停復(fù)航公告，瓊州海峽共計(jì)發(fā)生42次停復(fù)航，而抗風(fēng)等級(jí)8級(jí)以上船舶停復(fù)航僅19次，其中由大風(fēng)原因造成14次、大霧天氣造成5次。

4.1 大霧天氣的影響

5次大霧天氣造成的停航均發(fā)生在早晨，持續(xù)時(shí)間為1～2 h。因夜間大霧不易散去，2014年3月17日停航時(shí)間較長(zhǎng)，從2：30持續(xù)到上午10：30，共計(jì)8 h，高鐵在夜間有間歇期，所以其受影響的時(shí)限僅為2 h。

4.2 大風(fēng)天氣的影響

在14次大風(fēng)造成的停航中，其中6次風(fēng)力較小（風(fēng)力強(qiáng)度＜10級(jí)），未對(duì)動(dòng)車造成影響，另8次臺(tái)風(fēng)均造成動(dòng)車停開。

如表2所示，抗風(fēng)等級(jí)8級(jí)船舶比動(dòng)車停開時(shí)長(zhǎng)超過(guò)24 h的為2次，12～24 h的為3次，6～12 h的為4次，0～6 h的為5次。當(dāng)風(fēng)力強(qiáng)度越高時(shí)重合度越高；甚至當(dāng)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)如海燕、威馬遜，客船已經(jīng)恢復(fù)通航時(shí)，動(dòng)車尚在停開中。考慮動(dòng)車夜間停開的間歇期，單次臺(tái)風(fēng)實(shí)際影響時(shí)間為3～12 h。

表2 抗風(fēng)8級(jí)客船與動(dòng)車停運(yùn)時(shí)段對(duì)比

統(tǒng)計(jì)海南島1949年至2010年的臺(tái)風(fēng)情況，發(fā)現(xiàn)影響海島的臺(tái)風(fēng)年均5.5次［5］7-8，臺(tái)風(fēng)對(duì)本方案的實(shí)施影響天數(shù)年均＜2 d。

臺(tái)風(fēng)期間，船舶至避風(fēng)港的行程會(huì)影響高速客船作業(yè)的快速恢復(fù)。通過(guò)研發(fā)，在港區(qū)設(shè)置臨時(shí)“一種用于普通港區(qū)的防風(fēng)錨泊設(shè)備（專利號(hào)：ZL201621258858.9）［8］”，能夠讓高速客船不用行駛至避風(fēng)港避風(fēng)的前提下快速恢復(fù)作業(yè)。

綜合考慮大霧及大風(fēng)影響本方案作業(yè)天數(shù)的影響（年均不超過(guò)2 d），以及鐵路部門具備應(yīng)對(duì)特殊天氣造成旅客行程延誤方面的成熟經(jīng)驗(yàn)，惡劣天氣對(duì)本方案影響較小。

5 與其他高鐵跨海方案進(jìn)行對(duì)比分析

車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案和現(xiàn)有其他瓊州海峽高鐵旅客跨海方案進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

表3 湛海高鐵跨海方案對(duì)比

火車輪渡方案在時(shí)效性方面無(wú)法凸顯高鐵快速的特點(diǎn)以及乘客對(duì)速度的需求，與時(shí)代發(fā)展要求相悖，因此不予推薦。

橋梁方案的時(shí)效性雖然較好，但其涉及巨額造價(jià)，且橋梁工程建設(shè)區(qū)域臺(tái)風(fēng)多、水深大、地質(zhì)條件差以及橋梁應(yīng)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)能力差等［9］，相比隧道方案沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

隧道方案主要存在高水壓、高地震烈度、長(zhǎng)距離施工、深水超長(zhǎng)隧道通風(fēng)、防災(zāi)等技術(shù)難題［10］。“具有檢修、逃生功能的水下隧道通風(fēng)豎井及系統(tǒng)（專利號(hào)：ZL201621258858.9）［11］”、“水下隧道通風(fēng)豎井和水下隧道通風(fēng)系統(tǒng)（專利號(hào)：ZL201821767740.8）［12］”，通過(guò)設(shè)置水上豎井、循環(huán)懸梯等手段，為深水超長(zhǎng)隧道通風(fēng)、逃生等技術(shù)難題提供了解決方法。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升以及隧道工程技術(shù)的日益成熟，尤其港珠澳隧道的建成，為深水隧道施工積累了經(jīng)驗(yàn)。如表3，隧道方案雖然存在投資高、以及短期內(nèi)實(shí)施難度較大的問(wèn)題，但技術(shù)的日益成熟，以及時(shí)效性的明顯優(yōu)勢(shì)，將是未來(lái)高鐵直通方案選擇的方向。

如表3所示，車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案的時(shí)效性雖然與隧道、橋梁等直通方式相比較差，但已經(jīng)明顯優(yōu)于既有火車輪渡方案。比較其他跨海方式，車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案具有技術(shù)難度最低、造價(jià)低、工期最短、對(duì)環(huán)境影響最小等優(yōu)勢(shì)，建議其作為高鐵直通工程落成前的過(guò)渡期方案。

6 結(jié)論

（1）瓊州海峽車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案采用一票制，利用高鐵港口綜合站使乘客換乘省去再次檢票和安檢環(huán)節(jié)，可在5 min內(nèi)完成全部乘客換乘作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)高鐵旅客在45 min內(nèi)完成跨越瓊州海峽。

（2）船型建議總長(zhǎng)68 m、運(yùn)行航速40 kn、標(biāo)準(zhǔn)客位650人的高速穿浪雙體船。

（3）惡劣天氣對(duì)瓊州海峽車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案影響較小，其中大霧天氣對(duì)本方案的影響僅為2 h以內(nèi)，臺(tái)風(fēng)對(duì)本方案運(yùn)行影響的天數(shù)年均小于2 d。

（4）車船轉(zhuǎn)運(yùn)方案具有技術(shù)難度低、造價(jià)低、工期短、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)，建議作為高鐵直通工程落成前的過(guò)渡方案。