市域（郊）鐵路與城市軌道交通貫通運(yùn)營(yíng)適應(yīng)性分析

蔣春生

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

市域（郊）鐵路是在都市圈范圍內(nèi)或市域行政管轄范圍內(nèi)，連接市區(qū)與外圍組團(tuán)，串聯(lián)沿線主要城鎮(zhèn)及客流集散點(diǎn)，采用大站距、全封閉方式的快速軌道交通系統(tǒng)，最高運(yùn)行速度通常為120～160 km/h。其為城市軌道交通（以下簡(jiǎn)稱“城軌”）發(fā)展到一定階段而產(chǎn)生的、用于支撐市域空間結(jié)構(gòu)拓展的交通系統(tǒng)。因此，做好與既有或規(guī)劃城軌線路的銜接，實(shí)現(xiàn)與其貫通運(yùn)營(yíng)，對(duì)于市域（郊）鐵路最大限度吸引客流、保障服務(wù)水平至關(guān)重要。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展及貫通運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外典型都市圈

國(guó)外不同層次軌道交通系統(tǒng)的貫通運(yùn)營(yíng)起步較早，并且形成了一定的規(guī)模。下面將對(duì)東京、巴黎、紐約三大典型都市圈中市域（郊）鐵路與城軌的貫通運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

（1）東京都市圈。東京都市圈軌道交通網(wǎng)絡(luò)由外圍的市郊鐵路線（JR線+私鐵）與中心城區(qū)的地鐵線構(gòu)成，整體呈現(xiàn)“環(huán)+放射”狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，已運(yùn)營(yíng)市郊鐵路線共計(jì)97條，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)2 704 km；已運(yùn)營(yíng)地鐵線僅13條，運(yùn)營(yíng)里程約304 km。為滿足高峰期客流從外圍直達(dá)中心城區(qū)的需求，開通的13條地鐵線中有10條已實(shí)現(xiàn)與私鐵或JR線的貫通運(yùn)營(yíng)。東京都市圈軌道交通貫通運(yùn)營(yíng)模式如圖1所示。

圖1 東京都市圈軌道交通貫通運(yùn)營(yíng)模式

（2）巴黎都市圈。巴黎都市圈軌道交通網(wǎng)絡(luò)包括16條地鐵線（總長(zhǎng)241 km）、5條區(qū)域快鐵RER線（含支線，總長(zhǎng)587 km）、8條市郊鐵路Transilien線（總長(zhǎng)1 296 km）。其中，地鐵線服務(wù)于距巴黎市中心半徑約6～8 km范圍內(nèi)的客流出行；RER線主要服務(wù)于距巴黎市區(qū)半徑約40～50 km范圍內(nèi)的通勤通學(xué)客流出行；Transilien線主要服務(wù)于巴黎都市圈外圍遠(yuǎn)郊區(qū)。RER線從郊區(qū)進(jìn)入中心城區(qū)，貫穿市區(qū)，并在市區(qū)內(nèi)與地鐵線路以站點(diǎn)換乘的方式實(shí)現(xiàn)銜接，在城市外圍則與多條Transilien線貫通運(yùn)營(yíng)。巴黎都市圈軌道交通貫通運(yùn)營(yíng)模式如圖2所示。

圖2 巴黎都市圈軌道交通貫通運(yùn)營(yíng)模式

（3）紐約都市圈。紐約都市圈軌道交通網(wǎng)絡(luò)由25條城軌線、27條市郊鐵路線（含支線，總長(zhǎng)度約3 197 km）組成。其中，市郊鐵路呈“主線+支線”布局，主要包括長(zhǎng)島鐵路、大都會(huì)北方鐵路、新澤西鐵路及其支線，如長(zhǎng)島鐵路含1條主線+10條支線，覆蓋長(zhǎng)島全島。市郊鐵路線均深入中心城區(qū)內(nèi)部，止于市區(qū)主要鐵路車站，通過在鐵路車站換乘的方式銜接城軌。紐約都市圈軌道交通布局及貫通運(yùn)營(yíng)狀況如圖3所示。

圖3 紐約都市圈軌道交通布局及貫通運(yùn)營(yíng)狀況

綜上所述，東京、巴黎、紐約三大都市圈市域（郊）鐵路發(fā)展及運(yùn)營(yíng)組織情況如表1所示。

表1 三大都市圈市域（郊）鐵路發(fā)展及運(yùn)營(yíng)組織情況匯總

可以看出，國(guó)外都市圈市域（郊）鐵路的建設(shè)規(guī)模遠(yuǎn)超過中心城區(qū)地鐵，其線路長(zhǎng)度在都市圈軌道交通線路總長(zhǎng)度中的占比多在70%以上，其客流量在公交客流總量中的占比通常超過30%。其一般采用大小交路結(jié)合、快慢車混跑的運(yùn)營(yíng)模式，運(yùn)營(yíng)組織靈活，可適應(yīng)不同客流需求，并通過深入中心城區(qū)及與城軌貫通運(yùn)營(yíng)的方式滿足中心城區(qū)與外圍郊區(qū)之間客流直達(dá)運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

1.2 國(guó)內(nèi)

相比之下，國(guó)內(nèi)市域（郊）鐵路起步較晚，發(fā)展相對(duì)滯后，有效供給能力不足，成為大城市公共交通的短板。國(guó)內(nèi)的市域（郊）鐵路是在大城市城軌發(fā)展到一定階段后，需要更加快速、高效、靈活的交通系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)更大范圍聯(lián)系的情況下著手發(fā)展的。由于規(guī)劃之初，中心城區(qū)主要通道已經(jīng)被城軌、城市快速路占據(jù)，因此我國(guó)的市域（郊）鐵路極少有獨(dú)立貫穿城區(qū)的線路，多為外圍射線。此外，城軌的最高運(yùn)行速度通常不超過100 km/h，而市域（郊）鐵路的最高運(yùn)行速度普遍為120 km/h及以上，加之二者在功能及制式等方面存在明顯差異，因此市域（郊）鐵路通常是在城市外圍通過站點(diǎn)換乘的方式實(shí)現(xiàn)與城軌的銜接，暫無貫通運(yùn)營(yíng)實(shí)例。

雖然如此，但關(guān)于不同層次軌道交通網(wǎng)絡(luò)融合、不同軌道交通系統(tǒng)互聯(lián)互通（其中包括市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)）的研究卻在廣泛開展，并獲得了豐碩的成果。例如，重慶市郊鐵路跳磴至江津線根據(jù)重慶市“三鐵融合”的發(fā)展戰(zhàn)略，為實(shí)現(xiàn)與地鐵5號(hào)線（采用DC1500V接觸網(wǎng)供電制式，速度目標(biāo)值100 km/h）單向貫通運(yùn)營(yíng)，首次選用山地城市As雙流制車（采用DC1500V與AC25kV接觸網(wǎng)供電制式，速度目標(biāo)值120 km/h），應(yīng)用不停車全自動(dòng)交直流切換技術(shù)，如圖4所示。

圖4 DC1500V/AC25kV供電不停車全自動(dòng)切換示意圖

2 市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)適應(yīng)性分析

市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)可以分為單向貫通和雙向貫通2種模式。考慮到城軌的服務(wù)范圍主要為中心城區(qū)，而市域（郊）鐵路又有深入中心城區(qū)的需求，本文重點(diǎn)針對(duì)市域（郊）鐵路跨線運(yùn)營(yíng)至城軌線路的單向貫通模式進(jìn)行研究，并以合肥至廬江市域鐵路（以下簡(jiǎn)稱“合廬線”）與合肥市軌道交通8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)為例，具體分析其適應(yīng)性。

2.1 客流需求分析

合肥市軌道交通8號(hào)線為中心城區(qū)的南北方向快線，全長(zhǎng)47 km，采用6輛編組B型車；合廬線為長(zhǎng)江三角洲地區(qū)多層次軌道交通規(guī)劃中遠(yuǎn)期布局的一條市域（郊）鐵路線，主線長(zhǎng)約65 km，擬與8號(hào)線銜接，主要承擔(dān)合肥與廬江之間的跨組團(tuán)客流，其客流整體呈現(xiàn)向合肥市區(qū)聚集的特征。因線路定位不同，合廬線與8號(hào)線客流水平存在著較大差距，兩線銜接后的遠(yuǎn)期高峰小時(shí)最大斷面客流量如圖5所示。

圖5 合廬線與8號(hào)線銜接后遠(yuǎn)期高峰小時(shí)最大斷面客流量示意圖

貫通運(yùn)營(yíng)的目的是滿足跨線客流直達(dá)運(yùn)輸?shù)男枨螅詼p小換乘壓力。因此，只有當(dāng)跨線客流達(dá)到一定數(shù)量，才有必要實(shí)施貫通運(yùn)營(yíng)，跨線客流量越大，貫通運(yùn)營(yíng)的必要性越強(qiáng)。據(jù)預(yù)測(cè)，合廬線本線遠(yuǎn)期客流將達(dá)14.8萬人次/日，其中廬江（含合廬產(chǎn)業(yè)新城、廬江北部城鎮(zhèn)、廬江縣城）與合肥市區(qū)之間的交換客流達(dá)9.6 萬人次/日，在全線總客流中占比達(dá)64.8%，跨線客流量大，占比高，如圖6所示。此外，根據(jù)分析，合廬線與8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)后的全程旅行時(shí)間較同臺(tái)及通道換乘分別節(jié)省約3 min、5 min，可有效提升廬江至合肥主城區(qū)客流出行的便捷性。因此，合廬線與8號(hào)線有較強(qiáng)的貫通運(yùn)營(yíng)客流需求。

圖6 合廬線各組團(tuán)間客流交換特征示意圖（單位：人次/日）

2.2 通過能力適應(yīng)性分析

市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)會(huì)對(duì)貫通區(qū)段的通過能力產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)此進(jìn)行計(jì)算，分析貫通運(yùn)營(yíng)的適應(yīng)性，并綜合考慮服務(wù)水平、運(yùn)營(yíng)組織及工程經(jīng)濟(jì)性等因素，確立合理的運(yùn)營(yíng)組織方案。

合廬線與8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)，擬采用與8號(hào)線一致的B型車。8號(hào)線為合肥市中心城區(qū)南北向城軌快線，客流量大、行車密度高。合廬線在貫通區(qū)段采用不同編組，會(huì)對(duì)8號(hào)線運(yùn)能產(chǎn)生不同影響，具體如表2所示。

表2 合廬線在與8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)區(qū)段采用不同編組方案的通過能力對(duì)比

由表2可知，8號(hào)線自身運(yùn)能余量已經(jīng)比較吃緊，因此合廬線應(yīng)在與8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)區(qū)段盡量采用與其一致的6輛編組列車，以減少對(duì)8號(hào)線運(yùn)能的影響。然而，由于合廬線自身客流量較小，如果合廬線全線采用6輛編組列車，雖可滿足客流需求，但會(huì)降低自身服務(wù)水平并造成土建工程的浪費(fèi)，因此其與8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮其自身服務(wù)水平、運(yùn)營(yíng)組織條件及工程經(jīng)濟(jì)性，采取4/6輛編組混跑、快慢車結(jié)合的運(yùn)營(yíng)組織方案，即大站快車采用6輛編組與8號(hào)線跨線貫通運(yùn)營(yíng)，在貫通區(qū)段內(nèi)站站停，在本線僅停靠大站快車停靠站，站站停慢車采用4輛編組，停靠本線所有車站，如圖7所示。

2.3 技術(shù)適應(yīng)性分析

市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)的前提是二者的車輛限界、牽引供電制式和信號(hào)系統(tǒng)具備統(tǒng)一性或兼容性。

（1）車輛限界。車輛限界直接影響車站、區(qū)間相關(guān)設(shè)施的適配性。例如，貫通區(qū)段站臺(tái)長(zhǎng)度及高度、站臺(tái)與車輛的間隙、隧道尺寸等是否滿足市域（郊）鐵路及城軌車輛限界要求，以及屏蔽門與二者車門位置能否對(duì)應(yīng)等問題均是制約二者貫通運(yùn)營(yíng)的因素。因此，市域（郊）鐵路應(yīng)盡量采用與城軌一致的車型及編組，以保證限界條件的統(tǒng)一。

（2）牽引供電制式。目前，城軌普遍采用以DC1500V或DC750V為代表的直流供電制式。市域（郊）鐵路若要與城軌貫通運(yùn)營(yíng)，則需采用與城軌相同的直流供電制式，或者采用同時(shí)搭載交流、直流2種供電系統(tǒng)，能在交流、直流2種供電線路上全自動(dòng)切換運(yùn)行的雙流制列車，從而解決貫通運(yùn)營(yíng)的牽引供電制式切換問題。

（3）信號(hào)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)，二者需要采用相同或兼容的信號(hào)系統(tǒng)，以確保列車車載信號(hào)設(shè)備與其經(jīng)過線路的地面信號(hào)設(shè)備間可以正常交換、識(shí)別并處理信號(hào)。

8號(hào)線采用6輛編組B型車、DC1500V牽引供電制式及基于通信的列車運(yùn)行控制（CBTC）系統(tǒng)。合廬線設(shè)計(jì)人員根據(jù)合廬線的速度目標(biāo)值（140 km/h），結(jié)合國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家對(duì)于市域（郊）鐵路在該速度目標(biāo)值下采用DC1500V供電制式B型車的可行性研究結(jié)果，確定合廬線采用DC1500V供電制式B型車，這可使合廬線在保證自身速度目標(biāo)的前提下，具備與8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)的技術(shù)條件。

此外，本文還將對(duì)合廬線在采用不同速度、不同供電制式車輛時(shí)的相關(guān)工程、車輛、設(shè)備等費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3所示。由表3可知，采用最高運(yùn)行速度120 km/h或140 km/h、DC1500V供電制式的B型車，雖然供電系統(tǒng)投資相較采用交流供電制式的車輛略高，但其土建工程費(fèi)用相對(duì)較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

表3 合廬線采用不同速度、不同供電制式車輛時(shí)的相關(guān)費(fèi)用對(duì)比表 億元

3 結(jié)論

市域（郊）鐵路與城軌便利銜接是市域（郊）鐵路發(fā)展需重點(diǎn)考慮的問題。本文結(jié)合合廬線與合肥市軌道交通8號(hào)線貫通運(yùn)營(yíng)實(shí)例，對(duì)市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)的條件及適應(yīng)性進(jìn)行了較為詳盡的分析，并得出以下結(jié)論，以期為類似工程提供參考和借鑒。

（1）市域（郊）鐵路與城軌貫通運(yùn)營(yíng)建立在有較大跨線客流需求的基礎(chǔ)上，并應(yīng)盡量減少對(duì)貫通區(qū)段通過能力的影響。

（2）市域（郊）鐵路與城軌在車輛限界、牽引供電制式和信號(hào)系統(tǒng)方面需具備統(tǒng)一性或兼容性。

（3）二者貫通運(yùn)營(yíng)還應(yīng)考慮工程經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)營(yíng)綜合效益等因素，切忌為貫通而貫通，從而影響二者自身的功能。

（4）對(duì)于市域（郊）鐵路不適宜與城軌貫通運(yùn)營(yíng)的情況，可以研究通過增加與城軌換乘站點(diǎn)數(shù)量、采用同臺(tái)換乘等方式提高二者銜接的便捷性。