機場捷運系統制式選型研究

劉亞男

（華設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210014）

1 引言

機場旅客快捷運輸系統（簡稱“機場捷運系統”）通常指用于運輸機場內部旅客的軌道交通系統，具有安全、可靠、高效、環保的優點，可有效提高機場服務質量。據不完全統計，截至2023年9月7日，世界上已有56個機場開通運營機場捷運系統，另有多個機場規劃建設或正在建設[1-2]。雖然機場捷運系統在我國的發展尚處于起步探索階段，但隨著新建機場（尤其是樞紐機場）的數量不斷增加，預計未來將有更多機場配套建設此類系統。

近年來，國內城市軌道交通呈現多制式協同發展的新格局。根據T/CAMET 00001-2020《城市軌道交通分類》標準，機場捷運系統制式可有多種選擇，如自導向軌道系統、地鐵、有軌電車、跨座式單軌、導軌式膠輪系統[3]。機場捷運系統的制式選型會對工程技術標準、建設規模和投資等產生直接影響，是工程建設須解決的首要問題。

為此，本文在闡述機場捷運系統技術特點的基礎上，提出其制式選型的6個主要評價指標，即線路適應性、客流適應性、乘客舒適性、環境友好性、技術成熟度和工程經濟性，并據此對機場捷運系統可用的自導向軌道系統、導軌式膠輪系統、跨座式單軌、地鐵、有軌電車5種制式進行對比剖析，最后結合某工程案例進行具體分析，以期為類似項目的技術決策提供參考和借鑒。

2 機場捷運系統技術特點

機場捷運系統作為一種機場內部的旅客運輸系統，應與機場規模、客流需求、服務水平、環境要求、運營特點、建設條件、功能區布局等相適應。通過對國內外機場捷運系統進行研究分析，總結機場捷運系統技術特點如下。

（1）由于機場空防管控嚴格，因此通常以安全檢查（以下簡稱“安檢”）為界將機場捷運系統分為陸側系統和空側系統2類。陸側系統服務安檢前的旅客，用于連接航站樓（未安檢區）、機場外圍停車場、商業設施、與其他交通方式的換乘站等；空側系統服務安檢后的旅客，需要區分國內、國際旅客，用于連接航站樓（已安檢區）、衛星廳、指廊、登機門等。陸側系統和空側系統的區別在于所服務旅客不同。在實際應用中，機場捷運系統需采取技術手段分隔站臺和車廂，以達到一列車同時服務陸側和空側旅客的目的。

（2）機場捷運系統需具有較強的客流適應性。機場捷運系統有旅客種類多、客流量波動大的特點。旅客種類多表現在：旅客可根據到發情況分為國內出發、國內到達、國際出發、國際達到、國內轉國內、國內轉國際、國際轉國內、國際轉國際8類，在此基礎上須按照是否安檢、是否通過中國出入境檢驗檢疫（CIQ）流程將上述8類旅客重新歸并為國際未檢、國際已檢、國內已檢和國內未檢4個分組，這4個分組在乘坐機場捷運系統時需要相互隔離。客流量波動大表現在：受航班計劃和航班波動等影響，機場捷運系統客流量會在一天內出現多個高峰、低谷。因此，機場捷運系統需要根據不同旅客類型及各時間段的不同客流量進行靈活編組，在滿足多類旅客隔離需求、保證機場服務水平的同時，減少運能浪費。

（3）機場捷運系統在空間舒適度、等候時間等方面對服務水平的要求更高。機場捷運系統主要服務商務客流，與地鐵相比，對服務品質的要求更高。根據GB 50157-2013《地鐵設計規范》1.0.15條的規定，“在確定地鐵系統運能時，車廂有效空余地板面積上站立乘客標準宜按每平方米站立5～6名乘客計算”[4]，而機場捷運系統通常采用3人/m2的站立標準，相較地鐵，空間舒適度更高。此外，地鐵對于行車間隔的要求為初期平峰時段不應大于10 min，高峰時段不宜大于5 min，而機場捷運系統的最大行車間隔為5 min，比地鐵系統要求更為嚴格[5]。

（4）機場捷運系統為全天候運行，要求具有高可靠性。大型樞紐機場通常為24 h不間斷運行，機場捷運系統作為機場旅客運輸系統的重要組成部分，也應全天候運行，而且必須安全可靠，即使在系統故障情況下也要滿足運營需求，不能因維修導致機場癱瘓。

（5）機場捷運系統要求保證空防安全。機場在乘客分類、安檢和安保方面要求較高，因此機場捷運系統要遵從機場的空防管理，甚至要配備專門設施和設定管理機制。

3 制式選型比選內容及評價指標

機場內外部環境復雜，捷運系統作為機場客流運輸組織中的一個環節，與機場各個子系統密不可分。結合機場捷運系統自身技術特點，并考慮其與機場各子系統的關聯性，本文提出其制式選型的6個主要評價指標，即線路適應性、客流適應性、乘客舒適性、環境友好性、技術成熟度和工程經濟性，并據此對機場捷運系統可用的自導向軌道系統、導軌式膠輪系統、跨座式單軌、地鐵、有軌電車5種制式進行對比分析，具體內容如下（表1）。

表1 各種制式對比評價表

（1）線路適應性。機場航站樓、衛星廳平面構型多樣化，空間劃分和結構布置復雜，機場捷運系統的線路布置應與其相適應，通常需要設置小半徑曲線和大坡度。因此，其制式選擇應考慮上述因素，以滿足機場的有限空間和復雜線路條件要求。在上述5種制式中，導軌式膠輪系統正線最小曲線半徑及最大坡度分別為15 m和80‰，自導向軌道系統為22 m和100‰，有軌電車為25 m和70‰，線路適應性均較好；跨座式單軌為100 m和60‰，線路適應性略差；地鐵為250 m和30‰，線路適應性最差。

（2）客流適應性。根據機場捷運系統的技術特點，其需在滿足運能需求的同時，具備車輛靈活編組、車廂易分隔的功能。在運能方面，按照3人/m2的站立標準，地鐵運能最大，約為0.8～2.5萬人次/h；自導向軌道系統和跨座式單軌中等，分別為0.2～1.5萬人次/h和0.5～1.7萬人次/h；有軌電車和導軌式膠輪系統運能較小，均在1萬人次/h以下。在車廂分隔方面，自導向軌道系統的車輛不分頭尾車和中間車，每輛車都可獨立運行，其余4種制式車輛均分頭尾車和中間車，用貫通道相連，需采用物理措施分隔車廂。在車輛靈活編組方面，有軌電車為3～5節模塊化編組，靈活性較差；地鐵、跨座式單軌和導軌式膠輪系統為2～6節編組，靈活性較好；自導向軌道系統車輛可單車獨立運行，1～6節編組，靈活性最好。

（3）旅客舒適性。機場捷運系統的旅客舒適性與車廂環境等因素密切相關。車門個數及寬度、車廂尺寸、車內振動噪聲等直接影響車廂環境。對于前兩點，地鐵車輛車廂尺寸較大，車門較多較寬，旅客上下車最為方便快捷，舒適性最好；自導向軌道系統和跨座式單軌次之；有軌電車車門雖多卻窄，導軌式膠輪系統車門少且窄，對旅客上下車有影響。對于車內振動噪聲，自導向軌道系統、導軌式膠輪系統、跨座式單軌為膠輪制式，車內振動噪聲小，地鐵和有軌電車為鋼輪鋼軌制式，車內振動噪聲較大。

（4）環境友好性。航站樓和衛星廳為機場環境敏感區，捷運系統車站和區間與其結合緊密，布置在其建筑內部、地下或頂部。因此，捷運系統制式選型須充分考慮車輛運行過程中對航站樓、衛星廳的振動噪聲影響。自導向軌道系統、導軌式膠輪系統、跨座式單軌均為膠輪制式，采用橡膠輪胎，運行時產生的振動噪聲小，而地鐵和有軌電車為鋼輪鋼軌制式，列車振動噪聲較大，需要額外增加減振降噪工程，以減少對周圍環境的影響。

（5）技術成熟度。機場捷運系統車輛技術安全可靠、產品成熟穩定，是滿足機場高質量服務和24 h運營要求的必要條件。此外，捷運系統通常規模較小，因此還要考慮國內產業化、市場化因素。在系統制式選型分析時，可從技術可靠性與先進性、車輛及設備國產化率、運營里程3方面分析各種制式的技術成熟度。在技術可靠性與先進性方面，上述5種制式中，除有軌電車外，其他4種制式均可采用故障率低、可靠性高的無人駕駛技術，其中自導向軌道系統采用無人駕駛技術的歷史最悠久，可靠性最高。在車輛及設備國產化率方面，地鐵的國產化率為100%，跨座式單軌為95%以上，有軌電車為90%以上，自導向軌道系統與導軌式膠輪系統均為85%以上。在運營里程方面，地鐵和有軌電車運營里程相對較長，國內已實現產業化，市場較為成熟，其余3種制式的運營里程也在持續增加。

（6）工程經濟性。工程經濟性相關評價指標為工程造價、車輛購置費、運維費用，都與系統制式的選擇直接相關，需結合項目具體分析。工程造價主要包括土建成本和機電設備成本。通常情況下，高架敷設時，自導向軌道系統、跨座式單軌及地鐵車輛軸重較大，工程造價高，有軌電車次之，導軌式膠輪系統最低；地下敷設時，地鐵由于采用接觸網供電，所需斷面更大，造價更高，自導向軌道系統和有軌電車造價相對較低，導軌式膠輪系統和跨坐式單軌通常不采用地下敷設形式，故此處不做討論。車輛購置費根據載客量折算的人均費用計算，在上述5種制式中，自導向軌道系統車輛購置費最高，跨座式單軌較高，導軌式膠輪系統和有軌電車中等，地鐵最低。運維費用包括運營費用和維護費用，與車輛的產業化程度以及能否與其他城市軌道交通資源共享有關。通常情況下，地鐵的人員成本、牽引能耗、車輛檢修復雜程度都較高，運維費用最高；自導向軌道系統和跨座式單軌車輛的車體相對較輕，修程簡單，運維費用中等；導軌式膠輪系統和有軌電車的運維費用最低。

4 制式選型案例分析

國內某機場現有T1、T2兩座航站樓，規劃沿航站樓東西兩側建設“L+1”形的機場捷運系統，串聯T1、T2航站樓及各指廊。西側“L”形線路服務于空側國內旅客和陸側旅客運輸，東側“1”形線路服務于空側國際旅客運輸（圖1）。

圖1 某機場捷運系統規劃示意圖

T2航站樓建設時預留了機場捷運系統的實施條件，但所預留的墩柱荷載、轉彎條件和站臺空間限制了系統制式的選擇，以致其只能選擇自導向軌道系統和導軌式膠輪系統2種制式。由于二者均為膠輪制式，在線路適應性、乘客舒適性、環境友好性方面差別不大，因此下面主要對客流適應性、工程經濟性和技術成熟度進行對比。

（1）客流適應性。自導向軌道系統的每輛車都有動力配置，控制系統獨立運行，車輛不設貫通道，既能單輛車運行，又可多輛車連掛。因此，其能夠實現1～6 輛靈活編組，便于分隔旅客，在改、擴編時無需人工操作，也無需對車輛進行技術改造。導軌式膠輪系統車輛有頭尾車和中間車的區別，最小編組為2輛，連接的車廂之間設有貫通道，車輛的改、擴編涉及頭尾車、中間車、貫通道、隔板等的設置，編組技術復雜，不利于對車輛進行靈活編組以滿足不同時段的旅客運輸需求，若采用最大固定編組運營，又會在低谷時段造成運能浪費。

（2）工程經濟性。表2展示了自導向軌道系統與導軌式膠輪系統2種制式的全壽命周期成本對比結果（計算期為25年）。由表可知，自導向軌道系統的全壽命周期成本約為23億元，比導軌式膠輪系統成本高。

表2 2種制式的全壽命周期成本對比表 億元

（3）技術成熟度。自導向軌道系統在國內外機場和城市交通中應用比較廣泛，技術成熟可靠，運營經驗豐富。而導軌式膠輪系統為國內近年研發的新型城市軌道交通系統，目前城市軌道交通運營線路較少，且尚無作為機場捷運系統的應用案例。因此，自導向軌道系統在技術成熟度方面比導軌式膠輪系統更具優勢。

從技術角度看，自導向軌道系統在客流適應性和技術成熟度上更具優勢，但工程經濟性較差，項目系統制式的最終確定還需考慮機場其他相關部門的意見。該機場捷運系統因受新冠疫情影響在初期只實施預留工程，考慮到自導向軌道系統在技術上更具包容性，所以預留工程暫按其車輛技術參數開展相關預留工程設計。

5 結語

近年來，我國城市軌道交通制式呈現多元化發展趨勢，選擇與建設條件、客流需求相匹配，同時又高效舒適、安全可靠、經濟適用、綠色低碳的制式是城市軌道交通工程建設需解決的首要問題。機場捷運系統是服務于機場內部旅客運輸的軌道交通系統，其制式選型會對工程技術標準、建設規模和投資等產生直接影響。本文結合機場捷運系統的技術特點，提出其制式選型的評價指標，并據此分析5種常用制式的適用性，以期為機場捷運系統制式選型提供參考。