嘉善至西塘市域鐵路系統制式選擇研究

韓吉明

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司線路站場設計研究院，湖北武漢 430000）

1 工程概況

嘉興市位于浙江省的東北部、長三角杭嘉湖平原的腹心地帶，是長三角城市群的重要組成部分、上海大都市圈重要節點城市。

嘉善至西塘市域鐵路（簡稱西塘線）串聯了嘉善縣、長三角一體化示范區、上海虹橋商務區，線路全長20.54km，設站5 座。線路總體呈南向北，由嘉興至楓南市域鐵路（簡稱楓南線）的嘉善站引出，經浙江嘉興市嘉善縣姚莊鎮、西塘鎮至上海示范區線水鄉客廳站，與上海示范區線、水鄉旅游線銜接，如圖1 所示。

圖1 西塘線線路走向示意圖

2 系統制式研究

市域鐵路所選用的系統制式作為建設重要標準，應與城市的經濟發展水平和綜合交通規劃相匹配，應與其項目的功能定位、客流需求及服務目標相適應。西塘線作為上海都市圈市域鐵路的重要組成部分，其系統制式的選定應充分分析城市總體規劃、沿線的經濟發展。本著互聯互通、互聯共享的原則，需從速度目標值、牽引供電制式、車輛選型、信號系統等方面對系統制式進行綜合的比選分析[1-4]。

2.1 速度目標值的選擇

2.1.1 時間目標值

為實現《長江三角洲地區多層次軌道交通規劃》發展目標，實現“滬嘉一小時通勤圈”和“嘉興中心城區與示范區中心半小時”目標，西塘線嘉善站至水鄉客廳站的時間目標值應為15min。

2.1.2 速度目標值研究

表1 不同速度目標值旅行時間和旅行速度比較表

根據此項目站間距較大特點，重點比選120km/h、140km/h 和160km/h 三個速度目標值方案。

（1）不同速度目標值的時間目標適應性

此次研究采用大站快車和站站停共線運行模式，經過分析發現，大站快車160km/h 方案可以較好地滿足時間目標值要求、實現嘉善至水鄉客廳站15min 目標，140km/h 方案基本實現時間目標值要求，速度目標值120km/h 難以滿足時間目標值要求[5-6]。

（2）站間距適應性分析

列車加減速距離與車輛的性能密切相關，不同速度等級的車輛加減速距離存在較大差異，從經濟性角度出發，列車需在一定時間和距離上以最高速度持續運營，才能具備合理的經濟性。西塘線站間距分布概況，如表2 所示。

表2 嘉善站至水鄉客廳站間距分布情況表

結合列車起動的要求，站站停列車模式下，該線適宜120km/h、140km/h 和160km/h 的區間個數占比分別為100%、60%、20%，該線適應的速度目標值為120～160km/h。

（3）工程經濟性分析

從土建工程投資、車輛購置費用、運營費用等角度進行綜合比選，分析發現，在工程投資和工程運營費用方面，160km/h 方案投資最大；時間上，160km/h方案較140km/h 方案節省1.5min、節時10%。各方案工程運營費，如表3 所示。

表3 各方案工程運營費比較表

綜上所述，160km/h 速度目標值方案符合此項目市域快線兼城際線的功能定位，與車站分布的適應性較好、運輸效率較高，且工程投資和運營費較其他方案增加較小，能較好地適應該線工程特點，與楓南線、上海示范區線及水鄉旅游線等相鄰線路技術標準相匹配。因此，西塘線的速度目標值推薦采用160km/h[7-9]。

2.2 供電制式的選擇

2.2.1 牽引供電制式選擇的關鍵因素

牽引供電制式是指供電系統采用的電流制、電壓等級和供電方式，包括單相工頻25kV 交流制，直流750V、1500V 供電和雙制式/多制式三種供電制式[10]。

2.2.2 牽引供電研究

（1）牽引供電制式選擇的關鍵因素分析

就線網銜接方式而言，根據長三角地區規劃情況，西塘線需與楓南線、水鄉線、上海示范區線互聯互通，相鄰線路均采用交流供電制式，考慮牽引供電系統間的匹配性，該線宜采用交流牽引供電制式。該線速度目標值選取160km/h，若采用直流供電制式，目前沒有與工程相適應的、采用直流供電制式的車輛，車輛研發成本高，同時配套的直流牽引供電系統經濟性不佳。從弓網受流質量和牽引供電系統配套來講，交流供電具有一定優勢，該線宜采用交流供電制式。

（2）牽引供電制式的選擇

從技術層面分析，該線速度目標值160km/h，且與楓南線、水鄉旅游線、上海示范區線互聯互通，因此牽引供電系統應采用交流供電制式。

從工程投資方面分析，該線采用交流供電制式時，供電系統的整體工程投資更少，經濟性比直流供電制式好[11]。

從運營維護方面分析，交流制式供電的設施較少，維護工作量和維護費用較低。

綜合技術、投資、運營維護等方面的考量，推薦采用單相工頻25kV 交流供電制式[12]。

2.3 信號制式的選擇

2.3.1 信號系統方案

信號系統制式的選擇，應滿足該線列車運行速度、行車間隔、停車精度、跨線運行等行車組織和運營管理的要求。在此基礎上，考慮系統自身能力、對市域線路網絡化運營的適應性、與其他線路資源共享情況、與其他專業間的技術協調性以及對工程投資的影響。

目前國內信號系統主要有兩種，一種是中國列車運行控制系統（CTCS 系統），可分為CTCS-0 至CTCS-4 級，廣泛應用于國家鐵路工程；另一種是基于通信的列車控制系統（CBTC 系統），廣泛應用于地鐵、輕軌等城市軌道交通工程[13]。

2.3.2 信號系統研究

從互聯互通能力、網絡化運營能力、資源共享、工程投資，對CTCS-2+ATO 系統以及CBTC 系統進行對比分析。

（1）在相同制式間，相較于CBTC，CTCS-2+ATO具有更好的互聯互通性，適應后續市域鐵路網絡化運營。CTCS-2+ATO 的調度指揮系統（CTC 系統）在大線網、復雜交路下的調度指揮上更具有優勢，特別是在突發情況下需對運行計劃進行調整時。該線作為嘉善地區城際、市域網絡的一部分，應充分考慮網絡化運營的需求，從這個角度看，宜采用CTCS-2+ATO系統。

（2）從資源共享角度分析，由于具備成套的統一的技術標準、規范，CTCS-2+ATO 系統可實現系統設備層面的互換，而CBTC 無法做到。CTCS-2+ATO系統共享范圍更廣，可以整合更多的資源[14]。

（3）從工程投資角度分析，采用CTCS-2+ATO 系統會導致土建規模（主要是地下站）增加，從而引起總投資增加。但考慮到該線不設地下站，應用CTCS-2+ATO 系統產生的土建規模投資增加有限。此外，采用CTCS-2+ATO 系統本身投資較CBTC 少，同時可以充分利用線網中心資源，減少中心設備的重復投資，從整體經濟性來看，CTCS-2+ATO 系統更優。

統籌考慮以上各點，特別是考慮在現行技術下，CBTC 系統可能無法實現西塘線與楓南線、水鄉旅游線等線的互聯互通的基本運輸需求，同時在后期線路成網時，與CBTC 系統對應的ATS 系統網絡化運營能力不足，因此西塘線推薦采用CTCS-2+ATO 系統。

2.4 系統制式與市域鐵路功能定位適應性分析

西塘線采用160km/h 方案，能更好地解決節點與中心城區以及各節點之間的快速通勤需求，也能滿足各旅游景點之間及游客從對外交通直接到達游覽景區的旅游出行需求[15]。可實現嘉興至示范區半小時內通達，至虹橋樞紐一小時內通達，與項目功能定位更加匹配。

3 結語

西塘線鐵路系統制式的選擇，充分考慮市域鐵路沿線城市經濟發展、四網融合、資源共享的特質，通過項目功能定位、工程技術的比較分析，采用速度目標值160km/h、供電制式交流AC25Kv、CTCS-2+ATO的信號制式，以適應項目通勤的功能定位與城市發展規劃。以西塘線為例，從速度目標值選擇、供電制式選擇、信號制式選擇和項目功能定位的適應性進行系統制式選擇，希望研究結果為其他城市市域鐵路建設提供一定參考。