曹冬蒨，楊 崟

(1.天津華鐵工程咨詢有限公司，天津 300011;2.中鐵工程設(shè)計(jì)院(天津)有限公司，天津 300011)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和綜合國(guó)力的提高，我國(guó)城市地鐵建設(shè)進(jìn)入了大發(fā)展時(shí)期?？土髁侩S著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷增加，對(duì)地鐵運(yùn)力的要求也越來(lái)越高。目前國(guó)際或者是國(guó)內(nèi)，提高運(yùn)力有2個(gè)途徑，一個(gè)是縮短行車間隔，另一個(gè)是擴(kuò)大編組，而擴(kuò)大編組是提高運(yùn)力的一個(gè)最簡(jiǎn)單而又直觀的辦法。以北京既有線路為例，1號(hào)線、2號(hào)線、八通線、13號(hào)線要6改8受到車站的規(guī)模、土建限制，因?yàn)檐囌镜拈L(zhǎng)度、車庫(kù)的長(zhǎng)度、折返線的長(zhǎng)度等都是按6列編組設(shè)計(jì)的，現(xiàn)有的基礎(chǔ)6改8非常難，基本上不可能實(shí)現(xiàn)。新線如果要實(shí)現(xiàn)8列編組，只能在新線初步設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮8列編組設(shè)計(jì)。這就要求設(shè)計(jì)人員在初步設(shè)計(jì)時(shí)考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃，不能只看到眼前的狀況，要為今后地鐵發(fā)展多留一點(diǎn)余地。南京地鐵6號(hào)線確定車輛編組時(shí)就采用近期4列編組，遠(yuǎn)期預(yù)留5列編組，通過(guò)對(duì)4列編組和5列編組的土建規(guī)模、設(shè)備系統(tǒng)等因素進(jìn)行定量分析比較，考慮到地鐵6號(hào)線遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)客流量存在不確定性，站臺(tái)長(zhǎng)度若按5輛編組列車來(lái)預(yù)留，對(duì)工程投資影響較小(約2%)，而運(yùn)能卻大大增加(約25%)。這對(duì)降低工程風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)投資效益最大化，提高軌道交通對(duì)城市發(fā)展的適應(yīng)度有極大的好處［1］。廣州市軌道交通3號(hào)線是一條從繁華城區(qū)通往城市郊區(qū)的快速線路，既要滿足城區(qū)大客流量的需求，又要滿足郊區(qū)快捷方便的需要，運(yùn)營(yíng)初期采用3節(jié)列車編組，近遠(yuǎn)期可對(duì)接成6節(jié)列車編組，滿足了3號(hào)線線路設(shè)置與客流特性的需求［2］。無(wú)錫地鐵1號(hào)線采用4輛編組時(shí)，遠(yuǎn)期運(yùn)能無(wú)儲(chǔ)備，明顯不合適;采用5輛或6輛編組可滿足遠(yuǎn)期運(yùn)量要求，但在高峰時(shí)5輛編組方案設(shè)計(jì)運(yùn)能富余量?jī)H10.6%，6輛編組方案則達(dá)到33.4%。鑒于客流預(yù)測(cè)本身的不確定性以及地鐵工程作為城市解決交通問(wèn)題的百年大計(jì)，6輛編組規(guī)模的條件能為城市發(fā)展和規(guī)避客流風(fēng)險(xiǎn)留有更多余地。經(jīng)過(guò)綜合分析，為了地鐵1號(hào)線將來(lái)運(yùn)營(yíng)更加安全、高效，同時(shí)做到設(shè)備利用的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從初、近、遠(yuǎn)期編組實(shí)施方案的銜接與過(guò)渡等因素考慮，確定無(wú)錫地鐵1號(hào)線初、近、遠(yuǎn)期均采用6輛編組方案［3］。北京地鐵的1號(hào)線、2號(hào)線、13號(hào)線和八通線，天津軌道交通濱海線等均采用初期列車4輛編組，遠(yuǎn)期為6輛編組［4］。北京地鐵6號(hào)線遠(yuǎn)期預(yù)留8輛編組，初期使用6輛編組。上海地鐵1號(hào)線實(shí)現(xiàn)了6輛編組改8輛編組，2號(hào)線也即將開始實(shí)施。天津地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)是“小編組、大密度”的原則，因此車輛配置全部使用4節(jié)編組。但近幾年的運(yùn)營(yíng)實(shí)際狀況是高峰時(shí)段，4節(jié)編組列車已經(jīng)不能滿足實(shí)際的客流疏散要求，為此決定對(duì)在線運(yùn)營(yíng)的列車改造為6節(jié)編組。上海地鐵1號(hào)線7:30—8:30的超高峰時(shí)段，實(shí)際載客量往往達(dá)到額定載客量的130%，為了緩解地鐵1號(hào)線的擁堵局面，經(jīng)國(guó)家發(fā)改委正式批準(zhǔn)，地鐵1號(hào)線36列列車由目前的6節(jié)編組改為8節(jié)編組。天津地鐵5號(hào)線丹河南道站的車輛編組的選擇同樣既要滿足近期的客流需要，又要為遠(yuǎn)期擴(kuò)大車輛編組留有余量，同時(shí)又做到合理經(jīng)濟(jì)，不會(huì)資源浪費(fèi)，在借鑒以往編組經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上從建筑、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、功能幾個(gè)方面進(jìn)行分析，最終選擇最合理的車輛編組方案。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

丹河南道站位于北辰區(qū)北倉(cāng)道與淮東路交叉口，車站主體呈南北走向布置于淮東路下。車站主體東側(cè)為天津市匯鑫有限公司，南側(cè)和西側(cè)為大面積干涸的魚塘，北側(cè)為北倉(cāng)道。周邊道路有淮東路、北倉(cāng)道，其中淮東路為城市主干道，道路紅線寬45 m;北倉(cāng)道為城市次干道，道路紅線寬40 m。近期客流不大。

1.2 設(shè)計(jì)客流

本站客流根據(jù)地鐵5號(hào)線客流預(yù)測(cè)資料確定，超高峰系數(shù)取1.3。天津地鐵5號(hào)線客流預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 天津地鐵5號(hào)線客流預(yù)測(cè)結(jié)果表Table 1 Estimated passenger flow of Line 5 of Tianjin Metro

2 編組意向

在確定丹河南道站的車輛編組方案時(shí)考慮到天津地鐵以往線路都采用B型車，為保證以后各條地鐵線路車輛可以自由調(diào)配，所以5號(hào)線依然采用B型車。按照國(guó)家批準(zhǔn)的可行性研究報(bào)告和技術(shù)文件的要求，通過(guò)實(shí)地勘察、調(diào)研分析，同時(shí)考慮到天津經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度和流動(dòng)人口增加的速度，需要考慮遠(yuǎn)期擴(kuò)大車輛編組，由于地鐵建設(shè)造價(jià)偏高，如果預(yù)留量太大就會(huì)造成資源的浪費(fèi)，建造成本、運(yùn)營(yíng)成本的增加。以上海地鐵為例，上海的軌道交通明珠線二期工程全長(zhǎng)22km，17座車站，基本為地下線，采用6輛列車編組設(shè)計(jì);軌道交通M8線一期工程，全長(zhǎng)23 km，22座車站，全部為地下線，采用5輛列車編組設(shè)計(jì)。前者工程直接費(fèi)用平均造價(jià)指標(biāo)為2.7億元/km，較后者的2.58億元/km僅增加4%左右，增加幅度較小。這固然與明珠線二期工程車站較少、有部分高架區(qū)間(1.25 km)有關(guān)，然而，對(duì)于同一條線路來(lái)講，采用6節(jié)編組與采用5節(jié)編組相比，其工程造價(jià)增加5%～6%。這是因?yàn)榱熊嚲幗M增加主要引起車站土建工程造價(jià)的增加(約12%)，而機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)及軌道增加幅度很小，有些則完全相同?？梢哉f(shuō)，無(wú)論是5輛編組還是6輛編組，機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的造價(jià)指標(biāo)相差不大［5］。由此可見，在車輛編組方案比較時(shí)，應(yīng)主要比較土建部分。

3 地鐵車輛6列編組和7列編組比選

3.1 工況比選

見表2。

表2 6列編組和7列編組工程概況比較表Table 2 Comparison and contrast between Metro stations in the case of 6-car train and that in the case of 7-car train

經(jīng)過(guò)比較，7列編組的面積比6列編組的面積多165 m2，增加1.4%，增加的面積主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中單柱變雙柱寬度需要增加和車輛編組增加導(dǎo)致站臺(tái)加長(zhǎng)。

3.2 結(jié)構(gòu)比選

1)6列編組結(jié)構(gòu)形式采用單柱，見圖1。

2)7列編組結(jié)構(gòu)形式采用雙柱，見圖2。

3)采用6列編組時(shí)在結(jié)構(gòu)方面存在的問(wèn)題。①由于電氣專業(yè)設(shè)備擺放的需要，對(duì)房間布置有一定要求，梁的跨度達(dá)到11 m，而地鐵設(shè)計(jì)中梁的跨度一般小于10 m，再加上設(shè)備區(qū)荷載較大，因此梁的內(nèi)力也比較大，這樣將影響結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性、整體性。為了滿足結(jié)構(gòu)要求就需要增大截面、增加鋼筋含量，但這樣不但影響外形美觀，顯得很突兀，還不能滿足設(shè)備房間的凈空需求，增加成本。②為方便客流使用，公共區(qū)垂直電梯一般居中布置，但采用單柱設(shè)計(jì)時(shí)為了布置垂直電梯，就要截?cái)嗔?，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，埋下安全隱患。電梯井截?cái)嗔浩矫鎴D見圖3。

圖3 電梯井截?cái)嗔浩矫鎴DFig.3 Plan layout of beam cut due to installation of elevator shaft

4)采用7列編組的分析。①結(jié)構(gòu)上采用雙柱方案(見圖2)，避免了垂直電梯截?cái)嗔含F(xiàn)象的發(fā)生，保證了結(jié)構(gòu)的整體性，有利于結(jié)構(gòu)安全;增加了柱子，在保證內(nèi)力和凈空的情況下，減少了梁的跨度。②增加柱子的成本分析。以1根柱子為例:柱子尺寸800 mm× 1 300 mm×12 200 mm。

表3 1根柱子概算表Table 3 Cost of one column

表面來(lái)看增加柱子需要增加成本，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，地鐵站內(nèi)巨大的人流必然帶來(lái)巨大的商機(jī)，很多廠家愿意在地鐵站中做廣告，這些廣告收入是無(wú)可限量的，而柱子就是最好的載體，對(duì)于增加的廣告收入來(lái)說(shuō)這點(diǎn)成本是微乎其微的。

3.3 經(jīng)濟(jì)比較

見表4。

表4 經(jīng)濟(jì)比較表Table 4 Comparison and contrast in terms of cost

通過(guò)方案經(jīng)濟(jì)比較可以看到，6列編組變?yōu)?列編組，建筑成本提高28.5萬(wàn)，約0.15%，但經(jīng)濟(jì)指標(biāo)降低0.02萬(wàn)元/m2，相差不是很明顯;但增加一列編組就使地鐵系統(tǒng)的運(yùn)輸能力增加了17%，在一次性投資和長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)營(yíng)效益的綜合考慮上，還是優(yōu)選7列編組方案。

3.4 舒適度比較

目前，人們出行的交通方式選擇很多，為了提高地鐵的競(jìng)爭(zhēng)力，就要提高乘客乘車的舒適程度，在地鐵設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分重視這一點(diǎn)。目前我國(guó)地鐵設(shè)計(jì)都是按車廂內(nèi)每m2余富面積站立6個(gè)人計(jì)算，乘車條件要差一些。歐洲地鐵規(guī)定每m2站立4個(gè)人，莫斯科地鐵規(guī)定為4.5人。而地鐵增加1列編組就可以緩解車廂擁擠的現(xiàn)象。所以從舒適程度考慮，7列編組優(yōu)于6列編組。

4 案例分析

蘇州軌道交通2號(hào)線工程北起京滬高速鐵路蘇州站，南止石湖東路迎春南路東側(cè)，全長(zhǎng)26.557km，計(jì)算旅行時(shí)速為35 km，駛完全線為43 min左右。鑒于這條線路經(jīng)過(guò)蘇州的2個(gè)新城(平江新城和滄浪新城)、2大交通樞紐(高速鐵路蘇州站和蘇州火車站)、1大商業(yè)區(qū)(石路商業(yè)區(qū))，客流量可能會(huì)超過(guò)連接天平山和金雞湖東岸的1號(hào)線，因此，這一線路在建造之初，就預(yù)留了5輛編組的改造條件。其初步設(shè)計(jì)車輛編組調(diào)整方案近日獲批，2014年6月通車試運(yùn)營(yíng)后，每列列車將由原來(lái)的4輛編組改為5輛編組，最大載客量將從1 340人增加到1 690人。編組方案比較見表5。

表5 蘇州軌道交通2號(hào)線列車編組方案比較表Table 5 Comparison and contrast between 4-car train mode and 5-car train mode for Line 2 of Suzhou rail transit system

現(xiàn)在2號(hào)線決定向東延伸13.7 km到獨(dú)墅湖東面的星華街，與擬建通蘇嘉鐵路形成換乘，這樣，2號(hào)線建成后的客流量將進(jìn)一步增加。列車改為5輛編組后，不但可以滿足軌道交通2號(hào)線的遠(yuǎn)期客流輸送需求，還有利于保證乘客的舒適度，規(guī)避近期4輛編組、遠(yuǎn)期5輛編組車輛混跑可能產(chǎn)生的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)管理風(fēng)險(xiǎn)，更好地保障乘客的安全。

為了提高服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)效益，城市軌道交通的列車編組應(yīng)該隨著客運(yùn)量的增長(zhǎng)逐漸擴(kuò)編。

在對(duì)待列車編組問(wèn)題上，南京地鐵公司的決策值得借鑒。他們認(rèn)為客流量預(yù)測(cè)有不確定性，地下隧道也是城市的寶貴資源和財(cái)富，地鐵車站一旦建成就無(wú)法進(jìn)行改造?，F(xiàn)在多花一點(diǎn)投資，為地鐵今后發(fā)展多留一點(diǎn)余地是值得的。因此決定把地鐵2號(hào)線車站由可行性研究報(bào)告確定的5輛車編組改按6輛車編組設(shè)計(jì)［6］。

擴(kuò)大編組需要延長(zhǎng)地下車站的長(zhǎng)度，但是地下鐵道的隧道結(jié)構(gòu)一旦建成，改建十分困難，代價(jià)十分沉重。

地下資源不可再生，而我國(guó)地鐵發(fā)展快速，為防止反復(fù)擴(kuò)建改建，節(jié)約資源和成本，在設(shè)計(jì)初期就要預(yù)留余量，并充分考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃，為遠(yuǎn)期擴(kuò)大車輛編組預(yù)留空間。

5 結(jié)論與討論

7列編組克服了結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，雖然總建筑成本雖然有所增加，但可以通過(guò)其他途徑得到更多回報(bào)，而且由于其改善了人民群眾的出行環(huán)境，所以以7列編組作為推薦方案。

隨著人們“低碳環(huán)?！币庾R(shí)的不斷提高和地鐵交通網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，越來(lái)越多的人出行選擇地鐵這種便捷的交通工具，隨之而來(lái)的是客流量的暴增，已建成的地鐵線路已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，這就要求地鐵設(shè)計(jì)者在前期設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮遠(yuǎn)期客流，同時(shí)也要在前期可行性研究階段調(diào)研的時(shí)候，對(duì)遠(yuǎn)期客流的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)，充分考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，留出充足的余量。本著“以人為本”的設(shè)計(jì)理念和“高效”、“節(jié)約型”、“便捷型”的新地鐵運(yùn)營(yíng)模式，認(rèn)真分析，反復(fù)研究，以便選出最合理的車輛編組方式，造福于民。

［1］ 郭俊義.車輛編組預(yù)留影響因素分析［J］.城市軌道交通研究，2009(4):8－11.(GUO Junyi.Analysis of the influence factors over vehicle formation［J］.Urban Mass Transit，2009 (4):8－11.(in Chinese))

［2］ 吳俊泉.廣州市軌道交通三號(hào)線列車編組方式研究［C］//中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)隧道及地下工程分會(huì)地下鐵道專業(yè)委員會(huì)第十五屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.廣州:廣州市地下鐵道總公司建設(shè)事業(yè)部，2003.

［3］ 史明紅.無(wú)錫地鐵1號(hào)線車輛編組初探［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2011(2):66－68，72.(SHI Minghong.Discussion on vehicle marshalling of Wuxi Metro Line［J］.Modern Urban Transit，2011(2):66－68，72.(in Chinese))

［4］ 徐錦帆，梁廣深.地鐵列車編組分期實(shí)施的合理性及擴(kuò)編的可行性［J］.都市快軌交通，2007(2):1－5.(XU Jinfan，LIANG Guangshen.Rationality of staged implementation of metro train composition and feasibility of its subsequent enlargement［J］.Urban Rapid Rail Transit，2007(2):1－5.(in Chinese))

［5］ 宋健，馬成功.上海市軌道交通車輛選擇及列車編組若干問(wèn)題的探討［J］.城市軌道交通研究，2003(1):46－50.(SONG Jian，MA Chenggong.Vehicle selection and train consist［J］.Urban Mass Transit，2003(1):46－50.(in Chinese))

［6］ 梁廣深.縮短地鐵列車編組長(zhǎng)度對(duì)降低車站造價(jià)作用不大［J］.城市軌道交通研究，2003(6):17－19.(LIANG Guangshen.Reducing train length doesn’t cut the cost in metro station construction［J］.Urban Mass Transit，2003(6):17－19.(in Chinese))