葉佩文

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，710043，西安∥工程師)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，城市軌道交通線路長(zhǎng)度出現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，出現(xiàn)了超長(zhǎng)線路是難免的。速度目標(biāo)值也是城市軌道交通超長(zhǎng)線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的核心指標(biāo)。它直接影響土建規(guī)模及設(shè)備系統(tǒng)的選擇。速度目標(biāo)值的選擇與線路長(zhǎng)度、客流構(gòu)成、站間距離，以及服務(wù)水平等密切相關(guān)，過高或過低的速度目標(biāo)值都會(huì)給運(yùn)營(yíng)帶來不利的影響。過高的速度目標(biāo)值，會(huì)造成工程投資的增加，對(duì)站間距離并不大的線路會(huì)影響行車效率，對(duì)縮短運(yùn)行時(shí)分的效果并不明顯;而過低的速度目標(biāo)值，不利于吸引客流，同時(shí)會(huì)造成運(yùn)用車數(shù)的增加。因此，合理確定城市軌道交通超長(zhǎng)線路的速度目標(biāo)值，對(duì)運(yùn)營(yíng)組織意義重大。

R3 線是青島城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中“一環(huán)四線”的組成部分，全線在黃島區(qū)范圍內(nèi)，是通往董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的軌道交通快線。本工程線路起自青島市黃島區(qū)(即西海岸新區(qū))內(nèi)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的嘉陵江路站，經(jīng)由經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、靈山衛(wèi)影視文化產(chǎn)業(yè)區(qū)、新區(qū)中心區(qū)、古鎮(zhèn)口軍民融合創(chuàng)新示范區(qū)、董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)等5 個(gè)片區(qū)，線路所經(jīng)片區(qū)的規(guī)劃人口密集，形成了黃島區(qū)內(nèi)各組團(tuán)間及黃島區(qū)與青島主城區(qū)和紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)之間的主要客流走廊。R3 線全長(zhǎng)70.14 km，設(shè)車站22 座，是典型的城市軌道交通超長(zhǎng)線路。為其選擇合理的速度目標(biāo)值可以快速輸送乘客、縮短乘客出行時(shí)間，并提高城市軌道交通的整體服務(wù)水平。

1 速度目標(biāo)值選擇的宏觀分析

1.1 線路功能定位與速度目標(biāo)值選擇的關(guān)系分析

城市軌道交通線路依據(jù)所承擔(dān)的功能及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，可分為以下3 個(gè)層次:

1)城市組團(tuán)快線:聯(lián)系城市核心區(qū)與外圍組團(tuán)，或聯(lián)絡(luò)多個(gè)外圍組團(tuán)，以長(zhǎng)距離出行服務(wù)為主。其平均站間距離為2 ～3 km，最高速度一般為100 ～120 km/h。組團(tuán)快線將帶動(dòng)城市外圍組團(tuán)的建設(shè)與城市更新，促進(jìn)城市內(nèi)外一體化及城市多中心結(jié)構(gòu)的形成。

2)城市干線:聯(lián)系城市主要聚集節(jié)點(diǎn)及沿線片區(qū)，以中短距離出行服務(wù)為主。其平均站間距離約1 ～2 km，最高速度一般為 80 ～ 100 km/h。城市干線覆蓋城市主要客運(yùn)交通走廊，起到緩解城市交通壓力、促進(jìn)土地集約利用及促進(jìn)城市主要發(fā)展軸發(fā)展的作用。

3)城市局域線:聯(lián)系相鄰組團(tuán)或組團(tuán)內(nèi)部各片區(qū)，是城市干線和快線的補(bǔ)充線路，以中短距離出行服務(wù)為主。其平均站間距離約1 km，最高速度一般不大于80 km/h。城市局域線將在上層次線路基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加覆蓋，以緩解交通壓力，并加強(qiáng)外圍城區(qū)各片區(qū)間的聯(lián)系。

城市軌道交通長(zhǎng)距離線路一般屬于前兩類，即城市組團(tuán)快線或城市干線，速度目標(biāo)值一般在80 km/h 及以上。青島城市軌道交通R3 線南段連接董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)，北段銜接青島市的M1 線、M6 線和R2 線，在引導(dǎo)周邊區(qū)域發(fā)展的同時(shí)，與青島市西岸城區(qū)中的南北向線路形成換乘，以發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)化效應(yīng)。R3 線屬于城市組團(tuán)快線。經(jīng)定性分析，本項(xiàng)目速度目標(biāo)值宜優(yōu)先選擇100 ～120 km/h。

1.2 客流特征分析

根據(jù)R3 線客流預(yù)測(cè)結(jié)果，遠(yuǎn)期全日客流量達(dá)到59.66 萬人次，平均乘距16.5 km，高峰小時(shí)單向最大斷面流量為2.29 萬人次。R3 線共設(shè)22 座車站，其中經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)設(shè)車站4 座，靈山灣影視文化產(chǎn)業(yè)區(qū)共設(shè)車站5 座，新區(qū)中心區(qū)和古鎮(zhèn)口區(qū)共設(shè)車站7 座，董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)車站6 座。分析上述5 個(gè)片區(qū)之間聯(lián)系后，可統(tǒng)計(jì)出各片區(qū)客流之間的分布如表1所示。

表1 R3 線所經(jīng)各片區(qū)之間遠(yuǎn)期客流分布 人次

從表1 可以看出:5 個(gè)片區(qū)中董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)部出行量相對(duì)較大，占總客運(yùn)量的16.3%;新區(qū)中心區(qū)和古鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)部出行總量約占10.6%;其他2 個(gè)區(qū)內(nèi)部出行量占總客運(yùn)量的比例均在10%以下;新區(qū)中心區(qū)和古鎮(zhèn)區(qū)與其他3 個(gè)區(qū)之間的出行量都比較大，均占R3 線總客運(yùn)量的15%以上;靈山灣影視文化產(chǎn)業(yè)區(qū)是西海岸新區(qū)未來的中心，與經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和新區(qū)中心區(qū)之間的出行量均較大。

從客流特征來看，由于本項(xiàng)目是連接經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、靈山灣影視文化產(chǎn)業(yè)區(qū)、新區(qū)中心區(qū)、古鎮(zhèn)區(qū)及董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)的快速軌道交通線路，各片區(qū)之間距離相對(duì)較遠(yuǎn)，且各個(gè)片區(qū)的職住比相對(duì)平衡，所以區(qū)域之間交通出行量相對(duì)較少，致使本線客運(yùn)強(qiáng)度不高、平均運(yùn)距較長(zhǎng)。因此，本線需選用較高的速度目標(biāo)值來滿足乘客出行需求，同時(shí)使車輛性能也能得到較好發(fā)揮。

1.3 乘車時(shí)間目標(biāo)值分析

《青島市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整》(2014年)所提出的軌道交通層級(jí)體系在空間上對(duì)應(yīng)了不同范疇的交通圈層。現(xiàn)按交通圈層對(duì)各層次線網(wǎng)之間的銜接模式展開分析，交通圈層大致可分為以下3 個(gè)層次:

1)一日生活圈層:以青島為核心，加強(qiáng)都市圈內(nèi)及山東半島城市之間的軌道交通系統(tǒng)銜接，以高速鐵路與城際鐵路為支撐，實(shí)現(xiàn)生活休閑出行時(shí)間一日往返。

2)一小時(shí)通勤圈層:在距離青島市中心50 ～60 km 半徑范圍內(nèi)，依托城際鐵路和城市軌道交通快線，確保外圍組團(tuán)、新城(即墨城區(qū)、膠州城區(qū)、平度城區(qū)、萊西城區(qū)、董家口港城、膠州濱海新城、鰲山灣新區(qū)、空港新城、姜山新城、新河新城)的通勤出行1 h 到達(dá)青島中心城區(qū)。

3)中心城區(qū)內(nèi)部圈層:中心城區(qū)范圍內(nèi)為居民日常出行集中區(qū)域，即東岸城區(qū)、西岸城區(qū)、北岸城區(qū)之間依托城市軌道交通快線和市區(qū)軌道交通線路實(shí)現(xiàn)1 h 可達(dá)，各大核心區(qū)之間及大城區(qū)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)45 min 可達(dá)。

《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》［3］規(guī)定:“對(duì)超長(zhǎng)線路應(yīng)以最長(zhǎng)交路運(yùn)行1 h 為目標(biāo)，旅行速度達(dá)到最高運(yùn)行速度的45% ～50%為宜?！鼻鄭u市域的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃是為了引導(dǎo)青島城市空間拓展，促進(jìn)“1 h 交通圈”的形成。結(jié)合青島未來“依托主城、擁灣發(fā)展、組團(tuán)布局、軸向輻射”的城市空間發(fā)展戰(zhàn)略，滿足軸線上的“中心城市—次中心城市—重點(diǎn)鎮(zhèn)”形式的軌道交通需求已成為市域軌道交通線網(wǎng)的最基本需求。

R3 線是城市軌道交通快線，是聯(lián)系城市以及邊緣組團(tuán)的快速軌道交通系統(tǒng)。其將城市市區(qū)以外的多個(gè)點(diǎn)或塊與城市邊緣的交通接口連接起來，通過換乘也可以連接到城市中心。根據(jù)青島市規(guī)劃目標(biāo):青島城區(qū)將實(shí)現(xiàn)95%出行者的出行時(shí)間在45 min 之內(nèi)，到周邊縣市控制在1 h 左右。因此，R3 線時(shí)間目標(biāo)值可確定為:董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)至靈山彎影視文化產(chǎn)業(yè)區(qū)的出行時(shí)間可定在45 min 之內(nèi)，至經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)1 h 左右。

2 速度目標(biāo)值選擇方案

2.1 R3線速度目標(biāo)值方案

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，結(jié)合本線功能定位、客流特征分析及車站分布情況，本線最高運(yùn)行速度目標(biāo)值將分別按 80 km/h、100 km/h、120 km/h 三個(gè)方案設(shè)立。

2.2 不同速度目標(biāo)值方案對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響

2.2.1 對(duì)乘車時(shí)間目標(biāo)值的適應(yīng)性分析

R3 線客流平均運(yùn)距長(zhǎng)，且線路起終點(diǎn)間的長(zhǎng)途客流比例大。實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，在行車量較小的平峰時(shí)段可開行部分大站?？燔?，以滿足跨組團(tuán)、遠(yuǎn)距離客流需求;運(yùn)距較短的客流由站站停列車兼顧。

根據(jù)列車牽引模擬計(jì)算，采用3 節(jié)動(dòng)車1 節(jié)拖車的4 輛編組列車在不同速度目標(biāo)值方案下的旅行時(shí)間見表2。

表2 不同速度目標(biāo)值方案運(yùn)營(yíng)時(shí)分比較表

由表2 可知，120 km/h 方案與 100 km/h 方案相比站站停列車節(jié)省約5.3 min，大站停列車節(jié)省6.7 min;120 km/h 方案與80 km/h 方案相比站站停列車節(jié)省約12.8 min，大站停列車節(jié)省15.4 min。120 km/h 方案大站停列車旅行時(shí)間較站站停列車節(jié)省 8.7 min。

120 km/h 方案大站停列車全線總旅行時(shí)間在60 min 以內(nèi)，與 100 km/h、80 km/h 方案相比有一定優(yōu)勢(shì)。結(jié)合不同乘距的客流出行比例分析，采用120 km/h 最高運(yùn)營(yíng)速度目標(biāo)方案能夠較好地適應(yīng)本線乘車時(shí)間目標(biāo)的需求。

2.2.2 運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)分析

經(jīng)列車牽引模擬計(jì)算，3 節(jié)動(dòng)車1 節(jié)拖車的4輛編組列車在不同速度目標(biāo)值方案下的各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 不同速度目標(biāo)值方案的運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)分析表

由表3 可見:站站停列車120 km/h 方案較100 km/h方案每列次車全線能耗增加約45 kW·h，旅行速度提高約 4. 7 km/h;120 km/h 方案較80 km/h方案每列次車全線能耗平均增加約78k W·h，旅行速度提高約10.3 km/h;120 km/h方案與100 km/h 方案相比，大站停列車能耗增加約44 kW·h，旅行速度提高約7.7 km/h;120 km/h方案與80 km/h方案相比，每列次車全線能耗平均增加約73 kW·h，旅行速度提高約15.5 km/h。由此可見，120 km/h 方案具有速度優(yōu)勢(shì)，且更適合開行大站?？燔?。

2.2.3 大站快車越行站站停慢車分析

本線初、近、遠(yuǎn)期高峰小時(shí)開行對(duì)數(shù)分別為18對(duì)/h、27 對(duì)/h、30 對(duì)/h，列車按大小交路運(yùn)行，開行比例為2∶1。大交路為嘉陵江路站—董家口火車站，小交路為嘉陵江路站—大珠山站。大站快車越行站站停慢車會(huì)對(duì)站站停慢車運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)生較大影響。

經(jīng)模擬鋪畫列車運(yùn)行圖，120 km/h 方案按每列站站停列車允許被越行2 次考慮，則當(dāng)通過能力為大交路開行14 對(duì)/h(大站停和站站停列車各占一半)、小交路開行6 對(duì)/h 時(shí)，大站停列車旅行時(shí)間較站站停列車節(jié)省8. 7 min(站站停列車不被越行時(shí));站站停列車由于被大站停列車越行，則旅行時(shí)間又需增加8.6 min。100 km/h 方案按每列站站停列車允許被越行2 次考慮，則當(dāng)通過能力為大交路開行13 對(duì)/h、小交路開行7 對(duì)/h 時(shí)，大站停列車旅行時(shí)間較站站停列車節(jié)省7.3 min(站站停列車不被越行時(shí));站站停列車被大站停列車越行時(shí)，則旅行時(shí)間又需增加8.9 min。

經(jīng)綜合分析，大站快車越行站站停列車情況下的運(yùn)輸能力無法滿足近、遠(yuǎn)期高峰時(shí)段的運(yùn)輸需求，采用越行方式雖然可以適當(dāng)提高運(yùn)輸能力，但使站站停列車運(yùn)輸質(zhì)量降低，且部分車站需設(shè)置越行線，增加了工程投資。因此，本工程建議不采用大站快車越行站站停慢車方案，本文也不再展開研究。

2.3 不同速度目標(biāo)值方案的站間距適應(yīng)性分析

《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》的條文說明中也闡述了速度目標(biāo)值與站間距的關(guān)系如下:

1)車輛的最高速度目標(biāo)值定為80 km/h 時(shí)，站間距大部分在 1. 2 ～ 1. 5 km，可以滿足旅行速度35 km/h;站間距大部分在 2.0 ～ 2.5 km 時(shí)，可以滿足旅行速度40 ～45 km/h。

2)車輛的最高速度目標(biāo)值定為100 km/h 時(shí)，站間距離在 2. 5 ～ 3. 0 km，可以滿足旅行速度 45 ～55 km/h。

3)對(duì)于站間距普遍大于3.0 km 的線路(可能屬于城郊組團(tuán)之間的快速線路)，可以追求最高速度≥120 km/h，可有效提高旅行速度≥60 km/h。

由此可見，列車的旅行速度與站間距關(guān)系密切，速度目標(biāo)值選擇時(shí)應(yīng)考慮與車站分布相匹配，不盲目追求列車的最高運(yùn)行速度。在站站停運(yùn)營(yíng)方式下，列車在每個(gè)區(qū)間都要作加減速運(yùn)營(yíng)，列車運(yùn)行速度越高，起動(dòng)和制動(dòng)距離就越長(zhǎng)。在站間距一定的條件下，速度目標(biāo)值選擇過小，則列車加速時(shí)間短、旅行速度低、旅行時(shí)間加長(zhǎng);速度目標(biāo)值選擇過大，則導(dǎo)致列車還沒有運(yùn)行到最高速度或以最高速度運(yùn)行極短時(shí)間后就開始減速，造成浪費(fèi)。本工程全線站間距離情況見表4。

由表4 可知，本線站間距離大于3 km 的區(qū)間較多，占線路全長(zhǎng)的比例高達(dá)61.5%，平均站間距在3.32 km 以上，對(duì)采用較高速度目標(biāo)值的適應(yīng)性較好。

表4 R3 線站間距離分布表

2.4 不同速度目標(biāo)值方案的經(jīng)濟(jì)性分析

不同速度目標(biāo)值方案的經(jīng)濟(jì)性可按以下幾個(gè)方面分析:

1)土建工程:速度目標(biāo)值的選擇對(duì)土建工程的影響較大，速度目標(biāo)值越高，要求的建筑限界也越大。對(duì)于地下線來說，則應(yīng)根據(jù)乘客的舒適度標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)列車車輛密封性指標(biāo)和區(qū)間隧道斷面的阻塞比來校核隧道斷面的凈空面積，并需適當(dāng)增加斷面尺寸;對(duì)于高架線來說，本工程采用單線U 梁并置方案，線間距變化不大，其相應(yīng)梁寬度變化也不大，所以下部結(jié)構(gòu)的橋墩、基礎(chǔ)承重等變化不大。經(jīng)研究，本工程因大部分線路為高架橋梁，120 km/h 方案較100 km/h 方案(其與80 km/h 方案相當(dāng))土建工程投資增加約3.8 億元。

2)車輛購(gòu)置費(fèi):由于不同速度目標(biāo)值方案的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行速度不同，運(yùn)用車數(shù)和車輛購(gòu)置費(fèi)均有不同，具體見表5。由表5 可知，遠(yuǎn)期120 km/h方案較100 km/h 方案減少運(yùn)用車32 輛，較80 km/h 方案減少運(yùn)用車76 輛;遠(yuǎn)期120 km/h 方案較100 km/h 方案節(jié)省車輛購(gòu)置費(fèi)8 800 萬元，較80 km/h方案節(jié)省車輛購(gòu)置費(fèi)22 800 萬元。

表5 不同速度目標(biāo)值方案的遠(yuǎn)期運(yùn)用車數(shù)和車輛購(gòu)置費(fèi)比較表

3)供電系統(tǒng):不同速度目標(biāo)值方案在主變電所分布、中壓環(huán)網(wǎng)構(gòu)成、牽引網(wǎng)配置上基本相同，隨著速度目標(biāo)值的提高，牽引變電所設(shè)置數(shù)量及設(shè)備容量必須增加。經(jīng)研究，120 km/h 方案較100 km/h方案和80 km/h 方案供電系統(tǒng)投資增加約0. 55億元。

4)其他相關(guān)設(shè)備系統(tǒng):對(duì)于軌道系統(tǒng)，地下線和高架線均采用整體道床，對(duì)于不同速度目標(biāo)值方案的軌道設(shè)備差別不大;對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外信號(hào)系統(tǒng)實(shí)際情況和對(duì)信號(hào)系統(tǒng)供貨商不同制式設(shè)備的調(diào)查，80 km/h、100 km/h、120 km/h 方案本身并無實(shí)質(zhì)性的變化，但80 km/h、100 km/h 速度目標(biāo)值方案有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，120 km/h 速度目標(biāo)值方案的相關(guān)設(shè)備還需作進(jìn)一步研發(fā)、試驗(yàn);對(duì)站臺(tái)屏蔽門、車站設(shè)備等不同的速度目標(biāo)值方案對(duì)設(shè)備強(qiáng)度或規(guī)格要求有所不同，但對(duì)投資影響很小。因此，不同速度目標(biāo)值方案對(duì)軌道、信號(hào)、站臺(tái)屏蔽門、車站等設(shè)備工程的影響較小。

經(jīng)綜合分析，在考慮遠(yuǎn)期車輛購(gòu)置費(fèi)的前提下，120 km/h 方案較100 km/h 方案綜合投資增加約3.47 億元，120 km/h 方案較80 km/h 方案的綜合投資增加約2.07 億元，從城市軌道交通綜合經(jīng)濟(jì)性角度分析，120 km/h 方案的工程投資增加并不十分明顯。

3 結(jié)論

通過以上分析，在 80 km/h、100 km/h、120 km/h 最高運(yùn)營(yíng)速度目標(biāo)值方案中，120 km/h 的最高運(yùn)營(yíng)速度目標(biāo)值方案對(duì)乘車時(shí)間目標(biāo)值和站間距的適應(yīng)性較好，具有達(dá)速距離較長(zhǎng)、全線運(yùn)行時(shí)間省的優(yōu)勢(shì)，也能滿足規(guī)劃的乘車時(shí)間目標(biāo)值要求，且在運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)上有明顯的優(yōu)勢(shì)，雖土建及設(shè)備系統(tǒng)投資均有所增加，在考慮遠(yuǎn)期車輛購(gòu)置費(fèi)的前提下，120 km/h 方案的工程投資增加并不明顯。綜上所述，推薦青島城市軌道交通R3 線采用120 km/h 的最高運(yùn)營(yíng)速度目標(biāo)值。

［1］GB 50157—2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50490—2009 城市軌道交通技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］建標(biāo)104—2008 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］沈景炎.關(guān)于城市軌道交通線路長(zhǎng)度的研究和討論［J］. 都市快軌交通，2008(4):5.

［5］強(qiáng)士盎.城市軌道交通超長(zhǎng)線路速度目標(biāo)值選擇淺析［J］. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(5):20.

［6］馬晉.短距離城際軌道交通工程速度目標(biāo)值的選擇［J］. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(10):22.

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［10］北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司. 青島市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整(2014年)［R］. 北京:北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，2014.

［11］薛新功，饒雪平.城市群城際軌道交通功能定位及速度目標(biāo)值分析［J］.城市軌道交通研究，2013(2):1.