李耘蘢 徐紅星

（中鐵合肥新型交通產(chǎn)業(yè)投資有限公司，合肥 231600）

市域鐵路也被稱為市郊鐵路或者市域（郊）鐵路，主要服務(wù)于城市與郊區(qū)、中心城市與衛(wèi)星城、重點城鎮(zhèn)間等，設(shè)計速度一般為100～160 km·h-1，具有快速、高密度、公交化運營的特點，承擔(dān)著市域范圍內(nèi)“點到點”中短途客流運輸?shù)娜蝿?wù)。市域鐵路客流強度介于城際鐵路與城市軌道交通之間。目前，市域鐵路的建設(shè)呈增長趨勢。全面認識市域車輛的特點和定位顯得尤為重要，能夠避免選型和應(yīng)用存在偏差。若采用與客流走廊不匹配的車輛，將會顯著降低線路的技術(shù)經(jīng)濟性或犧牲項目的功能性[1]。在市域鐵路建設(shè)初期，多種形式的問題可能交叉呈現(xiàn)，但隨著建設(shè)經(jīng)驗的豐富、車輛技術(shù)的成熟、設(shè)計標準的完善等一系列規(guī)范措施，市域鐵路的建設(shè)邊界越來越清晰。

1 市域車輛的類型

1.1 市域車輛的定義

2017年，國家發(fā)改委下發(fā)《關(guān)于促進市域（郊）鐵路發(fā)展的指導(dǎo)意見》后，國內(nèi)市域鐵路進入了快速發(fā)展期。為了明確市域鐵路的建設(shè)邊界，各協(xié)會和地方都開始起草相關(guān)設(shè)計標準，以明確市域車輛的定義，具體定義如表1所示。

比較典型的市域鐵路項目如溫州S1/S2、臺州S1、寧滁城際（S4）、成都18號線、廣州18號線等，車輛遵從GB/T 37532和TCCES2標準的定義。從TCRSC0101和T_CAMET 01001標準的定義來看，市域范疇又有一定延伸，城際、城軌間等又存在一定的交叉情景。

1.1.1 往城軌領(lǐng)域的延伸

在傳統(tǒng)的地鐵車輛A型車或B型車基礎(chǔ)上，車輛速度由80 km·h-1提升至100～120 km·h-1，通常連接城市中心樞紐到郊區(qū)組團，如南京機場線（S1）、寧天城際（S8）、寧和城際（S3）、寧高城際（S9）、寧溧城際（S7）、寧句城際（S6）、杭州杭臨城際、杭海城際、杭富城際、杭紹城際以及上海16號線等。

1.1.2 往城際鐵路的延伸

城際鐵路采用由國家鐵路局頒發(fā)型號許可和制造許可的動車組，包括CRH6（中車四方和中車浦鎮(zhèn)）、CJ6（中車株機）、CJ5（中車長客）以及CJ3（中車唐山）等型號。城際鐵路均在高速動車組基礎(chǔ)上進行了適應(yīng)性調(diào)整，建設(shè)和運營主體多為國家鐵路部門或納入國家鐵路部門管理的項目公司，線路通常由新線建設(shè)或既有國家鐵路改造，如上海金山線、長株潭城際以及廣珠城際等。

1.2 市域車輛的選型原則

根據(jù)國內(nèi)外城市軌道交通車輛選型的經(jīng)驗，結(jié)合中國市域鐵路的相關(guān)政策、發(fā)展理念以及現(xiàn)有的市域車輛技術(shù)標準，提出以下市域車輛選型的主要原則。

1.2.1 適應(yīng)市域鐵路功能定位要求

《關(guān)于促進市域（郊）鐵路發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改基礎(chǔ)〔2017〕1173 號）中提出“要根據(jù)市域（郊）鐵路的需求特征、服務(wù)對象、服務(wù)范圍等，合理把握其功能定位”。因此，在選擇車型時，應(yīng)使車型符合市域（郊）鐵路的技術(shù)定位[2]。同時，車輛的選型應(yīng)以滿足客運量為前提，并以設(shè)計遠期單向高峰小時最大斷面客流量為最終擴容目標。

1.2.2 符合維修技術(shù)資源共享

市域車輛選型時，要統(tǒng)籌兼顧，控制車輛制式的類型，實現(xiàn)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中車輛、維修設(shè)備以及人力資源等的資源共享[3-4]，同時兼顧遠期軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營需求，考慮車輛配套設(shè)施的兼容性。

1.2.3 兼顧成本因素

綜合功能需求、建設(shè)投資和運營成本，選擇壽命周期成本低的車輛。由于各種車型的特性不一樣，必須結(jié)合工程實踐，全面分析不同的影響因素，綜合比選車型、供電制式等。

1.2.4 適應(yīng)多樣化的運營模式

市域鐵路有非常明顯的客流特征，如：在上下班高峰期客流很大，但平峰期客流較??；樞紐站點客流很大，但沿途站點客流較小。同時，其運營模式在不同時期也會存在一定不同，需要車輛性能既能滿足一站直達式的連續(xù)運營模式，又能滿足站站停的運營模式。

1.2.5 規(guī)避車輛選型和應(yīng)用的潛在風(fēng)險

在具體的產(chǎn)品選型和設(shè)計工作中呈現(xiàn)出的個別問題值得分析和探討，在實際應(yīng)用項目中應(yīng)盡量規(guī)避潛在風(fēng)險。例如：針對GB/T 37532標準中定義的市域A型、B型及D型車輛，以及市域B型車的可實現(xiàn)性、市域D型車質(zhì)量控制的可實現(xiàn)性、互聯(lián)互通的可實現(xiàn)性等問題。

2 基于交流25 kV供電的市域B型車輛的可實現(xiàn)性

根據(jù)GB/T 37532標準，市域B型車輛可以采用交流25 kV或直流1 500 V供電，定距為12 600 mm。 但是在具體的車輛設(shè)計工作中，如果是基于交流25 kV 供電制式，將會存在一些問題。

2.1 從車輛設(shè)備布置的角度

采用交流25 kV供電制式，相對直流1 500 V來說，多出了降壓、整流環(huán)節(jié)，也會相應(yīng)地多出變壓器，且變流器箱體更大。市域B型車輛12 600 mm的定距較小，使得車下設(shè)備布置困難。圖1給出了帶變壓器、變流器的兩節(jié)車設(shè)備布置分析，顯然設(shè)備無法正常布置。

2.2 從國內(nèi)車輛運用的角度

重慶市郊鐵路跳磴至江津線車輛采用交流25 kV和直流1 500 V的雙流制供電制式，在車輛選型時，并沒有采用市域B型車輛，而是只采用了B型車輛的長度，同時設(shè)計了13 400 mm的定距，稱之為As型車輛，滿足了車輛與交流25 kV供電制式的適應(yīng)性。國內(nèi)其他適應(yīng)交流25 kV的軌道交通車輛定距均在 15 700 mm及以上。GB/T 37532標準中定義的基于交流25 kV供電制式的市域B型車輛因為存在適應(yīng)性問題，尚未應(yīng)用到實際項目中。

2.3 從國內(nèi)標準定制的角度

GB/T 37532—2019、TCCES2—2017、DB33T1160—2018、T_CAMET 01001—2019等標準都定義了交流市域B型車，而中國鐵道學(xué)會發(fā)布的TCRSC 0101—2016市域鐵路設(shè)計規(guī)范中并未定義市域B型車，僅僅定義了市域A/D/CRH這3種車型，顯然該標準的定義已考慮了實際工程化的運用。

上述分析均是基于業(yè)內(nèi)常規(guī)的車輛平臺和設(shè)備廠家提供的設(shè)備尺寸，很難在12 600 mm定距的B型車輛上安裝交流25 kV的電氣設(shè)備，可實現(xiàn)性較低。在不考慮經(jīng)濟性的前提下，突破車輛及電氣部件的傳統(tǒng)平臺，可以考慮從以下幾個角度同時進行升級設(shè)計，最終布置效果如圖2所示。

（1）重新開發(fā)牽引設(shè)備，進一步縮小變流器、變壓器的尺寸，使設(shè)備高度集成化。

（2）取消高壓箱，犧牲設(shè)備維護性，使高壓設(shè)備不再安裝于車下，而是分散安裝在車頂。

（3）取消附加風(fēng)缸，重新開發(fā)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，將附加風(fēng)缸集成于構(gòu)架內(nèi)部腔體。

（4）犧牲客室部分空間及乘車舒適性，將部分設(shè)備如輔助升弓設(shè)備、高壓安全互鎖等設(shè)備布置于車內(nèi)。

通過上述分析，對車輛平臺進行了改動，在尚未考慮箱體周邊需要預(yù)留足夠通風(fēng)散熱空間的情況下，理論上具備B型車輛與交流25 kV的電氣設(shè)備的兼容性，但需要付出較大的技術(shù)成本，且犧牲了很多設(shè)備的可維護和可操作性，因此在選擇基于交流25 kV供電制式的市域B型車輛時還需慎重評估考慮。

3 關(guān)于極端工況下市域D型車輛軸重控制的可實現(xiàn)性

基于GB/T 37532標準定義的市域D型車輛的軸重應(yīng)控制在17 t以內(nèi)，對市域D型車輛的質(zhì)量控量提出了很高的要求。以行業(yè)中空鋁合金車體的質(zhì)量控制為例，動車質(zhì)量控制較好的在48 t，拖車質(zhì)量控制較好的在46 t。因此，在極端工況下，市域D型車的軸重能否控制在標準范圍內(nèi)值得分析和探討。極端工況包括：AW3載客工況對站席定義為每平米9人；車輛的門設(shè)置較多（如中間車設(shè)置6套雙開門）；車輛不設(shè)置衛(wèi)生間和工具間；車輛端部設(shè)置縱排座椅；車輛配置齊全，包括壓力波探測、設(shè)備艙、智能監(jiān)測設(shè)備等[5]。本文以4節(jié)編組（Mc+T+T+Mc）市域D型車設(shè)計為例，平面布置圖如圖3所示，對應(yīng)的載客量如表2所示。完成車輛設(shè)計后，通過質(zhì)量控制和質(zhì)量計算，最終設(shè)計的軸重如表3所示。

表2 各種工況下的載客量

表3 各種工況下的最大軸重

通過上述車輛布置及軸重的設(shè)計，能夠滿足在極端工況下控制市域D型車輛的軸重小于等于17 t的要求，具有可實現(xiàn)性，但設(shè)計余量非常小。在以下更極端的情況下，軸重將很難控制：進一步減少橫排座椅，增加縱向座椅，從而增加站立面積；進一步增加車門數(shù)量，從而增加站立面積；進一步增加車輛設(shè)備，如帶水箱的高壓細水霧噴淋滅火系統(tǒng)等。

在項目執(zhí)行過程中，極端工況下的市域D型車輛的質(zhì)量控制非常重要，對設(shè)備的選型、材料的運用、座椅布置等方面都提出了一定要求。通過對市域D型車輛的設(shè)計，現(xiàn)提出以下幾點建議：第一，車輛非全隧道運營時，建議不增加設(shè)備艙及壓力波檢測設(shè)備等，以降低車輛自重；第二，在滿足上下車時間和乘客疏散需求的前提下，建議減少車門的數(shù)量，以減少門區(qū)站立面積；第三，市域車輛作為長距離通勤工具，超員載客不建議按照每平米9人，應(yīng)兼顧舒適性，在客流預(yù)測及列車數(shù)量配置時，控制在每平米6人左右；第四，若線路有經(jīng)過交通樞紐，可以考慮在車輛端部設(shè)置大件行李架，從而在提高車輛人性化的同時，減小站立面積；第五，在項目設(shè)計時，遇到市域D型車輛超軸重時，應(yīng)從降低自重、調(diào)整設(shè)備布置及減少站立面積等維度進行設(shè)計。另外，若采取的方法是不斷壓縮站立面積，則采用D型車輛的選型決策已經(jīng)失去意義，建議考慮市域A型車輛，從根本上解決問題。

4 互聯(lián)互通的可實現(xiàn)性

4.1 概述

在市域項目的前期規(guī)劃階段，有較多的客戶提到“互聯(lián)互通”或“三網(wǎng)融合”“四網(wǎng)融合”等概念，希望市域鐵路能與干線、城軌范圍的其他線路完全聯(lián)通，使市域車輛可以無障礙通行到其他線路上。對于市域鐵路而言，一種是與城際鐵路及其他干線鐵路互聯(lián)互通，另一種是與城市地鐵互聯(lián)互通。若這兩類互聯(lián)互通能夠?qū)崿F(xiàn)，會使跨市域出行的便捷度大大提高，對于縮短乘客換乘接駁時間、提高直達率具有重要意義。但是，從供電制式、限界、信號等多個技術(shù)因素的角度來分析，這兩類互聯(lián)互通的實現(xiàn)存在困難。

4.2 供電制式

城市地鐵普遍采用直流1 500 V的供電制式，而城際及其他干線鐵路通常采用交流25 kV的供電制式。若要實現(xiàn)市域鐵路互聯(lián)互通，必須要使供電制式一致或者車輛兼容這兩種供電制式。隨著技術(shù)的發(fā)展，交直兩用的“雙流制”車輛解決了牽引供電兼容問題，如重慶市郊鐵路跳磴至江津線車輛就采用了交流 25 kV和直流1 500 V的雙流制。

一般情況下，市域車輛采用雙流制，除了要考慮更高水平的技術(shù)因素，還要考慮車輛適應(yīng)更寬的運營速度范圍。同時，線路的速度目標值也會直接影響牽引供電系統(tǒng)選擇及供電能力設(shè)計。從車輛最佳功率配置、弓網(wǎng)受流質(zhì)量和實際工程應(yīng)用情況分析，供電制式與速度等級的匹配如表4所示。

表4 不同速度等級對牽引供電制式選擇的影響

從表4可以看出，雙流制車輛既要適應(yīng)直流供電制式的低速范圍，又要適應(yīng)交流供電的高速范圍，因此雙流制市域車輛的選型和設(shè)計往往要適應(yīng)120～160 km·h-1甚至更寬的運營速度范圍。

4.3 限界條件

互聯(lián)互通線路首要的任務(wù)是統(tǒng)一建筑限界，以適應(yīng)車輛等設(shè)備的尺寸差異。對于不同限界標準的線路，國外一般采用單向過軌的方式運營，即形體小的車輛可以跨線運行到形體大的車輛線路上。建筑限界方面，最容易實現(xiàn)互聯(lián)互通的是市域A型車輛。市域A型車輛可以與車寬相同的地鐵A型車輛互聯(lián)互通，也具備在城際鐵路上過軌運行的條件[6]。若采用市域D型車輛，由于其車體更寬（3.3 m），將無法與地鐵互聯(lián)互通，但具備與城際鐵路互聯(lián)互通條件。

4.4 信號模式

目前，城市地鐵采用的信號系統(tǒng)主要包括基于數(shù)字軌道電路的列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）、環(huán)線通信列車自動控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control System，CBTC）、無線CBTC系統(tǒng)、點式列車自動防護子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）和列車自動運行系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）。國家鐵路線主要采用CTCS-0、CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)，珠三角城際鐵路采用的系統(tǒng)為CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)。

從互連互通性來看，城市地鐵的幾種信號制式均不能滿足完全的互聯(lián)互通，由于目前尚無通用的、完整的技術(shù)體系，以各系統(tǒng)提供商的技術(shù)體系為主，難以做到CBTC系統(tǒng)下完全互聯(lián)互通，市場開放度低。但隨著技術(shù)的發(fā)展，它們的互通性在一定的限定條件下存在可能性，如2019年重慶軌道交通5號線CBTC互聯(lián)互通系統(tǒng)示范項目正式進入試運行，表明我國城市軌道交通信號系統(tǒng)進入互聯(lián)互通時代。國鐵線CTCS系列信號系統(tǒng)建立在統(tǒng)一、標準的體系下，具備較好的系統(tǒng)兼容性，易于實現(xiàn)市域鐵路網(wǎng)內(nèi)或者與國鐵交通線網(wǎng)的互聯(lián)互通[7]。

從工程的經(jīng)濟性來看，城市地鐵的幾種制式明顯高于國鐵制式。同一項目的信號工程造價，城市地鐵制式一般高于國鐵制式2倍以上。從目前的維護實踐來看，城軌的維護量、維護成本均高于國鐵線，且CTCS系列具有完整的技術(shù)體系，能實現(xiàn)列車的互聯(lián)互通和資源共享，市場開放程度高[8]。因此，新建市域鐵路需要與城際鐵路互聯(lián)互通，必須采用CTCS系列，如CTCS-2+ATO。若市域鐵路與城市地鐵互聯(lián)互通，必須在設(shè)計規(guī)劃互聯(lián)互通線路時，做好不同系統(tǒng)提供商間CBTC信號系統(tǒng)的兼容性。

4.5 其他互通需求

要實現(xiàn)市域車輛運行到城際、城軌線路上的互聯(lián)互通，需要具備一定的過軌客流需求。只有當(dāng)都市圈內(nèi)的客流需求及特征滿足一定的條件時，才有實施互聯(lián)互通一體化運營的必要，才能發(fā)揮列車過軌運營的優(yōu)勢。

市域鐵路與城際鐵路或城市地鐵線路互聯(lián)互通，涉及的其他兼容問題包括市域鐵路運輸組織（國鐵上線條件、輔畫運行圖技術(shù)條件、線路行車規(guī)定等）、運營管理（票務(wù)系統(tǒng)設(shè)計、站廳站臺設(shè)置方案、運營指揮調(diào)度、站臺門等）、系統(tǒng)能力（折返能力、區(qū)間通過能力、信號設(shè)備允許能力）、聯(lián)絡(luò)線修建方案以及車站布置方案等。其中，國鐵上線條件又包括城際列車編組輛數(shù)及到發(fā)線有效長度、運行時段、停站及越行方案、配線設(shè)置等。

4.6 實現(xiàn)互聯(lián)互通的要點

通過分析上述互聯(lián)互通的因素，要實現(xiàn)城際線路與城市軌道交通線路的互聯(lián)互通。理論上，市域A型車輛具備條件，滿足的要點包括：限界能夠滿足城軌A型車輛的限界條件；供電采用雙流制模式，在城軌線路上采用直流1 500 V， 在城際線路上采用交流25 kV；信號采用CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種信號模式的切換；車輛技術(shù)在城軌A型車輛的基礎(chǔ)上進行雙流制、多模信號控制的升級；運營管理上要有更多的統(tǒng)一管理機制，以確保統(tǒng)一和安全。

為實現(xiàn)以上各個條件下的互聯(lián)互通，顯然要付出較大的代價。若考慮廣義上的互聯(lián)互通，即通過換乘的方式來實現(xiàn)，則要劃算得多。現(xiàn)實項目中，可以在如何更加方便換乘方面不斷進行優(yōu)化。

5 結(jié)語

隨著市域鐵路的功能更加明晰、建設(shè)更加規(guī)范，市域車輛的選型應(yīng)充分考慮國家發(fā)改委等部門的指導(dǎo)意見，既要具備大載客量、快起快停、快速乘降等地鐵車輛的優(yōu)點，又要擁有速度快、舒適性高等城際動車組的優(yōu)勢，以滿足市域鐵路“快速、大運量、公交化、乘坐舒適”等運營需求。在項目規(guī)劃和執(zhí)行過程中：實現(xiàn)基于交流25 kV供電制式的市域B型車輛較困難，應(yīng)盡量避免；在存在極端工況的運營線路中，選擇市域D型車輛存在軸重控制困難的問題，可考慮選擇市域A型車輛；關(guān)于互聯(lián)互通，理論上市域A型車輛可以實現(xiàn)，實際應(yīng)用中考慮以換乘的方式來實現(xiàn)互聯(lián)互通更具可行性。