都市圈轨道交通车辆选型研究

尹仁发

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

1 概述

目前，我国都市经济圈一体化和城市化进程正加快发展，各发达地区网络化大都市服务的范围不断扩大。为了提高区域经济的整体竞争力，充分发挥中心城市的辐射功能和各城市间的互补功能，必须要突破行政区划的羁绊，对区域资源进行整合。而交通基础设施的一体化是区域经济一体化的基础，可以全面提高大都市经济圈间的通达性和经济活力。因此，各地政府均明确提出构建都市圈内部交通网络——规划建设都市圈轨道交通系统。环渤海、珠三角、长三角等经济发达地区的主要城市均在编制自己的都市圈轨道线网规划，例如杭州、合肥、重庆等大城市。

在都市圈轨道线网规划中，车辆型式的选择将直接影响着项目工程的投资、项目的难易程度、后续线网发展的可持续性，因此有必要在规划阶段做好车辆选型工作。

2 都市圈轨道交通特点

传统干线铁路以承担区域对外长距离客流为主，城际轨道交通和公路以承担区域内部中长距离客流为主，城市轨道交通以服务城市内的居民出行为主。而都市圈轨道交通则以承担都市圈范围内中短距离客流为主。都市圈轨道交通具备表1中的特点。

都市圈轨道交通与城市轨道交通方式是既分工又合作的关系，服务对象、轨道制式、旅行速度各不相同，分工明确，二者是区域内不可或缺的交通基础设施。都市圈轨道交通是都市圈内综合交通系统的骨干，城市轨道交通是城市综合交通的骨干，二者相互配合、相互补充，共同促进区域内城市之间的合理集聚和分工。都市圈轨道交通有助于形成区域内合理的综合交通体系，满足不同层次的旅客需求，加强中心城市的辐射能力。

表1 都市圈轨道交通特点

3 都市圈轨道交通车辆选型研究

一般而言，都市圈轨道交通线路两端连接的是大都市及其周边的发达卫星城市，线路经过地区是城市的繁华地段、核心区，因此线路敷设一般均以地下隧道或地面高架为主。

目前，我国轨道交通项目车辆制式按车辆走行部分与行驶轨道之间的匹配关系区分为:钢轮、胶轮、独轨、磁悬浮和轮轨制式的特例——线性电机等。根据国内铁路发展情况，综合考虑建设成本和运能需求和线网衔接等因素，都市圈轨道交通推荐采用传统的钢轮钢轨制式。

在钢轮钢轨制式下，又存在国铁、地铁/轻轨、现代有轨电车等多种车辆型式。本文将结合都市圈轨道交通项目特点，做逐一分析研究。

3.1 国铁模式

3.1.1 国铁模式下车辆型式的选择。

目前，国铁旅客运输所采用的车辆型式一般分为2种，一种是采用动力集中式列车，另外一种是采用动车组，而根据牵引种类的不同，又分为内燃牵引和电力牵引2种。

结合动力形式和牵引种类，国铁车辆型式可分为:

(1)动力集中式内燃牵引列车;

(2)动力集中式电力牵引列车;

(3)内燃动车组;

(4)和谐号电力动车组。

关于上述4种车辆型式的选择分析详见表2。

表2 国铁模式下车辆选型的比较分析

3.1.2 国铁和谐号动车组简介

线路若选用国铁模式，应选用和谐号动车组。因此，本节重点介绍一下国内现行和拟生产的动车组。

(1)国铁现运营CRH动车组

中国铁路开行的 CRH动车组型号有 CRH1，CRH2，CRH3，CRH5，CRH380A，CRH380B。

上述动车组设计速度均在200 km/h以上，车体大、编组长，主要用于客流量很大的干线客运专线或大城际铁路，显然不适于用都市圈轨道交通。

(2)拟生产动车组

CRH6型电力动车组是中国一种设计中的新一代城际电力动车组，由南车南京浦镇车辆有限公司研制，并于旗下的广东南车轨道交通车辆修造基地生产。CRH6型动车组适用于城市间以及市区和郊区间的短途通勤客运，满足载客量大、快速乘降、快启快停的运营要求。

CRH6型动车组采用8辆标准编组、编组长度199.5 m。根据运输距离、站点和乘客群的不同，CRH6型动车组分为两大类型，运营速度分别为时速200 km和160 km两个等级。时速200 km的CRH6型动车组最高运营速度220 km/h、试验速度250 km/h，以“大站停”的模式运营;而时速160 km的CRH6型动车组最高运营速度160 km/h、试验速度180 km/h，以“站站停”模式运营。由于通勤铁路站间距较小、客流量较大，因此CRH6型动车组也具有快速停车启动、大载客容量的特点，其技术参数见表3。

表3 CRH6动车组技术参数

3.1.3 动车组的选择意见

由于CRH6型动车组适用于城市间以及市区和郊区间的短途通勤客运，满足载客量大、快速乘降、快启快停的运营要求，该动车组采用交流25 kV供电制式。因此若选用国铁动车组做为都市圈轨道交通车辆，CRH6动车组具备一定的优势。

3.2 地铁/轻轨模式

根据建设部《城市快速轨道交通工程项目建设标准》建标(104-2008)，现代地铁系统能够满足最大单向运能3万人次/h～7万人次/h的运能需求，轻轨系统能够满足1万人次/h～3万人次/h的运能需求。都市圈轨道交通系统选择地铁/轻轨模式也具备一定的可行性。

目前国内A/C型车的最高速度可达120 km/h。国内地铁车辆均采用直流750 V/1 500 V供电制式。列车编组方式有4～8辆编组不等。地铁一般开行站站停列车、站间距短、最高运行速度相对较低(不超过120 km/h)、线路以地下隧道、地面高架的形式敷设。都市圈轨道交通明显具备典型城市轨道交通的特征。显然，若采用地铁/轻轨系统在一定意义上也是可行的。

3.3 现代有轨电车模式

现代有轨电车是在传统有轨电车的基础上通过全面改造升级的一种先进交通方式。它具有高运能、高速度、高弹性、高舒适性等特征，可以适应单向从0.5万 ～1.5万人次/h的客流需求，设计时速可达70～80 km。现在有轨电车一般用于与城市公路共用路权的道路交通，由于利用了既有道路，所以造价极低，也因此，其旅行速度仅能达到20～30 km/h。

都市圈轨道交通连接的是大都市与周边发达卫星城市，两地之间一般没有便捷的既有城市道路可利用修建现在有轨电车系统，而若考虑新建全封闭线路，采用有轨电车模式，其工程造价节省空间不大。选用有轨电车，无论从运能、设计速度来看都是不能满足要求的。因此，从建设资金投入与运能、服务水平产出综合来看，选用现代有轨电车对于都市圈轨道交通来看，性价比很低，不予推荐。

4 车辆选型的比选

根据上述车辆选型的初步分析，选用国铁模式下和谐号电力动车组或者地铁/轻轨模式下的车辆对于都市圈轨道交通项目都是可行的，均能够满足运能和服务水平。2种模式下的特点分析详见表4。

从表4可以看出，2种模式各有特点，在进行都市圈轨道交通车辆选型时应详细分析。具体选择应从以下几个方面做分析。

4.1 线网衔接关系

此因素由都市圈轨道交通项目的线网地位决定，体现在线路起终点选取、行车交路、换乘站的选取、未来延伸方向等方面。都市圈轨道交通与相邻线路的衔接方式有旅客换乘衔接和运输组织衔接2种模式。旅客换乘衔接是指旅客换乘车站的通道或并站台设置，在短时间内实现跨线换乘。运输组织衔接是指通过联络线、合理运输组织方案和调度指挥，实现列车跨线运行，以缩短旅行时间。

如果都市圈轨道交通需与干线铁路列车相互跨线直通运行时，则采用国铁模式，如需要与城市轨道交通贯通运营，则采用地铁/轻轨模式。若在衔接站通过旅客换乘衔接，2种模式均可采用，要结合其他重要因素分析后确定。

表4 国铁模式与地铁/轻轨模式特点分析

以珠三角城际轨道交通网中广佛城际、穗莞深城际为例说明。广佛城际连通广州和佛山两市城市轨道交通，线路较短，速度目标值80 km/h，且为全地下敷设，因而选用地铁模式，采用直流供电制式;穗莞深城际前期研究中，由于线路深入到城市中心区并串联起广州、东莞、深圳三市的城市轨道交通网，速度目标值定为140 km/h，站间距较短，地下区段较长，关键是约有一半线路需与城市地铁线路共线运营，具有兼顾城际与城市轨道交通的双重功能，因此，采用地铁模式是合适的。后由于线位走向、衔接换乘关系、速度目标值以及基于整个珠三角城际网的综合考虑，选用了国铁模式交流供电。

可见，线网衔接关系往往会成为确定车辆选型的决定因素。

4.2 速度目标值

速度目标值应符合都市圈轨道交通在线网中的分工和功能定位，结合项目客流特点、旅客出行时间目标要求、车辆选型及工程投资综合比选确定。反过来，速度目标值又会影响都市圈轨道交通的车辆选型、限界、地下区段隧道断面、弓网受流质量及牵引供电系统供电能力设计等方面，其中尤以车辆选型为核心。

从车辆最佳功率配置、弓网受流质量和实际工程应用情况分析，速度目标值低于120 km/h时，线路长度较短(50 km以下)，国铁交流、地铁直流供电制式均可选用，此时速度目标值并非决定因素，车辆选型更多取决于线网衔接关系等其他因素;速度目标值介于120～140 km/h时，线路长度在100 km左右，国铁交流、地铁直流供电制式均可选用，此时速度目标值相比城市轨道交通属快速水平，相比国铁则属于普速水平，若采用直流供电制式，车辆功率配备及性价比、研制成本开始受控，牵引供电系统配套非受控，但相比交流供电，技术经济均无优势;速度目标值高于140～160 km/h时，线路长度在100 km左右，直流制式车辆已不经济，研制成本增加，国内外已无运营业绩，同时为之配套的直流牵引供电系统也很不经济;速度目标值大于160 km/h，线路一般较长(大于100 km)，从弓网受流质量和牵引供电系统配套来讲，交流供电占优，应采用交流牵引供电制式，此时，速度目标值已是供电制式选择的决定因素。

4.3 城市景观影响

此因素与线路敷设方式有关。线路若采用地下敷设，2种模式对环境景观均无影响。在地面和高架敷设段，牵引供电若采用地铁模式，采用直流1 500 V接触轨供电，安装位置靠近路基，对景观没有影响，但接触轨受流方式不能适应车辆140 km/h及以上速度目标值的要求。接触网采用直流1 500 V架空柔性接触网供电，由于载流要求，一般采用双承力索、双接触线和电流加强线，上部支持结构较复杂，跨距也比交流供电小，且双线区段接触网支柱布置在线路两侧，相比国铁模式交流供电而言，对市区整体形象和局部景观的影响稍大一些。但一般对景观有特别要求的市区或密集区，线路也多会采用地下敷设方式。因此，城市景观影响并非决定因素。

5 结论

(1)线网衔接关系是决定都市圈轨道交通车辆选型的关键因素。若其与国铁干线通过运输组织衔接，列车直通和跨线运行，则采用国铁模式、交流供电;若其与城市轨道交通通过运输组织衔接，共线运营或开行大交路，则采用地铁/轻轨模式、直流供电。否则，需在合适的换乘站通过旅客换乘衔接。

(2)在都市圈轨道交通线网中，通过运输组织衔接的线路应采用同一种车辆型式，以便实现资源共享、统一调度和运营维护管理。

(3)速度目标值是决定都市圈轨道交通系统车辆选型的重要因素。速度目标值大于160 km/h，则采用国铁模式。速度目标值介于120～140 km/h，宜采用国铁模式，若地下区段较长，站间距短，也可采用地铁模式。速度目标值小于120 km/h，具体选择国铁还是地铁/轻轨模式，则需根据项目工程特点进行具体方案的综合比选，重点在供电系统、土建工程和车辆购置费三大方面。

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