城市轨道交通车辆的选配

吴林科 刘卡丁

（深圳市地铁集团有限公司，518026，深圳∥第一作者，高级工程师）

1 研究背景

车辆系统在城市轨道交通系统中有着核心地位，它贯穿城市轨道交通系统全寿命周期始终，制约着轨道交通项目的规模、投入与效益。从目前运营的城市轨道交通线路来看，涌现出诸多难题，如持续亏损、故障频发、服务水平等，这些问题不断困扰着城市轨道交通的顺利发展。这些暴露出的问题，或多或少与车辆选配有关。特别是最近个别城市的地铁故障，矛头更是直指车辆过于拥挤。“客流高峰时拥挤是车型选小了”，基于这种判断，本来适配B型车的被要求改配A型车，本来适配6辆编组的被改配7辆、8辆，甚至12辆编组。不愿承担车辆满载拥挤的风险，却宁愿承受长期运营的空载及其带来的亏损。事实上，无论选择哪种车型都有个承载能力极限问题，不可能100%满足局部站段客流峰值的需要，也不可能保持全网理论上的舒适度。

考察国内城市轨道交通车辆市场，车辆制式正由钢轮钢轨单一制式向多样化方向发展，可选择空间越来越大；国内车辆制造和装配产业链已经基本形成，制造工艺和技术水平也有了显著提高；国产化进程加快。

国内正在运营的轨道交通线路主要包括常规的地铁轻轨（A、B、C型车）、单轨、自动导向轨、磁悬浮、直线电机、有轨电车等制式（见表1），其中常规的轻轨（A、B、C型车）系统通车里程数占据总里程数的90%以上，而常规轮轨B型车覆盖城市范围最广、线路数最多、通车里程最长。

不可否认，多数城市对轨道交通车辆选配这个重大决策都非常重视，在线网规划之初都会做专项研究，车辆选配的最终决策也是基本科学和相适应的。尽管如此，国内车辆制式与型式的基础研究仍比较薄弱，没有形成一套科学的方法，一些城市在进行城市轨道交通系统的选择和决策时无章可循，导致在决策过程中主观意识浓厚、互相攀比思想严重。

同时，一些可行性研究只是论证事先主观定下的方案，而不是对各种替代技术方案（如地铁、轻轨、快速公交）和替代路线作出严格细致的分析比较。有些城市规划的轨道交通网络过于庞大，与现实交通走廊交通需求量和投资能力严重脱节。有些线路的选择是从容易建设的角度考虑，而不是着眼于需求量最大的线路。

表1 国内已运营部分线路轨道交通制式及车型

因此，我们迫切需要根据国内城市轨道交通车辆发展的现状，在各种观念交织的背景中，寻出规律、找出方法，以期指导新时期的城市轨道交通车辆选配工作。

2 影响车辆选配的主要因素

一般车辆选配的基本原则可以概括为“安全可靠、技术成熟、快捷舒适、经济适用”，这也是通常所说的安全性、适应性、社会性、经济性和舒适性。其中舒适性是扩展需求，应该根据城市的自身经济条件与可持续发展要求适当兼顾；其他“四性”是基本需求，也是影响车辆选配的主要因素。下面重点分析A、B、C型车满足基本需求的情况。

2.1 安全性

安全性是指安全可靠性与技术成熟度。“百年大计，安全为本”，工程建设、生产运营，安全都是第一要务。安全性不仅包括运行平稳、性能可靠（弯道通过能力、爬坡能力、牵引制动能力），还包括供电、信号、通信等关键技术的成熟度，以及国内是否有成功应用模式与市场，是否存在完整的产业链，是否在突发事件情况下具备二次救援的能力等。常规A、B、C型车占据我国城市轨道交通90%以上的市场，技术相对成熟，安全有保障。特别是B型车在我国应用时间最早，涵盖城市范围最广、线路数最多、运营里程最长，通过国内40多年的运营，几乎没有发生过重大安全事故。

2.2 适应性

车辆选配需要适应客流、线路特征、线网协调性、工程实施等。首先，车辆选配需要适应客流，所选配的车辆客运能力需要满足高峰小时的运量要求。如果线路客流潮汐现象比较明显，而一旦形成客流潮汐现象的动因发生改变，则很容易出现列车的全面空载，最终使运营难以为继甚至陷入关闭的境地。因此，还需提高客流预测的准确性，并进行客流稳定性分析。第二，车辆选配需要适应线路的平面曲率、坡度变化等布置的特点，适应线路情况。一般来说，车辆转向架中心轴距与线路曲线吻合度越好，所选配的车辆线路适应性就越好，三种车型中的C型车转向架中心轴距最短，所能适应的线路曲线半径最小，因此在线路同等曲线半径条件下，C型车优于B型车、B型车优于A型车。第三，车辆选配能够适应线网的规划，支撑网络能力的形成。最后是车辆的选配与线路工程实施的可行性，即由车辆选配决定的限界、坡度、曲线在不同的地质条件下工程的可实施性。

2.3 社会性

与车辆选配相关的社会性主要指车辆对环境的影响、服务市民的水平、促进城市的发展及国产化程度。对环境的影响包含噪声、振动和景观三个方面。一般车型体量越小（轴重小）对环境的影响越小；服务市民水平随着行车间隔的缩短、运营效率的提高而提高；车辆国产化有利于引导城市相关产业的发展，降低车辆的综合拥有成本。我国早期的A型车依靠国外整体进口，如今也已经实现国产化率70%以上，符合国家对国产化率方面的要求。据有关报道，B型车现已批量采用国产化核心装备，整车国产化率达85%，创下城市轨道交通列车国产化率新高，社会效益相对明显。

2.4 经济性

考察车辆选配的经济性，应该从车辆的全寿命周期来计算，即车辆综合拥有成本，包括土建成本、车辆购置成本和运营成本等。

车辆选配决定了车辆限界、轴重、适应的曲线半径及授电方式，影响隧道和高架的体量；影响线路是否更容易避开障碍，减少不必要的线路长度、占地和拆迁工程。这些都直接影响土建成本及工程造价，而轴重的不同则更长远地影响着运营能耗。

至于车辆本身的购置成本，因车辆类型不同造价相差很大，如表2。最低的B型车人均定员车价为2.2万元，最高的APM（自动旅客输送系统）人均定员车价为9.42万元。另外，车辆及其设备的国产化也是降低建设造价和运营维护维修成本的重要途径。

表2 国内城市轨道交通车辆购置费用相关数据

3 车辆选配实践中的几个倾向

随着我国城市轨道交通的深入发展，在规划前期开展车辆选配的专项研究已成惯例，大量的车辆选配实践积累了很多经验教训。事实上，每个城市都在按照自己的思路进行车辆选配，没有广泛的共识和一致。

以下归纳的在车辆选配实践过程中出现的几个倾向，值得我们商榷。

3.1 追求线网既有制式车型的延续性与选型的单一化

根据《轨道交通工程项目建设标准》的条文说明：“从线网运营管理进行综合考虑，不宜采用多种制式，应尽量一致，或一种类型车辆宜形成一定数量级规模”。这是非强制性要求，我们往往只看到前半句，而忽视适度规模问题。诚然，延续性与单一化战略容易形成规模，达到资源共享的目的。资源共享有很多好处，如维护维修资源的共享、备品备件的共享、人力资源的共享等，对于节约成本减少投资很有必要。但同时需求的多样性得不到满足，如要求轨道交通线路布置灵活、要求适应各种地形地貌与水文地质特征、要求适应客流的不均匀分布等。线路的安全性、适应性、社会性与经济性也不一定最优，并且过度单一、过大规模可能引发管理失控，导致边际成本大于边际效益、进取与创新能力下降、退出成本上升。

3.2 车辆选配过于依赖预测的远期高峰小时最大断面客流

在做车辆选配专项研究时，客流预测报告是主要依据之一。所谓预测并不完全等同现实，况且影响客流预测的因素很多，如轨道交通沿线土地利用性质及开发强度与速度、城市交通发展政策特别是机动车发展政策、线网规模、票价政策、服务水平和轨道交通的分担率及与道路公交的接驳等。这些因素存在不确定性、不独立性，增加了预测的难度和误差（见表3），特别是近年来为了便于立项等原因，需要“证明”大客流的存在，使得客流预测更是参杂了主观因素。从表3中可知，大部分线路的预测客流比实际客流大。相反，也有人列出国内个别城市主干线实际客流超过预测客流的情况，这又从另一个侧面证明了“测不准”的现实。

表3 部分城市轨道交通线路客流预测情况

如果高误差的预测客流用来指导车辆选配及其线站规模，势必造成运能不足或铺张浪费。运能不足可以弥补，如在规模效应与可持续发展的前提下，可适当增加线网的密度，另外可通过城市综合交通政策来协调，毕竟任何交通工具都有个承载极限和最优化的问题，而铺张浪费则带来资源的无谓消耗，使线路沦为城市无法卸载的包袱或弃之可惜的鸡肋。

2011年6月28日，深圳地铁共开通了5条线，分别为1～5号线，通车里程177.4km。截止到目前，日均客运量基本稳定在183.1万人次（详见图1、表4），客运强度为1.03万人次／km；香港地铁客运强度为2.34万人次／km、墨西哥2.5万人次／km、东京2.76万人次／km、莫斯科3.32万人次／km。从线网效率与效益考虑，线网客运强度最好不要低于1.5万人次／km。

客运量方面（见图1），2011年7—11月间，深圳地铁全线网最高日客流量为10月1日的250.72万人次；1号线客流明显大于其他4条线，客流稳定在每日73万人次左右；3号线处于第二位，日均客流为38万人次；而其他的3条线客流曲线几乎重合，日均客流约24万人次。

图1 2011年7—11月深圳地铁各线路日客运量

客运强度方面（见表4），2011年7—11月间，深圳地铁1号线的客运强度最大，为1.85万人次／km，4号线客运强度1.21万人次／km，位居第二，其他3条线均低于1万人次／km。

深圳地铁目前每天高峰时段（早上8点到9点，晚上6点到7点）保持在2h以内，即能够保持满载，占全天17h运营时间的11.8%，其他88.2%时段则保持较高的空载率。

在车辆选配时，如果太注重低概率事件的预测尖峰客流，刻意缩短高峰时段，完全依赖预测的远期高峰小时最大断面客流，这是值得商榷的。

表4 2011年7—11月深圳地铁各线路客运强度

3.3 过于强调车辆型式的运能裕量

如果过于强调车辆型式的远期高峰运能裕量，会使车辆选型工作本末倒置，陷入远期永远运力不足的死胡同。轨道交通不是城市公共交通的全部，应该定位为城市主要交通走廊，应该吸引更多的使用私家车出行的人们来乘坐，以减少路面交通压力和污染的排放。一味强调运能裕量，结果高配车型；同时又为了避免服务水平太低，不得不承受高空载率，使得运营亏损加剧，左右为难。

深圳轨道交通现运营的5条线，车型配置上仅3号线采用B型车，另外4线均为A型车。其主干线与次主干线客运周转量差距较大（见表5），2011年7—9月间客运周转量平均数，排列第一的1号线为第二位3号线的1.7倍，为第五位2号线的3.89倍。2011年7—9月间5条线的运营电耗（见图2），2号线人均公里电耗9月份为0.283度（最高）；1号线人均公里电耗8月份为0.094度（最低）。从图2中还可以看出，1号线与3号线的人均公里电耗相近，4号线与5号线的人均公里电耗接近，而两两之间人均公里电耗相差约0.02度。以此计算，如果3号线同样采用A型车，则每月耗电量至少增加250万度，每年耗电量增加3 000万度以上。

表5 2011年7—9月深圳地铁各线路客运周转量万人km

3.4 车辆选配求新求大求全

世界银行在2009年的一份报告中指出，城市轨道交通是花费巨大且风险很大的项目，在大多数城市，可支付能力已经是或者将会是一个严重问题，不好的地铁项目可能会耗尽经济。原来城市轨道交通工程建设每公里投入人民币4亿元～6亿元，现在个别线路已到达7亿元～8亿元。什么制式新上什么，什么车型大上什么，有条件要上没条件创造条件也要上。

图2 2011年7—9月深圳地铁各线路人均每公里电耗

不富裕的城市举全城之力修建地铁，如某市2009年全年的财政收入是231亿元，一条线路的建设几乎要耗尽全年的财政收入，更别说多条线路的同时开工，地方财政无力承担，就靠融资、举债，寅吃卯粮。

根据深圳上报国家的轨道交通三期建设规划，2011—2016年间建设轨道交通6、7、8、9、11号线共5条线路，总长约170km，接近一、二期总里程178 km。三期工程建设总投资估算约1 256亿元，远超过一、二期700多亿元的总投资额。

另据《新快报》2011年1月26日报道，广州珠江新城旅客自动输送系统（APM）全线长约4km，总投资估算为210 686.77万元。值得一提的是，APM系统的列车是原装美国进口的庞巴迪列车，14列原装美国进口列车加上道岔和信号系统，总采购价是5.3亿元。该列车采用无人驾驶、胶轮导向制式系统，一列仅有两节车厢的进口列车价格高达345万美元，按采购时2006年的汇率计算，约合2 600万元人民币。而APM的日均客流量为7 000人，仅为2010年—2011年日均预测客流量5万人次的14%。

除了修建时投资巨大，地铁还因其公共属性，几乎全世界的地铁运营都在亏本。北京市每年补贴地铁运营亏损20亿元左右；深圳地铁已亏损近10亿元，2012年至2016年预计地铁折旧和利息亏损额约220亿元。

深圳地铁除3号线采用6B车辆编组、港铁深圳公司经营的4号线采用4A车辆编组外，其他线路均为6A车辆编组，据有关资料对2012—2013年运营利润预计，3号线分别为1.25亿元、2.88亿元，在所有线路中相对较高。因此，如果合乎客观实际的车辆选配，是有利于企业与城市可持续发展的。

4 现阶段城市轨道交通车辆的选配

近年来，我国一直在推行可持续发展战略、实践科学发展观。坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的主要着力点。为避免沿袭发达国家被石油绑架的老路，我们急切需要大力发展绿色交通，需将“节能减排”由生产领域向消费领域拓展。面对能源危机，一方面我们应该积极寻找和发展清洁能源，另一方面应该厉行节约、提高能源利用的有效性。

作为绿色交通的城市轨道交通工程，在大力建设的同时更应该选择经济节约、技术成熟、国产化率高的系统设备。具体到城市轨道交通车辆系统的选配，就是要汲取过去的成功经验，并结合新的历史条件，探索新的选型路径，要有可持续发展的责任感。

对城市轨道交通车辆选配的建议：

（1）在客流预测可信度有限的条件下，要根据影响城市轨道交通车辆选配的主要因素进行综合评估，不能陷入预测客流决定论。对于地铁设计规范中，关于“地铁的设计运输能力，应满足预测的远期单向高峰小时最大断面客流量的需要”本身正确，但作为强制性实施条文就值得商榷。

（2）进行城市轨道交通车辆选配时，首先需要对城市轨道交通线网作层级划分，根据是主干线、次干线、支线、辅助线，主城区、城市副中心、边缘城区，连接城市的交通枢纽、区域交通枢纽或是国际交通枢纽，来划分两个层次或三个层次，每个层次对应选配地铁A型车、B型车或轻轨C型车，有条件的或有特殊要求的也可以考虑配置其他制式。

（3）从前述远期高峰小时断面预测客流、影响车辆选配“四性”（经济性、安全性、社会性和适应性）及各种制式车型比较分析，结合工程实践经验，如果远期客流量级属大运量以上，并且：客流量在4.0万人次／h以下可选配B型车；客流量在4.5万人次／h以上可选配A型车；客流量在4.0万人次～4.5万人次／h区间时，则应综合考虑，或尽可能配置B型车，方便向上、向下衔接兼容，也避免城市间盲目、过度攀比，减少政府投融资及运营补贴的压力。

（4）对于现实客流量的确超过运能极限的运营线路，应优先考虑增加线网密度，通过增建复线、辅助线或轻轨，以及其他综合交通策略（道路交通协调、票价政策等）的运用来疏解；其次才是考虑原线路车辆的改造和扩充。

（5）城市轨道交通制式、型式应避免单一化或多样化，应考虑适度组合、适度规模，兼顾效率与需求。

5 结语

自1969年开通第一条地铁线路，我国城市轨道交通发展已迈过了40多年。各种城市轨道交通车辆制式与型式在我国得到了广泛的应用，特别是常规的轻轨（A、B、C型车）系统占据了国内90%以上的市场。通过如此大量的应用实践，不断检验与完善了车辆产品，也加快了车辆制造的国产化进程，其中尤以B型车最为突出。

我国城市轨道车辆选配工作走过一些弯路，没有一套基本的思路框架与选配方法是主因，同时也存在不同程度的盲目性、相互攀比性。本文通过研究分析国内城市轨道交通车辆选配的现状，并结合部分城市车辆选配的实践，提出了轨道交通按线网层级划分的车辆选配方式、方法以及优先发展策略，为今后的城市轨道交通车辆选配提供思路方向及合理的工作路径，以助力我国城市轨道交通走上一条良性循环发展之路。

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