北京市域快轨新机场线车辆选型研究

徐成永 李 猛

(北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)



北京市域快轨新机场线车辆选型研究

徐成永 李 猛

(北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)

北京轨道交通新机场线是一条服务于北京新机场的专线，线路全长41 km，平均站间距19 km，初步客流预测远期高峰小时断面约5 800人/h，旅行时间目标为从市内航空主客源地至新机场北航站楼半小时到达。从线路长度、站间距及机场专线的旅行时间目标来看，本线宜采用最高运行速度140 km/h及以上车辆。结合本线线路敷设方式、资源共享条件及车辆技术成熟度等，本线车型及最高运行速度选择受到一定限制。当前国内市域快轨发展面临技术标准不明确、线网层次不清晰等问题，新机场线作为特殊的市域快轨，其车辆选型受线路功能定位、乘客乘坐舒适度、旅行时间等多种因素影响，需结合多方面因素综合考虑。从新机场线的特殊性及设计目标入手，对本线最高运行速度、车辆型式的选择进行分析，得到本线适宜采用最高运行速度160 km/h、在城际动车组成熟平台基础上进行改进的市域型车的结论。

城市轨道交通；新机场线；市域快轨；车辆选型；最高运行速度

1 研究背景

2012年11月，国家发展改革委批复了北京市城市轨道交通近期建设规划调整方案(2007—2016年)，同意新增新机场快线，线路自中心城区至北京新机场，采用快速轨道交通方式以实现半小时到达，项目争取与新机场同步建设[1]。

列车最高运行速度是本线的重要技术指标，它直接影响到土建工程规模及设备系统的选择。它的选择与线路长度、客流构成、站间距离以及服务水平密切相关，过高或过低的速度目标值都会给运营带来不利的影响。根据国内外大城市机场专线轨道交通的发展经验：适用于机场线列车的最高运营速度一般为100～160 km/h[2-3]。针对北京新机场线，从航站楼到市中心距离40 km以上，要实现半小时到达中心城区，列车旅行速度应在80 km/h以上，则新机场线列车最高速度应该在120～160 km/h。

但是选择120、140还是160 km/h的最高速度值,需根据新机场线具体线路的功能、时间目标要求、乘客群体、线网资源共享及外部制约条件等多个因素来进行研究决定。此外，单纯提高车辆最高运行速度可能对旅行时间影响不大，应综合点到点交通运行时间来考虑，如通过减少换乘距离、增加轨道交通覆盖范围等增加可达性，综合提高轨道交通的快速可达性。

此外，新机场线线路、站间距较长，对乘坐舒适度要求较高，属于连接机场与市中心的专线，也是一条特殊的市域快线。根据国内外建设经验[4-5]，本线车辆选型存在两种选择，一种是在目前的地铁A/B型车上进行升级，另一种是使用国铁动车组进行优化。普通地铁服务范围为中心城，市域快轨列车则服务市域或都市圈、联系中心城与外围组团。因此，与普通地铁相比，本线列车线路长、平均站间距大、乘客乘坐时间长，直接采用地铁列车难以满足本线对于旅行时间及乘坐的舒适性要求。相较于国铁，本线站间距较小；国铁列车虽然已经研制出时速160/200 km/h的CRH6型动车组，但由于服务客流性质不同，不能直接用于城轨交通系统中。因此，新机场线车辆选型是系统建设面临的一个难题。

本文结合新机场线工程特点及设计目标，对车型及最高运行速度选择进行了专门研究，最后对市域快线车辆选型的要素进行总结，提供一种市域快轨车辆选择的思路和方法。

2 设计目标及车辆选型的制约因素

2.1 设计目标

车辆选型与线路功能定位、需求密切相关，车辆及最高运行速度选择服务于总体设计目标(见表1)。

表1 新机场线设计目标

总结归纳为，在满足快速、舒适的前提下，车辆选型应确保工程可行、风险可控、造价最优。

2.2 车辆选型的制约因素

2.2.1 旅行时间目标

从与道路交通的竞争性、航空旅客对旅行时间的期望、上位规划对本线的时间目标等因素考虑，本线旅行时间目标确定为从航空主客流源地金融街至新机场不大于30 min。

2.2.2 最高运行速度

确定旅行时间目标后，根据本线线路长度、站间距、曲线及坡度、列车加减速性能等要素，可确定初步的最高运行速度目标。根据牵引仿真计算结果,本线选用140 km/h及以上速度方案可满足拟定的时间目标。

最高运行速度的选定除受旅行时间目标直接影响外，还受制于工程条件和运营经济性等要素。例如，国内京沪高铁设计之初,土建和车辆等机电设备均考虑了持续运行350 km/h的条件，但后来出于安全、运营效率和运营经济性等因素的考虑，降速为300 km/h运行。

2.2.3 供电制式

常规地铁车辆一般采用DC750 V或DC1 500 V的架空接触网/接触轨供电，国铁干线及高速铁路一般采用AC25 kV供电。针对类似新机场线线路特点,介于常规地铁和国铁干线之间的市域快轨，其供电制式选择需结合线路特点、工程条件、线网资源共享等因素综合考虑确定。

从牵引变电所设置数量与经济性、外电源协调难度、对土建影响等综合考虑，本线适宜选择AC25 kV的供电方式。

2.2.4 车辆成熟度与可靠性

如前所述，本线宜选择最高运行速度140 km/h及以上、采用AC25 kV供电的车辆,这种车辆目前在国内城轨线路尚无实际应用业绩。经调研发现，可供选择的主要是基于A型车平台研发生产的120～160 km/h市域样车，另一种是基于国铁动车组平台研发生产的CRH6F型城际动车组。

这两种平台车型理论上皆可满足本线运营需求，但从车辆成熟度出发，前者目前在国内仍为样车阶段，部分车型试验正在进行中，无实际运营业绩。CRH6F型城际动车组目前已于2015年在国内实际线路上通过30万km运用考核，成熟度具备一定优势。

2.2.5 线网资源共享

市域线的资源共享面临两难处境：一方面，与普通城轨线路资源共享存在限界及速度差异较大的问题。例如，常规A型车落弓高度为3 810 mm、车辆建筑限界一般为5 400 mm左右(以北京为例)；AC25 kV供电市域车落弓高度由于高压绝缘子的设置至少为4 400 mm，CRH6F为4 640 mm，加上接触网安装高度的变化，车辆建筑限界达到7 600 mm[6]。另一方面，与国铁线路资源共享存在票制票价、客流性质、运营管理方式的区别。

根据《北京市轨道交通线网规划》(2020)(见图1)，目前与北京新机场线关系密切的线路主要为19号线、S6线(城际联络线)、平谷线等。由于19号线为穿城线路，线路基本以地下敷设为主，从经济性考虑，其已确定采用DC1 500 V供电的A型车[7]。如前所述，从限界上考虑，新机场线与19号线无法实现资源共享。因此，新机场线宜考虑与S6、平谷线资源共享，而原规划S6线已纳入京津冀城际网中的城际联络线[8]。综上可以看出，从上位规划及建设运营的经济性来看，北京新机场线宜考虑与城际联络线(原规划S6线)、平谷线资源共享，选择断面与城际列车相当的车型。

图1 北京市轨道交通2020年线网规划示意

2.2.6 机场专线的服务特性

本线从线路长度和站间距来看，具备市域快轨特征。但从运营服务定位来看，是服务于航空客流的专线。本线车辆选型，受制于本线的服务特性，主要包括以下方面：

1) 车辆内饰、座席布置及舒适度、大件行李存放架、车门数量及开度、车辆噪声等应满足航空服务水平和标准；

2) 本线在草桥设置城市航站楼，为配合实现城市值机功能，车辆设置专属行李车厢。

3 车辆选型分析

3.1 市域A型车与城际动车组比较

下面对适用于本线的两种车型的主要技术参数和在本线的适应性进行对比。两者主要技术参数对比如表2[9]所示。

从旅行时间目标、最高运行速度、供电制式及客流服务特性来说，两种车型皆可满足本线需求。

从制约本线的车辆成熟度和资源共享需求来看，城际动车组平台车型适应性更好，因此，本线适宜采用城际动车组平台车型。

3.2 适用于新机场线的车辆参数优化

如前所述，适用于本线的列车应是具备国铁城际列车断面、最高运行速度为140 km/h及以上的车型。但是，是否采用CRH6F原型车即可完全满足本线需求？CRH6F原型车运行于国铁城际线，其服务的客流性质决定了其车辆旅客界面与新机场线存在较大区别。

表2 两种市域快轨列车主要技术参数及适应性对比

例如，原型车采用购票对号入座、设置卫生间、车辆超员及车体结构强度采用站立6人/m2进行核算等。根据新机场线的客流服务特性，这些参数应进行相应优化(见表3)。

表3 新机场线车辆参数的优化

3.3 列车车体长度的优化

从表3可以看出，与城际动车组相比，本线列车车体长度缩短了约1.7 m，对此，结合北京市轨道交通线网规划及新机场线特征分析如下。

1) 车体长度直接影响车辆定距和列车载客定员，进而影响列车轴重。将24.5 m车长的城际动车组与22.8 m车长的优化后车型主要技术参数对比如表4所示。

表4 24.5 m车长与22.8 m车长的参数对比

2) 由表4可知，如采用24.5 m车型，乘客站立面积需控制在32.6 m2才能满足轴重不大于17 t的要求，通常的列车布置图如图2所示，其乘客站立面积约为35.5 m2，无法满足轴重要求。

图2 通常的列车平面布置

如要满足轴重要求，可采取的措施有：座椅采用2+3布置、中间增加茶座、增加座席宽度和间隔、减少列车车门数量等。每项措施，均将导致车辆内饰由适用于城市轨道交通的通勤客流，转变为适用于中长距离出行的城际客流。诚然，新机场线定位为专线，这些措施对本线影响较小，但市域线车型应结合北京市全线网统筹考虑，例如线路经过燕郊的平谷线，将具备明显的城市通勤客流特征，采用此种车型适用性较差。

因此，从本线需求考虑，采用22.8 m长的车体可控制轴重在17 t以内。此外，较短的车体可减小站台长度、增强小曲线半径通过能力、减小站场土建规模以更适合线路在城市内部的敷设。

4 结论

北京市域快轨新机场线从站间距和功能定位来看具备明显的市域快轨特征，目前国内市域快轨车辆选型存在标准不明确、定位线网层次不清晰等问题。由中国土木工程协会牵头编制的行业规范《市域快速轨道交通(120～160 km/h)技术规范》(征求意见稿)定义了3种车型，其中包含了与既有城市轨道交通车型断面尺寸接近的市域A、B型车和与国铁干线车型断面尺寸接近的市域D型车，本文推荐新机场线采用的车型参数，与其市域D型车保持一致，符合在编规范的相关要求。

本文从新机场线设计目标、车辆选型控制性因素入手，得到如下结论。

1) 制约北京新机场线车辆选型的控制性因素主要有最高运行速度、车辆成熟度、线网资源共享三大因素。

2) 目前国内市域快轨列车选择主要包括地铁平台升级车型、城际动车组平台两种车型。从最高运行速度、车辆成熟度、北京轨道交通线网资源共享3个因素分析，表明城际动车组平台车型更适应于本线。

3) 根据线路实际需求，在城际动车组成熟平台车型的基础上进行适当优化，得到一种改进型的市域型车更适应于北京新机场线。这种优化包括车体尺寸调整、取消卫生间的设置、设置专用行李车厢等，以更好地适应城轨交通机场专线客流服务特性。

[1] 国家发展改革委关于北京市城市轨道交通近期建设规划调整方案(2007—2016)的批复：发改基础[2012]3511号[A].北京，2012.

[2] 周宇冠.关于市域快速轨道交通的思考[J].铁道标准设计, 2012(9): 22-26.

[3] 刘伟.惠莞深城际铁路新塘至白云机场段速度目标值研究[J].高速铁路技术, 2013(51): 118-121.

[4] 李忍相, 冯爱军, 万学红.北京市域快线主要技术指标研究[J].都市快轨交通,2014, 27(3):27-30.

[5] 雷磊, 高飞.轨道交通市域线车辆[J].铁道车辆, 2009, 47 (2):16-18.

[6] 北京城建设计发展集团股份有限公司.北京轨道交通新机场线一期工程初步设计文件[A].北京, 2015.

[7] 北京城建设计发展集团股份有限公司.北京轨道交通19号线一期工程初步设计文件[A].北京, 2015.

[8] 京津冀城际铁路投资公司.京津冀城际铁路网规划[A].北京, 2016.

[9] 王学亮, 马云双.和谐号CRH6型城际动车组简介[J].高速铁路技术, 2013(51): 196-201.

[10] 中国铁路总公司机车车辆设计定型管理办法：铁总科技[2014]169号[A].北京，2014.

(编辑：郝京红)Vehicle Selection of New Airport Express in Beijing

Xu Chengyong Li Meng

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

New Airport Express (NAE) in Beijing is an express line between Beijing New Airport and the city center, totaling almost 41km with an average station spacing of 19km. The evaluated maximum passenger volume is 5, 800 prs/h and the target travel time is less than 30minutes. The running speed of 140km/h or higher may be selected according to the line length and the station spacing. However, the maximum speed of rolling stock is limited because of tunnel section, resource sharing conditions and vehicle manufacturer. Regional rail development lacks technical standards and its construction is slow in China. As a special regional express rail, the vehicle selection of NAE has significant influence on passenger comfort, travel time and system function. A 160km/h maximum speed and an optimized regional vehicle based on CRH6F are recommended according to NAE's design targets.

urban rail transit; New Airport Express(NAE); regional rapid rail; vehicle selection; maximum running speed

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.04.004

2016-06-22

2016-06-29

徐成永，男，硕士，教授级高级工程师，从事城市轨道交通规划设计及相关研究工作，xucy@bjucd.com

北京市科委课题(Z111100059411009)

U231

A

1672-6073(2016)04-0020-04