深圳机场旅客捷运系统车辆选型与运营模式研究

■ 麦福荣

1 项目背景

车辆选型不仅是确定系统运营管理模式和维修方式的基本条件，还是系统设备选型和确定设备规模的重要依据。如果车辆选型尚未确定即开展设计和施工，必然造成工程设计大量返工，甚至造成浪费或严重影响运营。车辆选型不仅涉及车辆专业本身，还关系到多个专业的设计、选型，同时对环境、运营服务水平和工程投资等都有不可低估的影响。因此，深圳机场旅客捷运系统项目高度重视车辆选型。阐述分析钢轮/钢轨系统、胶轮系统、磁悬浮系统3种车辆制式的特点及其在项目的适用性，并针对深圳机场旅客捷运系统特点，提出车辆选型建议。

深圳机场T3航站楼自2013年11月28日启用，通航后旅客流量稳健增长，根据《宝安国际机场总体规划》，T3航站楼在2020年，预计年旅客吞吐量4 500万人次，其中国内旅客3 600万人次、国际旅客900万人次，预计高峰小时旅客人数为13 716人，年飞机起降架次为37．5万架。

为满足规划目标年2025年深圳机场旅客量的需求，拟在深圳机场T3航站楼北区建设卫星厅及配套站坪设施，同时卫星厅与T3航站楼之间采用捷运系统输送旅客。捷运系统线路南起T3航站楼，北至T4航站楼，线路总长约4．45 km（含出入线），其中正线长3．45 km。全线设站3座，分别为T3航站楼站、卫星厅站、T4航站楼站。全线正线为直线段，仅在出入线设有2处曲线。

捷运系统T3航站楼站位于T3航站楼地下负一层，建设T3航站楼时，对机场捷运系统T3航站楼站和部分区间进行了土建预留。土建预留长度合计约1．658 km，分别为：T3航站楼下部预留长约865 m，T3航站楼外预留长约690 m，深圳地铁代建捷运系统与11号线区间共结构段长约103 m（见图1）。

预留工程车站长度、折返区长度、隧道限界等参数对车辆类型有制约性作用，不同车辆形式对T3航站楼预留工程的适应性、改造的可行性不同，因此针对捷运系统特点选出合适的车辆形式非常必要。

2 车辆选型原则与思路

2.1 选型原则

（1）应满足未来深圳机场高峰小时最大客流量断面和行车密度要求。

（2）应符合工程线路和预留土建条件。

图1 T3航站楼站土建预留平面示意图

（3）应满足无人驾驶自动化运行的运营需求，其车载设备具备自动化控制功能实现接口，并具备运行状况记录功能。

（4）车辆技术性能既要符合国内外发展趋势，又要求技术成熟、安全可靠、经济实用、便于管理和维修，符合国情。

（5）应尊重现实，并有助于实现车辆规模化，以降低购车成本及实现运行的经济性。

（6）应适应深圳市各种环境条件，并尽可能减少对周围环境的影响，降低施工风险和工程投资。

2.2 选型思路

车辆选型应在尊重现状基础上，根据客流特征，对整个系统的技术经济性进行综合比较，以选择有利于降低系统投资和运营成本的车辆，并便于最大程度实现资源共享、自动化运行、减少设备重置，这是车辆选型的基本出发点[1]。

车辆选型不应就车辆论车辆，不应局限于车辆本身技术经济性的比较，而应对选用不同车型的各个系统工程造价、运营费用、服务水平和环境质量等进行综合比较。车辆形式应结合线路的具体情况，从以下几方面综合考虑：运量、线路条件、车辆造价、技术成熟程度（安全性、对故障的反应能力）、运营和维修成本（运行可靠、维修方便、成本低）、对环境的影响（污染、振动、噪声）、车辆国产化等。车辆选型工作思路见图2[2-4]。

图2 车辆选型工作思路

3 车辆选型分析

车辆形式及性能对捷运系统功能的发挥、工程造价、运营效益等会产生重大影响。车辆形式的确定需在满足深圳机场功能需求情况下，选择技术成熟、安全可靠的车辆，同时还要符合近年来国内外捷运系统车辆技术的发展趋势。

3.1 功能需求

（1）实现无人驾驶需求。深圳机场捷运系统线路短、折返频繁，为了减少人为操作失误或因司机疲劳、突发疾病导致的运营故障和安全事故，所选车辆应满足无人驾驶自动化运行的运营需求，其车载设备具备自动化控制功能实现接口，并具备运行状况记录功能。

（2）满足机场远期线路条件、高峰小时最大客流量和行车密度需求。深圳机场捷运系统线路远期规划建设T3航站楼站、卫星厅站、T4航站楼站3站2区间，远期高峰小时最大断面客流为3 700人次/h。所选车辆定员、载客量、车辆编组、系统运行能力等参数要满足机场远期线路条件和高峰小时客流断面需求。

（3）满足24 h不间断运营需求。广东省“十三五”规划已明确将深圳机场的定位提升为区域性枢纽机场，且明确提出要提升深圳机场国际化水平。2015年，深圳机场24 h通关服务，相应其机场配套设施捷运系统也是24 h不间断运营服务。因此，所选车辆要满足24 h不间断运营要求，并安全可靠、经济适用、适应24 h运行下的维护及故障处理。

（4）满足机场对振动、噪声、环境的要求。不同车辆形式在运营时所产生的噪声和振动不同，对乘客和工作人员的影响不一样。机场是高品质服务场所，乘客对环境要求和舒适度的要求极高，因此，所选车辆形式和供电制式要满足机场对振动、噪声、环境的要求。

（5）满足深圳机场已预留土建工程的结构限界要求。T3航站楼建设时，对捷运系统预留了部分工程，因此所选车辆形式要适应深圳机场已预留工程。

（6）实现灵活编组。深圳机场捷运系统全日客流不均衡，潮汐现象明显，为了节约运营成本和减少车辆购置费用，且满足全天不间断运营情况下的车辆维保，所选车辆应尽量做到编组灵活。

（7）节约投资，降低成本。在捷运系统投资建设费用中，车辆购置费用和供电系统建设费用比重较大，因此，车辆和供电系统应尽量选择投资少、运营成本低、维保简单的方案。

3.2 可选车辆制式

捷运系统主要用于机场空侧输送系统，特点是无人驾驶全自动化运行，不受其他类型客流拥塞或干扰的影响。应用灵活，可根据客流灵活组织行车。近距离往返客运优势明显。因此捷运系统可选系统制式分别有钢轮/钢轨、胶轮导向、磁悬浮等系统。

3.2.1 钢轮/钢轨系统

钢轮/钢轨系统的特点是导向与支承合一，是借鉴铁路传统的成熟技术。车辆为电力牵引的钢轮走行系统。轨道采用钢轨为车辆提供支承和导向作用，利用轮轨黏着力驱动，能敷设在地面、隧道、高架桥上，承载能力大，适用范围广。其中钢轮制式车辆主要是钢轮地铁系统（地铁A、B、C型车和直线电机车辆）、轻轨系统、钢轮/钢轨现代有轨电车系统。钢轮/钢轨车辆及轨道示意见图3。

系统具有如下特点：

（1）导向与支承合一，为电力牵引的钢轮走行系统，利用轮轨黏着力驱动。

图3 钢轮/钢轨车辆及轨道示意图

（2）常用于速度高、运量大的轨道系统中，较大的适应性和潜在发展能力。

（3）安全、可靠、准点、技术成熟。

（4）建设成本较高。

（5）与深圳地铁维修资源共享性强。

3.2.2 胶轮系统

胶轮系统大致可分为2种类型：轮胎-单轨和轮胎-导轨。2种类型的共同特点是车辆都是电力驱动，车轮均采用橡胶轮胎，以多节轮胎电车铰接在一起，组成列车运行[5]。胶轮系统中，无论是哪种车型，其相同特点是车辆分设走行轮和导向轮，走行轮为胶轮，走行在路面上，起支承作用；导向轮也是胶轮，依靠导向板或导向槽对车辆起导向和稳定作用。为了控制车辆轴重，保证胶轮运行安全，这种系统采用小车辆、短列车。普遍采用架空接触网或接触轨供电，部分采用缆绳牵引列车。胶轮系统主要包括胶轮自动导向系统、胶轮单轨系统、胶轮有轨电车系统。胶轮系统车辆及轮胎示意见图4。

胶轮系统具有如下特点：

（1）编组灵活。

（2）爬坡能力强，线路曲线半径小。

（3）车辆为胶轮，黏着性能好，有利加减速，运营噪声较小。

（4）轮胎承重有限，不适合大运量系统。

（5）轮胎制造和充气气压要求技术严格，胶面磨耗大，磨耗胶粉污染环境。

（6）轮胎运行阻力大于钢轨系统，故其能耗较钢轨系统要大。

（7）轨道干燥时轮胎摩擦系数将3倍于钢轨，但潮湿时与钢轨相差无多。

（8）车辆运行需要一个导向轨，因此车辆不仅有走行轮，还增加导向轮，在技术上更为复杂。

3.2.3 磁悬浮系统

磁悬浮系统是一种无接触运行，车辆悬浮于轨道之上的交通运输系统，是利用电磁场所特有“同性相斥、异性相吸”的相互作用，实现列车和路轨间的悬浮、导向和驱动，从而实现列车与轨道无接触的运行[2]。由于这一电磁体系完全取消了列车和钢轨间的直接接触所引起的摩擦力，因而大幅降低了能耗、磨损、粉尘污染、振动和噪声，也比轮轨列车更容易实现高速运行。磁悬浮列车一般是列车“抱”着轨道运行，不会出现列车脱轨情况，运行更加安全。磁悬浮车辆及轨道示意见图5。

磁悬浮系统具有如下特点：

（1）系统的曲线和道岔性能适用于大坡道和小半径线路，地形适应性好，与单轨和新交通系统大致相同。

（2）磁悬浮不仅具有新交通系统的特点，而且运行噪声与振动很小，基本不发生磨耗，环境保护好。

（3）车辆载荷平均分布，车身较轻，桥梁等建筑的费用相应减少。

（4）中运量系统；每列车定员326人，单向运能为6 520人/h，如果适当加大列车编组或行车密度，运能尚可适当提高，多采用高架敷设，建设成本低，建设周期短。

图4 胶轮系统车辆及轮胎示意图

图5 磁悬浮车辆及轨道示意图

（5）技术比较成熟，车辆费用较高，需要大批量生产才能保证效益。

3.3 可选系统综合比较

深圳机场旅客捷运可选系统综合比较见表1。综合以上分析，从线路条件、技术成熟、运营成本、城市资源共享角度来讲，钢轮/钢轨系统优于其他系统制式；从编组灵活度和预留土建工程制约角度来讲，胶轮系统（APM）优于其他系统制式。

4 车辆选型与运营模式

4.1 运营模式分类

以深圳机场已运营和规划建设的卫星厅及T4航站楼为站点分析。近期运营路线为T3航站楼—卫星厅，远期运营路线为T3航站楼—卫星厅—T4航站楼。卫星厅只处理国内旅客出港、到港客流，需全天24 h运营。根据其特征，列车运营模式有两大类，包括穿梭运行模式和循环折返运行模式（见图6）。

（1）单线穿梭运营模式。列车在单线上从T3航站楼至T4航站楼往返穿梭运行。该运营模式组织单一，服务水平低。

（2）单线分段穿梭运行模式。列车利用卫星厅站作为中间交会点，分段往返运行。该运营模式组织较为单一，服务水平较低。

（3）双线穿梭运营模式。列车在双线上从T3航站楼至T4航站楼全线往返运行。该运营模式组织简单，较单线穿梭运营模式服务水平高。

（4）贯通穿梭运营模式。从T3航站楼到T4航站楼全线单双线往返贯通运行。适用于T3航站楼—卫星厅、T4航站楼—卫星厅客流相对均衡的条件下，T3航站楼与T4航站楼的中转客流可直达而无需换乘。需利用卫星厅站作为列车交会点，卫星厅站要增设配线及站台，运行时刻表的可调整性不高。

（5）单线循环运营模式。线路线型为环形，列车在单线上循环运行。该运营模式与本工程线路条件不符合。

表1 深圳机场旅客捷运可选系统综合比较分析

（6）双线循环运营模式。线路线型为环形，列车在双单线上循环运行，该运营模式与本工程线路条件不符合。

（7）双线循环折返运营模式。列车在T3航站楼和T4航站楼间循环折返运行，适用于客流相对均衡，且中转客流可直达而无需换乘的条件。该运营模式车站配置简易，运输能力及服务水平高，运行时刻表可调整性高，终端站后折返时，车站需考虑某一轨道故障或维护时的车站客流流线，车站需设计折返线，车站规模大。

4.2 捷运系统运营模式

针对客流特征及T3航站楼预留土建工程，捷运系统运营模式主要有分段穿梭运营模式和循环折返运营模式2种，共3个方案。

（1）方案一：分段穿梭运营模式（一）。该方案（见图7）是从T3航站楼—卫星厅、卫星厅—T4航站楼之间双线分段穿梭运行。列车往返周期：T3航站楼—卫星厅需8．0 min，卫星厅—T4航站楼需5．6 min。发车间隔T3航站楼—卫星厅为5．0 min，高峰小时可开行15对；卫星厅—T4航站楼为3．8 min，高峰小时可开行20对。适用于T3航站楼—卫星厅、卫星厅—T4航站楼客流之间具有差异、T3航站楼与T4航站楼的中转客流较少的情况。卫星厅站为两岛两侧车站，T3航站楼站在预留工程基础上增加中间岛式车站，具备改造条件，可实施性强，但分段穿梭运营模式的服务水平及运能固定，提高性差。

（2）方案二：分段穿梭运营模式（二）。该方案（见图8）是从T3航站楼—卫星厅、卫星厅—T4航站楼之间双线分段穿梭运行。列车往返周期：T3航站楼—卫星厅需8．0 min，卫星厅—T4航站楼需5．6 min。发车间隔：T3航站楼—卫星厅为5．0 min，高峰小时可开行15对；卫星厅—T4航站楼为3．8 min，高峰小时可开行20对。适用于T3航站楼—卫星厅、卫星厅—T4航站楼客流之间具有差异、T3航站楼与T4航站楼的中转客流较少的情况。该方案卫星厅站为一岛两侧车站，T3航站楼站在预留工程基础上增加中间岛式车站，具备改造条件，可实施性强，但分段穿梭运营模式的服务水平及运能固定，提高性差。

（3）方案三：循环折返运营模式。该方案（见图9）是列车在T3航站楼和T4航站楼折返运行。列车往返周期：T3航站楼—卫星厅需10．0 min，卫星厅—T4航站楼需13．7 min，发车间隔达到3．0 min（20对/h），适用于客流相对均衡且中转客流可直达而无需换乘的条件。卫星厅站为一岛两侧车站，T3航站楼站在预留工程基础上增加中间岛式车站和站后交叉渡线，站后配线改造条件差，可实施性差，但服务水平及运能较大，提升空间大。

针对循环运营的T3航站楼折返条件可实施性，若采用钢轮/钢轨的地铁制式车辆，T3航站楼站前或站后折返预留条件无法满足需求，需对T3航站楼预留工程进行改造。

4.3 列车运营模式比选

采用分段穿梭模式运营，全线4列车各自往返穿梭运行，T3航站楼站布置为一岛两侧车站；全线运行列车数不能增加；运输能力可满足需求，但服务水平提高较难。

采用循环折返运营，全线列车可追踪运行；列车需在折返线进行折返作业；运输能力可以满足客流需求，同时服务水平有提升空间。

综合分析需求规模及可实施条件，运营模式建议采用循环折返模式，备用模式采用穿梭运营模式。

图7 分段穿梭运营模式（一）

图8 分段穿梭运营模式（二）

图9 循环折返运营模式

5 车辆选型与预留工程

车辆选型对系统预留工程土建的适应性主要是系统限界能否适应预留隧道的最小尺寸和折返线的适应情况。

5.1 预留隧道限界适应性分析

不管是钢轮/钢轨系统车辆还是胶轮系统APM车辆的宽度，均能适应预留工程隧道6．75 m净宽。而预留隧道的最小结构净高为4．88 m，不同车辆采用不同供电制式（见表2）净高需求相差很大。针对钢轮/钢轨车辆采用接触网供电方式和接触轨供电方式、胶轮系统APM车辆采用接触轨供电3个方案进行比较分析。

表2 不同车辆采用的不同供电制式

（1）钢轮/钢轨系统车辆采用接触网供电方式。预留隧道最小结构净高为4 880 mm，钢轮/钢轨车辆采用接触网供电方式整体高度为5 060 mm，超出限界180 mm，无法满足已预留土建工程的限界要求。

（2）钢轮/钢轨系统车辆采用接触轨供电方式。预留隧道最小结构净高为4 880 mm，钢轮/钢轨采用接触轨供电方式整体高度为4 760 mm，可以满足预留土建工程的限界要求。

（3）胶轮系统APM车辆采用接触轨供电方式。预留隧道最小结构净高为4 880 mm，胶轮系统APM车辆采用接触轨供电方式整体高度为4 780 mm，可满足预留土建工程的限界要求。

5.2 折返线适应性分析

（1）穿梭运营模式。钢轮/钢轨系统车辆及胶轮系统APM车辆均适用。但T3航站楼站需在原预留站台间增设一岛，增设的岛式站台需增加电梯、扶梯、疏散楼梯、岛上方隔板。工程改造量较小，改造对既有结构影响小，方案可行。

（2）循环折返运营模式。即在T3航站楼和T4航站楼采用站前或站后折返形式。T4航站楼还未建设，在建设机场捷运系统时，按照运营需求选择折返形式。但T3航站楼站已建设，且按照APM站后折返需求（预留长度只有108 m）预留，如果采用钢轮/钢轨系统车辆，不管采用站后折返还是站前折返，都需对T3航站楼5根结构柱子进行移位或托换，但T3航站楼站折返区正下方是深圳地铁11号线，已开通运营，无法施工。因此，鉴于安全和工程实施条件因素，循环折返运行模式不适于钢轮/钢轨系统车辆，只适用于胶轮系统APM。

6 结束语

深圳机场旅客捷运系统无论是采用钢轮/钢轨系统制式还是采用胶轮系统制式（APM），运输能力、线路条件、无人驾驶、24 h不间断运行、环保等功能需求皆可满足。但由于本线运营模式建议采用循环折返模式，以适应深圳机场的客流条件，若采用钢轮/钢轨系统制式车辆，由于无法对T3航站楼进行改造，故T3航站楼站前或站后折返预留条件无法满足需求，而胶轮系统（APM）无论是对预留工程的适应性、服务水平、运营维护便利性等运营评价指标来讲，都优于钢轮/钢轨系统车辆。因此，建议深圳机场旅客捷运系统选用胶轮系统制式。

[1] 铁道第三勘察设计院集团有限公司．南海区新型公共交通系统试验段可行性研究车辆选型研究专题报告[R]．佛山，2011．

[2] 深圳市市政设计研究院有限公司．深圳机场旅客捷运系统车辆选型及供电制式专题研究[R]．深圳，2016．

[3] 吴胜权，黄振晖，曹源．有轨电车路权配置与信号系统选择[J]．中国铁路，2014(8)：97-99．

[4] 邱宝光，刘波，赫宏联，等．现代有轨电车车辆与信号一体化研究[J]．中国铁路，2013(11)：76-78．

[5] 深圳市市政设计研究院有限公司．宁波市鄞州区现代有轨电车实验线一期工程车辆选型专题报告[R]．宁波，2014．