宜宾市智能轨道快运系统工程设计及应用

蒋小晴，肖 磊，吴雄韬，胡正元，李树培，贺 捷

（1.中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南 株洲 412001；2.宜宾市智轨指挥部办公室，四川 宜宾 644000；3.四川川南轨道交通运营有限公司，四川 宜宾 644600；4.中铁四院集团新型轨道交通设计研究院有限公司，江苏 苏州 215009）

0 引言

伴随着我国城镇化的快速发展，交通拥堵已成众多大中城市的固疾。为此，各城市都积极响应“公交优先”的战略方针，致力于构建多元化、立体化、现代化的城市公共交通体系[1]。宜宾市位于四川盆地南缘，处于金沙江、岷江和长江的三江交汇处，素有“万里长江第一城”之称。因宜宾市经济的快速发展，且其处于多山地带，受到三江六岸的分隔，其交通拥堵情况日趋严峻，特别是老城区及过江桥通道路网中绝大部分路段己接近饱和，道路拥堵严重。为优化城市交通结构，支撑宜宾“川南经济副中心”规划发展，综合宜宾的人口规模和财政负担能力后，市政府规划引入中运量轨道交通制式作为城市主干运力。

近年来，面对社会的实际需求，城市中运量交通呈现出多制式、立体化的发展趋势。同时，由于我国的交通环境迥异且存在运用经验不足等原因，所引入的传统中运量城市交通制式也大多处于应用磨合期，存在着运输能力、成本投入、线路调配等方面问题，表现出诸多的“水土不服”现象[2-3]。智能轨道快运系统（autonomous-rail rapid transit, ART）具有运量大、快速准点、节能环保的轨道交通特征，同时凭借无轨无网的技术特征继承了道路交通运营灵活、适应性好、基础设施建设少、建设成本低、性价比高等优势且无需新建跨江桥梁[4]，受到了宜宾城市管理者的青睐。

宜宾市于2018年上半年通过了《宜宾市智能轨道快运系统线网规划》，其涉及7条线路，总长156.9 km。其中宜宾智轨T1线于2018年10月开始施工建设，并于2019年12月5日全线开通试运营，是全球首条商业化运营的ART线路。该线路贯穿城市中心老城区、通行既有跨江桥梁、串联工业新城、接驳交通枢纽，是宜宾市区最重要的客流通道之一；其路权形式因地制宜，以半专用路权为主，桥梁咽喉段采用混合路权；沿线交通组织根据道路资源及通行量灵活调整，实用且高效。宜宾智轨T1线聚集了我国城市多种典型交通应用场景，具有很好的代表性，其顺利开通反映了ART对我国城市交通良好的适用性，对其他城市中运量交通组织也有一定的借鉴意义。

本文以宜宾智轨T1线商业应用为背景，总结了ART在线路规划、设计施工、交通组织、运营管理方面的经验，为后续ART的建设提供“可复制、可推广”的应用模式，加快其推广应用。

1 线路设计

宜宾市是一座典型中等规模城市，管辖3区、7县，市区规划建设用地140 km2。截至2018年末，其中心城区常住人口117.7万。根据《宜宾市城市总体规划（2013-2020年）》，宜宾市中心城区2020年规划形成“一城四区、三江多组团” 的组合型带状城市。宜宾市2018年地区生产总值（GDP）实现2 026.37亿元，比上年增长9.2%。随着宜宾市经济的快速发展，其交通拥堵情况日趋严峻，急需建立起与其经济及社会发展匹配的现代化交通体系。

宜宾市智轨交通T1线经长江大桥串联了宜宾市近期重点建设区域——南岸组团及临港组团，可满足规划期南岸主城区与临港新区之间客运出行需求。该线路是一条覆盖城市发展主轴之间主要客流走廊、加强长江两岸之间联系的中运量骨干线路，是宜宾市城市公共交通体系的重要组成部分；此外，T1线连接宜宾高铁西站、临港汽车站等对外客运枢纽，是宜宾市沟通内外的纽带。

宜宾市智轨交通T1线项目工程分为主线与支线。主线全长16.1 km，其中地面线15.7 km，高架线约0.4 km；共设站14座，均为地面站，平均站间距约1.1 km；线路起自成贵宜宾西站，沿南八路→金沙江大道→叙府立交→叙府路→蜀南大道→长江大道→长江大桥→长江北路走行，止于嘉信路西侧的企业服务中心站，串联起宜宾对外交通重要枢纽高铁宜宾西站、赵场综合服务中心、南岸CBD、临港新区自沙组团和轨道交通产业园等重要城市节点。支线全长约 1.6 km，设站2座，均为地面站，站间距约1.2 km；线路起自主线长翠路站，沿长翠路走行，止于峥嵘路南侧的白酒学院附近,串联起临港大学城与T1线主线[5]。具体线路走向如图1所示。

图1 宜宾智轨T1线线路概况Fig.1 Yibin ART T1 line pro fi le

ART通常采用地面的敷设方式，主要通过借用原有市政主干道路运行。在智轨T1线宜宾西站，为实现与高铁站无缝接驳，设计有一段0.4 km的新建专用跨线桥；为保障ART的运行效率，T1线路总体采用了“区间专用路权、交叉口优先通行”的半独立路权形式；同时，考虑到宜宾长江大桥交通咽喉区道路资源紧张的现状，在该区间段采用与社会车辆混行的路权形式。

为提升智轨线路运行的安全性及旅行速度、减少对智轨沿线其他道路交通的影响、方便首末折返线布置，智轨T1全线采用路中敷设方式；同时，结合沿线道路路况，16座车站均采用中央岛式站台设计。在T1线路中，乘客进入路中站台方式有平面过街式及立体过街式。根据站点路口人流量集中程度及周边道路条件，沿线的时代广场、紫金城、龙兴路3个站点设计有地下通道，解决了乘客以立体方式进出车站及过街问题；其余站点都设置于交叉路口附近，借用原有人行横道平面过街。宜宾T1线地下通道过街方式效果如图2所示。

图2 地下通道过街方式效果图Fig.2 Design sketch of street passing way for underground passageway

2 系统方案

基于宜宾智轨T1线的总体规划，并综合考虑线路条件、投资额度、运营效果等因素，由业主方、设计方、机电供应商及宜宾市政府主管部门确定了项目线路基建设计及机电配置方案。

2.1 基建工程

由于ART的无轨无网特性，线路建设中主要涉及的基建部分为车站及车辆段两项工程。

2.1.1 车站

线路沿道路中央敷设，站台设置于道路中分带中，岛式站台宽度不小于4 m（各站台具体宽度结合中分带宽度设定）。站台一般采用钢结构设计，使用年限为50年；站台采用半封闭式设计，考虑到后续车辆编组增加，有效站台区设计为长55 m。在站台靠近路口一端设置坡道及乘客通道与地面人行横道相接，通过坡道及地面人行横道解决无障碍通行问题。乘客通过地面人行横道（信号控制）过街及进出站，车站靠近路口一侧设置有售检票区。站台边缘至线路中心线水平距离1 450 mm，站台面至路面高度300 mm。宜宾智轨T1线站台平面布置如图3所示。

图3 站台平面布置Fig.3 Layout plan of the ART station

2.1.2 车辆段

全线设车辆段一座，即临港车辆基地，位于主线轨道交通产业园东侧。考虑到与后建T4线共用车辆段二期用地，车辆段占地总面积约14.64 hm2，段址东西向长约652 m，南北向宽约225 m。T1线临港车辆基地主要承担以下任务：

（1）工程全部配属车辆的定临修、换轮、运用、停放、列检、双周检、三月检、车辆洗刷和清扫及定期消毒工作；

（2）工程事故列车的救援工作；

（3）工程全部区段各系统的维护、保养工作；

（4）车辆基地内设备、机具维修、整备工作；

（5）车辆基地的行政管理和技术管理。

运用库从南至北依次布置停车列检库、周月检库及辅跨，采用贯通式布置。停车列检库采用1线3列位设置，共计8线24列位；月检库按1线1列位布置，共设置2列位。检修库从南至北依次布置吹扫库、静调库、定临修库及辅助车间，设置吹扫线 1条、静调线1条、定临修线3条，具体布置如图4所示。

图4 临港车辆段平面布置图Fig.4 Layout plan of the ART depot

2.2 机电配置

作为交通运输的主体，ART机电系统包含运载工具（智轨电车）和通信、信号、供电等相关地面机电系统，如图5所示。智轨电车的各个子系统有机融合，确保整个运输系统的安全、高效和智能运行。

图5 智能轨道快运系统框架Fig.5 Topology of the ART

2.2.1 车辆

智轨电车是一种采用全轴转向、轨迹跟随控制技术，通过主动安全、车载信号、机器视觉控制等对车辆行驶进行电子约束的全电力驱动、沿虚拟轨道运行的铰接式胶轮车辆。T1线所选用的三编组智轨电车采用两动一拖的编组形式（=Mc1 + Tp + Mc2=），如图6所示。其中，Mc1与Mc2车厢带司机室模块且配备有驱动系统；Tp车厢无驱动装置，受流装置被安装在Tp车厢；+表示车间连接装置（含铰接装置和贯通道）；= 表示救援车钩的安装接口。

图6 车辆编组图Fig.6 Diagram of the autonomous-rail rapid tram marshaling

智轨电车车身质量轻、转弯半径小、爬坡能力强，这些性能很好地匹配了T1线路的道路及桥梁使用条件，如表1所示。

表1 智轨电车与T1线路的性能匹配表Tab.1 Matching relation ship between autonomous-rail rapid tram performance and T1 line condition

根据线路客流的预测结果[6]，在运营初期（2019~2022年），全日客运量将达到5.23万人次，主线高峰客运量为0.89万人次/h，最大断面流量为2 017人；支线高峰客运量为0.15万人次/h，高峰小时最大断面流量为783人。根据运量要求，初期线路发车密度为12对/h，发车间隔为5 min；需要的车辆配置数为21列，其中运用车18列、备用车3列。

2.2.2 地面供电系统

地面供电系统由外部电源、充电系统、综合自动化系统等部分组成。根据智轨电车特性，充电制式采用首末端车站架空充电轨充电、区间及中间车站由车载储能电源牵引的供电型式。根据车辆在运营中的牵引耗电情况，在T1主、支线路的首末站点（宜宾西站、智轨产业园站和白酒学院站3处）设计有牵引供电点。牵引用电负荷为二级负荷，采用两路电源，一主一备或互为备用。图7所示为智轨产业园站充电区。

充电点箱式变压器从城市电网中引入10 kV高压交流电源，通过充电站对中压供电网络中的10 kV交流电进行降压、整流后，再经过DC/DC斩波处理，输出可控的直流电压/电流，为车辆储能装置充电，以保证列车的安全、可靠运行。

图7 智轨产业园站后充电区Fig.7 Charging station on extending line of the ART industrial park station (terminal station)

2.2.3 通信系统

通信系统为智轨电车运营、维护、管理服务，是行车指挥、运营管理的必备工具。为满足运营管理的需要，通信系统必须迅速、准确、可靠地传送各种运营管理信息。T1线通信系统构架借鉴了轨道交通的通信系统建设模式，由传输系统、电话系统、无线通信系统、视频监控、乘客信息系统、广播系统、时钟系统、电源系统及接地装置等子系统组成[7]。ART综合无线通信系统架构如图8所示。

图8 ART综合无线通信系统架构Fig.8 Topology of the ART integrated wireless communication system

2.2.4 信号系统

信号系统包含有中心调度管理子系统、路口信号控制子系统及车载辅助子系统。调度管理系统能够与车载信号系统通信，实时监测所有线路车辆运行位置及状态。车载信号系统通过列车定位、测速及人机交互实现辅助司机驾驶功能。中心调度管理子系统以列车司机目视路况驾驶为前提，司机对列车安全运行负责。路口信号优先控制系统能与车载信号系统、道路交通信号控制机实时通信，实现列车在路口处的优先通行。列车以地面信号机显示作为行车凭证。信号系统整体构架如图9所示。

图9 智轨信号系统构架Fig.9 Topology of the ART signal system

3 交通组织优化

由于T1线路采用地面的敷设方式，智轨电车与城市道路其他交通工具处在同一空间环境之中，因此通过交通设计手段与交通管理措施处理好智轨电车与行人、机动车等其他方式交通流之间的关系，合理分配路面空间的交通资源，对充分发挥其轨道交通的运能优势、减少道路改造工程量、提高沿线交通出行的服务水平具有重要意义。针对线路中的交通节点（老城区、长江大桥咽喉区及宜宾高铁枢纽接驳），市交管部门协同交通设计单位对区域既有交通情况进行评估，并通过仿真模拟验证，优化区域交通组织，确保ART进入后的交通整体顺畅[8]。

3.1 老城区交通组织优化

根据前期调查数据，宜宾老城区的路网道路狭窄（多为双向四车道）且车流量大，道路拥堵严重，绝大部分路段己经趋于饱和（老城区路网平均饱和度达到了0.89），高峰时段老城区主要道路平均车速为12.4 km/h。此外，老城区线网的部分交叉口没有进行过优化修整，绝大部分交叉口的服务水平偏低，只有部分主要交叉口的服务水平为D 级，其余的主要交叉口服务水平均在 E级或以下，老城区交通顺畅运行的阻力较大。如图10所示，在智轨T1线运行的叙府路以及长江北路（宜宾大道以西）交叉口服务水平在D以上；南岸东区交叉口平均饱和度0.79，叙府路交叉口平均饱和度为0.88。智轨T1线开通后，如果简单地从修建车道与站台占用道路资源来看，虽然沿线客运能力有6%~20%的增加，但道路通行能力将下降20%~30%，这必然需要对沿线的交通组织进行优化提升。

宜宾市交警部门协同交通设计单位采集区域内的道路网与交叉口设施现状、交通流量与运行状态，通过建立的交通模型深入分析了多种优化方案。在保障智轨电车运行可靠性的前提下，主要采取了分流过境交通、节点扩容、取缔路内停车、完善配套设施、沿线全部信号控制及直左分离等方案，具体如表2所示。

图10 宜宾智轨T1线影响范围内路段饱和度示意图Fig.10 Diagram of road section saturation under the effect of Yibin ART T1 line

表2 宜宾T1线交通组织优化方案Tab.2 Optimization plan of Yibin T1 line traf fi c organization

目前，上述交通组织优化措施大部分已得到了落实。根据实际监测，叙府路交通压力降低，平均饱和度下降了10%；周边道路交叉口饱和度有所提升，但还在可接受的范围内。

3.2 长江大桥交通组织优化

两岸联动、跨江发展是跨江城市普遍的发展模式，过江通道的交通拥堵同时也是制约跨江城市发展的主要因素之一[9]。宜宾长江大桥是连接老城区与临港经济区的重要通道，桥面宽度为22.5 m，设置双向四道，早晚高峰时段巨大的车流量造成长江大桥长时间拥堵，形成通行的咽喉口，南桥头通行饱和度达到1.05。在桥面运行智轨电车后，由于智轨电车占用了道路资源，如果没有优化的交通组织方案，过桥交通情况将会更加严峻。

为了提升过桥路段的通行效率、提高整体交通服务水平，通过采集宜宾长江大桥各上、下桥交叉口及桥面通行的车流信息，分析了沿线的进出口路面设施、桥梁断面等制约因素，并对宜宾长江大桥加入智轨电车通行后的交通组织进行仿真分析，得出以下解决方案：

（1）桥面社会车辆与智轨电车保持车距进行共线行驶，桥面全路段禁止变道，智轨电车始终行驶在车流前端，货车全部行驶外侧车道，以保障混行时的智轨电车行车。在全路段桥面安装变道抓拍设备，对违规车辆进行处理。

（2）长江大桥上南、北桥头上下桥均禁止左转，采取绕行策略，如图11所示。

图11 宜宾长江大桥上下桥禁左交通规则Fig.11 Turing-left forbidden of entry/exit of Yibin Yangtze River Bridge

（3）长江南桥头叙府路主线直行与上桥匝道右转车辆轮流放行；长江北桥头长江北路主线直行与上桥匝道右转车辆轮流放行，增强长江大桥两端流出能力，控制桥面车流低于饱和状态，维持车流车速稳定，保证ART车辆行驶时间可靠性。

（4）信号优先控制策略。在上下桥的路口的交通灯处设立信号优先装置，通过感应信号控制的方式保证智轨电车车辆到达长江大桥南北两端时优先进入大桥，从而保证智轨电车车辆与社会车辆的安全距离。

通过多措并举，智轨线路开通试运行后，长江大桥过桥交通通行效率得到有效提升。根据现场统计，试运营期间，长江大桥高峰期每小时单向通行能力提高18%，每小时多通过450辆车；通行高峰期时间缩短30~50 min；桥面交通事故降低98%。可见，该方案在保障了智轨电车在大桥上快速通行的同时，也兼顾了社会车辆的通行效率。

3.3 交通枢纽接驳

宜宾成贵高铁西站枢纽为宜宾沟通外部的重要通道。为达到与高铁站便捷换乘的效果，考虑将起点站设于高铁站房东侧地块的匝道内，乘客通过扶梯直接前往高铁站落客平台；而线路向西下穿匝道后，在站房东侧地块内向东南展线，上跨金沙江大道至路中绿化带，沿金沙江大道向北高架走行，在南八路交叉口南侧逐渐落回地面，然后沿金沙江大道路中向北地面走行。该方案纵断面如图12所示。此外，通过天桥与高铁站前落客平台相连，形成集高铁、长途汽车和公交大巴联动的综合枢纽。

图12 跨线桥纵断面图Fig.12 Vertical section diagram of overpass bridge

3.4 信号优化

结合现状和规划路网，智轨T1沿线一共26个主要交叉口均为平面交叉口，其中信号控制交叉口为21个。智轨电车试验线工程沿线道路等级结构如图13所示。

图13 宜宾智轨T1线全线交叉口示意Fig.13 Intersections of Yibin T1 Line

由于智轨T1线采用的是半专用路权形式，为了实现智轨电车快速、准时通行的目标，需要通过长距离无线通信的方式（long term evolution, LTE）实现与交叉路口信号机联动；并设立专门的智轨信号灯，实现对现有的交叉口单点信号控制方案改善及信号协调控制，提升道路交通系统的运行效能[10]。信号优化的具体措施如下：

（1）基于接入管理的基本原则，对于道路红线较窄、车道较少、等级较低的相交道路，不开放轨行区；将相交道路路口改为右进右出的组织形式，以减少横向道路交通流对智轨电车及沿线交通的干扰。

（2）考虑智轨电车车辆运行速度、车辆靠站停车等因素的情况下，通过向智轨电车提供沿线道路各交叉口的信号协调控制，提高智轨电车到达各交叉口遇到绿灯的概率，实现智轨电车的被动优先控制。此方案主要用于道路服务水平较高的金沙江大道段及长江北路段，通过采取交叉口协调控制，辅助以相对信号优先措施，使得智轨电车运行时最大可能处在绿波带上。

（3）通过插入相位、延长绿灯和缩短红灯3种信号优先方案实现主要单点信号主动优先控制。南岸城区段交通量较大、单行道较多，交通现状情况复杂，不利于协调控制，因而采用交叉口单点控制。

4 运营组织

2019年2月，宜宾市政府出台了地方管理办法《宜宾市中心城区智能快运系统管理办法（试行）》，用来确立运营管理要求、车辆备案管理制度、智轨电车行驶路权、交通事故责任判定原则等相关政策的实施，保障了智轨电车在宜宾既定道路运行的合法合规性。

4.1 运营机构设置

为顺利推动智轨T1线建设及开展后续运营工作，由四川省铁投公司联合四川路桥集团、宜宾市城市与交通投资集团、九冶建设公司、宜宾公交公司共同出资，于2018年12月28日筹建了四川川南轨道交通运营有限公司。本着运营管理系统应机构精简、管理层次少、分工明确和办事效率高的原则，四川川南轨道交通运营有限公司初步规划组织机构如图14所示。

图14 四川川南轨道交通运营有限公司组织机构示意图Fig.14 Organization framework of Sichuan Chuannan Rail Transit Operation Co., Ltd.

4.2 售检票系统

车下售检票方式有利于提高旅客乘车效率，便于线路网络化运营收费，但需配备售检票设施，增加车站规模。为改善旅客出行乘车环境，提高公共交通服务水平及效率，在车站设有售检票机、站台门等设施。宜宾智轨T1线采用的是车下售检票、计程票价制模式。

图15 售检票系统拓扑图Fig 15 Topology of the AFC system

（1）车下售检票。通过封闭式的车站设计，在站台上通过售票机购票或储值票完成购票、通过闸机非接触式付费同时完成检票。

（2）车票形式。车票分为单程票和储值票。储值票不回收，可充值长期使用；其采用非接触式IC卡及“智轨通”APP扫码经人脸识别后通过闸机进出站并完成收费。通过现金及网络支付的在站台取得当次单程票，单程票一次使用有效，出站后票据由闸机回收。

4.3 线路运营情况

自基础建设及系统联调联试、空载试运行后，宜宾智轨T1线先开段10 km于2019年6月10日实现载客试运行，12月5日全线开通运行、12月31日实现收费试运营。从2019年3月29日至12月31日，共运行智轨车13 910对次，累计运行31.28万列公里，乘客213万余人次。该线目前每天开行列车主线74对，支线46对。全线运营时段为6:30~21:30；高峰时段发车间隔为10 min；平峰时段发车间隔为15 min。全线开通后，T1线路设置车辆最高运行速度55 km/h，正线全程耗时约40 min，平均旅行速度为24.8 km/h，相较宜宾传统公交线路全程耗时节约25 min；列车运行图兑现率98.8%、发车正点率98.3%。ART的大运量、舒适、准时、快速等特点已得到宜宾市民广泛认可。

参考有轨电车线路试运营条件的关键指标[11]，提取智轨试运营前20天的运营情况进行对比，结果如表3所示，满足相关指标要求。

表3 宜宾智轨T1线运营指标对比结果Tab.3 Benchmark of Yibin ART T1 line operation indicators

5 结语

宜宾智轨T1线是一条具有众多典型城市中运量应用场景的线路，其实际运营效果很好地体现了ART在城市交通应用中的优势：

（1）建设成本低。宜宾智轨T1线工程概算投资11.28亿元，其中智轨项目直接投资9.4亿元，配套的城市基础设施提升建设投资1.88亿元。线路平均每公里投资0.637 2亿元，约为其他中运量轨道交通制式建设成本的1/3。

（2）建设周期短。宜宾市智轨交通T1线从启动到首开段10 km开通载客体验，历时12个月；而从启动到全线开通试运营，历时18个月，建设周期约为其他中运量轨道制式的1/2。

（3）适应性强、运营灵活。ART的“无轨无网”特性顺利地实现了线路贯穿老城区、通行既有长江大桥、串联临港工业新城，无缝接驳宜宾高铁交通枢纽，联通市民的生活、工作、外出的出行通道；同时，可结合道路实际，灵活调整从半专到混合的多种路权形式及交通组织。

宜宾智轨T1线的顺利开通，同时也标志着ART在合规性、城市适应性、产品可靠性等方面通过了全方位的实践和检验。

T2和T4线的建设即将开启，成网后的宜宾智轨中运量骨干交通线将大大提升处于ART沿线乘客的可达性，线网对客流的覆盖率进一步增加，由ART承载的中运量公共交通吸引力将再上台阶，最终将实现由ART承担城市客运干线及传统公交为支线的有机公共交通体系。此外，ART是一个系统工程，在其后续的应用中，可进一步借助目前的物联网技术，开展智能化升级，为乘客提供更加便捷、舒适、智能的出行体验；同时，也需持续优化线路交通结构，开展动态优先路权的研究，让道路的通行能力得到最大化运用，满足城市的社会、经济可持续发展的需求。