一种新的高铁旅客跨海方案研究

刘 胜

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 前言

琼州海峡的过海通道建设，一直是各方面非常关注的工作。上世纪九十年代，广东省、交通部、铁道部陆续针对隧道、桥梁、火车轮渡三个方案开展了深入研究，并于2002年建设完成火车轮渡方案，旅客通过琼州海峡总用时需要3 h。随着我国铁路交通的快速发展，现有火车轮渡已无法满足人民对时效性的要求。

湛海高铁工程建设已经提上日程，如何帮助乘客快速过海到达目的地，是该工程建设的关键之一。目前，尚没有高铁与水运港合建综合站相关研究及成功案例。本文针对高铁乘客快速过海的问题，以节省时间为主要目标，研究出一种新的高铁旅客跨海方案，主要包括车船转运方案、转运客船选型，分析了恶劣天气对跨海转运方案的影响，并与其他跨海方案进行了对比分析。研究成果力争为类似工程提供理论依据和可以借鉴的经验。

2 车船转运方案

2.1 工程建设条件分析

工程区域位于雷州半岛与琼州岛（即海南岛）之间的琼州海峡。跨海车船转运工程湛江区码头选址在湛江市海安粤海铁路北港，海口区码头选址在海口市新海粤海铁路南港，两港相距约21 km，均有客运业务开通既有航线，具备充分的工程建设基础条件。建设部门与既有两港区所属部门间的利益分配，是车船转运方案建设的一个重要制约因素。

2.2 车船转运总体工艺

研发的“一种铁路与客船直接转运的系统（专利号：ZL201611027669.5）［1］”，与以往高铁站与客运港分开建设不同，研究提出将高铁站与客运港合二为一建设成高铁港口综合站，实现码头与站台功能统一的方案。

如图1所示，旅客在高铁港口综合站进行车船换乘。动车进入高铁综合站后，乘客下车直接上客船；当客船到达高铁港口综合站后，乘客下船直接换乘动车。

图1 车船转运工艺流程

2.3 高铁港口综合站平面布置

如图2所示，高铁港口综合站设有转乘站台，站台一侧为动车停靠站，另一侧为客船停靠港，动车的车门与客船的舱门通过转乘站台直接连通，实现铁路与客船高效省时的同台换乘，转运客船登船口设于动车组中部，使换乘走行距离最短。

图2 高铁港口综合站平面布置

玻璃幕墙与隔离门使转乘平台形成封闭式通道，使车船无缝对接，封闭式换乘通道便于实现室内舒适的环境，避免了恶劣天气对乘客换乘造成不适应。隔离门2将转乘平台分隔成站台上、下两半区，减少客流转乘交叉，使转乘更加顺畅有序。隔离门1为出站乘客出口。转乘站台在客船停靠的一侧设有登船升降平台，平台上配有所研发的“一种用于港口客船的快速登船系统（专利号：ZL201621234643.3）［2］”与“一种快速脱缆、万向活动登船接口设备（专利号：ZL201611012706.5）［3］”，使乘客能够舒适且快速地完成换乘。

2.4 车船转乘过程时效分析

旅客车船换乘采用封闭式通道无缝对接，实现同台换乘，换乘乘客无汇流及分流，为旅客全程一票制的实现提供技术保障，换乘区域无需设置检票和安检环节，以省去再次检票与安检的时间。动车与客船乘客同台换乘时间，主要有下车（船）、步行换乘、上船（车）三个过程。

8辆编组动车长度201～214 m，登船口位于8辆编组动车中间位置，则最不利走行长度（m）：L＝（201～214 m）/2-车头距最近车门长度（＞5 m）＋站台宽度（15 m），最不利走行长度应不大于120 m。正常人的行走速度为60～100 m/min，参考《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）二级服务水平，取60 m/min［4］，则最不利车船之间行走用时不大于2 min（120/60）。

现场统计北京南站50次动车乘客下车至出站通道楼梯口下（相当于进入船舱）、及从出站闸机（相当于船舶舱口）至上车数据，略去个别乘客，用时在265～288 s之间。结合2014年7月，天津西站同台换乘操作实际，两辆高铁同台换乘时间为3.5 min，完成下车、上车时间均为1.5 min。

综上，则本方案能够实现乘客在5 min内完成车船换乘。

3 转运客船选型研究

3.1 客船航速选择分析

考虑高铁港口综合站旅客车船转乘用时，结合当前不同航速客船动力性能，考虑船舶离泊、加速、航行、减速、系泊等全过程用时，估算不同航速船舶对应的总过海用时（见表1）。

表1 不同航速客船转运过海用时

考虑高铁、客机运行速度及无效时间，在起点、终点均为大城市情况下，客机一般无效时间为3.5 h，高铁一般为1 h，高铁与客机的优势距离约为1 000 km。选择航速15 kn的普通客船时，高铁动车与航空的时间优势降低到620 km；而选择40 kn的高速客船，时间优势可达800 km以上。距离海口小于620 km的国内中等城市为25个，小于800 km的国内中等城市有33个，增幅为32%，服务面积增加约50%。因此，选择航速40 kn的高速客船进行转运，比普通客船增加服务范围的优势显著。

3.2 客船乘客位数选择

当前运营的动车组列车有：CRH2A/C，1列8箱，编组长度201.4 m，定员588/610人；CRH2B，1列16箱，编组长度401.4 m，定员1 230人；“中国标准”动车组，1列8箱，编组长度约209 m，定员556人。为确保动车运输的时效性，建议客船能够一次性转移单列动车的全部乘客。在此基础上，选择以下3组乘客位数方案进行比较。

方案一：客船载客定员1 250人。能满足16箱编组动车乘客一次转运需求，船型大抗风浪能力强，但运输8箱编组动车乘客不够经济。

方案二：客船载客定员650人。满足8箱编组动车一船转运需求，对16箱编组动车可采用两艘船同时进行转运。

方案三：客船载客定员320人。采用2艘船同时转载8箱编组动车、4艘船转载16箱编组动车，无需等待，但船型较小，难以抵抗琼州海峡风浪。

考虑8箱动车运营较多的实际情况，避免过多客位空闲而造成的运营成本浪费，建议客船载客定员为650人。

3.3 高速客船类型分析

琼州海峡玉包角水文站波浪资料显示，≤0.6 m浪高年频率占约60%，≤1.5 m浪高年频率可达96%［5］8-10。在1.5 ～2 m 波高以下时，穿浪高速双体船仅两侧片体接触水面，穿浪航行，中间船体几乎不受波浪拍打，失速率小，其船价、运费和维护费等大致与常规高速双体船相同，航运收益率明显高于其他船型［6-7］。琼州海峡仅21 km的航行距离，可选用穿浪型高速双体船以取得较低的乘客晕船率。

3.4 船型选择

2017年1月17日海南海峡港航控股公司组织了在琼州海峡南、北两港间的首次快船试航。适航后，船长认为：达到乘客预期的舒适度，高速船总长需要65 m以上。

载客定员650人穿浪双体船，总长一般为60～70 m、宽12～18 m。

综上，建议船型为：穿浪型高速双体船，总长68 m、运行航速40 kn，标准客位650人。

4 恶劣天气对跨海转运方案的影响分析

动车与客船在恶劣天气中运营时间的匹配，是跨海转运方案可行性应考虑的重要因素。基于对海南省海事局官网发布的2014年3月—2015年7月间77个停复航消息以及海南港航控股有限公司官网2013年6月—2016年6月间14个关于停复航公告，琼州海峡共计发生42次停复航，而抗风等级8级以上船舶停复航仅19次，其中由大风原因造成14次、大雾天气造成5次。

4.1 大雾天气的影响

5次大雾天气造成的停航均发生在早晨，持续时间为1～2 h。因夜间大雾不易散去，2014年3月17日停航时间较长，从2：30持续到上午10：30，共计8 h，高铁在夜间有间歇期，所以其受影响的时限仅为2 h。

4.2 大风天气的影响

在14次大风造成的停航中，其中6次风力较小（风力强度＜10级），未对动车造成影响，另8次台风均造成动车停开。

如表2所示，抗风等级8级船舶比动车停开时长超过24 h的为2次，12～24 h的为3次，6～12 h的为4次，0～6 h的为5次。当风力强度越高时重合度越高；甚至当超强台风如海燕、威马逊，客船已经恢复通航时，动车尚在停开中。考虑动车夜间停开的间歇期，单次台风实际影响时间为3～12 h。

表2 抗风8级客船与动车停运时段对比

统计海南岛1949年至2010年的台风情况，发现影响海岛的台风年均5.5次［5］7-8，台风对本方案的实施影响天数年均＜2 d。

台风期间，船舶至避风港的行程会影响高速客船作业的快速恢复。通过研发，在港区设置临时“一种用于普通港区的防风锚泊设备（专利号：ZL201621258858.9）［8］”，能够让高速客船不用行驶至避风港避风的前提下快速恢复作业。

综合考虑大雾及大风影响本方案作业天数的影响（年均不超过2 d），以及铁路部门具备应对特殊天气造成旅客行程延误方面的成熟经验，恶劣天气对本方案影响较小。

5 与其他高铁跨海方案进行对比分析

车船转运方案和现有其他琼州海峡高铁旅客跨海方案进行对比，如表3所示。

表3 湛海高铁跨海方案对比

火车轮渡方案在时效性方面无法凸显高铁快速的特点以及乘客对速度的需求，与时代发展要求相悖，因此不予推荐。

桥梁方案的时效性虽然较好，但其涉及巨额造价，且桥梁工程建设区域台风多、水深大、地质条件差以及桥梁应对战争能力差等［9］，相比隧道方案没有优势。

隧道方案主要存在高水压、高地震烈度、长距离施工、深水超长隧道通风、防灾等技术难题［10］。“具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井及系统（专利号：ZL201621258858.9）［11］”、“水下隧道通风竖井和水下隧道通风系统（专利号：ZL201821767740.8）［12］”，通过设置水上竖井、循环悬梯等手段，为深水超长隧道通风、逃生等技术难题提供了解决方法。随着国民经济实力的提升以及隧道工程技术的日益成熟，尤其港珠澳隧道的建成，为深水隧道施工积累了经验。如表3，隧道方案虽然存在投资高、以及短期内实施难度较大的问题，但技术的日益成熟，以及时效性的明显优势，将是未来高铁直通方案选择的方向。

如表3所示，车船转运方案的时效性虽然与隧道、桥梁等直通方式相比较差，但已经明显优于既有火车轮渡方案。比较其他跨海方式，车船转运方案具有技术难度最低、造价低、工期最短、对环境影响最小等优势，建议其作为高铁直通工程落成前的过渡期方案。

6 结论

（1）琼州海峡车船转运方案采用一票制，利用高铁港口综合站使乘客换乘省去再次检票和安检环节，可在5 min内完成全部乘客换乘作业，可实现高铁旅客在45 min内完成跨越琼州海峡。

（2）船型建议总长68 m、运行航速40 kn、标准客位650人的高速穿浪双体船。

（3）恶劣天气对琼州海峡车船转运方案影响较小，其中大雾天气对本方案的影响仅为2 h以内，台风对本方案运行影响的天数年均小于2 d。

（4）车船转运方案具有技术难度低、造价低、工期短、对环境影响小等优势，建议作为高铁直通工程落成前的过渡方案。