石家庄市域（郊）铁路车辆选型研究

王耀光

（中国铁路设计集团有限公司,天津 300308）

0 引言

近年来，中央不断提出建设世界级城市群的规划，2021 年2 月24 日，中共中央、国务院印发的《国家综合立体交通网规划纲要》中提出，京津冀、长三角、粤港澳大湾区和成渝地区双城经济圈作为“极”，加快建设高效率国家综合立体交通网主骨架，同时以这4个极来建设面向世界的四大国际性综合交通枢纽集群[1-2]。

2016 年2 月，《“十三五”时期京津冀国民经济和社会发展规划》[3]发布实施，提出把交通一体化作为京津冀协同发展的先导性领域率先发展，打造“轨道上的京津冀”。

石家庄作为京津冀城市群中重要的中心城市，近期印发的《石家庄市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》中[4]指出，“十四五”期间重点打造轨道上的石家庄，大力推动市域（郊）快速轨道交通发展，构建1 小时通勤圈。

市域(郊)铁路是在市域行政管辖区域内或都市圈范围内，连接市区与外围组团或卫星城，串联沿线主要城镇、枢纽点或新城开发区，采用大站距、全封闭、最高运行速度为100～160 km/h[5-6]，融入城市轨道交通系统网络，基于城市轨道交通运营管理经验，以城市客运服务为主，舒适度较高的快速轨道交通系统[7-10]。

目前市域（郊）铁路车辆选型存在诸多问题，如：速度目标值选取不合理，车辆检修场地、设施资源共享问题考虑不周，列车编组不尽合理等。该文以石家庄市域（郊）铁路线网规划研究为依托，深入研究市域（郊）车辆选型问题，以期对提高车辆选型准确性，降低工程投资有一定指导意义。

1 典型市域（郊）铁路车辆制式选择

近年来，我国大中城市市域（郊）铁路建设进入快车道，不同城市、不同线路车辆选型也不尽相同，已开通运营或在建典型市域（郊）铁路车辆制式统计见表1。

根据表1 统计近年来新开通或在建市域（郊）铁路车辆选型情况，从供电制式角度分析，最高设计速度为120 km/h 时，均采用DC1500 V 供电制式，最高设计速度大于120 km/h 时，均采用AC25 kV 的供电制式。除青岛8、15 号线，上海16 号线外其余线路均采用接触网供电。从站立标准角度分析，因为市域（郊）铁路主要服务中心城区和周边组团通勤客流，舒适性要相应提高，均采用了比6 人/m2更低的站立标准。

表1 典型市域（郊）铁路车辆选型情况

续表1 典型市域（郊）铁路车辆选型情况

2 石家庄市轨道交通线网分析

2.1 城市轨道交通运营情况

石家庄已开通运营3 条地铁线路，车辆选型情况见表2。

表2 石家庄市已运营轨道交通车辆选型情况

由表2 可知，石家庄已开通运营城市轨道交通车辆均采用设计速度为80 km/h 的6 辆编组A 型车。

2.2 市域（郊）铁路线网分析

石家庄市域（郊）铁路线网规划布局方案分别见表3。

表3 市域（郊）线网布局方案

由表3 可知，石家庄市域（郊）铁路共规划7 条主线、2 条支线，其中S1/S1-1 为利用既有铁路开行市郊列车线路。因石家庄市域（郊）铁路与城市轨道交通一并由石家庄地铁公司负责运营，因此建议市域（郊）铁路车辆选型优先考虑偏向城轨模式的市域A 型车及市域B 型车。

3 石家庄市域（郊）铁路车辆选型制约因素分析

3.1 速度目标值分析

通常认为列车在区间保持匀速运行距离的比例占整个区间的50%以上，即线路站间距应大于列车加减速距离和的2 倍以上，图1 为列车区间运行示意图。

图1 列车区间运行示意图

根据列车加减速及最高运行速度即可计算得到不同速度等级下极限站间距，见表4。

表4 不同速度等级列车加减速距离及极限站间距

从表4 可以看出，120 km/h 的速度目标值的合理站间距离在3.0 km 及以上，140 km/h 的速度目标值的合理站间距离在4.6 km 及以上，160 km/h 的速度目标值的合理站间距离在6.6 km 及以上。据此分别计算了速度分别为120 km/h、140 km/h、160 km/h 时各条线满足极限站间距的区间比例。

根据表5～7 计算结果可知，当选用速度目标值为120 km/h 时，列车匀速运行的距离占全长比例除S4 外其他线路均超过50%；当选用速度目标值为140 km/h 时，列车匀速运行的距离占全长比例仅有S1/S1-1，S2，S3，S7/S7-1 超过50%；当选用速度目标值为160 km/h 时，列车匀速运行的距离占全长比例仅有S7/S 7-1 超过50%。

表5 满足极限站间距区间统计情况（120 km/h）

因此，选用速度目标值为120 km/h 时能更好发挥线路优势，该次研究建议石家庄市域（郊）铁路线网所涉及各线均采用120 km/h 的速度目标值。

表6 满足极限站间距区间统计情况（140 km/h）

表7 满足极限站间距区间统计情况（160 km/h）

3.2 运能适应性分析

列车车型、编组方式与客流需求的适应性可通过计算线路能力储备的方式判断，计算公式为：

式中，N——能力储备（%）；

D——列车定员（人/列）；

K——设计高峰小时最大列车开行对数（对/h）；

G——高峰小时单向最大断面客流量（人次/h）。

一般情况下，线路的能力储备为单向最大断面客流量的10%～20%。

根据表1 调研国内新开通或在建市域（郊）线路站立标准，石家庄市域（郊）铁路推荐采用4 人/m2的标准，在考虑乘客舒适性的同时也兼顾了经济性。

根据《市域（郊）铁路设计规范》[11]，新建市域（郊）铁路远期高峰时段不宜大于4 min，即除S1/S1-1 线外其余线路远景年高峰小时对数不应小于15 对。利用既有铁路开行市域（郊）列车，列车运行间隔应结合既有铁路能力富余情况确定，高峰时段不宜大于15 min，即S1/S1-1 线高峰小时对数不应小于4 对（如表8）。

表8 远景年石家庄市域（郊）铁路线网各线客流指标

基于此，根据式（1），分别计算选用市域A 型车和市域B 型车在不同编组情况下能力储备情况。

根据表9、表10 计算结果，采用市域A 型车，3、4、6 辆编组情况下，所有线路均满足客流运输需求。采用市域B 型车，3 辆编组情况下，高峰小时对数按照系统能力30 对计算，S3、S4 号线无法满足客流运输需求，S2 号线虽满足客流需求，但能力富裕较低，应对客流预测风险性较差，其他线路可满足客流运输需求，4、6 辆编组情况下，所有线路均满足客流运输需求。

表9 市域A 型车各线客流适应性

表10 市域B 型车各线客流适应性

基于运能适应性分析，石家庄市域（郊）铁路车辆选型可选3 辆编组市域A 型车或4 辆编组市域B 型车。

3.3 供电制式分析

目前，市域（郊）铁路可采用DC1500 V、AC25 kV及DC1500 V/AC 25 kV 供电制式，这三种供电制式均可满足最高运行速度120 km/h 的要求。在二十世纪七八十年代，DC1500 V 供电制式在世界各国得到了广泛的应用，随着技术的发展，更为经济、有效的AC25 kV 供电制式得到了大力发展，并逐渐得到推广。DC1500 V 及AC25 kV供电制式对比及使用范围见表11。

根据表11～12 不同供电制式优缺点分析及供电制式与速度对比分析，当列车速度目标值为120 km/h 时，通常选择直流制式更加经济合理，当速度目标值达到140～160 km/h 时，直流制式车辆研制成本增加，国内外无运营业绩，配套的直流牵引供电系统也很不经济[6]。

表11 DC1 500 V 及AC25 kV 供电制式对比及使用范围

表12 市域A、市域B 型车供电制式与速度对比

根据3.1 节分析，石家庄市域（郊）铁路线网各线选用速度目标值为120 km/h，因此，采用DC1500 V 供电制式更为合理。

3.4 车辆、检修设施资源共享分析

车型选择需充分考虑工程本身条件，是否与相关线路贯通运营，是否需要检修资源共享等问题。为最大化利用既有城市轨道交通资源，石家庄市域（郊）铁路需与中心城区既有城市轨道交通实现资源共享，根据石家庄市已运营轨道交通车辆选型情况统计（表2），如选用A型车即可实现与既有城市轨道交通资源共享的最大化。

4 结论

该文通过调研国内近年来开通市域（郊）铁路实际情况并结合石家庄客流、既有轨道交通情况，从速度目标值、运能适应性、供电制式、车辆及检修设施资源共享等角度对石家庄市域（郊）铁路车辆选型进行分析，得出了经济合理的车辆选型结论，即：选用速度目标值为120 km/h 的3 辆编组市域A 型车。

速度目标值的选择需根据线路具体设站情况，保证车辆保持匀速运行距离的比例占整个区间长度的50%以上。

运能适应性分析需根据高峰断面客流，分析不同车型不同编组能力储备情况，分析结论得出均满足能力储备要求下的不同车型不同编组的多方案情况。

供电制式选择可根据速度目标值确定，如若速度目标值选用120 km/h，供电制式建议选用DC1500 V；如若速度目标值大于120 km/h，供电制式建议选用AC25 kV。

根据不同城市实际情况，如需与中心城区既有轨道交通贯通运营时，应选择与既有轨道交通相同或外观相近车型，以便最大化实现资源共享。