大理州轨道交通1号线系统制式选择研究

张斌华,陈 光,孙亚南,赵海燕

(1.中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司,云南 昆明 650200;2.昆明市政工程设计研究院(集团)有限公司,云南 昆明 650200)

车辆是城市公共交通客运系统最重要的载体,系统制式的选择对城市规划建设首条轨道交通线路尤为重要,因此大理州轨道交通1号线系统制式选择需按功能定位、线路条件、客流需求等进行分析,从不同制式的技术可行性、建设成本可控性及实施落地风险等方面综合比选后确定[1-3]。

1 1号线沿线情况及线路功能定位

1.1 线路沿线区域条件

1号线主要经过大理主城区、海东片区以及大理古城等主要旅游景区。其中大理主城区为建成区,未来主要存在局部城市更新改造的可能;海东片区为新兴发展区域,正在兴建大型居住小区、医院、商业设施等,此外大理北站也位于该片区,近期将进行建设;大理古城、三塔等旅游景区主要以旅游功能为主。

1.2 线路功能定位

1号线是大理州第一条轨道交通线路,是最重要的轨道交通干线,线路将洱海西部、洱海南部以及海东片区串联起来,可满足各个片区通勤客流的出行需求;同时该线路也将大理古城、三塔等景区与大理站、大理北站、大理机场等主要的交通枢纽串联起来,可满足旅游客流的出行需求。因此,大理州轨道交通1号线是同时满足通勤及旅游观光出行的轨道交通线路。

1.3 系统制式选择的需求分析

轨道交通根据运输能力的大小分为大运量系统、中运量系统、低运量系统等三类,城市轨道交通分类如表1所示。

表1 按运输能力划分的城市轨道交通分类

1号线客流预测情况如表2所示。

表2 客流预测

1号线技术参数如表3所示。

表3 1号线技术参数

由表1、表2、表3分析可知,根据客流需求预测,1号线远期旺季的高峰小时单向最大断面客流量为0.57万人次/h,根据运输能力划分的轨道交通分类,1号线为低运量系统。此外根据技术参数可知,1号线需要选用爬坡能力强曲线半径小、适合于地面敷设方式、方便线路换乘的选择需求的低运量轨道交通制式[4-5]。

2 各制式轨道交通系统特征及适应性分析

根据《城市公共交通分类标准》(CJJ/T 114—2007)及《城市轨道交通分类》(T/CAMET 00001—2020)等相关规范以及建标文件,城市轨道交通系统选型分为10类,包括地铁、市域快轨、轻轨、中低速磁浮、跨坐式单轨、悬挂式单轨、自导向轨道、有轨电车、导轨式胶轮系统、电子导向胶轮系统[6-9]。按系统制式划分的轨道交通分类及技术特征如表4所示。

表4 按系统制式划分的轨道交通分类及技术特征

根据1号线线路功能定位、车辆选型的技术条件及客流预测情况,应从低运量轨道系统中为1号线选择合适的系统制式。

按制式系统进行分类,有轨电车、悬挂式单轨、自导向轨道系统、导轨式胶轮系统及电子导向胶轮系统等五种形式为低运量轨道交通系统。但悬挂式单轨、自导向轨道系统从单向运能方面分析,介于中运量与低运量之间的一种制式,低运量系统技术对比情况如表5所示。

表5 低运量系统技术对比

3 1号线系统制式选择研究

3.1 系统制式初选

从城市轨道交通低运量系统的适应性来看,本线路主要为地面运输系统,悬挂式单轨系统、自导向轨道系统、导轨式胶轮系统等三种轨道交通制式高架敷设,建设周期长、成本高,对旅游城市的环境影响较大。因此这三种制式对本线的适应性较差。有轨电车系统、电子导向胶轮系统这两种轨道交通制式主要以地面敷设为主,并且从技术特点上具有爬坡能力强、曲线半径小的技术特点,符合1号线的技术需求[10-11]。

3.2 系统制式选择研究

(1)从客流量级角度分析

根据客流需求预测情况,1号线远期旺季的高峰小时单向最大断面客流量为0.57万人次/h,为低运量系统。有轨电车系统、电子导向胶轮系统均可满足该条线路的运输需求。

(2)从审批政策角度分析

根据近年来国家针对轨道交通发展制定了各种政策,城市发展轨道交通首先要在城区人口、GDP、地方财政预算收入等方面满足相应条件,满足基本条件的情况下需编制线网规划、建设规划等文件,省发改委、住建厅按照相应的流程进行审核,同时需要抄送国家相关部门[12-13]。两种制式从审批流程方面相同。

(3)从经济性角度分析

①系统造价比较:有轨电车工程造价约1.5～2.0亿元/km,电子导向胶轮系统约0.6～1.0亿元/km。

②车辆经济性比较:各种制式因车辆产生的费用主要包括车辆购置费、车辆大架修、电池更换等。以初期高峰小时断面2 057人次/h、首期工程运营里程26.35 km为例,暂不考虑后期追加运用车数造成的车辆购置费增加,对各制式车辆购置、车辆维修费用等进行比较。

a车辆购置费

考虑有轨电车和电子导向胶轮系统车辆使用寿命为25年,有轨电车车辆购置费为6亿元,电子导向胶轮系统车辆购置费为5.3亿元。各制式车辆购置费比较情况如表6所示。

表6 各制式车辆购置费比较

b车辆大架修费用

根据车辆大架修修程,有轨电车架修5次、大修2次,架修350万/次,大修650万/次;电子导向胶轮系统架修4次、大修2次,架修200万/次,大修320万/次。各制式车辆维修费用比较情况如表7所示。

表7 各制式车辆维修费用比较

各制式车辆主要费用汇总情况如表8所示。

表8 各制式车辆费用比较 单位:亿元

从经济性角度分析,有轨电车在系统造价、车辆购置费、车辆大架修等方面所需费用均高于电子导向胶轮系统,电子导向胶轮系统更具优势。

(4)从全生命周期运营成本角度分析

运营成本包括生产人员工资及福利、电费、修理费、营运费、管理费等部分。其中人工费结合各制式车底运营及车站数进行计算;电力费有轨电车和电子导向胶轮系统主要包括牵引能耗费用、动力照明、车辆段能耗等,其中有轨电车为12 kwh·列/km、电子导向胶轮系统为8 kwh·列/km;维修费包括日常维修费和车辆维修费;经测算,两种制式运营成本参数如表9所示。

表9 两种制式运营成本参数 单位:万元

从全生命周期运营成本角度分析,有轨电车运营成本高于电子导向胶轮系统,电子导向胶轮系统在运营成本方面更具优势。

(5)从交通影响角度分析

首期工程所经路段漾濞路为四车道外,其余主要以六车道、八车道为主,祥云路为双向十车道。有轨电车、电子导向胶轮系统在道路条件较差路段可设置混合路权。在交叉口处,有轨电车、电子导向胶轮系统均可设立专门信号灯,实现对现有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。由于有轨电车为钢轮钢轨,在交叉口及混行路段使用槽型轨可以减小对机动车辆行驶的影响,但不能完全消除,因此电子导向胶轮系统更具优势。

(6)从技术先进性角度分析

目前,有轨电车以人工驾驶为主,智能程度相对较低。电子导向胶轮系统以人工驾驶为主,智能驾驶为辅助,即司机不需要操作方向盘,车载系统自动识别地面标线来控制列车运行方向。从技术先进性角度分析,电子导向胶轮系统技术更先进。

(7)从技术成熟度角度分析

①车辆运行可靠性有待进一步验证。目前国内仅宜宾、哈尔滨、西安等城市开通电子导向胶轮系统,车辆长期运行对地面线路的影响以及路面沉降、蓄电池使用寿命以及轮胎更换频率方面有待进一步验证。

②车辆运行安全性角度有待进一步验证。目前3辆模块电子导向胶轮系统电车车辆长度接近32 m,4模块电子导向胶轮系统电车无实车下线,4模块长度40 m,车辆运行对交叉口影响以及车辆运行过程中轮轨偏移装置、车辆轮轨偏移对周边运行车辆安全产生影响均有待验证。

③上路许可。电子导向胶轮系统车辆较长,上路运行需得到相关部门许可。电子导向胶轮系统作为新兴的一种新交通,存在技术有待进一步验证,相关标准仅为地方标准,无相关设计、建设、运营国家标准,缺乏车辆运用及维修维护经验,系统可靠性有待进一步验证。

从技术成熟度方面分析,有轨电车技术较电子导向胶轮系统更为成熟完善,更具优势。

4 结 论

大理州发展轨道交通作为城市骨干公共交通,两种低运量轨道交通系统在客流需求、技术条件、建设条件等方面均满足大理州情况,但从经济性、运营成本、对现状交通的影响、技术先进性、技术成熟度成熟度等方面分析,电子导向胶轮系统更具优势[14-15]。通过以上分析,建议大理州轨道交通制式暂选用电子导向胶轮系统。