北方嚴(yán)寒地區(qū)城市軌道交通車型選擇相關(guān)問題研究

郭彥東

摘 要：在城市軌道交通系統(tǒng)中，車輛是整個(gè)系統(tǒng)的核心。我國北方嚴(yán)寒地區(qū)由于冬季氣候惡劣，居民公共交通出行比例較大，冬、夏季出行特征的差異，導(dǎo)致軌道交通選擇車輛類型時(shí)存在滿足特殊客流需求與保證運(yùn)營效益之間的矛盾。以某北方地區(qū)嚴(yán)寒城市為例，提出軌道交通車型選擇過程中需注意的問題，并通過實(shí)例計(jì)算比較，對其相關(guān)問題進(jìn)行研究與探討。

關(guān)鍵詞：嚴(yán)寒地區(qū)；城市軌道交通；車型選擇

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

車輛是軌道交通與乘客溝通的橋梁，乘客乘車的直觀感受是通過車輛的乘坐環(huán)境體現(xiàn)的，軌道交通公司不僅需要為乘客提供安全可靠、環(huán)境舒適的車輛，同時(shí)又要考慮自身的運(yùn)營成本支出問題。選擇不同的車輛可能會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境效益的很大差異。目前我國已有多個(gè)北方嚴(yán)寒地區(qū)城市正在實(shí)施或擬建城市軌道交通項(xiàng)目，這些城市往往存在整體客流水平偏低，但是鑒于冬季嚴(yán)寒導(dǎo)致公共交通出行率較高，而必須選擇大運(yùn)量車型或編組，以預(yù)留足夠運(yùn)輸能力的問題。本文即以某北方嚴(yán)寒地區(qū)城市為例，從客流預(yù)測、運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性、工程及系統(tǒng)方案、運(yùn)輸組織等方面對車輛選型提出建議與分析。

1.對客流預(yù)測的要求及車型對客流的適應(yīng)性

1.1 對客流預(yù)測的要求

城市軌道交通客流是確定城市軌道交通建設(shè)規(guī)模及投資決策的主要依據(jù)。對于客流預(yù)測工作，最基礎(chǔ)的內(nèi)容是調(diào)查軌道交通項(xiàng)目沿線吸引范圍內(nèi)的居民出行特征，結(jié)合城市空間發(fā)展方向，正確把握城市公共交通出行量及其在城市交通方式中的分擔(dān)比例，通過科學(xué)分析，預(yù)測出切合實(shí)際的軌道交通項(xiàng)目客流值。而對于嚴(yán)寒地區(qū)城市，由于冬季漫長寒冷，天氣惡劣，隨著氣溫的降低，居民平均出行次數(shù)有較大下降，且對機(jī)動(dòng)化出行的要求較高，而公交出行比例也有較大提高，公交出行總量大大增加，同時(shí)考慮到冬季居民穿著厚重、活動(dòng)不便，寬敞的車型可以提供更高的舒適性。在冬季，居民對于地下形式的軌道交通有迫切需求。

而由于嚴(yán)寒城市冬、夏兩季交通需求差異較大，因而嚴(yán)寒城市對城市軌道交通需求量最大的時(shí)期處于冬季，而夏季的客流需求明顯降低。對于軌道交通系統(tǒng)規(guī)模，應(yīng)在提高運(yùn)輸效率和服務(wù)水平、降低建設(shè)成本和運(yùn)營成本的原則下，根據(jù)預(yù)測客流數(shù)據(jù)和線路服務(wù)需求綜合分析確定，對于北方寒冷城市，應(yīng)按冬季客流預(yù)測結(jié)果作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。因此，進(jìn)行客流預(yù)測時(shí)應(yīng)盡可能區(qū)分冬、夏兩個(gè)典型季節(jié)，并提出兩套客流預(yù)測結(jié)果，以便在前期研究中按冬季客流水平預(yù)留系統(tǒng)規(guī)模、選擇車型，運(yùn)輸組織方案采取冬季、夏季兩個(gè)方案，以合理控制運(yùn)營成本。

1.2 對客流的適應(yīng)性分析

以某北方嚴(yán)寒地區(qū)城市軌道交通L線為例：線路長度28.5km，設(shè)站23座，最高運(yùn)行速度80km/h，遠(yuǎn)期冬季高峰小時(shí)最大斷面客流量為3.95萬人/h，夏季為3.36萬人/h，車輛采用技術(shù)成熟的鋼輪鋼軌系統(tǒng)，系統(tǒng)最大規(guī)模30對/h，站立標(biāo)準(zhǔn)按5人/㎡計(jì)算。則對于A、B型車，不同的車型及編組對于客流的適應(yīng)性見表1。

從上表可以看出，考慮一定的運(yùn)能余量，適合L線冬季客流的車型及編組方案為A型車6輛編組和B型車7輛編組，適合夏季客流的車型及編組方案為A型車5輛編組和B型車6輛編組，為了預(yù)留足夠的系統(tǒng)運(yùn)輸能力及運(yùn)能余量，考慮票制票價(jià)、土地利用與人口、出行強(qiáng)度等敏感因素對客流水平的影響，系統(tǒng)規(guī)模的確定應(yīng)以冬季客流為標(biāo)，因此，L線應(yīng)選擇A型車6輛編組或B型車7輛編組。下面針對以上兩種情況進(jìn)行分析。

2.運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 牽引耗電量比較

根據(jù)A、B型車輛參數(shù)及線路縱斷面進(jìn)行模擬牽引計(jì)算，A型車6輛編組按4M2T滿載（AW2）進(jìn)行計(jì)算，B型車7輛編組按5M2T滿載（AW2）進(jìn)行計(jì)算，牽引耗電量比較見表2。

可知，若以每度電0.6元計(jì)算，則L線遠(yuǎn)期牽引耗電量A型車6輛編組較B型車7輛編組節(jié)省支出約369萬元/年。

2.2 運(yùn)營成本比較

城市軌道交通運(yùn)營成本包括支付的職工工資及福利費(fèi)、材料、電力、折舊費(fèi)、資本成本及其他費(fèi)用等，結(jié)合運(yùn)營要求，在同一客流斷面條件下，A型車相對B型車運(yùn)用列車數(shù)量及全日列車開行對數(shù)由于運(yùn)能增加而降低，A型車6輛編組的運(yùn)用列車數(shù)減少3列，配屬司機(jī)數(shù)相應(yīng)減少，每年可節(jié)省成本約150萬。

2.3 初期車輛購置費(fèi)

A型車暫按780萬元/輛、B型車按630萬元/輛計(jì)算，L線采用A型車6輛編組初期需購置30列車，采用B型車7輛編組初期需購置33列車，購置A型車將較購置B型車減少5130萬元。

3.土建規(guī)模及工程投資分析

3.1 選用不同車型對建筑限界及區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響

對于區(qū)間明挖矩形隧道、暗挖馬蹄形隧道，以及盾構(gòu)圓形隧道內(nèi)輪廓、直線段雙線最小線間距等，A型車的限界要求略大于B型車，相應(yīng)的投資略有增加。L線90%以上區(qū)間均采用成熟、安全的盾構(gòu)法施工，通過對國內(nèi)主要城市軌道交通盾構(gòu)隧道尺寸統(tǒng)計(jì)分析，約超過50%的城市采用5500/6200/350管片，隨著國內(nèi)城市軌道交通運(yùn)營的城市越來越多，根據(jù)北京、上海、廣州的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，考慮到后期區(qū)域沉降造成不均勻沉降等因素，盾構(gòu)內(nèi)徑近幾年有增大趨勢。無論選擇A型車還是B型車，綜合L線工程的隧道埋深、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)等條件，管片內(nèi)徑都宜采用5500mm，采用5500/6200/350形式，即A型車與B型車對區(qū)間工程投資影響較小。

3.2 選用不同車型對車站建筑的影響

A、B型車對于車站設(shè)備管理用房的布置和規(guī)?；鞠嗤?，不同點(diǎn)主要在于車站有效站臺長度、車站限界和車站公共區(qū)布置規(guī)模，一個(gè)站臺寬度相同的單柱標(biāo)準(zhǔn)車站，A型車6輛編組的車站比B型車7輛編組的車站建筑規(guī)模大260m2。A型車包含停車線或折返線的車站長度略長于B型車，車站面積大120m2。L線共設(shè)23座車站，其中設(shè)有停車線或折返線的車站共3座，全線采用A型車6輛編組的車站規(guī)模比B型車7輛編組大6500m2，投資增加約8100萬元。

3.3 車輛段規(guī)模及投資分析

車輛基地規(guī)模依據(jù)列車開行方案、全線配屬車以及車輛檢修任務(wù)量來確定。車輛基地用地按最大規(guī)?？刂?，檢修規(guī)模按近期考慮，遠(yuǎn)期預(yù)留，其余停車列檢及周月檢規(guī)模按近期考慮，統(tǒng)籌遠(yuǎn)期，按遠(yuǎn)景規(guī)模預(yù)留。根據(jù)計(jì)算，L線車輛基地規(guī)模近期B型車7輛編組比A型車6輛編組方案需要的檢修列位多1個(gè)，停車列檢列位多4個(gè)，共5個(gè)列位；遠(yuǎn)期B型車7輛編組比A型車6輛編組需要的停車列檢列位多2個(gè)。按照大架修段每輛車占地指標(biāo)1000m2計(jì)算，考慮A型車限界大于B型車，B型車7輛編組方案近期建筑面積略大于A型車6輛編組方案，遠(yuǎn)期B型車7輛編組比A型車6輛編組方案征地面積大1.4公頃。

4.設(shè)備系統(tǒng)方案及投資分析

站臺門是設(shè)置在站臺邊緣的一道將站臺區(qū)與軌行區(qū)隔離的屏障，它的滑動(dòng)門與列車乘客門嚴(yán)格對應(yīng)，因此站臺門規(guī)模與工藝布置受車輛參數(shù)影響較大，A型車6輛編組每站站臺門投資約560萬元，B型車7輛編組約520萬元，B型車7輛編組全線投資節(jié)省約920萬元。經(jīng)比較，A型車6輛編組與B型車7輛編組對于供電、信號、通信及其他弱電系統(tǒng)、給排水、消防及環(huán)控系統(tǒng)等方案措施影響較小，兩個(gè)車型方案投資基本一致。

5.運(yùn)輸組織方案建議

由于北方嚴(yán)寒地區(qū)冬、夏季客流需求差距較大，應(yīng)針對冬、夏季不同的客流預(yù)測結(jié)果，制定適合相應(yīng)季節(jié)的運(yùn)輸組織方案，優(yōu)化全日開行列車對數(shù)，既可節(jié)省運(yùn)營成本、也可提高運(yùn)營效益。由于嚴(yán)寒地區(qū)客流量穩(wěn)定性低，還可通過調(diào)整列車運(yùn)行交路、采用靈活編組等方式，達(dá)到提高運(yùn)輸效率的目的。

結(jié)論

根據(jù)分析，L線選用A型車6輛編組，運(yùn)營成本與B型車7輛編組基本相當(dāng)、列車牽引能耗較B型車7輛編組有所節(jié)省、初期車輛購置費(fèi)減少5130萬元、土建規(guī)模及工程投資增加不多、車輛段及設(shè)備系統(tǒng)投資基本一致。綜合比較，L線采用A型車6輛編組較B型車7輛編組運(yùn)營成本及工程投資相差較小，因此L線采用A型車6輛編組方案。為保障冬季客流的出行需求，提高乘車舒適性，增加應(yīng)對高客流風(fēng)險(xiǎn)的能力，對于北方嚴(yán)寒地區(qū)城市的軌道交通項(xiàng)目，應(yīng)對客流量進(jìn)行分季節(jié)預(yù)測，選擇車型時(shí)應(yīng)考慮預(yù)留足夠的運(yùn)能余量，并且通過采用優(yōu)化的運(yùn)輸組織方案，合理控制運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)

[1]陳小鴻，王翔，李佳.城市軌道交通客流增長滯后性與預(yù)測方法研究[J].城市軌道交通研究，2014，17（11）：22-27.

[2] GB 50157―2013，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].