北方严寒地区城市轨道交通车型选择相关问题研究

郭彦东

摘 要：在城市轨道交通系统中，车辆是整个系统的核心。我国北方严寒地区由于冬季气候恶劣，居民公共交通出行比例较大，冬、夏季出行特征的差異，导致轨道交通选择车辆类型时存在满足特殊客流需求与保证运营效益之间的矛盾。以某北方地区严寒城市为例，提出轨道交通车型选择过程中需注意的问题，并通过实例计算比较，对其相关问题进行研究与探讨。

关键词：严寒地区；城市轨道交通；车型选择

中图分类号：U416 文献标识码：A

车辆是轨道交通与乘客沟通的桥梁，乘客乘车的直观感受是通过车辆的乘坐环境体现的，轨道交通公司不仅需要为乘客提供安全可靠、环境舒适的车辆，同时又要考虑自身的运营成本支出问题。选择不同的车辆可能会导致整个系统经济、社会与环境效益的很大差异。目前我国已有多个北方严寒地区城市正在实施或拟建城市轨道交通项目，这些城市往往存在整体客流水平偏低，但是鉴于冬季严寒导致公共交通出行率较高，而必须选择大运量车型或编组，以预留足够运输能力的问题。本文即以某北方严寒地区城市为例，从客流预测、运营经济性、工程及系统方案、运输组织等方面对车辆选型提出建议与分析。

1.对客流预测的要求及车型对客流的适应性

1.1 对客流预测的要求

城市轨道交通客流是确定城市轨道交通建设规模及投资决策的主要依据。对于客流预测工作，最基础的内容是调查轨道交通项目沿线吸引范围内的居民出行特征，结合城市空间发展方向，正确把握城市公共交通出行量及其在城市交通方式中的分担比例，通过科学分析，预测出切合实际的轨道交通项目客流值。而对于严寒地区城市，由于冬季漫长寒冷，天气恶劣，随着气温的降低，居民平均出行次数有较大下降，且对机动化出行的要求较高，而公交出行比例也有较大提高，公交出行总量大大增加，同时考虑到冬季居民穿着厚重、活动不便，宽敞的车型可以提供更高的舒适性。在冬季，居民对于地下形式的轨道交通有迫切需求。

而由于严寒城市冬、夏两季交通需求差异较大，因而严寒城市对城市轨道交通需求量最大的时期处于冬季，而夏季的客流需求明显降低。对于轨道交通系统规模，应在提高运输效率和服务水平、降低建设成本和运营成本的原则下，根据预测客流数据和线路服务需求综合分析确定，对于北方寒冷城市，应按冬季客流预测结果作为计算标准。因此，进行客流预测时应尽可能区分冬、夏两个典型季节，并提出两套客流预测结果，以便在前期研究中按冬季客流水平预留系统规模、选择车型，运输组织方案采取冬季、夏季两个方案，以合理控制运营成本。

1.2 对客流的适应性分析

以某北方严寒地区城市轨道交通L线为例：线路长度28.5km，设站23座，最高运行速度80km/h，远期冬季高峰小时最大断面客流量为3.95万人/h，夏季为3.36万人/h，车辆采用技术成熟的钢轮钢轨系统，系统最大规模30对/h，站立标准按5人/㎡计算。则对于A、B型车，不同的车型及编组对于客流的适应性见表1。

从上表可以看出，考虑一定的运能余量，适合L线冬季客流的车型及编组方案为A型车6辆编组和B型车7辆编组，适合夏季客流的车型及编组方案为A型车5辆编组和B型车6辆编组，为了预留足够的系统运输能力及运能余量，考虑票制票价、土地利用与人口、出行强度等敏感因素对客流水平的影响，系统规模的确定应以冬季客流为标，因此，L线应选择A型车6辆编组或B型车7辆编组。下面针对以上两种情况进行分析。

2.运营经济性分析

2.1 牵引耗电量比较

根据A、B型车辆参数及线路纵断面进行模拟牵引计算，A型车6辆编组按4M2T满载（AW2）进行计算，B型车7辆编组按5M2T满载（AW2）进行计算，牵引耗电量比较见表2。

可知，若以每度电0.6元计算，则L线远期牵引耗电量A型车6辆编组较B型车7辆编组节省支出约369万元/年。

2.2 运营成本比较

城市轨道交通运营成本包括支付的职工工资及福利费、材料、电力、折旧费、资本成本及其他费用等，结合运营要求，在同一客流断面条件下，A型车相对B型车运用列车数量及全日列车开行对数由于运能增加而降低，A型车6辆编组的运用列车数减少3列，配属司机数相应减少，每年可节省成本约150万。

2.3 初期车辆购置费

A型车暂按780万元/辆、B型车按630万元/辆计算，L线采用A型车6辆编组初期需购置30列车，采用B型车7辆编组初期需购置33列车，购置A型车将较购置B型车减少5130万元。

3.土建规模及工程投资分析

3.1 选用不同车型对建筑限界及区间结构的影响

对于区间明挖矩形隧道、暗挖马蹄形隧道，以及盾构圆形隧道内轮廓、直线段双线最小线间距等，A型车的限界要求略大于B型车，相应的投资略有增加。L线90%以上区间均采用成熟、安全的盾构法施工，通过对国内主要城市轨道交通盾构隧道尺寸统计分析，约超过50%的城市采用5500/6200/350管片，随着国内城市轨道交通运营的城市越来越多，根据北京、上海、广州的运营经验，考虑到后期区域沉降造成不均匀沉降等因素，盾构内径近几年有增大趋势。无论选择A型车还是B型车，综合L线工程的隧道埋深、工程地质及水文地质等条件，管片内径都宜采用5500mm，采用5500/6200/350形式，即A型车与B型车对区间工程投资影响较小。

3.2 选用不同车型对车站建筑的影响

A、B型车对于车站设备管理用房的布置和规模基本相同，不同点主要在于车站有效站台长度、车站限界和车站公共区布置规模，一个站台宽度相同的单柱标准车站，A型车6辆编组的车站比B型车7辆编组的车站建筑规模大260m2。A型车包含停车线或折返线的车站长度略长于B型车，车站面积大120m2。L线共设23座车站，其中设有停车线或折返线的车站共3座，全线采用A型车6辆编组的车站规模比B型车7辆编组大6500m2，投资增加约8100万元。

3.3 车辆段规模及投资分析

车辆基地规模依据列车开行方案、全线配属车以及车辆检修任务量来确定。车辆基地用地按最大规模控制，检修规模按近期考虑，远期预留，其余停车列检及周月检规模按近期考虑，统筹远期，按远景规模预留。根据计算，L线车辆基地规模近期B型车7辆编组比A型车6辆编组方案需要的检修列位多1个，停车列检列位多4个，共5个列位；远期B型车7辆编组比A型车6辆编组需要的停车列检列位多2個。按照大架修段每辆车占地指标1000m2计算，考虑A型车限界大于B型车，B型车7辆编组方案近期建筑面积略大于A型车6辆编组方案，远期B型车7辆编组比A型车6辆编组方案征地面积大1.4公顷。

4.设备系统方案及投资分析

站台门是设置在站台边缘的一道将站台区与轨行区隔离的屏障，它的滑动门与列车乘客门严格对应，因此站台门规模与工艺布置受车辆参数影响较大，A型车6辆编组每站站台门投资约560万元，B型车7辆编组约520万元，B型车7辆编组全线投资节省约920万元。经比较，A型车6辆编组与B型车7辆编组对于供电、信号、通信及其他弱电系统、给排水、消防及环控系统等方案措施影响较小，两个车型方案投资基本一致。

5.运输组织方案建议

由于北方严寒地区冬、夏季客流需求差距较大，应针对冬、夏季不同的客流预测结果，制定适合相应季节的运输组织方案，优化全日开行列车对数，既可节省运营成本、也可提高运营效益。由于严寒地区客流量稳定性低，还可通过调整列车运行交路、采用灵活编组等方式，达到提高运输效率的目的。

结论

根据分析，L线选用A型车6辆编组，运营成本与B型车7辆编组基本相当、列车牵引能耗较B型车7辆编组有所节省、初期车辆购置费减少5130万元、土建规模及工程投资增加不多、车辆段及设备系统投资基本一致。综合比较，L线采用A型车6辆编组较B型车7辆编组运营成本及工程投资相差较小，因此L线采用A型车6辆编组方案。为保障冬季客流的出行需求，提高乘车舒适性，增加应对高客流风险的能力，对于北方严寒地区城市的轨道交通项目，应对客流量进行分季节预测，选择车型时应考虑预留足够的运能余量，并且通过采用优化的运输组织方案，合理控制运营成本。

参考文献

[1]陈小鸿，王翔，李佳.城市轨道交通客流增长滞后性与预测方法研究[J].城市轨道交通研究，2014，17（11）：22-27.

[2] GB 50157―2013，地铁设计规范[S].