机场捷运系统的应用特点及技术创新

王嘉鑫 朱冬进

(中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司， 241060， 芜湖∥第一作者， 工程师)

1 机场捷运系统的功能定位

1.1 服务范围和定位

现代化的机场作为城市的综合交通枢纽，一般均引入了多个层次的城市公共交通。表1总结了机场航站楼内或航站楼之间常见的4种公共交通的定位和技术特点。其中，机场捷运系统一般指采用现代化的运输方式，承担机场航站楼之间，以及航站楼与卫星厅、陆侧交通中心之间，或航站楼内候机廊之间等机场范围内的旅客运输任务。机场捷运系统具有自身的特点和适应性，与航站楼内的其他交通方式间具有互补性。

表1 机场航站楼内(间)多种运输方式的适应性对比

1.2 客流类型和特征

机场捷运系统根据服务对象可分为空侧捷运系统和陆侧捷运系统2种。其中：陆侧捷运接近于城市轨道交通线路；空侧捷运与机场运行关系非常密切，与机场各运行子系统间的交叉界面复杂，涉及到国际/国内、出发/到达等细分客流类型。

传统城市轨道交通线路的客流多为通勤客流，具有工作日早晚高峰客流集中且方向性显著的特点，一般以高峰小时客流断面确定其系统规模或方案。机场捷运系统的客流没有明显集中的时段，但易受天气或航空管制等因素的影响，引起飞机集中地到达或离港，出现瞬时客流高峰。因而用高峰小时客流断面这一指标不足以完整体现机场旅客的运输需求，可根据项目需要以15 min内若干架大飞机集中到达作为机场捷运系统建设规模的判断标准。此外，从国外发达国家繁忙机场的运行经验看，出于转机需要，机场捷运系统的客流具有全天候24 h不间断的特征。

1.3 车辆特征

机场捷运系统可采用胶轮路轨APM(旅客自动运输)系统、地铁、单轨、缆车等多种制式。从目前全球的应用来看，机场捷运系统以APM为主。APM采用橡胶轮胎作为承载和走行机构，车底通过导向轮和轨旁导向轨实现车辆导向，具有低振动、低噪声、平面曲线半径小、爬坡能力强等特点，多采用全自动运行技术[1]。表2列出了APM车辆的一些主要技术参数。

表2 APM车辆主要技术指标与参数

2 机场捷运系统的服务标准

传统的城市轨道交通线路主要面向通勤客流，强调经济适用和运营可靠，而机场捷运系统多面向商务客流，其对服务品质的要求更高。两者的服务标准有一定差异，主要体现在以下4个方面。

2.1 步行距离与站点布局

从目前国内城市轨道交通建设、运营来看，线路大多以大运量、骨干线路为特征。北京、上海等地的城市轨道交通线网相对发达，其站点布局的目标是中心城区600～800 m范围有站点覆盖，步行10 min可抵达城市轨道交通站点。

乘坐机场捷运系统的旅客携带有大件行李，并对乘车环境等有高品质的服务要求。在旅客流线设计时，应该尽量短而直接，少转换楼层，以减少旅客的步行距离、提高换乘的舒适度。

根据最新修编的MH 5002《民用机场总体规划规范(征求意见稿)》，航站楼内最大步行距离宜为300 m，超过300 m时应为旅客提供便利的机械辅助设施；超过750 m 时宜规划摆渡车或旅客捷运系统[2]。在实际应用中，机场捷运系统的站间距以400～500 m居多，其站间距较城市轨道交通线网小。

2.2 空间舒适度与站立标准

根据地铁的相关规范，车辆客室额定载客的站立标准为6人/m2，轴重按超员9人/m2、60 kg/人校核[3-4]。在一些机场快线项目中，考虑到乘客乘坐距离距长且带有行李的特点，采用了高标准。例如，连通成都市中心与天府机场的地铁18号线采用了普通车4人/m2、机场专列2人/m2的标准。

机场捷运系统的交通工具主要是APM或摆渡车，但国内外均无相关的站立标准规定。对于摆渡车，一般取2～3人/m2，单辆车的载客量约为50～70人，轴重则按超员4人/m2、75 kg/人校核[5]。对于APM车辆，通过对北京、香港、深圳等地APM项目的调研可知，其车辆均采用了3人/m2的站立标准，单辆车的载客量约80人，轴重按超员8人/m2、60 kg/人校核。可见，机场捷运系统对于空间舒适感要求较城市轨道交通线路高。

2.3 等候时间与行车间隔

城市轨道交通线路的行车间隔要求为：运营开通初期的平峰时段不应大于10 min，高峰时段不宜大于5 min，系统能力一般要求不大于2 min[3-4]。根据MH/T 5104—2013《民用机场服务质量标准》中对于机场捷运系统服务质量标准的规定，95%的旅客等车时间应不超过5 min[6]，即最大行车间隔为5 min。相比城市轨道交通线路初期运营阶段的10 min，机场捷运系统对行车间隔的要求更高。对于系统能力，两者无差异，一般均要求在2 min以内。

2.4 全天候、高可靠性与空防安全

1) 全天候运行。国际大型枢纽机场都是24 h昼夜不间断运营的。随着机场航站楼利用率的不断提高，国际航班转机客流的持续增长，要求机场捷运系统的服务时间与航班计划同步，即做到24 h全天候运行。因而，与城市轨道交通线路每日运营15～18 h相比，机场捷运系统的运营时长更长。

2) 高可靠性。机场捷运系统具有运量大、不干涉地面交通、不影响站坪运行安全的特点。许多机场主要依靠APM来承担客流运输任务，大幅削减甚至常态下取消了摆渡车。这也要求机场捷运系统必须具有高可靠性，不能因其维修或宕机导致机场瘫痪。

3) 空防安全。民用航空对安保的要求高，需要对安检/非安检的旅客进行严格划分。若涉及到国际/国内航班，还要区分关内/关外旅客。在航站楼的流线设计时还需对到达旅客和出发旅客进行分流，针对不同客流拟定具体的方案。在车辆和站台土建设计方面，车辆不再设置贯通道，而是在车辆之间设置隔门；在站台土建设计上，通过设置物理隔断使站台不连通。这些设计都与传统的城市轨道交通线路有一定差异。

3 机场捷运系统的设计特点

3.1 线站位布局设计因地制宜

航站楼分为主楼与候机区，航站区的布局/构型与机场发展战略、区位条件、跑道构型、综合交通系统和发展历史密切相关，需结合机场区位、使用需求、分期发展、交通条件、市场特点、运行效率、技术经济等因素综合拟定，一般包括前列式、指廊式、卫星厅、卫星航站楼等平面构型[7]。

机场多样化的平面构型带来了捷运系统线位和站位布局的多样性、复杂性，使得线路布置较传统的城市轨道交通双线、环线等形式更加灵活。机场捷运系统线站位布局可以概括为4 种：

1) 点到点直线型。如北京首都机场的捷运系统串联了T3航站楼内的3个站点，正线采用双线行车，利用站前或站后的交叉渡线折返。

2) 放射型。如美国奥兰多机场的捷运系统将主航站楼与4个航站楼连通，采用双线行车(见图1)。

3) 复线穿梭型。如新加坡樟宜机场设置了10条线穿梭运行(局部区域设待避线)，连接了3个航站楼内的7个站点，同时服务空、陆侧，如图2所示。

图1 放射型布局(美国奥兰多机场捷运系统)

图2 复线穿梭型布局(新加坡樟宜机场捷运系统)

4) 环线型。如美国达拉斯沃斯堡机场设双线环线，串联了5个航站楼的10个站点。

3.2 行车交路设计精细化

由于机场捷运系统需满足全天候运行和高可靠性的运行要求，部分项目在传统城市轨道交通双线行车基础上建设了4线。这使得行车交路更加灵活、丰富，有条件也有必要展开精细化的交路设计。

以正在扩建中的香港机场为例，该捷运系统采用APM制式，设3线并行(2线运营、1线备用)。在未来，该捷运系统还将进一步扩建，采用4线并行方式，如图3所示。因APM的道岔区占线短、转角大，易于实现多副道岔紧密布置，有条件实现多种交路，目前该项目在正常运行和故障处置两方面共设计了20余种交路方案。

图3 香港机场捷运系统远期交路示意图

在香港机场捷运系统项目中，远期阶段要求在交通中心站的停站时间不少于80 s(含下客30 s、安全确认20 s、上客30 s)。此时由于4线并行，其发车间隔可在75 s以内。该项目采用6节编组列车(5辆车正常载客、1辆车为误乘乘客返程车厢)，预计远期运营阶段的单向运能可达1.92万人次/h。

3.3 站台形式多样化

机场捷运系统大多采用一岛两侧式站台，部分项目采用侧式站台或岛式站台，还有一些项目受限于土建条件或特定旅客流线，采用单侧式站台。

为了区分多种旅客流线，机场捷运系统有一些区别于传统城市轨道交通线路的特色设计，包括采用一岛两侧式站台来区分到达/出发的客流、在站台设置玻璃隔断以区分空侧/陆侧客流(见图4)、因地制宜采用港湾式站台(见图5)等。

图4 站台水平分隔(成都天府机场捷运系统)

注：箭头表示旅客下车出站的行走方向。

4 车辆及机电系统技术创新

机场作为城市的门户，对新技术较为宽容和开放，对机电设备的规格标准要求也较高。为此，机场捷运系统有一些特有的技术应用，主要包括：

1) 全自动运行技术。全自动运行技术在机场捷运系统中应用较多，且应用时间较早。与常规的运行模式相比，采用全自动运行模式可减轻司乘人员的压力，准点率更高，经济效益更为明显。在我国，采用全自动运行技术运营的线路主要有：台北捷运内湖线(1996年开通)、上海轨道交通10号线(2010年开通、2014年采用全自动模式)、香港地铁南港岛线(2016年开通)、北京地铁燕房线(2017年开通)、上海轨道交通浦江线(2018年开通)。近年来，全自动运行技术发展迅猛，已成为国内城市轨道交通的发展趋势，目前基于全自动运行模式进行规划和建设的轨道交通线路已达40条。

2) 乘客计数技术。自动乘客计数系统在机场捷运系统中已有应用。自动计数设备可以装在站台门顶部，也可以装在列车车门处。该技术有2种实现方式：通过双目智能摄像机和立体视觉技术捕获分析乘客轨迹以实现计数功能；通过红外射线实现计数功能。该技术的应用为制定科学的运营管理、客流规划、车辆调度等方案和措施提供了数据支撑，是城市轨道交通智能化的发展方向。

3) 在线灵活编组。机场捷运系统的车辆大多取消了贯通道，具备实现灵活编组的基础。基于目前的技术水平和项目应用情况，2名司乘人员在车辆段的人工驾驶区域内20 min即可实现车辆的重新编组[8]。该技术将在美国洛杉矶机场项目中进一步发展，可实现在特定区域内列车的自动编组，即列车编组不再需要司乘人员登车操作或确认，完全由运营控制中心的调度员远程操作完成。

4) 牵引变电所设置油机冗余。在机场航站楼项目中一般均会设置柴油发电机组和不间断电源作为行李系统、安检机、服务台、应急照明等的紧急备用电源[9]。国外一些机场还为捷运系统配置了油机，并将其视为一级负荷中特别重要的负荷，因而捷运系统在已有双环网冗余的基础上又增加了1道保障；而国内的城市轨道交通项目一般仅在弱电机房设置不间断电源，在牵引所设置2路专线电源或1路电源2个回路[4，10]。

此外，机场捷运项目采用的车辆还有一些细节设计值得城市轨道交通线路借鉴，如：车门开度大(可达1 980 mm)，与传统的城市轨道交通A型车(1 400 mm)或B型车(1 300 mm)相比，机场捷运系统车辆更加方便大件行李的登乘，还可缩短停站时间。再如：与传统城市轨道交通线路对站台间隙的要求(内藏门情况下不大于70 mm、塞拉门情况下不大于100 mm)相比，机场捷运系统的站台间隙不大于50 mm[11]，更加贴合无障碍登乘的需要。此外，机场捷运系统在列车车头取消了司机驾驶室，使得视野更加通透，乘客的乘坐体验更好。

5 运维模式

机场捷运系统和传统城市轨道交通线路均为轨道交通系统，机场捷运系统的运维管理模式可借鉴传统城市轨道交通线路在运维上的管理方式。但在线路规模、系统集成、独特技术或设备(如全自动运行、导向轨、道岔、供电轨等)、运营主体等方面，机场捷运系统与传统城市轨道交通线路又有一定差异，需要根据自身特点来选择合适的运维模式。

图6为2020年全球机场捷运项目运营模式和维护模式的不完全统计结果。如图6 b)所示，在统计的29个项目中有21个项目委托车辆制造商进行

图6 机场捷运系统运营和维护的责任主体占比

维护，占比约为72%；其余8个项目由业主自主维护，占比约为28%。可见，机场捷运系统由车辆制造商承担运营、维护居多。

城市轨道交通项目的运维组织模式可以归为3种，如表3所示。这些模式并不是一成不变的，在运维模式的发展演变过程中，市场化特征越来越明显，专业的外部团队正贡献越来越多的力量，运维的外包范围也随之越来越大，这将成为城市轨道交通项目运维组织模式的发展趋势。建议机场捷运系统的运营、维护工作可委托给核心机电设备供应商，服务期限为3～5年。

6 机场捷运系统的应用统计与分析

2018年全球旅客吞吐量排名前10名的机场中，除东京羽田机场外其余9个机场均建有机场内部的捷运系统，如表4所示。东京羽田机场虽然没有另行建设机场内的捷运系统，但是建设了服务于东京市区和羽田机场间的跨坐式单轨线路，该线共设11站，其中有4个站设在羽田机场内。

表3 城市轨道交通运维模式对比

表4 2018年全球旅客吞吐量前10名机场的捷运系统统计

在2018年全球旅客吞吐量前50名的机场中，有35个机场修建了捷运系统。其中：25个机场采用APM；4个机场同时采用了APM和单轨、缆车、地铁；6个机场同时采用了单轨、缆车、地铁。此外，在这些机场捷运系统中，服务于空侧的占比约为49%，服务于陆侧的占比约为29%，同时服务于空侧和陆侧的占比约为22%。可以预见，机场捷运系统将成为未来大型机场的重要子系统之一。

我国已有30多个机场的年旅客吞吐量达到1 000万人次以上。从国际上众多大型机场的发展经验看，这些机场中,许多将来都有建设捷运系统的需求。

目前，北京首都机场、香港机场、上海浦东机场的捷运系统已投入运营；深圳宝安机场、成都天府机场的捷运系统正在建设中；另有广州、西安、重庆、昆明、沈阳、郑州、长沙、武汉等城市的机场捷运系统正在进行规划研究或已作相关工程预留。