市域车辆选型及应用的几点分析

李耘茏 徐红星

（中铁合肥新型交通产业投资有限公司，合肥 231600）

市域铁路也被称为市郊铁路或者市域（郊）铁路，主要服务于城市与郊区、中心城市与卫星城、重点城镇间等，设计速度一般为100～160 km·h-1，具有快速、高密度、公交化运营的特点，承担着市域范围内“点到点”中短途客流运输的任务。市域铁路客流强度介于城际铁路与城市轨道交通之间。目前，市域铁路的建设呈增长趋势。全面认识市域车辆的特点和定位显得尤为重要，能够避免选型和应用存在偏差。若采用与客流走廊不匹配的车辆，将会显著降低线路的技术经济性或牺牲项目的功能性[1]。在市域铁路建设初期，多种形式的问题可能交叉呈现，但随着建设经验的丰富、车辆技术的成熟、设计标准的完善等一系列规范措施，市域铁路的建设边界越来越清晰。

1 市域车辆的类型

1.1 市域车辆的定义

2017年，国家发改委下发《关于促进市域（郊）铁路发展的指导意见》后，国内市域铁路进入了快速发展期。为了明确市域铁路的建设边界，各协会和地方都开始起草相关设计标准，以明确市域车辆的定义，具体定义如表1所示。

比较典型的市域铁路项目如温州S1/S2、台州S1、宁滁城际（S4）、成都18号线、广州18号线等，车辆遵从GB/T 37532和TCCES2标准的定义。从TCRSC0101和T_CAMET 01001标准的定义来看，市域范畴又有一定延伸，城际、城轨间等又存在一定的交叉情景。

1.1.1 往城轨领域的延伸

在传统的地铁车辆A型车或B型车基础上，车辆速度由80 km·h-1提升至100～120 km·h-1，通常连接城市中心枢纽到郊区组团，如南京机场线（S1）、宁天城际（S8）、宁和城际（S3）、宁高城际（S9）、宁溧城际（S7）、宁句城际（S6）、杭州杭临城际、杭海城际、杭富城际、杭绍城际以及上海16号线等。

1.1.2 往城际铁路的延伸

城际铁路采用由国家铁路局颁发型号许可和制造许可的动车组，包括CRH6（中车四方和中车浦镇）、CJ6（中车株机）、CJ5（中车长客）以及CJ3（中车唐山）等型号。城际铁路均在高速动车组基础上进行了适应性调整，建设和运营主体多为国家铁路部门或纳入国家铁路部门管理的项目公司，线路通常由新线建设或既有国家铁路改造，如上海金山线、长株潭城际以及广珠城际等。

1.2 市域车辆的选型原则

根据国内外城市轨道交通车辆选型的经验，结合中国市域铁路的相关政策、发展理念以及现有的市域车辆技术标准，提出以下市域车辆选型的主要原则。

1.2.1 适应市域铁路功能定位要求

《关于促进市域（郊）铁路发展的指导意见》（发改基础〔2017〕1173 号）中提出“要根据市域（郊）铁路的需求特征、服务对象、服务范围等，合理把握其功能定位”。因此，在选择车型时，应使车型符合市域（郊）铁路的技术定位[2]。同时，车辆的选型应以满足客运量为前提，并以设计远期单向高峰小时最大断面客流量为最终扩容目标。

1.2.2 符合维修技术资源共享

市域车辆选型时，要统筹兼顾，控制车辆制式的类型，实现城市轨道交通网络中车辆、维修设备以及人力资源等的资源共享[3-4]，同时兼顾远期轨道交通网络化运营需求，考虑车辆配套设施的兼容性。

1.2.3 兼顾成本因素

综合功能需求、建设投资和运营成本，选择寿命周期成本低的车辆。由于各种车型的特性不一样，必须结合工程实践，全面分析不同的影响因素，综合比选车型、供电制式等。

1.2.4 适应多样化的运营模式

市域铁路有非常明显的客流特征，如：在上下班高峰期客流很大，但平峰期客流较小；枢纽站点客流很大，但沿途站点客流较小。同时，其运营模式在不同时期也会存在一定不同，需要车辆性能既能满足一站直达式的连续运营模式，又能满足站站停的运营模式。

1.2.5 规避车辆选型和应用的潜在风险

在具体的产品选型和设计工作中呈现出的个别问题值得分析和探讨，在实际应用项目中应尽量规避潜在风险。例如：针对GB/T 37532标准中定义的市域A型、B型及D型车辆，以及市域B型车的可实现性、市域D型车质量控制的可实现性、互联互通的可实现性等问题。

2 基于交流25 kV供电的市域B型车辆的可实现性

根据GB/T 37532标准，市域B型车辆可以采用交流25 kV或直流1 500 V供电，定距为12 600 mm。 但是在具体的车辆设计工作中，如果是基于交流25 kV 供电制式，将会存在一些问题。

2.1 从车辆设备布置的角度

采用交流25 kV供电制式，相对直流1 500 V来说，多出了降压、整流环节，也会相应地多出变压器，且变流器箱体更大。市域B型车辆12 600 mm的定距较小，使得车下设备布置困难。图1给出了带变压器、变流器的两节车设备布置分析，显然设备无法正常布置。

2.2 从国内车辆运用的角度

重庆市郊铁路跳磴至江津线车辆采用交流25 kV和直流1 500 V的双流制供电制式，在车辆选型时，并没有采用市域B型车辆，而是只采用了B型车辆的长度，同时设计了13 400 mm的定距，称之为As型车辆，满足了车辆与交流25 kV供电制式的适应性。国内其他适应交流25 kV的轨道交通车辆定距均在 15 700 mm及以上。GB/T 37532标准中定义的基于交流25 kV供电制式的市域B型车辆因为存在适应性问题，尚未应用到实际项目中。

2.3 从国内标准定制的角度

GB/T 37532—2019、TCCES2—2017、DB33T1160—2018、T_CAMET 01001—2019等标准都定义了交流市域B型车，而中国铁道学会发布的TCRSC 0101—2016市域铁路设计规范中并未定义市域B型车，仅仅定义了市域A/D/CRH这3种车型，显然该标准的定义已考虑了实际工程化的运用。

上述分析均是基于业内常规的车辆平台和设备厂家提供的设备尺寸，很难在12 600 mm定距的B型车辆上安装交流25 kV的电气设备，可实现性较低。在不考虑经济性的前提下，突破车辆及电气部件的传统平台，可以考虑从以下几个角度同时进行升级设计，最终布置效果如图2所示。

（1）重新开发牵引设备，进一步缩小变流器、变压器的尺寸，使设备高度集成化。

（2）取消高压箱，牺牲设备维护性，使高压设备不再安装于车下，而是分散安装在车顶。

（3）取消附加风缸，重新开发转向架构架，将附加风缸集成于构架内部腔体。

（4）牺牲客室部分空间及乘车舒适性，将部分设备如辅助升弓设备、高压安全互锁等设备布置于车内。

通过上述分析，对车辆平台进行了改动，在尚未考虑箱体周边需要预留足够通风散热空间的情况下，理论上具备B型车辆与交流25 kV的电气设备的兼容性，但需要付出较大的技术成本，且牺牲了很多设备的可维护和可操作性，因此在选择基于交流25 kV供电制式的市域B型车辆时还需慎重评估考虑。

3 关于极端工况下市域D型车辆轴重控制的可实现性

基于GB/T 37532标准定义的市域D型车辆的轴重应控制在17 t以内，对市域D型车辆的质量控量提出了很高的要求。以行业中空铝合金车体的质量控制为例，动车质量控制较好的在48 t，拖车质量控制较好的在46 t。因此，在极端工况下，市域D型车的轴重能否控制在标准范围内值得分析和探讨。极端工况包括：AW3载客工况对站席定义为每平米9人；车辆的门设置较多（如中间车设置6套双开门）；车辆不设置卫生间和工具间；车辆端部设置纵排座椅；车辆配置齐全，包括压力波探测、设备舱、智能监测设备等[5]。本文以4节编组（Mc+T+T+Mc）市域D型车设计为例，平面布置图如图3所示，对应的载客量如表2所示。完成车辆设计后，通过质量控制和质量计算，最终设计的轴重如表3所示。

表2 各种工况下的载客量

表3 各种工况下的最大轴重

通过上述车辆布置及轴重的设计，能够满足在极端工况下控制市域D型车辆的轴重小于等于17 t的要求，具有可实现性，但设计余量非常小。在以下更极端的情况下，轴重将很难控制：进一步减少横排座椅，增加纵向座椅，从而增加站立面积；进一步增加车门数量，从而增加站立面积；进一步增加车辆设备，如带水箱的高压细水雾喷淋灭火系统等。

在项目执行过程中，极端工况下的市域D型车辆的质量控制非常重要，对设备的选型、材料的运用、座椅布置等方面都提出了一定要求。通过对市域D型车辆的设计，现提出以下几点建议：第一，车辆非全隧道运营时，建议不增加设备舱及压力波检测设备等，以降低车辆自重；第二，在满足上下车时间和乘客疏散需求的前提下，建议减少车门的数量，以减少门区站立面积；第三，市域车辆作为长距离通勤工具，超员载客不建议按照每平米9人，应兼顾舒适性，在客流预测及列车数量配置时，控制在每平米6人左右；第四，若线路有经过交通枢纽，可以考虑在车辆端部设置大件行李架，从而在提高车辆人性化的同时，减小站立面积；第五，在项目设计时，遇到市域D型车辆超轴重时，应从降低自重、调整设备布置及减少站立面积等维度进行设计。另外，若采取的方法是不断压缩站立面积，则采用D型车辆的选型决策已经失去意义，建议考虑市域A型车辆，从根本上解决问题。

4 互联互通的可实现性

4.1 概述

在市域项目的前期规划阶段，有较多的客户提到“互联互通”或“三网融合”“四网融合”等概念，希望市域铁路能与干线、城轨范围的其他线路完全联通，使市域车辆可以无障碍通行到其他线路上。对于市域铁路而言，一种是与城际铁路及其他干线铁路互联互通，另一种是与城市地铁互联互通。若这两类互联互通能够实现，会使跨市域出行的便捷度大大提高，对于缩短乘客换乘接驳时间、提高直达率具有重要意义。但是，从供电制式、限界、信号等多个技术因素的角度来分析，这两类互联互通的实现存在困难。

4.2 供电制式

城市地铁普遍采用直流1 500 V的供电制式，而城际及其他干线铁路通常采用交流25 kV的供电制式。若要实现市域铁路互联互通，必须要使供电制式一致或者车辆兼容这两种供电制式。随着技术的发展，交直两用的“双流制”车辆解决了牵引供电兼容问题，如重庆市郊铁路跳磴至江津线车辆就采用了交流 25 kV和直流1 500 V的双流制。

一般情况下，市域车辆采用双流制，除了要考虑更高水平的技术因素，还要考虑车辆适应更宽的运营速度范围。同时，线路的速度目标值也会直接影响牵引供电系统选择及供电能力设计。从车辆最佳功率配置、弓网受流质量和实际工程应用情况分析，供电制式与速度等级的匹配如表4所示。

表4 不同速度等级对牵引供电制式选择的影响

从表4可以看出，双流制车辆既要适应直流供电制式的低速范围，又要适应交流供电的高速范围，因此双流制市域车辆的选型和设计往往要适应120～160 km·h-1甚至更宽的运营速度范围。

4.3 限界条件

互联互通线路首要的任务是统一建筑限界，以适应车辆等设备的尺寸差异。对于不同限界标准的线路，国外一般采用单向过轨的方式运营，即形体小的车辆可以跨线运行到形体大的车辆线路上。建筑限界方面，最容易实现互联互通的是市域A型车辆。市域A型车辆可以与车宽相同的地铁A型车辆互联互通，也具备在城际铁路上过轨运行的条件[6]。若采用市域D型车辆，由于其车体更宽（3.3 m），将无法与地铁互联互通，但具备与城际铁路互联互通条件。

4.4 信号模式

目前，城市地铁采用的信号系统主要包括基于数字轨道电路的列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC）、环线通信列车自动控制系统（Communication Based Train Control System，CBTC）、无线CBTC系统、点式列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，ATP）和列车自动运行系统（Automatic Train Operation，ATO）。国家铁路线主要采用CTCS-0、CTCS-2、CTCS-3级列控系统，珠三角城际铁路采用的系统为CTCS-2+ATO列控系统。

从互连互通性来看，城市地铁的几种信号制式均不能满足完全的互联互通，由于目前尚无通用的、完整的技术体系，以各系统提供商的技术体系为主，难以做到CBTC系统下完全互联互通，市场开放度低。但随着技术的发展，它们的互通性在一定的限定条件下存在可能性，如2019年重庆轨道交通5号线CBTC互联互通系统示范项目正式进入试运行，表明我国城市轨道交通信号系统进入互联互通时代。国铁线CTCS系列信号系统建立在统一、标准的体系下，具备较好的系统兼容性，易于实现市域铁路网内或者与国铁交通线网的互联互通[7]。

从工程的经济性来看，城市地铁的几种制式明显高于国铁制式。同一项目的信号工程造价，城市地铁制式一般高于国铁制式2倍以上。从目前的维护实践来看，城轨的维护量、维护成本均高于国铁线，且CTCS系列具有完整的技术体系，能实现列车的互联互通和资源共享，市场开放程度高[8]。因此，新建市域铁路需要与城际铁路互联互通，必须采用CTCS系列，如CTCS-2+ATO。若市域铁路与城市地铁互联互通，必须在设计规划互联互通线路时，做好不同系统提供商间CBTC信号系统的兼容性。

4.5 其他互通需求

要实现市域车辆运行到城际、城轨线路上的互联互通，需要具备一定的过轨客流需求。只有当都市圈内的客流需求及特征满足一定的条件时，才有实施互联互通一体化运营的必要，才能发挥列车过轨运营的优势。

市域铁路与城际铁路或城市地铁线路互联互通，涉及的其他兼容问题包括市域铁路运输组织（国铁上线条件、辅画运行图技术条件、线路行车规定等）、运营管理（票务系统设计、站厅站台设置方案、运营指挥调度、站台门等）、系统能力（折返能力、区间通过能力、信号设备允许能力）、联络线修建方案以及车站布置方案等。其中，国铁上线条件又包括城际列车编组辆数及到发线有效长度、运行时段、停站及越行方案、配线设置等。

4.6 实现互联互通的要点

通过分析上述互联互通的因素，要实现城际线路与城市轨道交通线路的互联互通。理论上，市域A型车辆具备条件，满足的要点包括：限界能够满足城轨A型车辆的限界条件；供电采用双流制模式，在城轨线路上采用直流1 500 V， 在城际线路上采用交流25 kV；信号采用CTCS-2+ATO列控系统，能够实现两种信号模式的切换；车辆技术在城轨A型车辆的基础上进行双流制、多模信号控制的升级；运营管理上要有更多的统一管理机制，以确保统一和安全。

为实现以上各个条件下的互联互通，显然要付出较大的代价。若考虑广义上的互联互通，即通过换乘的方式来实现，则要划算得多。现实项目中，可以在如何更加方便换乘方面不断进行优化。

5 结语

随着市域铁路的功能更加明晰、建设更加规范，市域车辆的选型应充分考虑国家发改委等部门的指导意见，既要具备大载客量、快起快停、快速乘降等地铁车辆的优点，又要拥有速度快、舒适性高等城际动车组的优势，以满足市域铁路“快速、大运量、公交化、乘坐舒适”等运营需求。在项目规划和执行过程中：实现基于交流25 kV供电制式的市域B型车辆较困难，应尽量避免；在存在极端工况的运营线路中，选择市域D型车辆存在轴重控制困难的问题，可考虑选择市域A型车辆；关于互联互通，理论上市域A型车辆可以实现，实际应用中考虑以换乘的方式来实现互联互通更具可行性。