寧波市軌道交通2號線一期工程車輛編組方案研究

陳 斌 李 英

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司 浙江寧波 315012;2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院 上海 200070)

根據(jù)《寧波市城市快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》，寧波市將形成“三主三輔”6條線、放射狀的軌道交通線網(wǎng)，全長247.5 km(城區(qū)范圍)，共設(shè)換乘站19座。

寧波市軌道交通2號線是《寧波市城市快速軌道交通建設(shè)規(guī)劃》(2006—2015)中計劃建設(shè)的第2條線路，是城市西南—東北方向的基本骨干線，規(guī)劃線路起自鄞州區(qū)古林，止于北侖，規(guī)劃線路長度約50 km。2號線工程分為2期實(shí)施，一期工程起點(diǎn)為機(jī)場站，終點(diǎn)為東外環(huán)路站，線路全長28.41 km，共設(shè)22座車站，平均站間距 1.334 km，與軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的 1、3、4、5、6號線銜接換乘。

由于城市軌道交通的列車編組方案不僅涉及投資大小，還涉及土建工程規(guī)模、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)選型及安裝等一系列專業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定;不僅直接影響運(yùn)輸組織方案、土建工程、車輛段規(guī)模的確定，而且還影響供電系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、信號系統(tǒng)狀況，以及投入運(yùn)營后的運(yùn)營費(fèi)用、乘客乘坐舒適程度、環(huán)境影響等，是控制工程投資、提高服務(wù)水平和減小對環(huán)境影響的重要因素，在城市軌道交通工程方案設(shè)計中起著十分重要的作用。因此，有必要對2號線一期工程初、近期列車編組方案進(jìn)行相關(guān)研究和梳理，以便于科學(xué)決策。

1 客流預(yù)測與車輛選型

1.1 客流預(yù)測

軌道交通列車編組的選擇，首先要滿足運(yùn)量的需要，在經(jīng)過客流特征分析、確定線路運(yùn)輸能力的基礎(chǔ)上，選定車輛形式、列車編組和運(yùn)行密度。如果線路初、近期客流與遠(yuǎn)期客流相比差別很大，也可考慮針對各設(shè)計年度采用長短不同的編組方式，目的在于保證運(yùn)營初期具有合適的運(yùn)行密度，從而保證較為理想的初期服務(wù)水平。客流預(yù)測總量成果見表1。

表1 客流預(yù)測總量成果

根據(jù)預(yù)測，綜合考慮票價政策、人口規(guī)模、小汽車出行比例等對2號線未來客流的敏感影響，預(yù)計軌道交通2號線的遠(yuǎn)期客流規(guī)模有可能在15%～－5%的范圍內(nèi)波動，遠(yuǎn)期高峰斷面客流量可能在3.0萬～3.6萬人次/h的范圍內(nèi)波動。

1.2 車輛選型

2號線遠(yuǎn)期全日客流總量約為73.13萬人次，早高峰單向最大斷面流量為3.13萬人次，屬于大運(yùn)量系統(tǒng)。對照建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，適用的系統(tǒng)制式有地鐵B型車輛或直線電機(jī)車輛(Lb)。車型比較見表2。

表2 車型比較

經(jīng)比較，寧波市軌道交通2號線車型推薦采用國標(biāo)B2型車，這符合寧波城市規(guī)模與2號線的客流需求，與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃一致，是合理的。

2 列車編組方案比選

按照遠(yuǎn)期高峰斷面3.0萬～3.6萬人次/h的敏感變化范圍，2號線遠(yuǎn)期采用B2型車6輛編組列車，開行30對/h時站立擁擠度為3.7～4.7人/m2，因此可以保持在良好的擁擠評價范圍內(nèi)。按照擁擠度不高于5人/m2計算，單向最大運(yùn)能為3.78萬人次/h，運(yùn)能余量20%。但是，2號線初、近期高峰斷面客流分別為1.18萬、1.89萬人次/h，與遠(yuǎn)期客流相比較小。因此，需要對初、近期采用的4輛編組與6輛編組方案，從配屬車輛、行車間隔、牽引能耗、滿載率與擁擠度、資源共享等多個方面進(jìn)行研究比選。

2.1 同等運(yùn)營服務(wù)水平下運(yùn)輸效率的比較

根據(jù)2號線客流預(yù)測和運(yùn)營組織方案，初、近期全日行車計劃見表3。初期全日客運(yùn)周轉(zhuǎn)量179萬人km，開行單一交路，運(yùn)營線路長27.98 km;采用4輛編組與6輛編組列車，在同等運(yùn)行間隔條件下的全日滿載率分別為17.91%和11.78%。近期全日客運(yùn)周轉(zhuǎn)量329萬人km，開行大小交路，大交路27.98 km，小交路21.4 km;采用4輛編組與6輛編組列車，在同等運(yùn)行間隔條件下的全日滿載率分別為26.05%和17.13%。顯然，在同等運(yùn)營服務(wù)水平下，4輛編組的運(yùn)輸效率要優(yōu)于6輛編組。

表3 初、近期全日行車計劃

2.2 同等費(fèi)用的運(yùn)營服務(wù)比較

在初步設(shè)計方案中，2號線初期共采購地鐵車輛132輛，按4輛編組與6輛編組的車輛數(shù)相同考慮，則4輛編組共33列/132輛，6輛編組共22列/132輛。如果按照4輛和6輛編組在運(yùn)營的各個時間段均相同的運(yùn)能設(shè)計，則兩個編組方案的運(yùn)用列車輛數(shù)、配屬列車輛數(shù)、全日走行車輛公里、牽引能耗等均基本相同。此時，在初期配車輛數(shù)與牽引能耗相同的前提下，采用4輛編組行車間隔為4～10 min，高峰期最小行車間隔4 min，平峰一般間隔6.6 min，最大間隔10 min;采用6輛編組行車間隔為6～15 min，高峰期最小行車間隔6 min，平峰一般間隔10 min，最大間隔15 min。兩者相比較，采用4輛編組列車行車間隔較6輛編組列車行車間隔可縮短2～5 min，4輛間隔縮短33%。

2.3 同等運(yùn)營服務(wù)的費(fèi)用比較

2號線初期共采購地鐵車輛4輛編組共33列/132輛，高峰期可開行15對/h，按照采購費(fèi)用650萬元/輛計算，采購費(fèi)用8.58億元。如果6輛編組達(dá)到相同間隔，則需要33列/198輛，采購費(fèi)用12.87億元。兩者相比，4輛購置費(fèi)用節(jié)省33%，即4.29億元。

按照4輛和6輛編組采購列數(shù)相同、運(yùn)營的各個時間段均相同的行車間隔相同時，4輛編組列車年?duì)恳芎馁M(fèi)用約1 620萬元，6輛編組列車年?duì)恳芎馁M(fèi)用約2 430萬元。兩者相比較，采用4輛編組列車年?duì)恳M(fèi)用較6輛編組列車可節(jié)省810萬元，節(jié)省33%。

綜合上述研究和分析，2號線初期采用4輛編組列車，可以提供較短的行車間隔和較為節(jié)省的列車購置與運(yùn)營費(fèi)用，可以滿足預(yù)測高峰斷面客流需求。但是，由于遠(yuǎn)景方案為采用6輛編組列車，高峰期大小交路合計最大開行對數(shù)不小于30對/h，因此2號線列車編組的混合運(yùn)營開始時機(jī)與過渡方案有較大的變化空間。

3 混合運(yùn)營方案

列車4輛/6輛過渡與混合運(yùn)營方案研究的主要思路，是將列車編組過渡與運(yùn)營方案和實(shí)際客流的發(fā)展變化結(jié)合起來，針對2號線建成運(yùn)營后實(shí)際客流可能出現(xiàn)較預(yù)測客流增長迅速流量偏大、一致及增長緩慢流量偏小等情況，相應(yīng)提出以下3個過渡方案。

方案1:實(shí)際客流增長較預(yù)測快，初期以后購置6輛列車。

如果線路建成運(yùn)營之后客流增長較快，超過預(yù)測增長趨勢，則可考慮在初期配置33列4輛編組列車后不再購置4輛編組列車。初期以后隨著客流的增長采購6輛編組列車，維持高峰期大交路開行15對/h不變，用6輛編組列車逐步增加小交路開行列車對數(shù)，至近期總密度增加至24對/h左右。

在線路兩端分別延伸至古林和北侖時，原33列4輛編組列車用來開行大交路10對/h，此時大交路需另外開行6輛編組列車5對/h，大交路總行車密度仍為15對/h。遠(yuǎn)期小交路增加至15對/h，全線行車密度30對/h。此時，累計共采購4輛編組列車33列/132輛，6輛編組列車43列/258輛。線路中段運(yùn)能達(dá)到3.35萬人次/h。

至2045年以后，初期采購的33列/132輛4輛編組列車運(yùn)營30年左右退出運(yùn)營，相應(yīng)采購33列/198輛6輛編組列車進(jìn)行替換，至此，全線采用6輛編組運(yùn)營，線路中段運(yùn)能達(dá)到3.78萬人次/h。

該方案主要特點(diǎn)是:全線完成4輛到6輛替換的時間較早，在2045年左右即為全6輛編組運(yùn)營;主要缺點(diǎn)是:初期以后即開始4輛+6輛混合運(yùn)營，混合運(yùn)營開始時間較早。

方案2:實(shí)際客流與預(yù)測一致，近期以后購置6輛列車。

如果線路建成運(yùn)營之后客流增長與預(yù)測趨勢較為一致，則可考慮在初期配置33列/132輛4輛編組列車，以后隨著客流的增長繼續(xù)采購4輛編組列車，至近期總密度增加至24對/h左右，共計采購4輛編組列車47列/188輛。線路中段運(yùn)能達(dá)到1.98萬人次/h。

近期以后不再采購4輛編組列車，隨著客流的增長，采購6輛編組列車，并繼續(xù)增加小交路開行對數(shù)。在線路兩端分別延伸至古林和北侖時，原47列/188輛4輛編組列車可開行大交路15對/h，6輛編組列車全部用于小交路運(yùn)營。遠(yuǎn)期小交路增加至15對/h，全線行車密度30對/h。此時，累計共采購4輛編組列車47列/188輛，6輛編組列車29列/174輛。線路中段運(yùn)能達(dá)到3.13萬人次/h。

至2045年以后，初期采購的33列/132輛4輛編組列車運(yùn)營30年左右退出運(yùn)營，相應(yīng)采購33列/198輛6輛編組列車進(jìn)行替換，此時剩余14列/56輛4輛編組列車可開行大交路約5對/h。線路中段運(yùn)能3.56萬人次/h。

至2048年以后，初期以后采購的4輛編組列車運(yùn)營30年左右逐步退出運(yùn)營，相應(yīng)采購6輛編組列車補(bǔ)充，至2055年以后，近期以前采購的4輛編組列車全部退出運(yùn)營，至此，全線采用6輛編組運(yùn)營，線路中段運(yùn)能達(dá)到3.78萬人次/h。

本方案考慮在近期以后采購6輛編組列車，較適用于實(shí)際客流增長與預(yù)測較為一致的情況。本方案最終全部完成6輛對4輛的替換時間較方案1晚10年左右，本方案主要優(yōu)點(diǎn)是:維持4輛編組運(yùn)營至近期，混合運(yùn)營開始時間較晚。

方案3:實(shí)際客流增長較預(yù)測慢，遠(yuǎn)期以后購置6輛列車。

如果線路建成運(yùn)營之后客流增長緩慢，與預(yù)測趨勢相比偏低，則可考慮在初期配置33列/132輛4輛編組列車以后隨著客流的增長繼續(xù)采購4輛編組列車，維持高峰期一期工程大交路開行15對/h不變，逐步增加小交路開行列車對數(shù)，直至全線行車密度達(dá)到30對/h。此時，累計共采購4輛編組列車76列/304輛。線路中段運(yùn)能達(dá)到2.48萬人/h。

至2045年以后，初期以后采購的4輛編組列車運(yùn)營30年左右逐步退出運(yùn)營，相應(yīng)采購6輛編組列車。至遠(yuǎn)景某年遠(yuǎn)期以前采購的4輛編組列車全部退出運(yùn)營后，全線采用6輛編組運(yùn)營，線路中段運(yùn)能達(dá)到3.78萬人次/h。

本方案考慮在遠(yuǎn)期以后采購6輛編組列車，較適用于實(shí)際客流增長低于預(yù)測趨勢的情況。本方案最終全部完成6輛對4輛的替換時間很晚，方案主要優(yōu)點(diǎn)是:可維持4輛編組運(yùn)營至遠(yuǎn)期。

4 編組過渡與混合運(yùn)營中的相關(guān)問題

通過前面的研究可以看出:3個方案的主要不同之處在于開始4輛+6輛混合運(yùn)營的年限和最終完成編組轉(zhuǎn)換的時間不同，相同之處是這3個方案進(jìn)行混合運(yùn)營的持續(xù)年限差別不大。根據(jù)初步研究，3個方案均可完成從初期4輛編組至遠(yuǎn)景6輛編組的轉(zhuǎn)換，均可以在一定的實(shí)際客流發(fā)展變化情況下選用。下面就編組過渡與混合運(yùn)營中的相關(guān)問題進(jìn)行說明。

4.1 資源共享問題

寧波市軌道交通線網(wǎng)由6條線路組成，目前已先期開工建設(shè)的寧波市軌道交通1號線預(yù)測初期高峰客流為 1.31 萬人次/h，近期高峰客流2.20萬人次/h，遠(yuǎn)期高峰客流 3.17萬人次/h，采用 6-6-6的列車編組方案。

表3 建設(shè)規(guī)劃階段各線遠(yuǎn)期高峰斷面客流量

根據(jù)建設(shè)規(guī)劃，1、2號線是寧波市本輪建設(shè)規(guī)劃中唯一的兩條線路。按照線網(wǎng)規(guī)劃，1～3號線的大、架修共用天童莊車輛基地，且3條線路通過聯(lián)絡(luò)線互相溝通，因此如果2號線也采用6－6－6的列車編組方案，則兩線的資源共享是最便利的。

但是，從表3的客流預(yù)測結(jié)果來看，寧波線網(wǎng)各線遠(yuǎn)期的客流規(guī)模差異較大，寧波線網(wǎng)中的后繼建設(shè)線路都將面臨多種列車編組方案的選擇問題，包括與2號線同屬于基本骨干線網(wǎng)的3號線等，而且隨著各線客流的依次減少，在初、近期采用3輛或4輛等較小編組方案是難以避免的。

因此，單從1、2號線的資源共享考慮，2號線采用的4-4-6編組方案與1號線目前的推薦方案不同，兩線基本不會有車輛的互換使用;而從全網(wǎng)的角度來看，2號線初期采用4輛編組方案有利于其與后續(xù)建設(shè)線路的共享。

4.2 混合運(yùn)營問題

通過做好針對性工作，可以解決混合運(yùn)營帶來的相關(guān)問題，對車輛段設(shè)施基本沒有影響，投資也基本不增加。信號系統(tǒng)可在系統(tǒng)軟件編制中，充分考慮混合運(yùn)營的要求，屏蔽(安全)門可按6輛編組一次性實(shí)施，且保證4輛編組和6輛編組的頭車均停在同一位置(站臺前進(jìn)方向的端部)。在客流組織方面，可以通過廣播、標(biāo)識等措施解決混合運(yùn)營給乘客帶來的一些麻煩，通過一段時間運(yùn)行，問題是可以解決的。

5 結(jié)語

經(jīng)過以上綜合分析可以看出:在同等運(yùn)營服務(wù)水平下，4輛編組的運(yùn)輸效率要優(yōu)于6輛編組;在同等購車與牽引能耗費(fèi)用條件下，4輛編組服務(wù)水平較好;在同等服務(wù)水平條件下，4輛編組購車與牽引能耗費(fèi)用較節(jié)省;初期4輛至遠(yuǎn)期6輛編組可以根據(jù)客流特點(diǎn)有效過渡。因此，推薦2號線采用B型車4-4-6列車編組方案。

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