成都地鐵13號線車輛選型及編組方案研究

周宏昌，王學貴，強士盎，安 軻，吳明超，李巖輝

(1.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043； 2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

引言

隨著城市化進程的不斷加速，居民的出行需求也日益上升，城市擁堵的現象已經成為當前城市發展的最大問題[1]。而城市軌道交通由于快速、大客運量等技術優點成為了解決城市交通擁堵、促進社會經濟可持續發展的重要工具。因此，選擇合理的車輛類型以及編制合適的運輸計劃是最大限度的利用城市軌道交通運能的重要手段[2-4]。以成都軌道交通13號線為例，研究了多重功能復合的超長線路在不同的編組條件下的運營狀況，從而選擇相對最優的編組方案以實現地鐵運能的最大化，資源利用的最大化。

車輛作為運輸載體，是廣大乘客接觸的設備，其各項性能不僅決定著運輸能力、乘客乘坐舒適度，而且很大程度上決定著地鐵系統的安全性[5]。乘客對軌道系統的滿意度很大程度上是通過車輛反映出來的。同時，車輛選型和編組的確定合理與否對以后線路的運營及養護維修影響較大。車輛選型及編組的確定涉及眾多因素，除了考慮到既有文獻[6-9]考慮的因素之外，結合成都的軌道交通13號線的獨特之處，最終確立了最優的選型方案。

1 成都地鐵13號線概況

成都軌道交通13號線是成都市“中心穿越、全局覆蓋、遠景預留、互聯互通”的市域快線網的重要組成部分，全線長約98.42 km，設站35座，平均運距12.54 km，外圍組團至中心城區的旅行距離較長。該線起于城鐵溫江站，貫穿中心城區后銜接龍泉驛區、簡陽新城、空港新城，終止于天府國際機場，形成一條東西向的快速通道，同時兼顧機場線功能，與18號線在中心城區十字交叉，基本能夠滿足中心城區各方向的機場客流出行需要[10]。線路兩端發揮軌道交通TOD功能，帶動沿線土地的合理開發，促進各區域經濟快速發展。其中，軌道交通13號線各預測年客流指標如表1所示。

表1 軌道交通13號線各預測年客流指標

地鐵13號線分為4個組團。

第一組團：溫江組團，包括城鐵溫江站、明光站、鄒家場站。

第二組團：中心城組團，包括七里溝站、老馬堰站、培風站、瑞星路站、東坡路站、青華路站、省博物館站、青羊宮站、銀杏園站、華西壩站、新南門站、望江路站、三官堂站、凈居寺站、四川師大站、煙草公司站、幸福梅林站、三圣鄉站。

第三組團：龍泉組團，包括龍華寺站、世紀大道站、唐家房子站、龍泉山站。

第四組團：簡陽組團，包括龍洞灣站、石盤站、龍簡新城南站、簡陽西站、增產村站、毛家口站、機場北站、T1T2站、T3T4站。

中心城區具有較強的向心性，三區內部出行需求較大，各區域與簡陽組團之間的交流總量約占全線客流的11.11%，兼顧一定的機場線的需求。遠期13號線客流大區全日OD分布見圖1。

圖1 遠期13號線客流大區全日OD分布

2 車輛選型

2.1 系統制式分析

13號線為東、西向貫穿中心城的市域快線，串聯溫江、中心城、龍泉驛、龍簡新城、天府國際機場，兼有通勤功能和服務機場客流的功能。成都軌道交通13號線作為一條多重功能復合的市域快軌，為了滿足乘客出行時間目標的要求，經綜合比選、研究確定全線采用140 km/h的速度目標值，在城區范圍內按100 km/h限速[11]。

從客流量級以及速度目標值的角度分析，鐵路制式動車組和地鐵鋼輪鋼軌系統制式都可適應本線。其中，CRH6或基于CRH6改進型動車組在國內廣珠城際、長株潭城際、寧波余姚城際、上海金山線以及溫州S1線被應用。因此，本文首先重點對比分析CRH6系列動車組及常規軌道交通系統主要技術參數的差別。

從工程投資的角度分析國鐵CRH6-160型動車組采用固定編組，車體寬度為3.3 m，列車長度210 m，站臺長度約250 m；而地鐵輪軌系統車型編組相對靈活，8輛編組的A型車長度為186 m，CRH6-160型動車組對車站規模影響較大，另外存車線、折返線的長度也較長，增加工程投資。同時，由于CRH6-160車組長度、軸重、寬度均遠大于地鐵輪軌系統車型，本線中心城區范圍采用地下敷設，地下線因CRH6-160動車組車體寬度大，要求建筑限界也大，增加工程投資；高架線路因CRH6-160動車組軸重大，對橋梁荷載要求高，增加工程投資。

從資源共享的角度分析，目前成都市在建或規劃的市域線均采用時速為140 km的A型車。根據線網規劃，13號線需與其他快線互聯互通。若13號線采用CRH動車組難以做到與成都市域快速軌道交通線網資源共享，需配套相應供電、控制中心及維修等設施，增加工程投資。

從站間距適應性分析，本線平均站間距2.79 km，市域平均站間距也小于5 km，CRH6-160型動車組高速性能不能得到充分發揮。

從服務頻率方面考慮，CRH6-160型動車組采用8輛固定編組，由于座席達到512人，按4人/m2站立標準，每列定員1 502人，在相同滿載率的情況下，定員約相當于地鐵輪軌系統A型車7輛編組。本線遠期高峰小時最大斷面客流量為4.18萬人/h，需開行27對/h，若按5人/m2站立標準，考慮一定的運能余量，也需開行22對/h，而且國鐵CRH6型列車采用CTCS2系統，區間追蹤能力、折返能力難以突破3 min以下，而軌道交通系統采用CBTC系統，系統能力可達到2 min。

總體上看，常規軌道交通系統技術成熟，造價低，國內生產廠商多，國產化率高，工期有保證，有利于后期的資源共享，對城市內站間距適應性較好，車輛選型應在滿足運能需求的常規軌道交通系統中進行重點研究，所以13號線推薦采用常規軌道交通制式，不考慮CRH型動車組。

2.2 國家政策要求

《國務院辦公廳關于進一步加強城市軌道交通規劃建設管理意見》(國發辦[2018]52號)規定[12]：城市軌道交通系統，除有軌電車外均應納入城市軌道交通建設規劃并履行報批程序。地鐵主要服務于城市中心城區和城市總體規劃的重點區域，申報建設地鐵的城市一般公共財政預算收入應在300億元以上，地區生產總值在3 000億元以上，市區常住人口在300萬人以上。引導輕軌有序發展，申報建設輕軌的城市一般公共財政預算收入應在150億元以上，地區生產總值在1 500億元以上，市區常住人口在150萬人以上。

截止2018年底，成都市一般公共財政預算收入為1 424.2億元，地區生產總值15 342.77億元，市區常住人口1 633萬人。基于成都市現狀及預測，分析國內地鐵車輛類型及使用情況，結合成都市軌道交通13號線客流預測結果及線路特征，在鋼輪鋼軌系統的A型車和B型車中對車輛選型進行重點研究。

2.3 國內城市軌道交通車輛類型及使用情況

截至2018年末，中國大陸地區(不含港澳臺)共35個城市開通城市軌道交通運營，共計185條線路，運營線路總長度達5 761.4 km。在運營線路中，車輛選型以A、B型車為主要選擇方式，約占89%(不含市域快軌、現代有軌電車線路)。不同車型類型統計如表2所示。

表2 國內城市軌道交通車輛制式分布情況

從表2可知，對于車輛的選型及列車編組方式，雖然各大城市依據初、近、遠期客流預測及線路發展需求都有合理的選擇。但是，我國A、B型車的使用范圍較為廣泛，技術成熟，被大多數城市所采納，而C型車卻只在上海的地鐵5、6、8號線上線運營，因此，從車型使用的廣泛性、技術的成熟性，成都地鐵13號線宜采用A、B型車。

2.4 與預測客流結果的適應性分析

客流量是車輛選型的基礎[5，13]，根據2016版成都市線網規劃中的客流預測結果[14]，對A、B型車的適應性進行分析，其中預測客流結果的適應性分析見表3。

表3 預測客流結果的適應性分析

從表3的計算結果可以看出，A型車6、7、8輛編組，B型車7、8輛編組均能適應預測客流結果的需求；但B型車7輛編組遠期運能余量小于5%，8輛編運能余量為17%，均無法滿足本線開行大站快車的運能要求。而考慮開行大站快車需有較大的運能余量及客流波動風險的因素，選擇A型車7、8輛編組較合適。本線二期工程實施后，有越行及跨線運營的需求，中心城區段需有足夠的運能余量支持，總開行對數不宜過大。因此，從客流適應性及線路通過能力方面分析，應采用A型車，并選用運能余量較大的編組方案。

2.5 車輛選型與線網資源共享的適應性分析

本線車輛選型除應滿足自身客流需求外，還應綜合考慮整個城市軌道交通線網車輛選型的規劃和協調，以實現線網資源的共享[15-16]。

根據線網規劃，快線的送修方式可采用分區域承擔的方法，可有效減少送修路程的時間；近、遠期13號線的龍簡新城綜合基地承擔13、24號線大架修，初期臨時架修與18、19號線共用合江車輛基地。

18、19號線為正在施工線路，采用的為市域A車型，24號線為線網規劃中的一條快線，線網規劃中推薦采用4～8輛A型車編組。結合線網資源共享規劃結論，13號線應與18、19、24號線采用相同的車型。

2.6 車輛選型結論

結合客流適應性及線網資源共享的適應性分析，13號線適宜選用運能余量較大的編組方案；由線網資源共享分析，13號線應與18、19、24號線采用相同的車型，綜合分析，13號線推薦采用時速140 km的輪軌系統A型車，并可根據運營需求在A型車的基礎上對車門、座椅布置等進行改進。同時，考慮到市域快線平均運距長、對舒適度要求較高，應盡量提高站立標準。

3 列車編組方案的研究

列車編組方案的核心是列車的編組輛數，合理地確定列車編組方案，可以更好地組織城市軌道交通的運營[1，17-19]。

3.1 車輛定員標準

車輛定員標準應當結合項目的客流發展規律及運營需求綜合確定。一般而言，側重服務于中心城大客流的線路，可選用較高的站立標準，在滿足經濟性的前提下，往往由于運距短而使得乘客對舒適度要求不是很高；對于市域線，尤其是運距長、具備城市引導發展線的項目，則應適當降低站立標準，以便提供長距離舒適出行服務，有利于吸引客流。

13號線是成都市“中心穿越、全局覆蓋、遠景預留、互聯互通”的市域快線網的重要組成部分，貫穿中心城區并將外圍的溫江區、龍泉驛區、簡陽新城、空港新城串聯起來，兼顧城市交通功能和機場線功能。其中一期工程主要位于中心城區范圍內，為中心城東西向骨干快線；東端銜接龍泉驛區，加強龍泉驛區與中心城區的聯系；并在城區內部與其他線路形成多次換乘，提高網絡的通達性。

本線具有以下幾個特點。

(1)運營里程長。13號線運營里程達97.8 km，運營里程長，宜降低車輛定員。

(2)平均運距12.54 km，但外圍組團至中心城區的旅行距離較長。以外圍新機場組團至中心城區的距離為例，至中心城區約70 km，運距較長宜降低車輛定員。

(3)旅行時間長。全線旅行時間約92 min，天府機場至中心城區旅行時間接近1 h。

(4)客流性質較為復雜，中心城區、外圍區的客流構成不同，對舒適度的需求也不相同。

從13號線客流特征來看，客流主要由以下幾部分構成：居住于外圍組團區域而工作在中心城區的日常上下班通勤客流；居住于中心城區而工作在外圍組團區域的日常上下班通勤客流；主城區內日常上下班客流；沿線旅游、購物、消費、娛樂性的客流以及對外交通樞紐的客流。其客源對象不同，交通特征也有一定的差異。

根據遠期全日各組團間客流量預測，13號線中心城區的向心客流占比較大，因此，為了能夠滿足城區上下班客流以及購物、消費、娛樂等向心客流的出行需求，同時更好地應對節假日、重大活動日等突發性客流，可以考慮在城區范圍內按照5人/m2的站立標準而在市域范圍內采用4人/m2計算列車定員。這樣既可以滿足中心城區大客流的運能需求，又可以滿足外圍組團長距離出行客流乘車舒適性要求。

3.2 車門布置研究(圖2，圖3)

在5人/m2和4人/m2的站立標準下，A型車不同座位布置的列車定員見表4。

圖2 4車門平面布置橫排座椅(單位：mm)

圖3 5車門平面布置橫排座椅(單位：mm)

表4 A型車不同座位布置列車載客量 人

由圖2、圖3及表4可見，在相同的站立標準下，A型車通過減少車門可提高列車座位數量與舒適度。

從客流特點上分析，13號線是貫穿中心城、連接衛星城呈西北—東南走向的市域快線，服務于外圍組團客流，這部分客流主要是由于主城區人口向城市外圍區域疏散，其運距長、旅行時間長，可能攜帶較多的行李，采用4門車可以增加列車的座位數量，改善乘車環境，提高旅行的舒適度。

從互聯互通上分析，13號線與18-1線及24號線實現互聯互通，為了更好地實現資源共享，完善互聯互通網絡的功能，宜與18號線選用相同的車型。目前，18號線已按照4門車進行了設計與實施，本線宜采用與18號線標準相同的4門車。

同時，根據站立標準研究的結論，中心城區按5人/m2，市域按4人/m2。結合已開通線路的運營經驗，采用橫排座椅站立標準實際上很難達到5人/m2。同時受到座椅布置形式的影響，擁擠度較高時旅客出入較為不便，停站時間及系統能力也可能受到較大影響。本線中心城區線路主要服務于通勤、通學客流，與常規線路類似，為保證中心城區運能及城區停站時間，建議開行中心城區交路的列車可采用縱排座椅的布置形式。全線大交路列車主要服務于長距離出行客流與機場客流，對舒適度要求較高，且市域交路范圍內的客流量級較小、擁擠度不高，可按橫排座椅的形式進行布置。

3.3 客流適應性分析

根據站立標準研究結論，結合據本線預測的高峰小時單向最大斷面客流量，各設計年度采用不同編組方案相關指標見表5、表6。

表5 A型車(4門)車輛載客量及列車長度

表6 列車編組方案(中心城區5人/m2)

從表6可以看出，初期采用4、5、6、7、8輛編組均能滿足客流需要；近期采用5、6、7、8輛編組均能滿足客流需要；遠期采用6、7、8輛編組均能滿足客流需要。

3.4 車輛編組分析3.4.1 近、遠期

(1)中心城區段

土方工程、石方工程中推土機、鏟運機等運用現行型號及裝載機、挖掘機等機械設備替代，壓實設備采用專業壓實機械及裝載機、挖掘機替代，手扶拖拉機等機械設備基本淘汰。

考慮本線為市域快線，近期二期工程實施后，全線運營里程達到97.8 km，市域快線的功能凸顯。為達到時間目標值、實現市域快線的功能，有開行部分大站快車的需要，存在快慢車越行、跨線列車的運營組織方式，為保證區段通過能力，為大站快車、跨線列車預留條件，近、遠期列車開行總對數不宜過高。

目前5、7輛編組列車在技術上是可行的，但仍需專門進行研發設計，勢必將造成車輛購置費用的增加。國內開通運營的5輛編組的線路僅有蘇州2號線1條，且為5B編組，缺少5A編組線路的運營經驗。5、7輛編組無論從車輛技術及后期運營等方面來考慮，仍存在著部分需要解決的問題。遠期采用6輛編組高峰小時列車對數開行28對，若考慮預留一定運能余量及保證一定的服務水平，高峰小時開行對數應適當增加，需開行30對，達到最大系統能力水平，且運能余量僅為9.0%，無法滿足開行大站快車和跨線列車。因此，遠期中心城區推薦采用8輛編組，高峰小時開行約25對左右，剩余能力可用于開行大站快車或跨線列車。

近期也不宜采用5、7輛編組。考慮預留一定運能余量，近期采用6輛編組，高峰小時需開行22對；近期采用8輛編組，高峰小時需開行16對，6輛與8輛編組高峰小時服務水平相近。因此，從客流需求、服務水平、開行大站快車、車輛編組型式改變、線網資源共享等因素綜合考慮，近期也需采用8輛編組。

(2)市域段列車編組分析

按4人/m2站立標準，市域段遠期采用不同編組方案相關指標見表7。由于龍華寺—龍泉山段客流水平較高，且未出現明顯的客流落差，因此市域東段按龍華寺—龍泉山、龍泉山—T3T4兩段分別分析。

表7 遠期列車編組方案表(市域段4人/m2)

結合表7分析：市域西段(城鐵溫江—七里溝)：七里溝以西僅3個車站，遠期最大客流斷面為2.02萬人/h，宜采用較小的編組，采用5、6輛編組運能余量仍較大，3、4輛編組較為合理。但此段僅14 km，總旅行時間也僅約10 min，客流也主要為與城區交換客流，單獨組織小編組運行交路的必要性較弱。同時增加了運營難度，車輛檢修及資源共享也較為復雜。因此，本段列車編組應與城區段保持一致。

市域東段(龍華寺—T3T4)：龍華寺至龍泉山段站間距小，遠期最大斷面客流為1.91萬人/h，且沒有明顯客流落差，可保持與中心城區段相同的列車編組或采用小編組。龍泉山作為城市的天然分隔，龍泉山站以東段站間距大、客流斷面大幅降低，遠期最大客流斷面僅為1.1萬人/h，采用8輛編組運能余量較大、服務頻率低；若保證較高的服務頻率，則滿載率過低，運能虛靡嚴重。由于龍泉山—T3T4段運營里程長達48.9 km，宜靈活組織列車交路，按小編組運營。龍泉山—T3T4段采用5、6輛編組運能余量過大；若采用3輛編組開行對數多(考慮一定運能余量，遠期需開行21對/h以上)、服務頻率過高，全線交路組織靈活性差，本段宜結合列車交路采用4輛編組，運能適中、開行對數較為合理。

近期市域段客流斷面特點與遠期的形態基本保持一致，市域段編組形式宜與遠期保持一致，采用4輛編組。

3.4.2 初期編組分析

初期采用4、5、6、7、8輛編組均可滿足客流需要，結合近、遠期采用4、8輛編組混跑的分析結論，初期編組方案有以下幾種可能：

初期采用4輛編組，近期二期工程實施后，4輛編組列車用于市域段交路；

初期采用8輛編組，近期繼續在8輛編組的列車交路上使用；

初期采用4、8輛編組混跑，近期后4、8輛編組各自在對應編組交路上使用。

初期各編組方案對比見表8。

表8 初期列車編組方案對比

從表8可以看出，3種方案均可滿足初期客流需求。初期采用4輛編組，購車數少，高峰小時開行列車對數較多，行車間隔小，乘客等待時間短，服務水平及列車滿載率均較高，但考慮一定運能余量，高峰小時需開行23對/h，開行對數過高；若采用4、8混跑，服務頻率與采用8輛編組相差不大，但運營組織復雜，對于線路開通初期的運營組織、列車調度等提出較高的要求。且初期客流水平低、運營長度適中，采用混跑方式劃分運能的必要性不強。

若初期采用8輛編組，為滿足初期高峰小時列車間隔最小5 min且運能留有一定富余，列車對數需開行12對/h以上，初期投資有所增加，列車滿載率稍低，但列車開行對數適中，運營、管理及檢修均非常方便，不存在開通初期就采用不同編組混跑帶來的運營組織和車輛檢修等方面的問題。同時，初期至近期年限相隔較近，為了避免運營不久就改變編組，一般初、近期宜采用相同的編組輛數。初期至近期客流增長迅速，從1.96萬人/h增長到3.27萬人/h，初期采用8輛編組滿載率稍低的狀況持續時間較短，購置相對較多的車輛、預留較大的運能余量是合理的。

3.4.3 車輛編組結論

綜上分析，通過軌道交通制式的選擇，13號線采用普通輪軌系統；根據A、B型車的多方面比較，確定選用A型車；通過對初、近、遠期編組方案的多方比選和論證，在滿足一定服務水平的條件下，本線初、近、遠期采用8-4/8-4/8編組方案，即初期中心城區需采用8輛編組，市域段宜采用小編組列車，結合列車交路、客流適應性，近、遠期采用4、8輛編組混跑或分段運營。

4 結語

目前，隨著經濟的發展，城市規模也在逐漸擴大，城市軌道交通線網的不斷完善不僅將城市的不同區域連成一體，而且改變了人們的出行和生活習慣。特別是對于成都這樣的超大城市，很多人選擇在外圍區域生活在中心城區工作，因此，類似于成都軌道交通13號線這種超長線路應運而生。合理的車輛類型以及編組不僅能節省工程投資，而且也可以為旅客的出行提供更加便捷舒適的乘車環境。車輛選型應根據線路的功能定位和特點，結合客流特點，既要滿足國產化率、安全可靠、經濟性的要求，又要兼顧乘客的舒適性、技術先進性等因素[20]。以成都軌道交通13號線為例，從與預測客流適應性及線網資源共享的角度，研究了列車的選型問題；在此基礎上，首先通過研究多種不同車門布置方案的前提下，不同座位布置列車載客量的大小列車編組方案的確定，其次分析在不同站立標準下列車編組方案，最后研究近、遠期不同區段不同客流條件下列車編組方案。通過綜合比較不同條件下列車編組方案，最后得出中心城區需采用8輛編組列車；市域段宜采用小編組列車，結合列車交路、客流適應性，近、遠期采用4、8輛混跑的編組列車形式，初期采用8輛編組的結論。