大理州軌道交通1號線系統制式選擇研究

張斌華,陳 光,孫亞南,趙海燕

(1.中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司,云南 昆明 650200;2.昆明市政工程設計研究院(集團)有限公司,云南 昆明 650200)

車輛是城市公共交通客運系統最重要的載體,系統制式的選擇對城市規劃建設首條軌道交通線路尤為重要,因此大理州軌道交通1號線系統制式選擇需按功能定位、線路條件、客流需求等進行分析,從不同制式的技術可行性、建設成本可控性及實施落地風險等方面綜合比選后確定[1-3]。

1 1號線沿線情況及線路功能定位

1.1 線路沿線區域條件

1號線主要經過大理主城區、海東片區以及大理古城等主要旅游景區。其中大理主城區為建成區,未來主要存在局部城市更新改造的可能;海東片區為新興發展區域,正在興建大型居住小區、醫院、商業設施等,此外大理北站也位于該片區,近期將進行建設;大理古城、三塔等旅游景區主要以旅游功能為主。

1.2 線路功能定位

1號線是大理州第一條軌道交通線路,是最重要的軌道交通干線,線路將洱海西部、洱海南部以及海東片區串聯起來,可滿足各個片區通勤客流的出行需求;同時該線路也將大理古城、三塔等景區與大理站、大理北站、大理機場等主要的交通樞紐串聯起來,可滿足旅游客流的出行需求。因此,大理州軌道交通1號線是同時滿足通勤及旅游觀光出行的軌道交通線路。

1.3 系統制式選擇的需求分析

軌道交通根據運輸能力的大小分為大運量系統、中運量系統、低運量系統等三類,城市軌道交通分類如表1所示。

表1 按運輸能力劃分的城市軌道交通分類

1號線客流預測情況如表2所示。

表2 客流預測

1號線技術參數如表3所示。

表3 1號線技術參數

由表1、表2、表3分析可知,根據客流需求預測,1號線遠期旺季的高峰小時單向最大斷面客流量為0.57萬人次/h,根據運輸能力劃分的軌道交通分類,1號線為低運量系統。此外根據技術參數可知,1號線需要選用爬坡能力強曲線半徑小、適合于地面敷設方式、方便線路換乘的選擇需求的低運量軌道交通制式[4-5]。

2 各制式軌道交通系統特征及適應性分析

根據《城市公共交通分類標準》(CJJ/T 114—2007)及《城市軌道交通分類》(T/CAMET 00001—2020)等相關規范以及建標文件,城市軌道交通系統選型分為10類,包括地鐵、市域快軌、輕軌、中低速磁浮、跨坐式單軌、懸掛式單軌、自導向軌道、有軌電車、導軌式膠輪系統、電子導向膠輪系統[6-9]。按系統制式劃分的軌道交通分類及技術特征如表4所示。

表4 按系統制式劃分的軌道交通分類及技術特征

根據1號線線路功能定位、車輛選型的技術條件及客流預測情況,應從低運量軌道系統中為1號線選擇合適的系統制式。

按制式系統進行分類,有軌電車、懸掛式單軌、自導向軌道系統、導軌式膠輪系統及電子導向膠輪系統等五種形式為低運量軌道交通系統。但懸掛式單軌、自導向軌道系統從單向運能方面分析,介于中運量與低運量之間的一種制式,低運量系統技術對比情況如表5所示。

表5 低運量系統技術對比

3 1號線系統制式選擇研究

3.1 系統制式初選

從城市軌道交通低運量系統的適應性來看,本線路主要為地面運輸系統,懸掛式單軌系統、自導向軌道系統、導軌式膠輪系統等三種軌道交通制式高架敷設,建設周期長、成本高,對旅游城市的環境影響較大。因此這三種制式對本線的適應性較差。有軌電車系統、電子導向膠輪系統這兩種軌道交通制式主要以地面敷設為主,并且從技術特點上具有爬坡能力強、曲線半徑小的技術特點,符合1號線的技術需求[10-11]。

3.2 系統制式選擇研究

(1)從客流量級角度分析

根據客流需求預測情況,1號線遠期旺季的高峰小時單向最大斷面客流量為0.57萬人次/h,為低運量系統。有軌電車系統、電子導向膠輪系統均可滿足該條線路的運輸需求。

(2)從審批政策角度分析

根據近年來國家針對軌道交通發展制定了各種政策,城市發展軌道交通首先要在城區人口、GDP、地方財政預算收入等方面滿足相應條件,滿足基本條件的情況下需編制線網規劃、建設規劃等文件,省發改委、住建廳按照相應的流程進行審核,同時需要抄送國家相關部門[12-13]。兩種制式從審批流程方面相同。

(3)從經濟性角度分析

①系統造價比較:有軌電車工程造價約1.5～2.0億元/km,電子導向膠輪系統約0.6～1.0億元/km。

②車輛經濟性比較:各種制式因車輛產生的費用主要包括車輛購置費、車輛大架修、電池更換等。以初期高峰小時斷面2 057人次/h、首期工程運營里程26.35 km為例,暫不考慮后期追加運用車數造成的車輛購置費增加,對各制式車輛購置、車輛維修費用等進行比較。

a車輛購置費

考慮有軌電車和電子導向膠輪系統車輛使用壽命為25年,有軌電車車輛購置費為6億元,電子導向膠輪系統車輛購置費為5.3億元。各制式車輛購置費比較情況如表6所示。

表6 各制式車輛購置費比較

b車輛大架修費用

根據車輛大架修修程,有軌電車架修5次、大修2次,架修350萬/次,大修650萬/次;電子導向膠輪系統架修4次、大修2次,架修200萬/次,大修320萬/次。各制式車輛維修費用比較情況如表7所示。

表7 各制式車輛維修費用比較

各制式車輛主要費用匯總情況如表8所示。

表8 各制式車輛費用比較 單位:億元

從經濟性角度分析,有軌電車在系統造價、車輛購置費、車輛大架修等方面所需費用均高于電子導向膠輪系統,電子導向膠輪系統更具優勢。

(4)從全生命周期運營成本角度分析

運營成本包括生產人員工資及福利、電費、修理費、營運費、管理費等部分。其中人工費結合各制式車底運營及車站數進行計算;電力費有軌電車和電子導向膠輪系統主要包括牽引能耗費用、動力照明、車輛段能耗等,其中有軌電車為12 kwh·列/km、電子導向膠輪系統為8 kwh·列/km;維修費包括日常維修費和車輛維修費;經測算,兩種制式運營成本參數如表9所示。

表9 兩種制式運營成本參數 單位:萬元

從全生命周期運營成本角度分析,有軌電車運營成本高于電子導向膠輪系統,電子導向膠輪系統在運營成本方面更具優勢。

(5)從交通影響角度分析

首期工程所經路段漾濞路為四車道外,其余主要以六車道、八車道為主,祥云路為雙向十車道。有軌電車、電子導向膠輪系統在道路條件較差路段可設置混合路權。在交叉口處,有軌電車、電子導向膠輪系統均可設立專門信號燈,實現對現有交叉口單點信號控制方案改善及信號協調控制,提升道路交通系統的運行效能。由于有軌電車為鋼輪鋼軌,在交叉口及混行路段使用槽型軌可以減小對機動車輛行駛的影響,但不能完全消除,因此電子導向膠輪系統更具優勢。

(6)從技術先進性角度分析

目前,有軌電車以人工駕駛為主,智能程度相對較低。電子導向膠輪系統以人工駕駛為主,智能駕駛為輔助,即司機不需要操作方向盤,車載系統自動識別地面標線來控制列車運行方向。從技術先進性角度分析,電子導向膠輪系統技術更先進。

(7)從技術成熟度角度分析

①車輛運行可靠性有待進一步驗證。目前國內僅宜賓、哈爾濱、西安等城市開通電子導向膠輪系統,車輛長期運行對地面線路的影響以及路面沉降、蓄電池使用壽命以及輪胎更換頻率方面有待進一步驗證。

②車輛運行安全性角度有待進一步驗證。目前3輛模塊電子導向膠輪系統電車車輛長度接近32 m,4模塊電子導向膠輪系統電車無實車下線,4模塊長度40 m,車輛運行對交叉口影響以及車輛運行過程中輪軌偏移裝置、車輛輪軌偏移對周邊運行車輛安全產生影響均有待驗證。

③上路許可。電子導向膠輪系統車輛較長,上路運行需得到相關部門許可。電子導向膠輪系統作為新興的一種新交通,存在技術有待進一步驗證,相關標準僅為地方標準,無相關設計、建設、運營國家標準,缺乏車輛運用及維修維護經驗,系統可靠性有待進一步驗證。

從技術成熟度方面分析,有軌電車技術較電子導向膠輪系統更為成熟完善,更具優勢。

4 結 論

大理州發展軌道交通作為城市骨干公共交通,兩種低運量軌道交通系統在客流需求、技術條件、建設條件等方面均滿足大理州情況,但從經濟性、運營成本、對現狀交通的影響、技術先進性、技術成熟度成熟度等方面分析,電子導向膠輪系統更具優勢[14-15]。通過以上分析,建議大理州軌道交通制式暫選用電子導向膠輪系統。