上海市軌道交通車輛選擇及列車編組若干問(wèn)題的探討

摘　要　上海市軌道交通有A 型車和C 型車兩種基本車型。車型的選擇以及列車編組的確定是軌道交通建設(shè)的關(guān)鍵。以發(fā)展的觀念,從城市規(guī)劃發(fā)展、預(yù)測(cè)客流、車輛來(lái)源及人車價(jià)格、工程投資等工程總體角度對(duì)車輛選擇進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞　城市軌道交通,車輛選擇,預(yù)測(cè)客流,發(fā)展預(yù)留
上海市軌道交通線網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)車輛的需求量越來(lái)越大,然而車輛選型及列車編組等關(guān)鍵問(wèn)題至今尚待解決。在上海市于2020 年將建成的14 條軌道交通線中,除R1 、R2 、M3 、M4 、T 等6 條線外,其余9 條線的車輛選型和制式均未確定(其中L1 線、L4 線采用與莘閔線相同的小型車輛可基本肯定) 。在R4 線、M7 線、M8 線等軌道交通線的前期研究過(guò)程中,選用大型車還是選用小型車及采用何種列車編組的問(wèn)題,每每引起激烈的爭(zhēng)論,始終難以達(dá)成共識(shí),一定程度上影響了軌道交通建設(shè)發(fā)展進(jìn)程。本文旨在以發(fā)展的觀點(diǎn),從工程總體角度對(duì)此進(jìn)行探討。
1 　兩種基本車型技術(shù)規(guī)格和性能
目前,上海市已建和在建的軌道交通線(磁懸浮線除外) 車輛的兩種基本車型為:
(1) 大容量鋁制寬體A 型車,架空接觸網(wǎng)供電。如R1 、R2 、M3 、M4 和即將開工的M8 線均采用這種車型。
(2) 小容量鋁制METROPOL IS 系列C 型車,架空接觸網(wǎng)供電。如莘閔輕軌交通線采用這一車型。表1 為兩種基本車型車輛的主要技術(shù)規(guī)格和性能對(duì)照情況。由表可見:大型車的結(jié)構(gòu)尺寸較大,需要較大的結(jié)構(gòu)限界;大型車的額定負(fù)載較大,是小型車的1. 42 倍;小型車軸距小,對(duì)平面曲線的適應(yīng)能力較強(qiáng),利于線路平面布置;大型車爬坡能力強(qiáng),利于線路縱斷面布置; 大型車平均起動(dòng)加速度較小型車大;車輛自重相差不大,大型車拖車自重小,小型車動(dòng)車自重小。在同樣的運(yùn)能條件下,由于小型車編組大,線路年總運(yùn)量(含自重) 反而較大型車大。其他指標(biāo)基本相同。
2 　若干問(wèn)題的探討
2. 1 　關(guān)于預(yù)測(cè)客流
預(yù)測(cè)客流是確定車輛選型、車輛編組的重要依據(jù)之一。一般中小運(yùn)量(如高峰高斷面客流量≤3 萬(wàn)人/ h) 軌道交通選用小型(C 型) 車輛,較大運(yùn)量或大運(yùn)量(高峰高斷面客流量> 3 萬(wàn)人/ h) 的軌道交通宜選用大型(A 型) 車輛或B 型車輛。而且,應(yīng)該肯定客流預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)軌道交通的預(yù)測(cè)結(jié)果無(wú)可非議。但是,如果將該預(yù)測(cè)客流作為確定車輛選型和列車編組的唯一依據(jù)或者充分條件,則不僅是不科學(xué)的,也是不可靠的。其理由如下:
(1) 首先,遠(yuǎn)期客流預(yù)測(cè)年限是25 年,而軌道交通工程的設(shè)計(jì)使用年限是100 年,用第25 年的預(yù)測(cè)客流來(lái)確定使用年限為100 年的軌道交通工程的建設(shè)規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn),在時(shí)域上就存在很大的差異(且不說(shuō)預(yù)測(cè)客流本身的波動(dòng)性或不定性) 。
其次,城市總體規(guī)劃是客流預(yù)測(cè)的重要依據(jù)。上海市城市總體規(guī)劃年限是20 年(2020 年),城市發(fā)展規(guī)劃在時(shí)域上與軌道交通使用年限也存在很大差異。同時(shí),城市發(fā)展是可持續(xù)的,也是可變的。預(yù)測(cè)客流只是在某一時(shí)期的城市發(fā)展規(guī)劃基礎(chǔ)上取得的,不是恒數(shù),而是變數(shù)。另外,單從客流預(yù)測(cè)來(lái)看,除前述的總體規(guī)劃外,預(yù)測(cè)客流還受很多因素的影響,包括居民出行方式、出行次數(shù)、軌道交通網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃、線路的服務(wù)水平(發(fā)車間隔、旅行速度、舒適程度等) 、票價(jià)等。這些因素的變化,對(duì)客流預(yù)測(cè)結(jié)果有很大的影響。
(2) 上海交通發(fā)展戰(zhàn)略是:優(yōu)先發(fā)展公共交通, 大力發(fā)展城市軌道交通;加快大容量城市軌道交通2. 2 　關(guān)于發(fā)展預(yù)留系統(tǒng)建設(shè),形成以軌道交通為骨干,地面公共交通軌道交通建設(shè)必須考慮適當(dāng)?shù)陌l(fā)展預(yù)留。而為基礎(chǔ)的客運(yùn)網(wǎng)絡(luò);在中心城控制私人小汽車和摩這一發(fā)展預(yù)留應(yīng)包括運(yùn)能儲(chǔ)備和舒適度兩個(gè)方面。托車,逐步取消燃油助動(dòng)車,自行車成為地區(qū)內(nèi)部關(guān)于客流量的增長(zhǎng)或波動(dòng)性以及運(yùn)能儲(chǔ)備方的輔助交通工程。這個(gè)基本政策為軌道交通的建面的發(fā)展預(yù)留前已述及,不再贅述。在此主要從舒設(shè)和發(fā)展開辟了廣闊天地。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 適度方面對(duì)發(fā)展預(yù)留進(jìn)行論證。人們的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)日益頻繁,對(duì)出行的條件提出城市的發(fā)展是可持續(xù)性的,人們對(duì)出行條件或了更高要求。軌道交通以其特有的快捷、準(zhǔn)點(diǎn)、安乘車環(huán)境的要求將越來(lái)越高。這一點(diǎn)在現(xiàn)代化城全、舒適的優(yōu)勢(shì)必將吸引更多的客流乘坐軌道交市發(fā)展中顯得異常突出。因此,軌道交通建設(shè)既要通。這個(gè)事實(shí),已被國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)的軌道交通所證考慮到客運(yùn)量的持續(xù)增長(zhǎng)或者波動(dòng)性,更要考慮出實(shí)。這種因素,在考慮車輛制式及列車編組時(shí),應(yīng)行條件的提高和舒適度的改善。該作適當(dāng)考慮留有余地。因此,預(yù)測(cè)客流只是軌道交通建設(shè)的一個(gè)較為廂內(nèi)站席為6 人/ m2 。這一標(biāo)準(zhǔn)顯然太低,不僅不重要的參考因素,而不是決定性的因素。故在確定適合未來(lái)人們對(duì)出行的要求,即使在今天,與現(xiàn)代軌道交通車輛選型、列車編組和建設(shè)規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)化的城市發(fā)展也是不相適應(yīng)的。運(yùn)營(yíng)中的地鐵1 時(shí),以遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)客流為基礎(chǔ),適當(dāng)預(yù)留一定的運(yùn)能號(hào)線實(shí)際已證實(shí)了這一點(diǎn)。(根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)公司的儲(chǔ)備量是十分必要的。統(tǒng)計(jì),在高峰時(shí)間內(nèi)車廂內(nèi)擁擠不堪的情況下,車廂內(nèi)站席平均密度最高只能達(dá)到5 人/ m2 。) 如果仍然按照這一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建設(shè)軌道交通,將來(lái)總有一天人們會(huì)感到擁擠不堪,并逐漸失去與其他交通方式的競(jìng)爭(zhēng)力。擁擠的客運(yùn)交通將不可避免地引發(fā)治安方面的問(wèn)題(如性騷擾、搶劫、偷竊等) 。這種情況在世界上有些城市,如莫斯科、墨西哥、東京、紐約等都普遍存在。為了給人們(尤其是婦女、兒童) 提供一個(gè)較為安全的乘車環(huán)境,這些城市的地鐵運(yùn)營(yíng)管理者不得不采取男女分車廂乘車的措施。顯然這是迫不得已的做法。然而,如果適當(dāng)?shù)靥岣邩?biāo)準(zhǔn),降低擁擠程度,車廂比較寬松,不僅增加了乘客乘車的舒適度,而且也增加了安全感。
既然軌道交通建設(shè)必須考慮發(fā)展預(yù)留,那么首先可以從線路設(shè)計(jì)通過(guò)能力方面來(lái)做文章。
2. 3 　關(guān)于車輛來(lái)源及價(jià)格
(1) 車輛來(lái)源
根據(jù)國(guó)家計(jì)委關(guān)于軌道交通車輛國(guó)產(chǎn)化的要求和我國(guó)車輛生產(chǎn)(組裝) 能力,兩種車型的車輛來(lái)源如下:
大型車有四家定點(diǎn)廠,分別是長(zhǎng)春客車廠、浦鎮(zhèn)車輛廠、株州電力機(jī)車廠和四方車輛廠。
小型車有一家組裝廠,即上海阿爾斯通閔行組裝廠(盡管其他廠家也能生產(chǎn)或組裝小型車輛,但與上海目前所采用的小型車不同) 。
顯然,大型車的來(lái)源較小型車廣。如果說(shuō)小型車的供貨不成問(wèn)題的話,那么大型車的供貨則更有保障。目前我國(guó)已加入W TO , 今后無(wú)論是大型車還是小型車,其供貨來(lái)源將越來(lái)越廣闊。以完全滿足運(yùn)能儲(chǔ)備和舒適度兩方面的預(yù)留要求。因此,還必須在車輛方面做文章,如選用大容量車型,或者適當(dāng)增大列車編組。
(2) 車輛價(jià)格
表1 為兩種車型車輛價(jià)格及人車價(jià)格對(duì)照表。

表1 　車輛價(jià)格及人車價(jià)格對(duì)照表

表1 表明,盡管大型車的單價(jià)較小型車高,但由于大型車的額定負(fù)載遠(yuǎn)比小型車大,其人車價(jià)格僅為小型車的90 % 。從人車價(jià)格上講,大型車較為經(jīng)濟(jì)。對(duì)于一條軌道交通線的車輛購(gòu)置總價(jià)來(lái)講,在保證同樣的運(yùn)能條件下,采用大型車要比采用小型車經(jīng)濟(jì)。上海市M8 線初期采用兩種不同車型車輛配屬總數(shù)及購(gòu)置總價(jià)對(duì)照結(jié)果已充分證實(shí)這一點(diǎn)(見表3) 。M8 線若采用小型車輛,初期車輛購(gòu)置費(fèi)將比大型車增加1 355 萬(wàn)美元(約合人民幣1. 125 億元) 。

表2 　M8 線車輛配屬及購(gòu)置費(fèi)對(duì)照表

2. 4 　關(guān)于車輛選型及列車編組對(duì)工程投資的影響來(lái)講,其建筑限界仍然不能縮小。因此,對(duì)于以地
下線為主的上海市軌道交通工程,無(wú)論采用小型車
(1) 車輛選型對(duì)區(qū)間土建工程投資的影響采用大型車時(shí),結(jié)構(gòu)限界較大,對(duì)于高架線和矩形隧道來(lái)講,將增加一定的土建費(fèi)用;但由于車輛高度和授電方式相同,對(duì)于盾構(gòu)法圓形區(qū)間隧道還是大型車,區(qū)間土建工程投資基本相同。
(2) 車輛選型對(duì)車站土建工程投資的影響
在同樣的運(yùn)能條件下,采用大型車時(shí)列車的編組數(shù)較小型車的編組數(shù)小得多(如4 輛編組的大型車與6 輛編組的小型車運(yùn)能幾乎一樣,前者為3. 72 萬(wàn)人/ h , 后者為3. 82 萬(wàn)人/ h) ,車站站臺(tái)有效長(zhǎng)度可很大程度地縮短,從而縮小車站規(guī)模,降低車站工程投資。當(dāng)然,采用小型車時(shí),車站寬度可以縮小,但非常有限,對(duì)車站規(guī)模和土建投資影響不大。采用大型車使車站規(guī)模縮小后,還有利于減少環(huán)控等設(shè)備系統(tǒng)的投資,并有利于減小運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。表3 為兩種車型與車站規(guī)模的關(guān)系對(duì)照情況。
表3 　兩種車型列車編組與車站規(guī)模關(guān)系

(3) 列車編組對(duì)工程造價(jià)的影響
毋容置疑,列車編組增大,工程造價(jià)增大。但這主要是車站土建造價(jià)方面,而對(duì)于整個(gè)工程來(lái)講,列車編組對(duì)工程造價(jià)的影響究竟到什么程度呢,答案可以從以下分析和對(duì)比中得到。
正在建設(shè)中的軌道交通明珠線二期工程全長(zhǎng)22 km ,17 座車站,基本為地下線,采用6 輛列車編組設(shè)計(jì);即將開工建設(shè)的軌道交通M8 線一期工程,全長(zhǎng)23 km ,22 座車站,全部為地下線,采用5 輛列車編組設(shè)計(jì)。前者工程直接費(fèi)用平均造價(jià)指標(biāo)為2. 7 億元/ km , 較后者的2. 58 億元/ km 僅增加4 % 左右。增加幅度較小。這固然與明珠線二期工程車站較少、有部分高架區(qū)間(1. 25 km) 有關(guān)。然而,即使如此,對(duì)于同一條線路來(lái)講,采用6 節(jié)編組與采用5 節(jié)編組相比,估計(jì)其工程造價(jià)充其量也就增加5 %～6 % 。這是因?yàn)榱熊嚲幗M增加主要引起車站土建工程造價(jià)的增加(約12 %) ,而機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)及軌道增加幅度很小,有些則完全相同。可以說(shuō),無(wú)論是5 輛編組還是6 輛編組,機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的造價(jià)指標(biāo)相差不大。
由此可見,適當(dāng)增大列車編組以預(yù)留必要的發(fā)展余地,對(duì)工程總投資的影響程度并不是很大。而另一方面,采用6 節(jié)編組時(shí),其運(yùn)能或容量卻較5 節(jié)編組增加了20 % 。顯然,以增加5 % 的工程初期投資(直接費(fèi)) 的代價(jià)換取必要的運(yùn)能儲(chǔ)備或發(fā)展預(yù)留(且這種儲(chǔ)備或預(yù)留是必需的) 是完全值得的。
3 　幾點(diǎn)建議
(1) 對(duì)于客流預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)軌道交通的預(yù)測(cè)工作和結(jié)果應(yīng)予以充分尊重和認(rèn)可,但預(yù)測(cè)客流并不能作為確定軌道交通建設(shè)規(guī)模的唯一依據(jù)。軌道交通建設(shè)必須考慮一定的發(fā)展預(yù)留,而且這一預(yù)留不僅是運(yùn)能方面,更是乘客舒適度方面,故車輛選型和列車編組應(yīng)通過(guò)綜合分析來(lái)確定。簡(jiǎn)言之,要以發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)確定軌道交通的遠(yuǎn)期規(guī)模。
(2) 對(duì)于輕軌來(lái)講,采用小型車是可取的。但對(duì)于市區(qū)地鐵線和市域快速線(尤其是以地下線為主的地鐵線) 采用大型車較為合適。
(3) 選用大型車和適當(dāng)?shù)卦龃罅熊嚲幗M,對(duì)工程初期投資的影響程度是有限的,以此來(lái)獲取必要的發(fā)展預(yù)留是值得的。
(4) 在上海城市軌道交通中,雖然小型車只用于輕軌交通線,但在全國(guó)來(lái)講具有廣泛的應(yīng)用前景。其供電方式采用三軌制式更為適合,同時(shí),還需提高爬坡能力。
(5) 車輛編組及動(dòng)拖比等技術(shù)條件應(yīng)符合工程總體需要,車輛編組的靈活性有利于運(yùn)輸組織。相信車輛專業(yè)的技術(shù)人員和生產(chǎn)廠家能夠解決車輛本身的技術(shù)問(wèn)題,并完全有能力提供滿足工程總體需要的車輛。
(6) 對(duì)于某些線路,若近期內(nèi)客流較小,可按“高密度、小編組”的原則組織運(yùn)營(yíng),也可暫采用小型車組織運(yùn)營(yíng)。這樣,可以保證必要的行車密度, 若采用小車還可以解決上海市已訂購(gòu)300 輛小型車的使用問(wèn)題。當(dāng)然,這需要車輛能夠靈活編組, 或者要求線路滿足大、小車兼容的技術(shù)條件,而這是不難做到的。
以上是作者從工程總體角度對(duì)軌道交通車輛選型和列車編組初淺認(rèn)識(shí),乃一家之言,僅供同行參考,望批評(píng)指正。

參　考　文　獻(xiàn)
1 　尹峰,宋曉滿,王玉馨. 城市軌道交通項(xiàng)目的車輛決策與實(shí)證分析. 城市軌道交通研究,2001 , (4) :27