车辆编组方案对地铁车站土建工程投资的影响——以天津地铁5号线丹河南道站为例

曹冬蒨，杨 崟

(1.天津华铁工程咨询有限公司，天津 300011;2.中铁工程设计院(天津)有限公司，天津 300011)

0 引言

随着我国经济的飞速发展和综合国力的提高，我国城市地铁建设进入了大发展时期。客流量随着城市经济的发展而不断增加，对地铁运力的要求也越来越高。目前国际或者是国内，提高运力有2个途径，一个是缩短行车间隔，另一个是扩大编组，而扩大编组是提高运力的一个最简单而又直观的办法。以北京既有线路为例，1号线、2号线、八通线、13号线要6改8受到车站的规模、土建限制，因为车站的长度、车库的长度、折返线的长度等都是按6列编组设计的，现有的基础6改8非常难，基本上不可能实现。新线如果要实现8列编组，只能在新线初步设计时就要考虑8列编组设计。这就要求设计人员在初步设计时考虑远期规划，不能只看到眼前的状况，要为今后地铁发展多留一点余地。南京地铁6号线确定车辆编组时就采用近期4列编组，远期预留5列编组，通过对4列编组和5列编组的土建规模、设备系统等因素进行定量分析比较，考虑到地铁6号线远期预测客流量存在不确定性，站台长度若按5辆编组列车来预留，对工程投资影响较小(约2%)，而运能却大大增加(约25%)。这对降低工程风险，实现投资效益最大化，提高轨道交通对城市发展的适应度有极大的好处［1］。广州市轨道交通3号线是一条从繁华城区通往城市郊区的快速线路，既要满足城区大客流量的需求，又要满足郊区快捷方便的需要，运营初期采用3节列车编组，近远期可对接成6节列车编组，满足了3号线线路设置与客流特性的需求［2］。无锡地铁1号线采用4辆编组时，远期运能无储备，明显不合适;采用5辆或6辆编组可满足远期运量要求，但在高峰时5辆编组方案设计运能富余量仅10.6%，6辆编组方案则达到33.4%。鉴于客流预测本身的不确定性以及地铁工程作为城市解决交通问题的百年大计，6辆编组规模的条件能为城市发展和规避客流风险留有更多余地。经过综合分析，为了地铁1号线将来运营更加安全、高效，同时做到设备利用的协调统一，从初、近、远期编组实施方案的衔接与过渡等因素考虑，确定无锡地铁1号线初、近、远期均采用6辆编组方案［3］。北京地铁的1号线、2号线、13号线和八通线，天津轨道交通滨海线等均采用初期列车4辆编组，远期为6辆编组［4］。北京地铁6号线远期预留8辆编组，初期使用6辆编组。上海地铁1号线实现了6辆编组改8辆编组，2号线也即将开始实施。天津地铁1号线运营设计是“小编组、大密度”的原则，因此车辆配置全部使用4节编组。但近几年的运营实际状况是高峰时段，4节编组列车已经不能满足实际的客流疏散要求，为此决定对在线运营的列车改造为6节编组。上海地铁1号线7:30—8:30的超高峰时段，实际载客量往往达到额定载客量的130%，为了缓解地铁1号线的拥堵局面，经国家发改委正式批准，地铁1号线36列列车由目前的6节编组改为8节编组。天津地铁5号线丹河南道站的车辆编组的选择同样既要满足近期的客流需要，又要为远期扩大车辆编组留有余量，同时又做到合理经济，不会资源浪费，在借鉴以往编组经验的基础上从建筑、结构、经济、功能几个方面进行分析，最终选择最合理的车辆编组方案。

1 工程概况

1.1 工程简介

丹河南道站位于北辰区北仓道与淮东路交叉口，车站主体呈南北走向布置于淮东路下。车站主体东侧为天津市汇鑫有限公司，南侧和西侧为大面积干涸的鱼塘，北侧为北仓道。周边道路有淮东路、北仓道，其中淮东路为城市主干道，道路红线宽45 m;北仓道为城市次干道，道路红线宽40 m。近期客流不大。

1.2 设计客流

本站客流根据地铁5号线客流预测资料确定，超高峰系数取1.3。天津地铁5号线客流预测结果见表1。

表1 天津地铁5号线客流预测结果表Table 1 Estimated passenger flow of Line 5 of Tianjin Metro

2 编组意向

在确定丹河南道站的车辆编组方案时考虑到天津地铁以往线路都采用B型车，为保证以后各条地铁线路车辆可以自由调配，所以5号线依然采用B型车。按照国家批准的可行性研究报告和技术文件的要求，通过实地勘察、调研分析，同时考虑到天津经济发展的速度和流动人口增加的速度，需要考虑远期扩大车辆编组，由于地铁建设造价偏高，如果预留量太大就会造成资源的浪费，建造成本、运营成本的增加。以上海地铁为例，上海的轨道交通明珠线二期工程全长22km，17座车站，基本为地下线，采用6辆列车编组设计;轨道交通M8线一期工程，全长23 km，22座车站，全部为地下线，采用5辆列车编组设计。前者工程直接费用平均造价指标为2.7亿元/km，较后者的2.58亿元/km仅增加4%左右，增加幅度较小。这固然与明珠线二期工程车站较少、有部分高架区间(1.25 km)有关，然而，对于同一条线路来讲，采用6节编组与采用5节编组相比，其工程造价增加5%～6%。这是因为列车编组增加主要引起车站土建工程造价的增加(约12%)，而机电设备系统及轨道增加幅度很小，有些则完全相同。可以说，无论是5辆编组还是6辆编组，机电设备系统的造价指标相差不大［5］。由此可见，在车辆编组方案比较时，应主要比较土建部分。

3 地铁车辆6列编组和7列编组比选

3.1 工况比选

见表2。

表2 6列编组和7列编组工程概况比较表Table 2 Comparison and contrast between Metro stations in the case of 6-car train and that in the case of 7-car train

经过比较，7列编组的面积比6列编组的面积多165 m2，增加1.4%，增加的面积主要是因为结构中单柱变双柱宽度需要增加和车辆编组增加导致站台加长。

3.2 结构比选

1)6列编组结构形式采用单柱，见图1。

2)7列编组结构形式采用双柱，见图2。

3)采用6列编组时在结构方面存在的问题。①由于电气专业设备摆放的需要，对房间布置有一定要求，梁的跨度达到11 m，而地铁设计中梁的跨度一般小于10 m，再加上设备区荷载较大，因此梁的内力也比较大，这样将影响结构的安全性、稳定性、整体性。为了满足结构要求就需要增大截面、增加钢筋含量，但这样不但影响外形美观，显得很突兀，还不能满足设备房间的净空需求，增加成本。②为方便客流使用，公共区垂直电梯一般居中布置，但采用单柱设计时为了布置垂直电梯，就要截断梁，破坏了结构的整体性和稳定性，埋下安全隐患。电梯井截断梁平面图见图3。

图3 电梯井截断梁平面图Fig.3 Plan layout of beam cut due to installation of elevator shaft

4)采用7列编组的分析。①结构上采用双柱方案(见图2)，避免了垂直电梯截断梁现象的发生，保证了结构的整体性，有利于结构安全;增加了柱子，在保证内力和净空的情况下，减少了梁的跨度。②增加柱子的成本分析。以1根柱子为例:柱子尺寸800 mm× 1 300 mm×12 200 mm。

表3 1根柱子概算表Table 3 Cost of one column

表面来看增加柱子需要增加成本，但是从长远考虑，地铁站内巨大的人流必然带来巨大的商机，很多厂家愿意在地铁站中做广告，这些广告收入是无可限量的，而柱子就是最好的载体，对于增加的广告收入来说这点成本是微乎其微的。

3.3 经济比较

见表4。

表4 经济比较表Table 4 Comparison and contrast in terms of cost

通过方案经济比较可以看到，6列编组变为7列编组，建筑成本提高28.5万，约0.15%，但经济指标降低0.02万元/m2，相差不是很明显;但增加一列编组就使地铁系统的运输能力增加了17%，在一次性投资和长远运营效益的综合考虑上，还是优选7列编组方案。

3.4 舒适度比较

目前，人们出行的交通方式选择很多，为了提高地铁的竞争力，就要提高乘客乘车的舒适程度，在地铁设计中应该充分重视这一点。目前我国地铁设计都是按车厢内每m2余富面积站立6个人计算，乘车条件要差一些。欧洲地铁规定每m2站立4个人，莫斯科地铁规定为4.5人。而地铁增加1列编组就可以缓解车厢拥挤的现象。所以从舒适程度考虑，7列编组优于6列编组。

4 案例分析

苏州轨道交通2号线工程北起京沪高速铁路苏州站，南止石湖东路迎春南路东侧，全长26.557km，计算旅行时速为35 km，驶完全线为43 min左右。鉴于这条线路经过苏州的2个新城(平江新城和沧浪新城)、2大交通枢纽(高速铁路苏州站和苏州火车站)、1大商业区(石路商业区)，客流量可能会超过连接天平山和金鸡湖东岸的1号线，因此，这一线路在建造之初，就预留了5辆编组的改造条件。其初步设计车辆编组调整方案近日获批，2014年6月通车试运营后，每列列车将由原来的4辆编组改为5辆编组，最大载客量将从1 340人增加到1 690人。编组方案比较见表5。

表5 苏州轨道交通2号线列车编组方案比较表Table 5 Comparison and contrast between 4-car train mode and 5-car train mode for Line 2 of Suzhou rail transit system

现在2号线决定向东延伸13.7 km到独墅湖东面的星华街，与拟建通苏嘉铁路形成换乘，这样，2号线建成后的客流量将进一步增加。列车改为5辆编组后，不但可以满足轨道交通2号线的远期客流输送需求，还有利于保证乘客的舒适度，规避近期4辆编组、远期5辆编组车辆混跑可能产生的技术风险和运营管理风险，更好地保障乘客的安全。

为了提高服务质量和运营效益，城市轨道交通的列车编组应该随着客运量的增长逐渐扩编。

在对待列车编组问题上，南京地铁公司的决策值得借鉴。他们认为客流量预测有不确定性，地下隧道也是城市的宝贵资源和财富，地铁车站一旦建成就无法进行改造。现在多花一点投资，为地铁今后发展多留一点余地是值得的。因此决定把地铁2号线车站由可行性研究报告确定的5辆车编组改按6辆车编组设计［6］。

扩大编组需要延长地下车站的长度，但是地下铁道的隧道结构一旦建成，改建十分困难，代价十分沉重。

地下资源不可再生，而我国地铁发展快速，为防止反复扩建改建，节约资源和成本，在设计初期就要预留余量，并充分考虑远期规划，为远期扩大车辆编组预留空间。

5 结论与讨论

7列编组克服了结构中存在的问题，虽然总建筑成本虽然有所增加，但可以通过其他途径得到更多回报，而且由于其改善了人民群众的出行环境，所以以7列编组作为推荐方案。

随着人们“低碳环保”意识的不断提高和地铁交通网络的逐步完善，越来越多的人出行选择地铁这种便捷的交通工具，随之而来的是客流量的暴增，已建成的地铁线路已经远远不能满足要求，这就要求地铁设计者在前期设计时就要充分考虑远期客流，同时也要在前期可行性研究阶段调研的时候，对远期客流的统计，结合当地特点，充分考虑经济发展的速度，留出充足的余量。本着“以人为本”的设计理念和“高效”、“节约型”、“便捷型”的新地铁运营模式，认真分析，反复研究，以便选出最合理的车辆编组方式，造福于民。

［1］ 郭俊义.车辆编组预留影响因素分析［J］.城市轨道交通研究，2009(4):8－11.(GUO Junyi.Analysis of the influence factors over vehicle formation［J］.Urban Mass Transit，2009 (4):8－11.(in Chinese))

［2］ 吴俊泉.广州市轨道交通三号线列车编组方式研究［C］//中国土木工程学会隧道及地下工程分会地下铁道专业委员会第十五届学术交流会论文集.广州:广州市地下铁道总公司建设事业部，2003.

［3］ 史明红.无锡地铁1号线车辆编组初探［J］.现代城市轨道交通，2011(2):66－68，72.(SHI Minghong.Discussion on vehicle marshalling of Wuxi Metro Line［J］.Modern Urban Transit，2011(2):66－68，72.(in Chinese))

［4］ 徐锦帆，梁广深.地铁列车编组分期实施的合理性及扩编的可行性［J］.都市快轨交通，2007(2):1－5.(XU Jinfan，LIANG Guangshen.Rationality of staged implementation of metro train composition and feasibility of its subsequent enlargement［J］.Urban Rapid Rail Transit，2007(2):1－5.(in Chinese))

［5］ 宋健，马成功.上海市轨道交通车辆选择及列车编组若干问题的探讨［J］.城市轨道交通研究，2003(1):46－50.(SONG Jian，MA Chenggong.Vehicle selection and train consist［J］.Urban Mass Transit，2003(1):46－50.(in Chinese))

［6］ 梁广深.缩短地铁列车编组长度对降低车站造价作用不大［J］.城市轨道交通研究，2003(6):17－19.(LIANG Guangshen.Reducing train length doesn’t cut the cost in metro station construction［J］.Urban Mass Transit，2003(6):17－19.(in Chinese))