城市轨道交通超长线路速度目标值选择浅析

强士盎

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

《城市轨道交通工程项目建设标准》(以下简称“建设标准”)规定，城市轨道交通“每条线路长度不宜大于35 km，对超长线路应以最长交路运行1 h为目标”［1]。而随着城市化进程的推进，不少城市市区规模越来越大，当前城市轨道交通规划和建设，延伸的里程已覆盖了城市和乡镇的大部分区域，城市轨道交通线路长度有增长的趋势。

目前城市轨道交通对超长线路没有明确的定义，“建设标准”根据国际城市轨道交通建设经验和我国城市规划规模的分析，提出了拟建新线建设长度不宜大于35 km的限制概念，与当前轨道交通列车最高运行速度 80 km/h、旅行速度 35 km/h［2]、1 h 运程的适应性基本相符。但随着城市的发展，国内出现了越来越多长度超过35 km的轨道交通线路;同时随着车辆制造技术的进步，不同速度对应的车辆种类也在不断增加。城市轨道交通线路选择合理的最高运行速度可以快速输送乘客，缩短乘客出行时间，提高轨道交通的整体服务水平，速度目标值(车辆最高运行速度)作为轨道交通的主要技术标准之一，在超长线路中越来越受到重视。

本论文的研究对象超长线路是指超过40 km的轨道交通线路。对目前国内城市轨道交通超长线路分布概况、列车速度目标值等相关数据进行统计分析，总结超长线路速度目标值选取要考虑的因素及注意事项，为相关领域内的设计者和决策者提供参考。

1 目前国内城市轨道交通超长线路分布概况

1.1 国内超长线路分布概况

城市轨道交通超长线路的存在主要与城市发展规模、城市形态及客流需求等有关，主要分布在特大城市或城市形态为带状的城市。目前国内北京、上海、天津、广州、深圳等城市的超长地铁线路已运营，而重庆、西安等城市的超长地铁线路已经在建或已完成规划，国内既有及规划主要超长线路的分布概况见表1。

1.2 国内城市轨道交通主要超长线路速度目标值

国内主要超长线路速度目标值见表2。

由表2可见，城市轨道交通超长线路均采用了适合高运量或大运量的A型或B型地铁车辆，这与城市的规模与发展及客流需求相适应。而列车最高运行速度均采用80 km/h及以上，其中仅广州地铁3号线采用了120 km/h，其他大部分线路采用80 km/h的最高运行速度。

表1 既有及规划超长线路分布概况

表2 国内主要超长线路速度目标值

2 城市轨道交通超长线路速度目标值的选择

“建设标准”第十四条规定:“城市轨道交通建设应根据线网规划，依据建设线路的客流特征、运量等级和速度目标等进行功能定位，确定工程规模、运营规模和效益规模。其项目构成应满足城市轨道交通系统运营模式和客运需求。”［1]

城市轨道交通线路选择合理的最高运行速度，可以快速输送乘客，缩短乘客出行时间，提高轨道交通的整体服务水平，城市轨道交通超长线路的速度目标值的选择要考虑与线路功能定位、客流出行特征、车站分布(站间距离)等相适应，此外还要考虑运营的经济性以及不同速度目标值对环境的影响等。

2.1 线路功能定位与速度目标的关系

对一个城市而言，城市轨道交通线路依照所承担的功能及线路技术标准的不同，可分为以下3个层次。

(1)城市组团快线

联系城市核心区与外围组团，或联络多个外围组团，以长距离出行服务为主。平均站间距离2～3 km，最高速度一般为100～120 km/h。组团快线将带动城市外围组团的开发建设与城市更新，促进城市内外一体化及城市多中心结构的形成。

(2)城市干线

联系城市主要聚集节点及其沿线片区，以中短距离出行服务为主。平均站间距离约1 km，最高速度一般为80～100 km/h。干线覆盖城市主要客运交通走廊，将缓解城市交通压力、促进土地集约利用及城市主要发展轴的发展。

(3)城市局域线

联系相邻组团或组团内部各片区，是城市干线和快线的补充线路，以中短距离出行服务为主。平均站间距离约1 km，最高速度一般不大于80 km/h。局域线将在上层次线路基础上，进一步增加覆盖、缓解交通压力，并加强外围城区各片区间的联系。

城市轨道交通超长线路一般属于前两类，即城市组团快线或者城市干线，速度目标一般在80 km/h及以上。进行速度目标比选时，首先应根据其功能定位，并充分考虑同一客流走廊内小汽车、公交汽车等交通方式的出行时间，合理确定旅客出行的时间目标值，进而框定轨道交通合理的旅行速度［3]。

2.2 客流出行特征对速度目标选择的影响

进行速度目标选择时，要考虑各级运距的乘客量及客流出行距离等客流出行特征。据统计，一般城市轨道交通线路长度在30 km内的线路，不同乘距的客流粗框比例大致是:5 km内乘距占10%，5～10 km乘距占40%，10～15 km乘距占20%，15 km以上占30%。由此可见，5～10 km乘距比例最大。故一般线路采用80 km/h的最高运行速度，旅行速度达到35 km/h，大部分乘客一次出行时间仅10～20 min，服务水平较高，速度目标值的选取与客流需求相适应，是合理的。

对于超长线路来说，也应考虑满足特定乘距范围内的客流出行需要，这个特定乘距范围客流所占的客流比例应该是最大的。特定乘距范围数值及所占比例直接影响长大线路的平均乘距，若长大线路的平均乘距较短，则选用较低的速度目标值就可满足大部分乘客快速出行需求，若长大线路的平均乘距较长，则要选用较高的速度目标值来满足乘客出行需求［4-5]。

2.3 车站分布对速度目标选择的影响

对于轨道交通速度应追求旅行速度为主。对于全封闭的城市轨道交通线路，旅行速度与车辆的最高速度有关，也与车站的间距有关。车辆的最高速度由车辆相关性能决定，而车站间距应根据线路功能、沿线用地规划确定。

“建设标准”规定:“对超长线路应以最长交路运行1 h为目标，旅行速度达到最高运行速度的45%～50% 为宜。”［1]

条文说明中也阐述了速度目标与站间距的关系。

(1)车辆的最高速度目标定为80 km/h时，站间距大部分在1.2～1.5 km，可以满足旅行速度35 km/h。站间距大部分在2.0～2.5 km，可以满足旅行速度40～45 km/h［1]。

(2)车辆的最高速度目标定为100 km/h时，站间距2.5～3.0 km，可以满足旅行速度45～55 km/h［1]。

(3)对于站间距普遍大于3.0 km的线路，可能属于城郊组团之快速线路，可以追求最高速度≥120 km/h，可有效提高旅行速度≥60 km/h［1]。

不同站间距的旅行速度见表3［1]。

表3 不同站间距地铁列车的旅行速度 km/h

可见，列车的旅行速度与站间距关系密切，速度目标选择时应考虑与车站分布相匹配，不盲目追求列车的最高运行速度。

2.4 速度目标值选择的经济性分析

不同速度目标的经济性分析主要有以下几个方面:车辆购置费比较、牵引供电系统比较、建筑限界比较、相关设备比较等。

(1)车辆购置费比较

不同速度车辆的购置费差别主要是由于车辆购置数量及车辆单价不同引起的。车辆购置数量在线路长度及运营交路方案相同的情况下主要是由列车的旅行速度决定的，旅行速度高车辆周转快，需要的运用车数少，需购置车数就少，反之则引起购置车数量增加。不同速度车辆单价也不同，根据车辆厂最新报价，同类型车辆80 km/h车辆单价最低，100 km/h车辆单价比80 km/h车辆高约50万元/辆，120 km/h车辆单价比100 km/h 车辆高约50 万元/辆［6]。

但目前国内能够生产速度超过80 km/h车辆的厂家有限，生产快线车辆能力情况如下。

株洲电力机车厂已能生产120 km/h的A型车(SIEMENS技术)和B型车，已用于上海11号线和广州地铁3号线。四方机车车辆厂已能生产140 km/h的A型车(BOMBARDIER技术)，目前处于方案设计阶段。浦镇车辆厂已能生产140 km/h的A型车(ALSTOM技术)，目前已完成方案设计，价格约1 300万元/辆。长春客车厂已能生产135 km/h的A型车，已用于香港地铁［7]。

(2)牵引供电系统比较

不同速度车辆对牵引供电系统的影响主要从耗电量、牵引变电所数量、机组安装容量等方面进行分析比较。不同速度车辆列车的牵引、制动等性能不同，其牵引耗电量差别较大，一般来说行车速度越高，牵引年用电量越高，运营费用增加越大［8]。牵引变电所设置数量及机组装机容量与牵引耗电量是正比关系;速度目标值提高时，牵引变电所设置数量及设备容量必须增加。

(3)建筑限界比较

我国A、B型车的车辆限界、设备限界和建筑限界已在国家现行标准《地铁限界标准》(CJJ96—2003)和现行国家标准《地铁设计规范》(GB50157—2003)中作出规定;跨座式单轨车限界和Lb型车限界正在研究编制。

研究表明:地铁车辆若采用80 km/h的速度目标值(允许瞬时超速5 km/h)，维持现行地铁设计限界标准不变;如果采用100 km/h的速度目标值(为最高行车速度)，维持现行地铁设计限界标准不变;如果采用100 km/h需要瞬时超速5～10 km/h或采用120 km/h的速度目标值，则应根据乘客的舒适度标准，依据列车车辆密封性指标和区间隧道断面的阻塞比校核隧道断面的净空面积，并适当增加断面尺寸［9]。

(4)相关设备比较

不同速度目标值方案对信号、屏蔽门、车站设备、轨道、道岔等设备的要求有所不同。

根据目前国内外信号系统工程实际的应用情况和对信号系统供货商不同制式系统设备的了解，信号系统在相关专业(车辆、轨道、供电、限界、线路等)满足其设计技术条件(不同速度目标值)的前提下，80、100、120 km/h三种速度目标值信号系统方案本身并无实质性的变化，但80、100 km/h速度目标值有成熟的应用经验，120 km/h速度目标值无成熟应用经验，设备还需进一步研发、试验。

对于轨道设备，地下线、高架线均采用整体道床，对于不同速度目标值轨道设备无差别;地面线采用碎石道床，随着速度目标值的提高，道床顶面宽度相应增宽，道砟数量相应增加，但增加量较小［10-12]。因此，不同速度目标值方案对轨道工程投资影响很小。

对屏蔽门、车站设备等设备强度或规格要求有所不同，但对投资影响很小。因此，不同速度目标值方案对信号、屏蔽门、车站、轨道、道岔等设备工程影响较小。

2.5 不同速度目标值方案对环境的影响

城市轨道交通项目对沿线声环境的影响主要来自于高架段和地面段。轨道交通噪声大小不仅与列车对数有关，还受运行速度的影响。本次研究，根据铁计【2006】44号《铁路建设项目环境影响评价噪声振动源强取值和治理原则指导意见》，采用模式法对城市轨道交通高架区间沿线声环境的影响进行预测［13]。不同速度对噪声大小的影响预测结果见表4，达标距离见表5。

表4 不同速度对噪声大小的影响

表5 不同速度下的达标距离m

可见，速度越大，超标范围越大。若按居住区的标准来衡量(昼间60 dB/夜间50 dB)，80 km/h时的达标距离为255 m;100 km/h时的达标距离增大为330 m;120 km/h时的达标距离增大为415 m。

3 关于“超长线路应以最长交路运行1 h为目标”的探讨

“建设标准”规定:“对超长线路应以最长交路运行1 h为目标，旅行速度达到最高运行速度的45%～50%为宜［1]。”1 h的运行时间目标目前已成为大多数城市轨道交通线路进行速度目标值选择的限制性因素，那么1 h的时间目标究竟能否被突破?

从目前国内已运营的地铁线路来看，是可以的，例如上海地铁9号线。上海地铁交通9号线，也称作申松线，是一条东西走向为主的线路。规划中全线由松江新城站至崇明岛，目前已通车运营的为西起松江新城站，东至杨高中路站的一期和二期工程，全长约46 km，高峰小时采用大小交路运行，其中大交路为松江新城站—杨高中路站，小交路为中春路站—杨高中路站。大交路全程运行时间约70 min，超过1 h的限制。

“建设标准”中规定的1 h的全程运行(可认为最长交路运程)，是避免司机驾驶疲劳，属劳动安全问题，但是也没有严格要求地铁司机每隔1 h就必须换班休息。

目前国内的地铁列车绝大部分可实现自动驾驶和非自动驾驶，驾驶室内一般配备2人，1人担任司机，1人负责“打下手”。在地铁行驶过程中，2人做得最多的就是单手指示手势，通过手势确认车门是否开启正确、进出站信号灯等情况。地铁司机基本上不用开车，主要负责监视列车、站台情况，只有在遇到意外或者紧急情况时，才会进行驾驶操作。地铁列车司机几乎都是每隔1～2 h换班休息1次。也就是1～2 h都是可以接受的，没有1 h的强制要求，并且随着运营管理技术及水平的进一步提高，超长线路的司机换班问题也可以通过在中间车站设置司机换班室等方式来解决。国铁实行长交路，司机驾驶时间更长。

4 结语

城市轨道交通线路选择合理的最高运行速度，可以快速输送乘客，缩短乘客出行时间，提高轨道交通的整体服务水平。随着城市化进程的推进，不少城市市区规模越来越大，相应的城市轨道交通超长线路也会越来越多。在进行城市轨道交通超长线路速度目标值方案比选时，不应死抠“1 h”的运行时间限制，不盲目追求列车的最高运行速度。应综合考虑列车最高运行速度与线路功能定位、客流出行特征、车站分布(站间距离)等相适应，并考虑投资及运营的经济性以及对环境的影响等因素，通过综合分析比选论证，确定较优的速度目标值方案。

［1]中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家发展和改革委员会.建标104—2008 城市轨道交通工程项目建设标准［S].北京:中国计划出版社，2008.

［2]北京城建设计研究总院.GB50157—2003 地铁设计规范［S].北京:中国计划出版社，2003.

［3]周立新，孔庆瑜.城市轨道交通系统分类法的探讨［J].城市轨道交通研究，2005(2):28-31.

［4]沈景炎.关于城市轨道交通线路长度的研究和讨论［J].都市快轨交通，2008(4):5-9.

［5]雷磊，罗霞.关于城市轨道交通线路合理长度的讨论［J].都市快轨交通，2008(4):12-15.

［6]中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安市地铁3号线一期工程可研报告［Z].西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2010.

［7]广州地铁设计研究院有限公司.广州市轨道交通14号线可行性研究报告［Z].广州:广州地铁设计研究院有限公司，2012.

［8]丁超，森和俊.地铁列车节能运营速度的探讨［J].铁道机车车辆，2009(3):48-50.

［9]中华人民共和国行业标准.CJJ96—2003 地铁限界标准［S].北京:中国建筑工业出版社，2003.

［10]周虎利.城市轨道交通轨道结构的选型研究［J].铁道标准设计，2009(11):17-21.

［11]吴建忠，曾向荣.地铁轨道系统设计经济化探讨［J].城市轨道交通研究，2010(4):13-17.

［12]马晋.短距离城际轨道交通工程速度目标值的选择［J].铁道标准设计，2010(10):22-24.

［13]中华人民共和国铁道部.铁计函［2006]44号 铁路建设项目环境影响评价噪声振动源强取值和治理原则指导意见［S].北京:铁道部办公厅，2006.