青岛城市轨道交通R3线速度目标值的选择

叶佩文

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，710043，西安∥工程师)

随着我国城市化进程的飞速发展，城市轨道交通线路长度出现增长的趋势，出现了超长线路是难免的。速度目标值也是城市轨道交通超长线路主要技术标准中的核心指标。它直接影响土建规模及设备系统的选择。速度目标值的选择与线路长度、客流构成、站间距离，以及服务水平等密切相关，过高或过低的速度目标值都会给运营带来不利的影响。过高的速度目标值，会造成工程投资的增加，对站间距离并不大的线路会影响行车效率，对缩短运行时分的效果并不明显;而过低的速度目标值，不利于吸引客流，同时会造成运用车数的增加。因此，合理确定城市轨道交通超长线路的速度目标值，对运营组织意义重大。

R3 线是青岛城市轨道交通线网规划中“一环四线”的组成部分，全线在黄岛区范围内，是通往董家口经济区的轨道交通快线。本工程线路起自青岛市黄岛区(即西海岸新区)内经济技术开发区的嘉陵江路站，经由经济技术开发区、灵山卫影视文化产业区、新区中心区、古镇口军民融合创新示范区、董家口经济区等5 个片区，线路所经片区的规划人口密集，形成了黄岛区内各组团间及黄岛区与青岛主城区和红岛经济区之间的主要客流走廊。R3 线全长70.14 km，设车站22 座，是典型的城市轨道交通超长线路。为其选择合理的速度目标值可以快速输送乘客、缩短乘客出行时间，并提高城市轨道交通的整体服务水平。

1 速度目标值选择的宏观分析

1.1 线路功能定位与速度目标值选择的关系分析

城市轨道交通线路依据所承担的功能及技术标准的不同，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。其平均站间距离为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沿线片区，以中短距离出行服务为主。其平均站间距离约1 ～2 km，最高速度一般为 80 ～ 100 km/h。城市干线覆盖城市主要客运交通走廊，起到缓解城市交通压力、促进土地集约利用及促进城市主要发展轴发展的作用。

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。其平均站间距离约1 km，最高速度一般不大于80 km/h。城市局域线将在上层次线路基础上，进一步增加覆盖，以缓解交通压力，并加强外围城区各片区间的联系。

城市轨道交通长距离线路一般属于前两类，即城市组团快线或城市干线，速度目标值一般在80 km/h 及以上。青岛城市轨道交通R3 线南段连接董家口经济区，北段衔接青岛市的M1 线、M6 线和R2 线，在引导周边区域发展的同时，与青岛市西岸城区中的南北向线路形成换乘，以发挥网络化效应。R3 线属于城市组团快线。经定性分析，本项目速度目标值宜优先选择100 ～120 km/h。

1.2 客流特征分析

根据R3 线客流预测结果，远期全日客流量达到59.66 万人次，平均乘距16.5 km，高峰小时单向最大断面流量为2.29 万人次。R3 线共设22 座车站，其中经济技术开发区设车站4 座，灵山湾影视文化产业区共设车站5 座，新区中心区和古镇口区共设车站7 座，董家口经济区设车站6 座。分析上述5 个片区之间联系后，可统计出各片区客流之间的分布如表1所示。

表1 R3 线所经各片区之间远期客流分布 人次

从表1 可以看出:5 个片区中董家口经济区内部出行量相对较大，占总客运量的16.3%;新区中心区和古镇区内部出行总量约占10.6%;其他2 个区内部出行量占总客运量的比例均在10%以下;新区中心区和古镇区与其他3 个区之间的出行量都比较大，均占R3 线总客运量的15%以上;灵山湾影视文化产业区是西海岸新区未来的中心，与经济技术开发区和新区中心区之间的出行量均较大。

从客流特征来看，由于本项目是连接经济技术开发区、灵山湾影视文化产业区、新区中心区、古镇区及董家口经济区的快速轨道交通线路，各片区之间距离相对较远，且各个片区的职住比相对平衡，所以区域之间交通出行量相对较少，致使本线客运强度不高、平均运距较长。因此，本线需选用较高的速度目标值来满足乘客出行需求，同时使车辆性能也能得到较好发挥。

1.3 乘车时间目标值分析

《青岛市城市轨道交通线网规划调整》(2014年)所提出的轨道交通层级体系在空间上对应了不同范畴的交通圈层。现按交通圈层对各层次线网之间的衔接模式展开分析，交通圈层大致可分为以下3 个层次:

1)一日生活圈层:以青岛为核心，加强都市圈内及山东半岛城市之间的轨道交通系统衔接，以高速铁路与城际铁路为支撑，实现生活休闲出行时间一日往返。

2)一小时通勤圈层:在距离青岛市中心50 ～60 km 半径范围内，依托城际铁路和城市轨道交通快线，确保外围组团、新城(即墨城区、胶州城区、平度城区、莱西城区、董家口港城、胶州滨海新城、鳌山湾新区、空港新城、姜山新城、新河新城)的通勤出行1 h 到达青岛中心城区。

3)中心城区内部圈层:中心城区范围内为居民日常出行集中区域，即东岸城区、西岸城区、北岸城区之间依托城市轨道交通快线和市区轨道交通线路实现1 h 可达，各大核心区之间及大城区内部实现45 min 可达。

《城市轨道交通工程项目建设标准》［3］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。”青岛市域的城市轨道交通线网规划是为了引导青岛城市空间拓展，促进“1 h 交通圈”的形成。结合青岛未来“依托主城、拥湾发展、组团布局、轴向辐射”的城市空间发展战略，满足轴线上的“中心城市—次中心城市—重点镇”形式的轨道交通需求已成为市域轨道交通线网的最基本需求。

R3 线是城市轨道交通快线，是联系城市以及边缘组团的快速轨道交通系统。其将城市市区以外的多个点或块与城市边缘的交通接口连接起来，通过换乘也可以连接到城市中心。根据青岛市规划目标:青岛城区将实现95%出行者的出行时间在45 min 之内，到周边县市控制在1 h 左右。因此，R3 线时间目标值可确定为:董家口经济区至灵山弯影视文化产业区的出行时间可定在45 min 之内，至经济技术开发区1 h 左右。

2 速度目标值选择方案

2.1 R3线速度目标值方案

根据目前国内地铁实际运营情况，结合本线功能定位、客流特征分析及车站分布情况，本线最高运行速度目标值将分别按 80 km/h、100 km/h、120 km/h 三个方案设立。

2.2 不同速度目标值方案对运营的影响

2.2.1 对乘车时间目标值的适应性分析

R3 线客流平均运距长，且线路起终点间的长途客流比例大。实际运营中，在行车量较小的平峰时段可开行部分大站停快车，以满足跨组团、远距离客流需求;运距较短的客流由站站停列车兼顾。

根据列车牵引模拟计算，采用3 节动车1 节拖车的4 辆编组列车在不同速度目标值方案下的旅行时间见表2。

表2 不同速度目标值方案运营时分比较表

由表2 可知，120 km/h 方案与 100 km/h 方案相比站站停列车节省约5.3 min，大站停列车节省6.7 min;120 km/h 方案与80 km/h 方案相比站站停列车节省约12.8 min，大站停列车节省15.4 min。120 km/h 方案大站停列车旅行时间较站站停列车节省 8.7 min。

120 km/h 方案大站停列车全线总旅行时间在60 min 以内，与 100 km/h、80 km/h 方案相比有一定优势。结合不同乘距的客流出行比例分析，采用120 km/h 最高运营速度目标方案能够较好地适应本线乘车时间目标的需求。

2.2.2 运营技术指标分析

经列车牵引模拟计算，3 节动车1 节拖车的4辆编组列车在不同速度目标值方案下的各项运营技术指标见表3。

表3 不同速度目标值方案的运营技术指标分析表

由表3 可见:站站停列车120 km/h 方案较100 km/h方案每列次车全线能耗增加约45 kW·h，旅行速度提高约 4. 7 km/h;120 km/h 方案较80 km/h方案每列次车全线能耗平均增加约78k W·h，旅行速度提高约10.3 km/h;120 km/h方案与100 km/h 方案相比，大站停列车能耗增加约44 kW·h，旅行速度提高约7.7 km/h;120 km/h方案与80 km/h方案相比，每列次车全线能耗平均增加约73 kW·h，旅行速度提高约15.5 km/h。由此可见，120 km/h 方案具有速度优势，且更适合开行大站停快车。

2.2.3 大站快车越行站站停慢车分析

本线初、近、远期高峰小时开行对数分别为18对/h、27 对/h、30 对/h，列车按大小交路运行，开行比例为2∶1。大交路为嘉陵江路站—董家口火车站，小交路为嘉陵江路站—大珠山站。大站快车越行站站停慢车会对站站停慢车运行时间产生较大影响。

经模拟铺画列车运行图，120 km/h 方案按每列站站停列车允许被越行2 次考虑，则当通过能力为大交路开行14 对/h(大站停和站站停列车各占一半)、小交路开行6 对/h 时，大站停列车旅行时间较站站停列车节省8. 7 min(站站停列车不被越行时);站站停列车由于被大站停列车越行，则旅行时间又需增加8.6 min。100 km/h 方案按每列站站停列车允许被越行2 次考虑，则当通过能力为大交路开行13 对/h、小交路开行7 对/h 时，大站停列车旅行时间较站站停列车节省7.3 min(站站停列车不被越行时);站站停列车被大站停列车越行时，则旅行时间又需增加8.9 min。

经综合分析，大站快车越行站站停列车情况下的运输能力无法满足近、远期高峰时段的运输需求，采用越行方式虽然可以适当提高运输能力，但使站站停列车运输质量降低，且部分车站需设置越行线，增加了工程投资。因此，本工程建议不采用大站快车越行站站停慢车方案，本文也不再展开研究。

2.3 不同速度目标值方案的站间距适应性分析

《城市轨道交通工程项目建设标准》的条文说明中也阐述了速度目标值与站间距的关系如下:

1)车辆的最高速度目标值定为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 时，可以满足旅行速度40 ～45 km/h。

2)车辆的最高速度目标值定为100 km/h 时，站间距离在 2. 5 ～ 3. 0 km，可以满足旅行速度 45 ～55 km/h。

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间的快速线路)，可以追求最高速度≥120 km/h，可有效提高旅行速度≥60 km/h。

由此可见，列车的旅行速度与站间距关系密切，速度目标值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。在站站停运营方式下，列车在每个区间都要作加减速运营，列车运行速度越高，起动和制动距离就越长。在站间距一定的条件下，速度目标值选择过小，则列车加速时间短、旅行速度低、旅行时间加长;速度目标值选择过大，则导致列车还没有运行到最高速度或以最高速度运行极短时间后就开始减速，造成浪费。本工程全线站间距离情况见表4。

由表4 可知，本线站间距离大于3 km 的区间较多，占线路全长的比例高达61.5%，平均站间距在3.32 km 以上，对采用较高速度目标值的适应性较好。

表4 R3 线站间距离分布表

2.4 不同速度目标值方案的经济性分析

不同速度目标值方案的经济性可按以下几个方面分析:

1)土建工程:速度目标值的选择对土建工程的影响较大，速度目标值越高，要求的建筑限界也越大。对于地下线来说，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来校核隧道断面的净空面积，并需适当增加断面尺寸;对于高架线来说，本工程采用单线U 梁并置方案，线间距变化不大，其相应梁宽度变化也不大，所以下部结构的桥墩、基础承重等变化不大。经研究，本工程因大部分线路为高架桥梁，120 km/h 方案较100 km/h 方案(其与80 km/h 方案相当)土建工程投资增加约3.8 亿元。

2)车辆购置费:由于不同速度目标值方案的运行时间和运行速度不同，运用车数和车辆购置费均有不同，具体见表5。由表5 可知，远期120 km/h方案较100 km/h 方案减少运用车32 辆，较80 km/h 方案减少运用车76 辆;远期120 km/h 方案较100 km/h 方案节省车辆购置费8 800 万元，较80 km/h方案节省车辆购置费22 800 万元。

表5 不同速度目标值方案的远期运用车数和车辆购置费比较表

3)供电系统:不同速度目标值方案在主变电所分布、中压环网构成、牵引网配置上基本相同，随着速度目标值的提高，牵引变电所设置数量及设备容量必须增加。经研究，120 km/h 方案较100 km/h方案和80 km/h 方案供电系统投资增加约0. 55亿元。

4)其他相关设备系统:对于轨道系统，地下线和高架线均采用整体道床，对于不同速度目标值方案的轨道设备差别不大;对于信号系统，根据目前国内外信号系统实际情况和对信号系统供货商不同制式设备的调查，80 km/h、100 km/h、120 km/h 方案本身并无实质性的变化，但80 km/h、100 km/h 速度目标值方案有成熟的应用经验，120 km/h 速度目标值方案的相关设备还需作进一步研发、试验;对站台屏蔽门、车站设备等不同的速度目标值方案对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轨道、信号、站台屏蔽门、车站等设备工程的影响较小。

经综合分析，在考虑远期车辆购置费的前提下，120 km/h 方案较100 km/h 方案综合投资增加约3.47 亿元，120 km/h 方案较80 km/h 方案的综合投资增加约2.07 亿元，从城市轨道交通综合经济性角度分析，120 km/h 方案的工程投资增加并不十分明显。

3 结论

通过以上分析，在 80 km/h、100 km/h、120 km/h 最高运营速度目标值方案中，120 km/h 的最高运营速度目标值方案对乘车时间目标值和站间距的适应性较好，具有达速距离较长、全线运行时间省的优势，也能满足规划的乘车时间目标值要求，且在运营技术指标上有明显的优势，虽土建及设备系统投资均有所增加，在考虑远期车辆购置费的前提下，120 km/h 方案的工程投资增加并不明显。综上所述，推荐青岛城市轨道交通R3 线采用120 km/h 的最高运营速度目标值。

［1］GB 50157—2013 地铁设计规范［S］.

［2］GB 50490—2009 城市轨道交通技术规范［S］.

［3］建标104—2008 城市轨道交通工程项目建设标准［S］.

［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.

［5］强士盎.城市轨道交通超长线路速度目标值选择浅析［J］. 铁道标准设计，2013(5):20.

［6］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.

［7］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.

［8］中铁第一勘察设计院集团有限公司. 青岛市红岛—胶南城际西海岸段轨道交通工程可行性研究报告［R］.西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2014.

［9］中铁第一勘察设计院集团有限公司. 青岛市红岛—胶南城际轨道交通二期工程项目建议书［R］.西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2014.

［10］北京城建设计发展集团股份有限公司. 青岛市城市轨道交通线网规划调整(2014年)［R］. 北京:北京城建设计发展集团股份有限公司，2014.

［11］薛新功，饶雪平.城市群城际轨道交通功能定位及速度目标值分析［J］.城市轨道交通研究，2013(2):1.