李得伟, 李若怡, 兰 贞
(北京交通大学交通运输学院, 北京 100044)
巴黎RER线现状分析及对我国市域轨道交通发展的启示
李得伟, 李若怡, 兰 贞
(北京交通大学交通运输学院, 北京 100044)
从巴黎区域快速线(RER线)的发展背景、目前的发展运营状况、所采用的关键技术及其特点等方面对RER线进行较为系统的介绍,其中着重介绍RER线目前所采用的线路形式和相关技术特征,详细分析RER线在基础设施系统、牵引供电系统、车辆系统、运营调度系统、通信信号系统以及维修布局与维修制度等的关键系统构成,并介绍RER线在提高能力、互联互通方面的做法。最后结合我国现状,提出RER线对我国市域轨道交通规划、建设与运营等方面的借鉴意义。
巴黎区域快速线(RER线); 发展现状; 关键系统构成; 市域轨道交通
笔者参加了中国铁道学会组织的《市域铁路设计规范》编制工作。2016年底,在武汉召开了规范编写组研讨会,会议邀请了多位法铁技术和管理专家就巴黎RER线的具体细节进行了深入讨论,本文系此次研讨会交流汇总所成,许多细节问题都是以往其他同类论文未报道的。目前正值我国市域轨道交通快速发展时期,希望本文能对国内市域轨道交通发展有所启示。法国由13个大区构成,大巴黎区作为其中最重要的区域,总面积约为12 012 km2。大巴黎区由8个省组成,包括巴黎核心区以及外围的3个近郊省和4个远郊省,其中80%的区域都是乡村。大巴黎区聚集人口约1 200万,主要集中区域为中心都市区域,即巴黎及其近郊省区域。
大巴黎区RER线的产生有其特定的背景和原因。首先,法国的国家铁路曾经主要由6家铁路公司经营(后来合并为SNCF公司),每个公司以巴黎为中心向外发展自己的放射线路,尽管这些铁路都用3.15 m宽的车体,但由于经营主体不同,在巴黎市区形成了6个主要的火车站,并且相互之间没有联系;其次,巴黎地铁由巴黎交通总公司(RATP)经营,且车宽2.4 m,因此,无论从管理上还是从技术上都限制了其与国铁的连接。导致大巴黎区地铁和国铁“两张皮”的现象,如图1所示。
图1 没有RER前大巴黎区的轨道交通示意Fig.1 Sketch map of rail transit in Greater Paris before RER was built
为了缓解城区压力,巴黎大区1965年《城市规划和地区整治战略规划》提出在巴黎周围25~30 km的郊区建设5座新城,每座新城规划远期20万~30万人口,这5座新城大约在1970年前后开始建设。上述轨道交通网络对大巴黎区内巴黎中心区和规划的周边新城的交通带来极大不便。为了配合这一城市规划,1965年规划中提出以郊区铁路客运线网构筑巴黎地区城市发展的骨架,修建巴黎区域快速线(réseau express régional,RER)。这些线路的特点是:贯通巴黎,连接巴黎市区和周边郊县,RER线由RATP和SNCF共同负责运营。
为了进一步连通周边郊县,避免周边郊县连接时必须进入巴黎城区的情况,大巴黎区还规划建设了环线,环线总长205 km,全线共69座车站,其中包括17座换乘站,投资226亿欧元,于2016年10月开工建设,预计2030年完工。
未来,大巴黎区将形成地铁、RER线、国铁及有轨电车4种轨道交通模式,它们互相配合服务大巴黎区的居民出行,各自特征如表1所示。
表1 巴黎4种线路对比
2.1线路形式
巴黎RER包括RER-A、RER-B、RER-C、RER-D、RER-E线共5条线路,线网结构如图2所示,均采用穿越城市中心而过的形式,除了RER-E线在Saint-Lazare截止外,其余RER线都贯穿巴黎至远郊,E线目前也在外延。
在城市中心区,以地下线形式穿过,并与巴黎地铁网通过换乘站连接为一个整体,互相补充构成了城市轨道交通网络的主骨架。
图2 RER线路示意Fig.2 RER lines
在郊区,RER利用铁路既有线降低了成本,采用地面线路,根据需要延伸和连接了部分支线,连接了城市的主要卫星城,最大限度地满足了乘客的出行需求。
2.2线路技术特征
巴黎RER各线路的基本情况如表2所示。
表2 RER线路
与巴黎地铁相比,RER线具有以下几个特征:
1) 运行速度快。巴黎RER线列车运行速度远比地铁快,达到120~140km/h,位于地铁和区域铁路之间。
巴黎已经形成了地铁80km/h,RER120~140km/h,区域铁路160km/h,城际铁路200km/h,高速铁路300km/h的多层次轨道交通速度标准。但是同时,RER列车的实际运行速度与列车所处线路位置有关,不同线路位置由于供电制式不同,线路条件不同,速度会有所不同,例如在市中心隧道中,RER-D线列车运行速度甚至降到30~90km/h。
2) 站间距离大。巴黎RER线站间距大于常规地铁的站间距,各线平均站间距为1.7~3.3km,而地铁线网的平均站间距离仅为0.579km。
3) 存在支线。巴黎RER线的一个较为明显的特征就是在线路较远处和接近末端时往往通过少量分支线路来实现更大的服务范围,其线路呈现放射状分布,RER-A、RER-B等线就是通过少量支线将郊区新城、主要城镇和重要活动场所与市中心直接相连。
4) 与多种类型线路衔接。为了方便旅客的换乘,巴黎RER线通过地下通道将几个相邻换乘站(包括铁路车站)连接起来从而构成大型换乘枢纽,这样乘客就可以直接进行地铁、RER和国有铁路三者之间的换乘。
3.1基础设施系统
RER线采用的机车车辆限界与法国国铁的一样,宽度为3150mm,车站站台长度230m。
RER线路采用最小曲线半径为650m、最大坡度为30‰,最大竖曲线半径为5km;在郊区,RER线路可以实现与国铁的跨线运行。在城市中心区由于城市基本建成,因此以隧道为主。
市区车站主要为地下站,埋深均超过15m(法国法律规定,地下施工深度超过15m,可不通知业主知情),维勒瑞夫车站埋深甚至达到地下51m。
RER线的车站规模一般都比较大,远大于运输需求,这主要是由于房地产开发导致的。
3.2牵引供电系统
RER在牵引供电系统上的最大特点是实现了不同供电制式互联互通。
巴黎RER线采用标准制式和架空线电力牵引,但有两种制式,其中RATP经营路段为DC1500V,SNCF经营路段为AC25000V。这主要是由于在城市核心区,采用1.5kV的直流电可以有效减少隧道断面面积,从而降低工程造价。
不同的制式带来了线路互联互通的问题。为了解决这一问题,RER线的每列运营列车都包含2套牵引传动系统,以兼容这2种电源。以RER-A线为例,如图3所示,RATP在Nanterre-Prefecture站连接SNCF,通过2个受电弓之间的切换,2个供电制式之间可以实现自动切换。
图3 Nanterre-Prefecture站电源自动切换Fig.3 Power supply automatic switch at Nanterre-Prefecture
3.3车辆系统
运营车辆的选择不仅要考虑线路的运输条件,还要充分考虑运输需求的特点。RER线在车辆选择方面主要有几个考虑因素:
1) 牵引传动系统是否能够适应运行条件。牵引传动系统是车辆的核心部件之一,由于RER线路有直流1.5kV和交流25kV两种制式,如果只采用1个牵引传动系统,则列车的运行范围受限。如巴黎RER线最初选用的运营车辆型号为MS61,只适用于1500V单电源电压,功率为1350kW。每组有3辆车,长73m,可运载630名乘客;一列车共3组,可运载1890名乘客,最多有36个车门,该型号车辆在2016年退役。
2) 平衡车门和座位的数量。增加车门数量可以有效压缩停站时间从而提高通过能力,但同时减少了座位数量。巴黎RER线曾经选用过型号为MI84的运营车辆,其适用于1.5kV和25kV的双极电压电源,功率为3000kW。每组有4辆车,长104m,可运载880名乘客;1列车共2组,可运载1760名乘客,但只有32个门。
为了平衡这一矛盾,RER线路通过准确统计长短途旅客的数量,确定合理的车门和座位比例。例如:RER-A线采用车门多(每边4个)、座位少的布局;而RER-B和RER-C线采用车门少、座位多的布局。
3) 利用双层车辆,提高每列车的席位数,例如RER-D和RER-E线上均同时运行着单层车和双层车。
2011年12月,第一列MI09电车投入RER-A运行,2014年1月,首批60单元的电车完成交付,宣告正式取代MI84型电车。MI09型双层电车,其适用于1.5kV和25kV的双极电压电源,功率为4500kW。每组有5辆车,长112m,可运载1291名乘客;1列列车共2组,可运载2582名乘客。MI09相比MI84和MS61型电车要分别增容50%和40%(见图4),这将有助于缓解RER-A线的运输压力;每辆车每侧有3个2m宽的双扇门,以便迅速上下车,同时每辆车还增设了显示屏、探头、34个残障位置等;人均耗能比MI84和MS61型电车分别节能31%和55%。
图4 巴黎RER-A线MI 09型车Fig.4 Paris RER-A Line’s MI 09
4) 满足欧洲互联互通标准。欧洲铁路为各国的机车车辆提供了互联互通标准 (technical specifications for interoperability)TSI,这个标准从功能、结构、设备、能耗等方面对运行在欧盟境内的机车车辆进行统一要求。RER的车辆也受到这一标准的约束。
3.4运营调度系统(OCC)
RER线设置一个OCC (运营调度系统),主要包括道岔和操纵管理、法规和事件管理、协调与信息管理三大职责。
由于巴黎RER线的客流主要为通勤客流,沿线客流分布不均衡,因此巴黎RER线采用了非常灵活的运营组织,开行多种交路形式的列车,在高峰时段和非高峰时段列车的行车间隔不同,同一线路分别开行直达列车和站站停列车。典型案例如下:
RER-A线有6个折返站,行车组织采用了5个交路,如图5(a)所示,早高峰期10min内由东向西共有5列车,分别采用不同的交路。在高峰期,主线行车间隔2min,支线行车间隔分别为3min30s、5min、10min;平峰期,主线行车间隔为4min,支线行车间隔分别为8min、10min、20min。
RER-B线北延伸段的行车组织目前采用的方式如图5(b)所示,高峰小时运行的列车采用了4个交路,其组织形式包括嵌套交路和衔接交路,在非高峰时段则采用了3个交路。高峰时段列车开行数量为20对/h,非高峰时段的列车开行数量为12对/h。
图5 巴黎RER-A、B线列车交路组织Fig.5 Routing modes of Line A and Line B trains for Paris RER
由于RER线的建设较晚,市区地下空间有限,因此,部分RER线路在市区只能共轨运行(RER-B和RER-D线),这极大地限制了运输能力,为了提高运能,RER线采取了2种措施:1)高峰开行长编组列车,平峰开行短编组列车;2)改造信号系统,压缩行车间隔。将老的KBB系统改为CBTC系统,使行车间隔缩短到2min以内。
3.5通信信号系统
巴黎RER线信号系统采用的是SACEM系统,其主要完成的功能有:在进站区域或站内,充分利用信号闭塞的子区段;连续式速度控制,使两列车间隔时间最短;列车接近地面信号机时将其显示取消;机车信号取代地面信号;列车运行在装备与未装备SACEM设备之间,设备使用由列车自动转换,不需司机介入;故障响应功能,当SACEM设备发生故障,列车运行能自动降到以地面信号机显示为依据,避免列车在未收到SACEM信息区段内停车;需要时能提供ATO(列车自动运行)功能,并能与ATS(列车自动监督)接口;自动提供维修信息。
SACEM系统的基本原理是连续的速度控制,尽量缩短两列车间的运行距离使其小于自动闭塞色灯信号机防护下的闭塞距离[4]。该系统可减少两列车运行间距,进而将行车最小间隔时间从2.5min缩短至2min。SACEM给司机的指示包括6种,如图6所示。
图6 6种可能的指示Fig.6 6 possible indications
该系统的另一特点是,在一些重要车站,如停站时间为50s的车站,为提高车进、出站的通过能力,将进站区域或站内轨道电路进一步分割,以克服长时间停站对线路通过能力造成的影响。
行车最小间隔时间的缩短,必须有可靠的ATP(列车自动防护)设备作保障。SACEM系统的车载安全型计算机采用了新型高速处理器,具有连续式速度监督功能,使列车在任意点的速度都能受到监督,并尽可能快地做出制动操作反应,最大限度地保障行车安全。同时,安全型车载计算机可与地面区段计算机双向传输信息,这就意味着带有列车运营特性的数据可被地面计算机直接处理再送回给车载计算机,不仅能加大监督列车运行的信息量,同时能将综合维修信息报送给维修中心。
巴黎RER线即将实施的SACEM系统升级的目标是:1)将商业运转速率提高10%;2)使巴黎中心的车程时间缩短到2min;3)在巴黎中心高峰期增加一次列车;4)增强运输适应性(与大巴黎区L15和L16连接)和规律性。
SACEM的通信方式在车地间采用GSM-R,在调度集中控制中心与各车站之间由传输线连接,距离较远时设置中继器。
3.6养护维修系统
RER线最先使用传统的维修模式,列车每4年要进行一次返厂检修,在这种模式下,检修列车在2~3个月内无法使用,导致较高的车底备用。为解决这一问题,RER线目前采用“基于元件的检修理念”,即只把元件送到维修厂,不把整车送到维修厂。新的模式大大缩短了维修时间,以更换转向架为例时间只需3h。
RER的检修分为紧急检修(CDT)、日常检修(AMT)和大修(AMP)。紧急检修车间靠近主要运营线路、昼夜连续工作,主要进行列车清洗、小修。日常检修车间检修转向架等主要零件,大修车间不设置在线上。RER-A线有1个紧急检修车间,3个日常检修车间(也能进行小修);RER-B线有1个日常检修车间;RER-A线与RER-B线共享2个大修车间,维修分布如图7所示。
图7 巴黎RER-A线与RER-B线维修点布局Fig.7 Repair point layout of Paris RER-A Line and RER-B Line
基于RER线的发展历史及发展现状,结合我国市域轨道交通发展的实际情况,提出以下几点建议:
1) RER的形成有其历史原因,我国在规划和设计时不能完全照搬,要分析其设计参数的理由及优劣后,谨慎确定。吸取RER发展历史中的经验教训,结合我国的实际情况进行合理的规划设计。
2) 在规划市域轨道交通时,不仅要关注城市中心区的轨道交通,注意其与现有市区内的地铁线路以及城市间铁路线路之间的衔接,还要关注城市中心区与周边市郊城镇,以及周边卫星城之间的轨道交通,必要时适当规划分叉放射线、环线。
避免发生刻意遵循预定大站间距进行站点布设的情况,建议从既有线路的充分利用、适当的支线设计、更加合理的服务辐射范围以及较低的建设成本等角度对市域轨道交通制式的线路进行统一规划设计。
3) 在规划建设阶段充分考虑建成后采用的运营模式,千方百计提高运能及其利用率、增加乘客乘车的便捷度,同时避免过高的施工难度。根据RER线的发展运营经验,采用先进的信号制式,在高峰期采用长编组,采用双层客车、平衡车门和座位的数量,都是效果较为明显的措施,可以根据我国市域轨道交通建设的实际情况酌情采用。
4) 为实现互联互通,借鉴RER线的发展经验,首先需要建立统一的轨道交通互联互通标准(可参考欧洲TSI),这是实现整体互联互通的前提保障。其次,在现有线路条件存在供电制式等差异而无法实现互联互通时,可以通过改用兼容的设备实现。
5) 考虑成本的维修制度与布局,在RER线“基于元件的检修理念”已被证实具有更好的维修效率与更低的车底备用,在制定市域轨道交通维修制度和维修布局时也可以考虑应用这一检修理念提高效率、降低成本。
6) RATP和SNCF合营RER,RATP同时运营公交和地铁,这种多主体共同运营的方式有效地保证了几种公共交通之间的接驳。据此经验,应在我国研究如何突破体制障碍,促使各交通方式之间拥有共同的运营主体或从管理上实现市域轨道交通及其与其他交通方式的良好连接。
[1] 李依庆,吴冰华.巴黎轨道交通市域(RER)的发展历程[J].城市轨道交通研究,2004,7(3):77-81.
LI Yiqing,WU Binghua.The development of the regional expressed railway in Paris [J].Urban mass transit, 2004, 7(3): 77-81.
[2] 五一.巴黎RER线与上海R线的对比研究[J].城市轨道交通研究,2005,8(4):1-4.
WU Yi.A Comparison between RER Line in Paris and R Line in Shanghai[J].Urban mass transit, 2005, 8(4): 1-4.
[3] 邵伟中,刘瑶,陈光华,等.巴黎市域轨道交通线路及车站布置特点分析[J].城市轨道交通研究,2006,9(1):62-64.
SHAO Weizhong, LIU Yao, CHEN Guanghua, et al.Characteristics and station distribution on regional express rail line in Paris[J].Urban mass transit, 2006, 9(1): 62-64.
[4] 王丽娟.运用ATP系统提高既有线路通过能力:介绍巴黎RER-A线ATP系统[J].地铁与轻轨,1996(2):41-43.
WANG Lijuan.Improving the capacity of existing lines by using ATP System: Introduction to the ATP system of Paris RER-A line[J].Metro and light rail, 1996(2): 41-43.
[5] 孙颖,林航飞.巴黎轨道交通系统初探[J].交通世界,2009(7):105-107.
SUN Ying, LIN Hangfei.First exploration of Paris rail transit system[J].Transpo World, 2009(7): 105-107.
[6] 邵伟中.巴黎RER线对上海轨道交通建设的启示[C]//上海地铁运营有限公司科技大会.上海,2006.
SHAO Weizhong.Enlightenment of Paris RER line on Shanghai rail transit[C]//Science and technology conference of Shanghai Metro Operation Company Limited.Shanghai, 2006.
[7] 布赖恩·帕顿.巴黎区域快线(RER)手册[M].北京:中国铁道出版社,2010.
PATTON B.Paris RER handbook[M].Beijing: China Railway Press, 2010.
[8] 冯爱军,李忍相.市域快轨发展研究及技术分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2016.
FENG Aijun,LI Renxiang.Development and technical analysis of fast track in city[M].Beijing: China Architecture & Building Press, 2016.
[9] 郑猛,茹祥辉.北京市郊铁路发展初探[J].城市交通,2014,12(6):37-44.
ZHENG Meng, RU Xianghui.Discussion on Beijing suburban railway development[J].Urban transport of China, 2014, 12(6): 37-44.
[10] 颜颖,方奕,李得伟.德法市郊铁路运营管理特点分析[J].都市快轨交通,2012,25(4):123-126.
YAN Ying, FANG Yi, LI Dewei.Analysis of the characteristics of operation management of suburban railways in Germany and France[J].Urban rapid rail transit, 2012, 25(4): 123-126.
Introduction of RER Line in Paris and Enlightenment to the Development of Regional Rail Transit in China
LI Dewei, LI Ruoyi, LAN Zhen
(School of Traffic and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)
This paper makes a systematic introduction to Réseau Express Régional (RER) in Paris from the development background, the current development and operation status, the key technologies and their characteristics. The current condition of RER lines is introduced, and its line form and technical characteristics are given. In addition, the characteristics of its key systems such as infrastructure, traction power supply system, vehicle system, operation dispatching system, communication signal system, maintenance layout and maintenance system are presented. The measures used by RER lines to improve the transport capacity and achieve interoperability are put forward. Finally, based on the construction history of RER lines and their operation status, some conclusions are drawn on the planning and the design of suburban railway in China.
Réseau Express Régional (RER); development status; key systems; regional rail transit
10.3969/j.issn.1672-6073.2017.05.025
2017-03-22
2017-04-17
李得伟,男,副教授,博士,交通运输规划与管理专业,运输组织现代化方向,lidw@bjtu.edu.cn
中国铁路总公司科技研究开发计划(2016B001-H)
U231
A
1672-6073(2017)05-0134-06
(编辑:郝京红)