基于功能定位和速度效率的市域快线速度目标确定

高国飞，付义龙，沈景炎



基于功能定位和速度效率的市域快线速度目标确定

高国飞1, 2，付义龙2，沈景炎2

（1. 北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；2. 北京城建设计发展集团股份有限公司 城市轨道交通绿色与安全建造国家工程实验室，北京 100037）

为指导市域快线的规划设计以引导市域快线健康有序发展，分析轨道交通的分层体系以及各分层的相互关系和所处的位置，并对容易混淆的地铁、市域快线、市郊铁路、城际铁路等制式进行技术参数的详细对比分析。明确市域快线的属性及适用范围，特别是市域快线位于市区的线路和市区外围的线路应具有不同的功能定位及技术特征。确定市域快线速度目标值选择应考虑的因素和步骤，首次提出速度效率的概念，且市域快线应根据速度效率和站间距、旅行速度的关系来选择速度目标值，并明确了市域快线最高运行速度与站间距、速度效率、旅行速度之间的制约关系，市域快线要提高旅行速度应提高速度效率，而不仅仅是最高速度。

城市轨道交通；市域快线；速度效率；功能定位；速度目标

目前，大城市逐渐向外拓展，外围组团、新城或新交通枢纽的建立导致城市轨道交通线路由市区逐渐向外围拓展和延伸，线路越来越长，甚至出现超长线路，所以市域快线规划和建设应运而生。城市群的发展，都市圈的形成，也促使城际铁路与市域快线的大量建设，而市域快线以其特有的快速、舒适的优势成为城市轨道交通线网中长距离的主要交通方式。目前中国铁道学会发布了《市域铁路设计规范》行业标准，中国土木工程学会发布了《市域快速轨道交通设计规范》，住建部标准定额所即将发布《市域快轨规划与设计导则》、《地铁快线设计规范》等标准。面对目前城市轨道交通延伸范围越来越大，而铁路建设逐渐缩小到关注城市级的范围，市域快线在轨道线网中如何担当，功能和层次如何定位，速度目标值如何确定，站间距与速度如何选择等已成为亟待解决和思考的问题，需要专心研究和正确引导。目前，部分设计人员对市郊铁路和市域快线以及城际铁路等制式的区别模糊不清，在制式选择上容易混乱，且对市域快线的功能定位不清晰、不明确，造成了速度选择的误区[1-3]。本文首次提出速度效率的概念，全面阐述了不同制式下不同速度效率及市域快线速度效率的范围及选择依据，以此作为确定市域快线的速度目标值的依据。

1 轨道交通分层体系及对比分析

1.1 轨道交通网的分层体系

轨道交通网分为铁路网和城市轨道交通网。铁路网包括国家干线铁路网、区域铁路网、城市铁路网；城市轨道交通网则包括市域快线网和市区轨道交通网。高速铁路以省市级大城市为主体，为跨越省市之间、彼此通达的国家级干线客运铁路，采用250 km/h、300 km/h、350 km/h的最高设计速度，旅行时间以3～5 h为宜，旅行速度约为最高速度的85%；城际铁路以相邻省市级城市为中心主体，是地区或都市圈范围城市之间通达的区域性铁路，最高速度为120 km/h、160 km/h、200 km/h，乘行时间以2～3 h为宜，旅行速度约为最高速度的70%；市域快线是在市域或都市圈行政管辖范围内，连接市区与外围组团，串联沿线主要城镇、枢纽点或新城开发区的城市轨道交通系统，可分段限定时间目标，但全程运行时间不宜大于1 h，最高运行速度为100 km/h、120 km/h、140 km/h、160 km/h，旅行速度达最高速度的50%～60%，必要时可达70%，如表1所示。

表1 轨道交通网分层体系

我国长三角客运网分成4个层次，分别为高速铁路、城际铁路、市域快线和城市轨道交通。其中高速铁路层是以沪宁杭为主体的国家级高速铁路的骨干线，城际铁路层是以南京、常州、无锡、苏州、嘉兴、杭州为辐射点的城际铁路线网，市域快线和城市轨道层为南京、苏州、杭州都市圈范围的城市和市域快线轨道线网。

1.2 分层体系下交通方式的对比分析

市域快线在旅行速度、站间距、适应性等多方面具有优势，逐渐成为联系城市中心区、边缘集团和卫星城，解决市域范围交通出行的重要方式。面对目前城市轨道交通延伸范围越来越大，而铁路建设逐渐缩小到关注城市级的范围，导致很多技术人员对区域和城市级范围内技术特征非常相似的地铁、市域快线、城际铁路、市郊铁路4种制式把握不准。本文从功能定位、服务范围、线路长度、速度目标、合理站距、发车间隔、车辆选型与供电制式等方面对分层体系下的地铁、市域快线、市郊铁路、城际铁路4种制式进行详细对比分析[4]，见表2。旨在理顺市域快线、轨道交通与城际铁路的共性和差异性，指导技术人员判断各系统的兼容性，以便正确选择合理的制式，使轨道交通系统既能发挥各自系统的独立效益，又能整合网络相互支持的关系，尤其是良好的换乘联系，从而发挥运输系统的综合效益。

表2 几种轨道交通方式的对比分析

2 市域快线的适用范围及功能定位

2.1 属性及适用范围

市域快线是在市域行政管辖与规划区或都市圈范围内连接市区、外围组团之间，串联沿线主要城镇、枢纽点或新城开发区的快速客运方式，是城市轨道交通线网的重要组成部分，是城市轨道交通线网由市区向外围城镇的拓展。因此市域快线是服务于城市综合交通体系的组成部分，虽有服务地区和距离等的差异，但城市轨道交通网络一体化发展是必然趋势，以一个城市为主体进行管辖，有利于统一立项、有序建设和可持续发展。因此市域快线是城市轨道线网总体规划的重要组成部分，当前城市轨道线网规划编制或修编均应包含市域范围的市域快线或预留快速走廊。

2.2 功能定位

市域快线是中心城、外围城镇、组团、机场、枢纽等之间中长距离客流服务的快速联系通道。市域线进入市区应体现换乘、收纳与疏解功能；而处于外围地段时应体现快速送达与辐射功能[5]。即根据市域快线与市区的位置，存在不同的功能地位。

1）市域快线进入市区范围。市域快线进入市区轨道网覆盖范围，应体现与市区轨道线网之间的多线多点换乘，以及客流的收纳与疏解功能，应体现一次换乘的线网覆盖率水平。市域快线伸入市区线路一般会沿城市主要交通走廊敷设，这种情况下市域线不仅要有收集和吸纳客流的功能，还需有市区线的交通功能，且应以交通功能为主。因此市域线伸入市区的线路需设站多，站间距小。此时，可将市域快线深入市区线段当作市区线来处理。

2）市域快线位于市区外围。当市域快线敷设于中心城边缘及外围地区时，应定位为与外围城镇或机场、枢纽之间客流的辐射和互动联系的快速通道。一般该通道所处的交通走廊客流强度较低，这种情况下应体现快速送达与辐射能力，即设站少，站间距大，并符合区段的时间目标和速度指标，从而保证市域快线的旅行速度以及服务水平。

总之，市域快线在市区和外围的服务目的和功能是有区别的，既要具有较好的客流吸纳和运输能力，又要保证一定的时间和速度，应体现市区内“换乘吸纳”，市区外“快速送达”的功能。

3 市域快线速度目标的确定

市域快线的速度目标值应首先确定功能层次定位，然后确定时间目标，再根据时间目标和速度效率、站间距的相互制约，结合线路长度、曲直形态和出行时间等因素进行综合确定。

3.1 时间目标的确定

市域快线一般线路较长，可能会连接几个大型枢纽或组团，对于不同区段可能会有不同的时间和速度目标，这种情况应考虑不同的运输组织方式，但全程运行时间不宜大于1 h，并由此来确定旅行速度。从居民通勤时间感受及城市交通出行目标要求方面考虑，市域快线车辆与市区轨道交通车辆均不设置厕所，同时在快速运行的工作环境下，为保护驾驶员眼睛和避免过度疲劳，保障运营安全，运行时间宜在1 h之内。而对于特殊线路如机场专线，随着经济的发展，商务出行乘客对出行时间和服务水平要求越来越高，机场线与其他交通方式具有竞争性，对目标距离内的运营时间目标要求更高。如北京新机场线从市区主客源地至新机场时间目标为半小时，成都地铁18号线从成都南站到成都天府国际机场的时间目标为半小时。同时有些市域快线会根据线路终端的地区地位和时空距离提出特殊要求，指定几个重要目标站点距离的时间要求，如30 min或45 min等要求，也可能是某特殊交路的时间目标。因此，合理发挥不同地段的速度和运营效益需进行专题研究，但仍宜控制1 h的全程目标。如南京市城市轨道交通线网规划提出，实现市中心与都市圈紧密圈层（50 km半径）1 h联系，都市区（40 km半径）内新城45 min到达市中心，中心城（20 km半径）内副城30 min直达市中心[6-7]。

3.2 速度效率的选择

衡量轨道交通快慢的指标是旅行速度，旅行速度指列车从始发站发出到达折返站时的平均运行速度，该速度值与线路条件、站点设置、列车停站时间等因素直接相关。不同的地铁线路因上述指标参数不一，故单纯用旅行速度来衡量地铁快慢是不科学的。

速度效率是体现车辆运行最高速度发挥效率的评价指标，最高运行速度越大，速度效率越高，但是速度效率的发挥主要取决于站间距，高速铁路的速度效率一般可达到85%，城际铁路的速度效率一般可达到70%。全国已开通城市轨道交通城市的地铁平均旅行速度基本在30～40 km/h，最高运行速度为100 km/h的地铁，速度效率最大可达到40%，平均旅行速度一般为最高速度的30%～35%，即速度效率为30%～35%。城市轨道交通速度效率与旅行速度的关系如表3所示。

表3 城市轨道交通速度效率

市域快线是中心城与外围城镇和枢纽的重要联络通道，以缩短乘客出行的时空距离，提高旅行速度为首要目标。一般可按1 h的全程时间目标确定旅行速度，也可按规定距离内的时间目标选择旅行速度，从而确定线路的最高速度和适宜的站间距。提高旅行速度需要提高车辆最高速度或速度效率，但同等条件下速度越高能耗越大[8]。因此提高旅行速度，尽量不采用提高车辆最高速度，而宜采用拉大站距方式以充分发挥速度效率，同时也符合节能要求。经牵引计算得出表4，该表反应了车辆最高速度、站间距、旅行速度、速度效率的关系，供技术人员参考。

表4 市域快线最高运行速度与站间距的关系

注：按DC1500V受电，A/B型车辆参数计算

从表里可看出站间距越大，速度效率越高，旅行速度越高。如采用3 km的平均站间距，采用100 km/h或120 km/h的车辆均可达到旅行速度60 km/h，而对应的速度效率分别为60%和50%，但从节能角度考虑应采用100 km/h的最高速度。在车辆最高速度不同但加减速度基本接近的情况下，如站间距足够长时，可实现在相同的距离内采用不同最高速度而达到相同的旅行速度，从而提高速度效率和节省能耗。根据牵引计算，恒速运行时间达到40～80 s，旅行速度可达到最高速度的50%～60%，速度效率增长曲线基本呈直线递增，此时能发挥最佳速度效率状态。因此，市域快线应将速度效率为50%～60%作为选择站间距和最高速度的基准。

3.3 最高速度的选择

市域快线的车辆速度一般应划分为100 km/h、120 km/h、140 km/h、160 km/h 4个等级。其中100 km/h、120 km/h、140 km/h是属于接近地铁车辆的动力配置，其加减速度、能耗、车门密闭性等性能是按标准的临界线来考虑的，技术成熟性较高，所以在国内普遍采用。在供电制式上（含授电弓型式）100 km/h、120 km/h速度等级可采用DC1 500 V供电制式，接近地铁车辆制式；对于140 km/h速度等级，虽车辆结构与地铁车辆性能接近，但车辆密闭性和车隧阻塞比要求较高，需结合站间距和列车运行密度采用DC1 500 V或AC 25 kV供电制式作进一步论证。对于特殊超长线路上或特大站间距的线路，也可选用160 km/h，AC 25 kV供电制式，由于车辆车门密闭性等性能和标准要求较高，加减速度等动力性能基本与城际铁路CRH车辆相同。

4 结论

轨道交通制式的选择直接决定了项目建设的标准、规模和投资成本，是工程建设首先要解决的问题。本文首先对轨道交通网的分层体系做了界定和区分，市域快线是城市轨道交通线网的重要组成部分，应归属于城市轨道交通范畴而不应归属于铁路范畴。同时对易混淆的几种制式进行了详细的技术经济指标比较，并对市域快线的定义和功能定位进行了详细的阐述和区分，当市域快线进入市区线网覆盖范围，应体现其与市区线网之间的换乘、收纳与疏解功能；当市域快线处于外围地段时，应体现市域快线的快速送达与辐射功能。首次提出了以速度效率为主要因素来选择速度目标值的理念，应通过综合考虑已经确定的时间目标值及速度效率与站间距、最高速度和旅行速度相互的关系来选择市域快线的最高运行速度。

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（编辑：郝京红）

Urban Rail Rapid Transit Speed Target SelectionBased on Function Positioning and Speed Efficiency

GAO Guofei1, 2, FU Yilong2, SHEN Jingyan2

(1. School of Traffic and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044; 2. National Engineering Laboratory for Green & Safe Construction Technology in Urban rail transit, Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

To guide the planning and design of urban rail rapid transit and to lead in the healthy and orderly development of urban rail rapid transit, the hierarchical system of rail transportation and the relationships between and locations of the hierarchical groups are analyzed. The technical parameters pertaining to subway, urban rail rapid transit, commuter rail, and intercity rail, which are easy to confuse, are analyzed and compared. The properties and scope of application of urban rail rapid transit are defined, especially routes of urban rail rapid transit in city centers and outside cities, which should have different function orientations and technical characteristics. The factors considered and the steps used in the speed selection of urban rail rapid transit are established, and the concept of speed efficiency for urban rail rapid transit is proposed for the first time. The highest operating speed of urban rail rapid transit should be chosen according to the relationship between the speed efficiency, average station spacing, and travel speed. Furthermore, the relationships between the maximum speed of urban rail rapid transit and the average station spacing, speed efficiency, and travel speed are defined. Thus, optimizing urban rail rapid transit should increase speed efficiency, not merely achieve the highest speed.

urban rail traffic; urban rail rapid transit; speed efficiency; function orientation; speed target

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.007

U231.1

A

1672-6073(2018)05-0035-05

2018-06-24

2018-07-09

高国飞，男，博士研究生，高级工程师，从事轨道交通规划设计理论与方法研究，gaoguofei_2007@sina.com

国家重点研发计划（2017YFB1201104）