简析城市轨道交通工程速度目标值选择

王 雨

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）

1 国内外城市轨道交通速度目标值

城市轨道交通工程速度目标值的选择，即对城市轨道交通工程车辆最高运行速度的选择，是轨道交通项目设计的重要内容之一，其内涵决定了线路、列车总体技术条件、列车运行控制及通信信号系统等主要技术标准的选择，是确定工程规模、车辆选型、设备配置以及工程投资的基础。《城市轨道交通工程项目建设标准》指出“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。”[1]

1.1 国内城市轨道交通速度目标值

地铁A型车、B型车的车辆最高运行速度为80 km/h或100 km/h[2]。目前我国地铁线路绝大多数采用80 km/h的目标速度，北京地铁6号线、成都地铁10号线1期采用了100 km/h的目标速度，广州地铁3号线则采用了120 km/h的目标速度[3]。重庆的跨座式单轨采用80 km/h的目标速度。有轨电车方面，除建设较早的线路目标速度稍低，绝大多数线路的目标速度采用70 km/h。

1.2 国外城市轨道交通速度目标值

国外地铁的目标速度在70～120 km/h之间，例如伦敦地铁96 km/h，加拿大蒙特利尔地铁72 km/h,莫斯科地铁采用了120 km/h的目标速度，属于目标速度较高的情况。国外有轨电车目标速度与我国大致相同，市区范围内有轨电车线路的目标速度大多为70 km/h，部分市区连接市郊的线路，目标速度为100 km/h左右。国外部分有轨电车速度目标值如表1所示。

表1 国外有轨电车速度目标值Tab.1 Speed target values of foreign trams

2 影响速度目标值选择的因素

2.1 线路长度和功能、时间目标值和站间距适应性

线路速度目标值的确定与线路长度和功能、时间目标值、站间距适应性等有密切的关系。不同功能定位的线路，客流特征不同，全程运行目标时间不同。排除特大型城市，一般的城市局域线或者城市干线，主要功能是中心区范围内组团的连接，线路长度较短，其出行时间宜控制在30～40 min；城市快线的功能是城市中心组团与城市周边组团的连接，线路总长度较长，周边地区站间距较大，客流平均运距较长，为保障乘客出行效率，一般情况下选择较高的目标速度，其出行时间宜控制在60 min以内[4]。时间目标值决定了对旅行速度的要求，线路长度和功能、旅行速度和站间距，是目标速度选择的综合考量因素。综合目前的相关研究成果，不同线路长度对应的速度目标值、站间距适应性和旅速的总结如表2所示[5]。

对于表2中的数据有一些需要说明的地方，一是不同速度目标值的加减速距离不同，目标速度越高，其加减速距离越长，因此，120 km/h的目标速度主要适用于2 km以上站间距的线路。二是表2中的数据以钢轮钢轨系统、独立路权为基础，非钢轮钢轨系统的旅行速度会有一定影响，有轨电车属于半独立路权，受平交路口的影响，其旅行速度也会降低。部分我国城市轨道交通线路目标速度情况如表3所示。[6]

表2 不同线路长度对应的速度目标值、站间距和旅速Tab.2 Speed target values， station spacing and travel speeds corresponding to different line lengths

可以看出，大部分线路目标速度、站间距、线路总长度三者的关系符合表2，部分线路因为线路条件和统计误差等因素，旅行速度与表2相比，存在一定的差异。

2.2 工程造价

选择不同的目标速度，城市轨道交通工程的总体造价不同[7]，车辆方面不同最高速度的每列车辆造价如表4所示。

从表4可以看出，最高速度越高的车辆，对应的造价就越高，当目标速度为120 km/h时，对于车辆的密闭性有较高要求，将会大幅度提高车辆的造价。但是，随着最高速度的提高，旅行速度也会增加，工程整体需要购置的车辆数就会减少。所以，总体的车辆购置费还需要根据线路的具体情况计算比选。

目标速度不同，对土建工程的造价也会有影响，目标速度越高，限界要求也越大，地下线路需要增加结构断面，高架线路则需要增加桥面宽度。实际经验表明，目标速度从80 km/h增加到100 km/h对于土建工程造价的影响较小，但由100 km/h增加到120 km/h，则会造成较大幅度造价升高。

表3 我国城市轨道交通线路目标速度情况Tab.3 Target speed of urban rail transit lines in China

表4 不同最高速度的车辆造价Table 4 Vehicle costs of different top speeds

另外，目标速度越高，牵引变电所数量和设备容量也要增加，供电系统的整体造价将会升高。

2.3 运营能耗

最高运行速度不同的车辆牵引、制动性能不同，其牵引耗电量也有所区别。一般情况下，目标速度越高，其年耗电量越大。以国内某线路为例，线路长28.8 km，平均站距3.5 km，使用6辆编组A型车，随着最高运行速度的增加，其牵引能耗增加情况如表5所示。

表5 不同目标速度牵引能耗对比Tab.5 Comparison of traction energy consumption of different target speeds

可以看出，目标速度由80 km/h提高到100 km/h，远期的全年耗电量提高约为1/3,但提高到120 km/h，远期的全年耗电量将大幅度提高，与80 km/h相比将近提高一倍。

2.4 环境保护

噪声和振动是城市轨道交通对于环境的主要不利影响。车辆产生的噪声主要对高架段和地面段的环境造成影响，主要来源于轮轨摩擦与冲击、车辆设备、空气动力噪音等。振动主要对地下段造成影响，振动来源于轮轨冲击造成的轨道震动，传递至周围的大地及建筑物。噪声和振动的大小都与运行速度呈正比关系。以噪声为例，根据相关研究结果[8]不同速度的噪声达标距离如表6所示。

表6 不同速度的噪声达标距离Table 6 Noise standard distance at different speeds

可以看出，当目标速度由80 km/h提高到100 km/h，噪声达标距离增加约30%。当目标速度提高到120 km/h，噪声的达标距离增加60%以上。

3 A市中运量交通系统速度目标值的选择

A市规划快速轨道交通线路长度28.4 km，设车站14座，平均站间距2.18 km。线路功能城区内部以通勤为主，外部连接城市对外交通枢纽，属于城市快线，时间目标值为40 min。根据客流预测情况，A市轨道交通远期高峰小时单向断面客流为1.5万人/小时，根据列车牵引计算[9]得70 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h不同目标速度值的旅行速度和旅行时间，结果如图1和表7所示。

图1 不同目标速度值的旅行速度和旅行时间对比图Fig.1 Travel speed and travel time of different target speed values

表7 不同目标速度值的旅行速度和旅行时间Tab.7 Travel speed and time for different target speed values

从时间效率角度来看，70 km/h的目标速度其对应的运行时间超出了时间目标值，80 km/h、100 km/h、120 km/h 4种目标速度的全线运行时间为40 min左右或更短，从出行体验来说较好。

从速度效率的角度来说，120 km/h的目标速度情况下，旅行速度占最高速度的比例只有43%，效率较低。

由于80 km/h、100 km/h两种目标速度在土建工程的造价差异较小，这里主要从车辆成本的角度比较，目标速度分别为80 km/h、100 km/h的车辆所需要的车辆总数及造价如表8所示。

表8 80 km/h与100 km/h目标速度的车辆造价Tab.8 Vehicle cost of target speed of 80 km/h and 100 km/h

从表8可以看出，虽然100 km/h车辆的单价比80 km/h车辆高，但是因为旅行速度的提高，总体需要的车辆数减少，其车辆的总体造价也相应降低。但是，牵引能耗方面100 km/h目标速度车辆比80 km/h目标速度车辆的年耗电量要高出一些，所以选择100 km/h的目标速度，运营阶段成本较高，选择80 km/h的目标速度，建设阶段的投资较大[10]。考虑客流主要集中在中心区范围内，因此，选择80 km/h的目标速度比较合理。

4 结论

城市轨道交通工程速度目标值的选择与线路的长度与功能、时间目标值、站间距、工程造价、运营能耗、环境保护等因素有关。在选择速度目标值时，需要综合分析对比上述因素，保证工程建设的经济合理，满足功能需求。对于一般的城市局域线或城市干线，目标速度值宜低于100 km/h，在满足时间目标值的条件下，速度目标值越低，运营成本越低，环境不良影响越小。