新建西安至法门寺至机场城际铁路速度目标值研究

方 华

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西省铁道及地下交通工程重点实验室，陕西 西安 710043)

速度目标值是城际铁路关键性技术标准，对主要技术标准选择、工程投资等方面具有重大影响。速度目标值方案的选择既要符合功能定位、结合客流需求、匹配路网其他铁路技术标准、满足运输需求，又要兼顾具有速差的长、短途城际动车组共线运行的要求[1]，同时满足时间目标值的要求，兼顾车站分布和达速比[2]。新建西安至法门寺至机场城际铁路(以下简称“西法机城际铁路”)为关中城际铁路网的重要组成部分，位于关中盆地区“关中—天水经济区”，为我国重点开发区之一，沿线城镇化水平低于我国中、东部地区，应注重技术标准选择的合理性、适用性。为此，从客流特征分析入手，在得出合理的西法机城际铁路开行方案后，针对西法机城际铁路客流开行方案起讫点进行时间目标值分析，从工程投资分析、车站分布及运输组织匹配、与时间目标值的适应及与关中城际网匹配性4 个角度对160 km/h，200 km/h，250 km/h 3 个速度目标值方案进行研究。

1 西法机城际铁路客流特征及方案研究

西法机城际铁路起自银西高速铁路(银川—西安北)乾县站，经法门寺、眉县、周至、户县至新西安南站，并通过银西高速铁路接入西安北站[3]。西法机城际铁路有效发挥核心城市的引领带动作用，促进区域城镇化建设和经济协同均衡发展[4]。

1.1 客流构成

根据在区域路网中的意义和功能定位，西法机城际铁路主要承担关中城市群各城镇及组团间的城际客流、乾县至西安北段还承担银西高速铁路(银川—西安北)与西安以远的中长途通过客流。客流构成如下。

（1）城际客流：主要为礼泉县、乾县、扶风县、眉县、户县、周至县等沿线各节点城市与西安之间及沿线各节点城市相互之间的西法机城际铁路城际客流；北段乾县—法门寺段承担沿线城镇与韩城、阎良、延安等关中城市群其他节点城市之间的跨线城际客流，南段法门寺—新西安南承担少量沿线地区与商洛、安康、宝鸡等地跨线城际客流。

（2）中长途客流：根据近、远期西安枢纽总图布局、路网分工，西法机城际铁路在机场至乾县段承担的中长途客流主要包括银西(银川—西安北)与西成(西安北—成都东)、西武(西安北—武汉)、西渝(西安—重庆)高速铁路间的旅客交流。根据银西高速铁路研究成果，乾县至西安段跨线客流2025 年、2030 年、2040 年分别为690 万人、957 万人、1300 万人。

1.2 开行方案

根据客流预测情况，西法机城际铁路城际本线列车由新西安南—西安北、新西安南—太白山、新西安南—宝鸡客流构成，城际跨线车由宝鸡—西安北、宝鸡—韩城、宝鸡—延安(榆林)客流构成。同时为了缩短旅客候车时间，西法机城际铁路旅客列车编组采用跨线车8 辆编组，本线4 辆编组。8 辆编组列车定员600 人/列，编组列车定员300 人/列，客座利用率80% ～ 90%。因此，列车开行方案及区间段旅客列车对数汇总如表1所示。

1.3 时间目标值确定

（1）满足关中城际铁路网发展目标的时间目标值。关中城际铁路网(西安—蓝田、西安—临潼—渭南、西安—周至、西安南—机场—法门寺、西安—高陵—阎良—富平、西安—铜川)作为承担区域核心城市与各主要节点城市、中心城镇间城际客流的轨道交通，其时间目标值应满足城际客流出行需求和开行方案要求，符合区域发展战略和城镇化进程的需要。关中地区将形成以西安为中心，至宝鸡、铜川、潼关、商洛等地的“1 小时经济圈”[5]。西法机城际铁路衔接西安、咸阳、宝鸡3 市的部分重要城镇，为满足沿线各经济组团的发展需求，根据区位关系，西安至宝鸡市扶风县、眉县的时间目标值宜为1 h，至咸阳市礼泉县、乾县的时间目标值宜为0.5 h。

（2）与其他交通运输方式竞争的时间目标值，根据西法机城际铁路开行方案，研究西安至周边主要城镇运距和公路旅行时间如表2 所示。

由表2 可见，西安至周边各县城运距虽然较短，在45 ～ 124 km 之间，但受城市交通拥堵的影响，旅行时间在1 ～ 2 h。

城际铁路作为高速、快捷的轨道交通，项目建成后，旅行时间上应具备与公路竞争优势，西安至户县、周至、礼泉、乾县时间目标值宜在0.5 h左右，至太白山、法门寺宜控制在1 h 左右。因此，结合关中城市群未来城镇发展需求，西安至太白山、法门寺间时间目标值宜控制在1 h。

表1 列车开行方案及区段旅客列车对数汇总表Tab.1 Summary of train operation plan and pairs of passenger trains in section

表2 西安至周边主要城镇运距和公路旅行时间表Tab.2 Distance and road travel time from Xi’an to major surrounding cities and towns

2 西安至法门寺至机场城际铁路速度目标值比选

2.1 速度目标值方案

西法机功能定位为关中城市群城际铁路网的重要组成部分，主要承担沿线各节点城市与西安之间、沿线各节点城市相互之间、沿线各节点城市与关中城市群其他节点城市之间的旅客交流和沿线主要旅游景区旅游客流的便捷集散通道[6]。从运输需求及功能定位分析[7]，西法机城际铁路铁路等级为城际铁路。根据《城际铁路设计规范》规定的速度等级为120 km/h，160 km/h 和200 km/h[8]。西法机城际铁路衔接的银西高速铁路速度目标值为250 km/h，预留提速条件。研究年度西法机城际铁路还开行西韩城际、阎良至机场城际间的跨线城际列车，两城际线路设计速度均为250 km/h。考虑西法机城际铁路运输距离较长，设计速度不宜过低[9]。因此，对新建线路段设计速度主要研究160 km/h，200 km/h，250 km/h 3 个方案。

2.2 方案分析

2.2.1 速度目标值工程投资分析

3 个方案线路走向相同，主要差别在于线路平纵断面标准、与线路标准相匹配的工程设计标准；结合相邻银西线、西成线及规划法门寺至宝鸡方向的城际铁路的标准，160 km/h 和200 km/h 方案按照《城际铁路设计规范》执行，250 km/h方案按照《高速铁路设计规范》的要求，各方案列控系统宜采用CTCS-2 系统，因而站后配套相差不大[10]。西法机城际铁路沿线地势平坦开阔，线路布线基本相同，仅因执行标准不同、曲线半径的差异造成曲线部分线路取直，因而各方案线路长度基本相当，分别为171.941 km，171.386 km，169.996 km。不同设计速度方案工程投资比较如表3 所示。

由表3 可知，与200 km/h 方案相比，160 km/h方案线路长度仅增加0.56 km，投资减少8.97 亿元。250 km/h 方案线路缩短1.39 km，而静态投资增加21.81 亿元。

2.2.2 速度目标值与车站分布及运输组织匹配性分析

西安北至法门寺至新西安南运营全长235.223 km，平均站间距为14.7 km，其中乾县至新西安南段新建线运营长度168.809 km，平均站间距为13.0 km。通过模拟牵引计算，列车加减速及达速情况适应性。不同速度等级列车达速效果分析如表4 所示。

表3 不同设计速度方案工程投资比较Tab.3 Project invest of plans with different speeds

表4 不同速度等级列车达速效果分析表Tab.4 Analysis of train speed effect of different speed grades

由表4 可见，研究年度西法机城际铁路开行交错停及大站停城际列车，采用160 km/h 和200 km/h的设计速度，列车达速运行区段长，动车组列车性能发挥好，与西法机城际铁路车站分布适应性好；采用250 km/h 及以上的设计速度，由于站间距较小，大站停列车达速比低于50%，达速效果较差，动车组性能未能得到充分发挥。

2.2.3 速度目标值与时间目标值适应性分析

根据客流构成[11]，新西安南至乾县段主要承担沿线各城镇及组团与西安间的城际客流，其中西法机城际铁路城际客流占比85% ～ 95%，其余5% ～ 15%为关中城际网间客流。乾县至西安北段主要承担银西高速铁路与西安以远的中长途通过客流，约占总客流的60%，西法机城际铁路城际客流占40%。西法机城际铁路全部开行城际列车，动车组可能的开行种类有一站直达、大站直达、交错停站及站站停等。

珠三角城际铁路、中原城市群城际铁路、武汉城市圈城际铁路、环渤海城际铁路、成渝地区城际铁路等已开通运营项目主要开行大站停[12]、交错停和站站停列车。从各城际铁路运营情况分析，城际列车停站次数随线路长度增加而增多，平均停站次数约为车站数目的1/2。通过分析，采用大站停+站站停开行方式的武黄城际铁路(武汉—大冶北)、武咸城际铁路(武汉—咸宁)、郑开城际铁路(郑州东—开封)、郑焦城际铁路(郑州—焦作)等，站站停列车开行数量较少，绝大部分开行大站停列车。采用大站停+交错停开行方式的城际铁路，大站停开行数量较多，交错停开行数量较少。

根据城际列车可能的开行种类，并结合国内城际铁路列车开行种类及西法机城际铁路客流特点，根据西法机城际铁路功能定位和客流分析，西法机城际铁路为关中城际网中骨干线路和旅游环线，主要承担沿线各城镇及组团与西安间的城际客流[13]。同时，西法机城际铁路平均站间距离仅13.0 km，开行站站停列车造成动车组频繁起停，运输质量低。由于西法机城际铁路初、近期客流水平较低，为便于吸引沿线客流上线乘车，研究年度将开行大站停和交错停2 种列车。根据列车牵引计算仿真软件和列车运行图铺画结论，对不同设计速度方案的旅行时间进行对比分析。不同设计速度方案旅行时间比较如表5 所示。

由表5 可见，200 km/h 及以上的设计速度方案均可满足西安至太白山、法门寺时间目标值1 h的要求。200 km/h 方案大站停列车环线全程旅行时间较160 km/h 方案缩短17 min，较250 km/h 方案延长10 min。

表5 不同设计速度方案旅行时间比较表Tab.5 Travel time comparison of different design speeds

2.2.4 速度目标值与关中城际网匹配性分析

关中城际网在建项目中，除西法机城际铁路外，其余项目速度目标值为200 ～ 250 km/h。西法机城际铁路衔接的银西高铁速度目标值为250 km/h(预留提速条件)。从与区域快速客运网和关中城际网匹配，便于城际列车在关中城际网内跨线开行，方便动车组运用和检修等方面分析，西法机城际铁路设计速度宜为200 ～ 250 km/h。

西法机城际铁路为关中城际铁路网的重要组成部分，设计速度原则上应与城际网内其他铁路统一匹配，但西法机城际铁路沿线城镇、旅游景区等经济据点较为密集，车站站间距较小；客流主要为西安与沿线节点城镇间的城际客流，中长途跨线客流小，设计速度选择具备灵活性。

通过对西法机城际铁路采用160 km/h，200 km/h，250 km/h 3 个速度目标值方案进行研究，分别从工程设置、车站分布、路网协调、运输组织匹配、与时间目标值的适应等方面进行比较，得出160 km/h 方案虽具有工程投资较省、列车达速效果相对稍好的优点，但运输质量相对200 km/h 和250 km/h 方案低，客流吸引能力弱，与关中城际网其他线路不匹配；250 km/h 方案运输质量高，但投资大、列车达速比低。从工程经济投资节省性及与时间目标值适配性等方面综合分析，西法机城际铁路设计速度推荐200 km/h 方案。

3 结束语

新建西安至法门寺至机场城际铁路位于关中盆地区“关中—天水经济区”，不仅可以满足西咸一体化发展公共交通服务的要求，而且缩短了项目沿线地区与西安国际化大都市的时空距离，同时对于促进关中城市群经济、社会、交通发展均具有重要推动意义。西法机城际铁路是关中城际交通运输网的新骨干，该铁路的建成可以与关中城际网相匹配、满足城际铁路运输需求、具有较强的市场竞争力，同时具有较好的社会效益。