市域（郊）铁路交通制式选择研究

摘要：市域（郊）铁路是连接城市中心城区和周边城镇组团，为通勤客流提供快速、大运量、公交化运输服务的轨道交通系统，它在推进新型城镇化发展中发挥着重要作用，是未来较长时间内城市轨道交通的主要发展方向。交通制式选择是市域（郊）铁路规划设计面临的首要问题。本文以长沙市市域铁路为例，以各种交通制式特点和发展现状为出发点，围绕技术经济、乘坐舒适性、后期运营成本、资源共享和互联互通等方面，对市域（郊）铁路交通制式选择进行研究，可为同类型市域铁路制式选择做参考，提供重要借鉴。

关键词：铁路；交通制式；轮轨；中低速磁浮

目前，城市轨道交通主要包括：地铁、轻轨、单轨、有轨电车、市域快速轨道、中低速磁浮、自动导向轨道系统七种制式。如何选择科学、合理的交通制式是市域（郊）铁路前期规划和设计阶段面临的重要问题。本文以长沙市市域铁路项目为例，对市域（郊）铁路交通制式选择的技术路线和方法进行研究。

一、项目背景

2022年2月24日，国家发展改革委发布《国家发展改革委关于同意长株潭都市圈发展规划的复函》，正式批复《长株潭都市圈发展规划》。湖南省发展改革委于2021年启动编制《长株潭都市圈多层次轨道交通网络规划》，规划在长沙市都市区形成南翼串联、一横两纵快线网，其中“一横”是指宁乡—长沙—浏阳东西向快速市域铁路。本项目是“一横”中的西段线路，连接长沙市与宁乡市组团式发展，属于典型的市域铁路。

二、客流指标及时间目标

随着长株潭都市圈一体化进程的推进，铁路客运量逐年增加，预计2028年全日客运量达到9.6万人次，高峰小时最大断面客流量达到0.45万人次/小时；2035年，全日客运量增长至20.6万人次，平均增长率为11.6%，高峰小时最大断面客流量为0.95万人次/小时；2050年，随着沿线用地的开发成熟，人口岗位聚集放缓，客流增长速率放缓，远期全日客运量为27.9万人次/日，平均增长率2.03%，高峰小时最大断面客流量为1.28万人次/小时。

根据对既有公路、地铁、铁路旅行时间的研究分析，确定宁乡市中心—线路终点（长沙端）的时间目标为30min。

三、速度目标值

根据项目功能定位及时间目标值要求，结合项目线路条件，重点对120km/h、140km/h、160km/h三个速度目标值方案进行研究、比选。

（一）时间目标适应性

通过牵引计算仿真模拟，不同速度目标值列车牵引计算结果见表1。

由表1可知，120km/h及以上速度目标值可以满足本线时间目标要求，且较高的速度方案节约时间效果不明显。

（二）站间距适应性

站间距是列车运行速度目标值选择的重要因素。站间距与速度目标值相匹配，可以提高列车旅行速度，提高车辆的使用效率，满足列车经济运行的需求。本线平均站间距为3.0km，不同速度目标值在该站间距下列车运行性能比较如图1所示。

由图1可知，120km/h、140km/h、160km/h三种不同速度列车以目标速度运行的距离分别占区间总长的46%、26%、0%。就效率而言，120km/h速度目标值运行效率最高，其次为140km/h方案，而160km/h

方案较低。

根据车辆加减速性能模拟计算，能充分发挥120km/h、140km/h、160km/h速度等级列车的站间距应在2.5～3.3km、4.0～5.5km、6.0～.8km。本线平均站间距为3.0km，最小站间距为1.4km，最大站间距为6.1km。全线区间长度统计见表2。

由表2可知，大于6.0km的区间有1个，累计长度占线路总长度16.5%；站间距大于4km的区间有4个，区间累计长度占线路总长度的53.0%；站间距大于2.5km的区间有7个，区间累计长度占线路总长度的75.3%。由此可见，本线站间距可适应120～140km/h速度目标值。

（三）运行效率分析

根据120km/h、140km/h、160km/h三种速度目标值的模拟牵引计算结果，分别对达到最高速度并保持恒速运行的区间总长进行统计：从全线达速情况看，全线范围内120km/h方案以目标速度运行的距离最长，占运营总长度的36.5%，运行效率最高，其次为140km/h方案， 而160km/h方案占比较低。

（四）推荐速度目标值

通过分析，140km/h速度目标值方案能够满足本线时间目标值要求，符合本线功能定位要求，基本适应性本线站间距，发挥车辆的高速性能，本次研究暂时推荐采用140km/h速度目标值。

四、交通制式比选

本线推荐速度目标值为140km/h，可以选择市域快速轨道（轮轨）和中低速磁浮两种制式。针对这两种制式，从技术经济、乘坐舒适性、运营维护成本、对环境的影响、资源共享和互联互通五个方面进行分析比选。

（一）技术经济比较

1.线站位方案

由于本线平面条件较好，磁浮制式和轮轨制式平面基本一致，线路全长约38.2km，设站13座。纵断面方面：磁浮制式采用6座地下站、7座高架站敷设方案，地下线占比34.7%。轮轨制式受爬坡能力限制，线路自东向西出长沙市区后，无法快速由地下站过渡到地面站，地下线长度较磁浮制式增加1.2km，地下站增加1座。

2.隧道断面

磁浮制式隧道断面参照正在建设长沙磁浮东延（100km/h时速）断面。在不同的行车速度下确定隧道断面规格见表3。

3.桥梁断面

磁浮制式：国内外已建或在建的中低速磁浮项目主要有并置单线箱梁、“梁上梁”双线箱梁、并置单线U梁三种梁型方案。综合考虑经济性、环保、施工便捷性、养护维护及景观效果等，本线高架区间轨道梁采用并置单线U梁方案。

轮轨制式：采用双线单箱单室箱梁，梁宽11m，单价7500万元/千米。

4.轨道

磁浮轨道主要以中低速磁浮轨排（包括感应板、

F型钢、H型钢轨枕及相应连接件和紧固件）为单元整体铺装而成；磁浮系统正线轨道单价2200万元/双线千米，较轮轨系统高。

轮轨主要由钢轨、扣件、长轨枕、道床等部分组成。轮轨系统正线轨道单价为1800万元/双线千米。

5.道岔

磁浮采用关节型道岔梁，每组单开道岔价格约500万元/组。轮轨采用钢轨道岔，城市轨道交通常用道岔价格约45万元/组。

6.车辆购置费

磁浮制式采用5编组，初期配属车85辆，车辆购置费约11.05亿元；轮轨制式采用市域B型车、4辆编组，初期配属车80辆，车辆购置费约7.2亿元，较磁浮制式节省约3.85亿元。

7.主要技术经济指标对照

经匡算，本项目磁浮制式投资总额约为168.88亿元，技术经济指标为4.42亿元/正线千米；轮轨制式投资为168.89亿元，技术经济指标为4.42亿元/正线千米，磁浮制式投资略小于轮轨制式。

（二）乘坐舒适性

在线路条件、座席数量及站席定员标准相同的条件下，运行时的振动是影响乘坐舒适性的重要因素。

中低速磁浮系统车辆处于悬浮状态，与轨道无直接接触，振动小，乘坐舒适、运行平稳；轮轨制式车辆与轨道直接接触，运行相对平稳，舒适性略低于磁浮制式。

（三）运营维护成本

轮轨制式列车运行时，车辆与轨道摩擦产生磨损，维修费用较大。

中低速磁浮系统没有车轮，而是依靠磁力使车体浮起，并由直线电机驱动列车行驶，走行装置与轨道没有接触，车辆运行阻力小。此外，没有接触和磨损部分，因此轨道和车辆的维护费用低。

综上比较，在运营及维护成本上，中低速磁浮系统最低。

（四）项目对环境的影响

轨道交通对环境的负面影响主要是噪声和电磁波，影响范围在沿线一定宽度地带之内。

在噪声方面，中低速磁浮系统，其车体和轨道不接触，运行噪声低，距离10m处小于64dB；轮轨系统与轨道接触摩擦噪声较大。

根据已有的试验数据，中低速磁浮列车产生的磁场强度很低，在两侧距离10m之外的磁场感应强度仅为0.6μT，满足相关标准要求。

综上分析，从对环境的影响方面比较，中低速磁浮交通占优。

（五）资源共享和互联互通

长沙市轨道交通线网已运营和在建线路主要采用轮轨制式。

若采用磁浮制式，本项目与长沙线网其他线路暂无互联互通及跨线运营的条件，大架修需由车辆厂家承担。若采用轮轨制式，远期可与地铁线贯通运营至主城区；配属车的大架修可通过长沙至湘潭市域铁路进入河西快线黄家塘车辆基地或黄家湾车辆基地，共享架修资源。

综上分析，虽然磁浮制式在与既有城市轨道交通系统资源共享方面稍差，但磁浮制式工程投资较少、运行噪声和振动较小、对环境更加友好，乘坐舒适性更优，后期运营维修成本低，研究推荐采用市域铁路采用磁浮交通制式。

五、结语

作为快速联络城市核心区与外围城镇、组团的交通方式，市域铁路是未来较长时间内城市轨道交通的重要发展方向，而交通制式选择是市域铁路前期规划研究的重中之重。本文以长沙市市域铁路制式选择为例，从技术经济、乘坐舒适性、后期运营成本、资源共享和互联互通等方面分析比选，推荐采用磁浮交通制式。本文研究的技术路线和方法可为同类型市域铁路制式选择，特别是对轮轨制式和磁浮制式的比选提供重要借鉴和参考。

参考文献：

[1]国家铁路局.市域（郊）铁路设计规范： TB 10624—2020[S].北京：中国铁道出版社有限公司，2021.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.中低速磁浮交通设计规范： CJJ/T 262—2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[3]胡仁兵.市域铁路制式选择分析[J].铁道工程学报，2014（06）：99-102.

作者简介：皮志东（1989），男，河南省南阳市人， 硕士，工程师，研究方向为铁路站场与枢纽。