机场捷运系统制式选型研究

刘亚男

（华设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014）

1 引言

机场旅客快捷运输系统（简称“机场捷运系统”）通常指用于运输机场内部旅客的轨道交通系统，具有安全、可靠、高效、环保的优点，可有效提高机场服务质量。据不完全统计，截至2023年9月7日，世界上已有56个机场开通运营机场捷运系统，另有多个机场规划建设或正在建设[1-2]。虽然机场捷运系统在我国的发展尚处于起步探索阶段，但随着新建机场（尤其是枢纽机场）的数量不断增加，预计未来将有更多机场配套建设此类系统。

近年来，国内城市轨道交通呈现多制式协同发展的新格局。根据T/CAMET 00001-2020《城市轨道交通分类》标准，机场捷运系统制式可有多种选择，如自导向轨道系统、地铁、有轨电车、跨座式单轨、导轨式胶轮系统[3]。机场捷运系统的制式选型会对工程技术标准、建设规模和投资等产生直接影响，是工程建设须解决的首要问题。

为此，本文在阐述机场捷运系统技术特点的基础上，提出其制式选型的6个主要评价指标，即线路适应性、客流适应性、乘客舒适性、环境友好性、技术成熟度和工程经济性，并据此对机场捷运系统可用的自导向轨道系统、导轨式胶轮系统、跨座式单轨、地铁、有轨电车5种制式进行对比剖析，最后结合某工程案例进行具体分析，以期为类似项目的技术决策提供参考和借鉴。

2 机场捷运系统技术特点

机场捷运系统作为一种机场内部的旅客运输系统，应与机场规模、客流需求、服务水平、环境要求、运营特点、建设条件、功能区布局等相适应。通过对国内外机场捷运系统进行研究分析，总结机场捷运系统技术特点如下。

（1）由于机场空防管控严格，因此通常以安全检查（以下简称“安检”）为界将机场捷运系统分为陆侧系统和空侧系统2类。陆侧系统服务安检前的旅客，用于连接航站楼（未安检区）、机场外围停车场、商业设施、与其他交通方式的换乘站等；空侧系统服务安检后的旅客，需要区分国内、国际旅客，用于连接航站楼（已安检区）、卫星厅、指廊、登机门等。陆侧系统和空侧系统的区别在于所服务旅客不同。在实际应用中，机场捷运系统需采取技术手段分隔站台和车厢，以达到一列车同时服务陆侧和空侧旅客的目的。

（2）机场捷运系统需具有较强的客流适应性。机场捷运系统有旅客种类多、客流量波动大的特点。旅客种类多表现在：旅客可根据到发情况分为国内出发、国内到达、国际出发、国际达到、国内转国内、国内转国际、国际转国内、国际转国际8类，在此基础上须按照是否安检、是否通过中国出入境检验检疫（CIQ）流程将上述8类旅客重新归并为国际未检、国际已检、国内已检和国内未检4个分组，这4个分组在乘坐机场捷运系统时需要相互隔离。客流量波动大表现在：受航班计划和航班波动等影响，机场捷运系统客流量会在一天内出现多个高峰、低谷。因此，机场捷运系统需要根据不同旅客类型及各时间段的不同客流量进行灵活编组，在满足多类旅客隔离需求、保证机场服务水平的同时，减少运能浪费。

（3）机场捷运系统在空间舒适度、等候时间等方面对服务水平的要求更高。机场捷运系统主要服务商务客流，与地铁相比，对服务品质的要求更高。根据GB 50157-2013《地铁设计规范》1.0.15条的规定，“在确定地铁系统运能时，车厢有效空余地板面积上站立乘客标准宜按每平方米站立5～6名乘客计算”[4]，而机场捷运系统通常采用3人/m2的站立标准，相较地铁，空间舒适度更高。此外，地铁对于行车间隔的要求为初期平峰时段不应大于10 min，高峰时段不宜大于5 min，而机场捷运系统的最大行车间隔为5 min，比地铁系统要求更为严格[5]。

（4）机场捷运系统为全天候运行，要求具有高可靠性。大型枢纽机场通常为24 h不间断运行，机场捷运系统作为机场旅客运输系统的重要组成部分，也应全天候运行，而且必须安全可靠，即使在系统故障情况下也要满足运营需求，不能因维修导致机场瘫痪。

（5）机场捷运系统要求保证空防安全。机场在乘客分类、安检和安保方面要求较高，因此机场捷运系统要遵从机场的空防管理，甚至要配备专门设施和设定管理机制。

3 制式选型比选内容及评价指标

机场内外部环境复杂，捷运系统作为机场客流运输组织中的一个环节，与机场各个子系统密不可分。结合机场捷运系统自身技术特点，并考虑其与机场各子系统的关联性，本文提出其制式选型的6个主要评价指标，即线路适应性、客流适应性、乘客舒适性、环境友好性、技术成熟度和工程经济性，并据此对机场捷运系统可用的自导向轨道系统、导轨式胶轮系统、跨座式单轨、地铁、有轨电车5种制式进行对比分析，具体内容如下（表1）。

表1 各种制式对比评价表

（1）线路适应性。机场航站楼、卫星厅平面构型多样化，空间划分和结构布置复杂，机场捷运系统的线路布置应与其相适应，通常需要设置小半径曲线和大坡度。因此，其制式选择应考虑上述因素，以满足机场的有限空间和复杂线路条件要求。在上述5种制式中，导轨式胶轮系统正线最小曲线半径及最大坡度分别为15 m和80‰，自导向轨道系统为22 m和100‰，有轨电车为25 m和70‰，线路适应性均较好；跨座式单轨为100 m和60‰，线路适应性略差；地铁为250 m和30‰，线路适应性最差。

（2）客流适应性。根据机场捷运系统的技术特点，其需在满足运能需求的同时，具备车辆灵活编组、车厢易分隔的功能。在运能方面，按照3人/m2的站立标准，地铁运能最大，约为0.8～2.5万人次/h；自导向轨道系统和跨座式单轨中等，分别为0.2～1.5万人次/h和0.5～1.7万人次/h；有轨电车和导轨式胶轮系统运能较小，均在1万人次/h以下。在车厢分隔方面，自导向轨道系统的车辆不分头尾车和中间车，每辆车都可独立运行，其余4种制式车辆均分头尾车和中间车，用贯通道相连，需采用物理措施分隔车厢。在车辆灵活编组方面，有轨电车为3～5节模块化编组，灵活性较差；地铁、跨座式单轨和导轨式胶轮系统为2～6节编组，灵活性较好；自导向轨道系统车辆可单车独立运行，1～6节编组，灵活性最好。

（3）旅客舒适性。机场捷运系统的旅客舒适性与车厢环境等因素密切相关。车门个数及宽度、车厢尺寸、车内振动噪声等直接影响车厢环境。对于前两点，地铁车辆车厢尺寸较大，车门较多较宽，旅客上下车最为方便快捷，舒适性最好；自导向轨道系统和跨座式单轨次之；有轨电车车门虽多却窄，导轨式胶轮系统车门少且窄，对旅客上下车有影响。对于车内振动噪声，自导向轨道系统、导轨式胶轮系统、跨座式单轨为胶轮制式，车内振动噪声小，地铁和有轨电车为钢轮钢轨制式，车内振动噪声较大。

（4）环境友好性。航站楼和卫星厅为机场环境敏感区，捷运系统车站和区间与其结合紧密，布置在其建筑内部、地下或顶部。因此，捷运系统制式选型须充分考虑车辆运行过程中对航站楼、卫星厅的振动噪声影响。自导向轨道系统、导轨式胶轮系统、跨座式单轨均为胶轮制式，采用橡胶轮胎，运行时产生的振动噪声小，而地铁和有轨电车为钢轮钢轨制式，列车振动噪声较大，需要额外增加减振降噪工程，以减少对周围环境的影响。

（5）技术成熟度。机场捷运系统车辆技术安全可靠、产品成熟稳定，是满足机场高质量服务和24 h运营要求的必要条件。此外，捷运系统通常规模较小，因此还要考虑国内产业化、市场化因素。在系统制式选型分析时，可从技术可靠性与先进性、车辆及设备国产化率、运营里程3方面分析各种制式的技术成熟度。在技术可靠性与先进性方面，上述5种制式中，除有轨电车外，其他4种制式均可采用故障率低、可靠性高的无人驾驶技术，其中自导向轨道系统采用无人驾驶技术的历史最悠久，可靠性最高。在车辆及设备国产化率方面，地铁的国产化率为100%，跨座式单轨为95%以上，有轨电车为90%以上，自导向轨道系统与导轨式胶轮系统均为85%以上。在运营里程方面，地铁和有轨电车运营里程相对较长，国内已实现产业化，市场较为成熟，其余3种制式的运营里程也在持续增加。

（6）工程经济性。工程经济性相关评价指标为工程造价、车辆购置费、运维费用，都与系统制式的选择直接相关，需结合项目具体分析。工程造价主要包括土建成本和机电设备成本。通常情况下，高架敷设时，自导向轨道系统、跨座式单轨及地铁车辆轴重较大，工程造价高，有轨电车次之，导轨式胶轮系统最低；地下敷设时，地铁由于采用接触网供电，所需断面更大，造价更高，自导向轨道系统和有轨电车造价相对较低，导轨式胶轮系统和跨坐式单轨通常不采用地下敷设形式，故此处不做讨论。车辆购置费根据载客量折算的人均费用计算，在上述5种制式中，自导向轨道系统车辆购置费最高，跨座式单轨较高，导轨式胶轮系统和有轨电车中等，地铁最低。运维费用包括运营费用和维护费用，与车辆的产业化程度以及能否与其他城市轨道交通资源共享有关。通常情况下，地铁的人员成本、牵引能耗、车辆检修复杂程度都较高，运维费用最高；自导向轨道系统和跨座式单轨车辆的车体相对较轻，修程简单，运维费用中等；导轨式胶轮系统和有轨电车的运维费用最低。

4 制式选型案例分析

国内某机场现有T1、T2两座航站楼，规划沿航站楼东西两侧建设“L+1”形的机场捷运系统，串联T1、T2航站楼及各指廊。西侧“L”形线路服务于空侧国内旅客和陆侧旅客运输，东侧“1”形线路服务于空侧国际旅客运输（图1）。

图1 某机场捷运系统规划示意图

T2航站楼建设时预留了机场捷运系统的实施条件，但所预留的墩柱荷载、转弯条件和站台空间限制了系统制式的选择，以致其只能选择自导向轨道系统和导轨式胶轮系统2种制式。由于二者均为胶轮制式，在线路适应性、乘客舒适性、环境友好性方面差别不大，因此下面主要对客流适应性、工程经济性和技术成熟度进行对比。

（1）客流适应性。自导向轨道系统的每辆车都有动力配置，控制系统独立运行，车辆不设贯通道，既能单辆车运行，又可多辆车连挂。因此，其能够实现1～6 辆灵活编组，便于分隔旅客，在改、扩编时无需人工操作，也无需对车辆进行技术改造。导轨式胶轮系统车辆有头尾车和中间车的区别，最小编组为2辆，连接的车厢之间设有贯通道，车辆的改、扩编涉及头尾车、中间车、贯通道、隔板等的设置，编组技术复杂，不利于对车辆进行灵活编组以满足不同时段的旅客运输需求，若采用最大固定编组运营，又会在低谷时段造成运能浪费。

（2）工程经济性。表2展示了自导向轨道系统与导轨式胶轮系统2种制式的全寿命周期成本对比结果（计算期为25年）。由表可知，自导向轨道系统的全寿命周期成本约为23亿元，比导轨式胶轮系统成本高。

表2 2种制式的全寿命周期成本对比表 亿元

（3）技术成熟度。自导向轨道系统在国内外机场和城市交通中应用比较广泛，技术成熟可靠，运营经验丰富。而导轨式胶轮系统为国内近年研发的新型城市轨道交通系统，目前城市轨道交通运营线路较少，且尚无作为机场捷运系统的应用案例。因此，自导向轨道系统在技术成熟度方面比导轨式胶轮系统更具优势。

从技术角度看，自导向轨道系统在客流适应性和技术成熟度上更具优势，但工程经济性较差，项目系统制式的最终确定还需考虑机场其他相关部门的意见。该机场捷运系统因受新冠疫情影响在初期只实施预留工程，考虑到自导向轨道系统在技术上更具包容性，所以预留工程暂按其车辆技术参数开展相关预留工程设计。

5 结语

近年来，我国城市轨道交通制式呈现多元化发展趋势，选择与建设条件、客流需求相匹配，同时又高效舒适、安全可靠、经济适用、绿色低碳的制式是城市轨道交通工程建设需解决的首要问题。机场捷运系统是服务于机场内部旅客运输的轨道交通系统，其制式选型会对工程技术标准、建设规模和投资等产生直接影响。本文结合机场捷运系统的技术特点，提出其制式选型的评价指标，并据此分析5种常用制式的适用性，以期为机场捷运系统制式选型提供参考。