嘉善至西塘市域铁路系统制式选择研究

韩吉明

（中铁第四勘察设计院集团有限公司线路站场设计研究院，湖北武汉 430000）

1 工程概况

嘉兴市位于浙江省的东北部、长三角杭嘉湖平原的腹心地带，是长三角城市群的重要组成部分、上海大都市圈重要节点城市。

嘉善至西塘市域铁路（简称西塘线）串联了嘉善县、长三角一体化示范区、上海虹桥商务区，线路全长20.54km，设站5 座。线路总体呈南向北，由嘉兴至枫南市域铁路（简称枫南线）的嘉善站引出，经浙江嘉兴市嘉善县姚庄镇、西塘镇至上海示范区线水乡客厅站，与上海示范区线、水乡旅游线衔接，如图1 所示。

图1 西塘线线路走向示意图

2 系统制式研究

市域铁路所选用的系统制式作为建设重要标准，应与城市的经济发展水平和综合交通规划相匹配，应与其项目的功能定位、客流需求及服务目标相适应。西塘线作为上海都市圈市域铁路的重要组成部分，其系统制式的选定应充分分析城市总体规划、沿线的经济发展。本着互联互通、互联共享的原则，需从速度目标值、牵引供电制式、车辆选型、信号系统等方面对系统制式进行综合的比选分析[1-4]。

2.1 速度目标值的选择

2.1.1 时间目标值

为实现《长江三角洲地区多层次轨道交通规划》发展目标，实现“沪嘉一小时通勤圈”和“嘉兴中心城区与示范区中心半小时”目标，西塘线嘉善站至水乡客厅站的时间目标值应为15min。

2.1.2 速度目标值研究

表1 不同速度目标值旅行时间和旅行速度比较表

根据此项目站间距较大特点，重点比选120km/h、140km/h 和160km/h 三个速度目标值方案。

（1）不同速度目标值的时间目标适应性

此次研究采用大站快车和站站停共线运行模式，经过分析发现，大站快车160km/h 方案可以较好地满足时间目标值要求、实现嘉善至水乡客厅站15min 目标，140km/h 方案基本实现时间目标值要求，速度目标值120km/h 难以满足时间目标值要求[5-6]。

（2）站间距适应性分析

列车加减速距离与车辆的性能密切相关，不同速度等级的车辆加减速距离存在较大差异，从经济性角度出发，列车需在一定时间和距离上以最高速度持续运营，才能具备合理的经济性。西塘线站间距分布概况，如表2 所示。

表2 嘉善站至水乡客厅站间距分布情况表

结合列车起动的要求，站站停列车模式下，该线适宜120km/h、140km/h 和160km/h 的区间个数占比分别为100%、60%、20%，该线适应的速度目标值为120～160km/h。

（3）工程经济性分析

从土建工程投资、车辆购置费用、运营费用等角度进行综合比选，分析发现，在工程投资和工程运营费用方面，160km/h 方案投资最大；时间上，160km/h方案较140km/h 方案节省1.5min、节时10%。各方案工程运营费，如表3 所示。

表3 各方案工程运营费比较表

综上所述，160km/h 速度目标值方案符合此项目市域快线兼城际线的功能定位，与车站分布的适应性较好、运输效率较高，且工程投资和运营费较其他方案增加较小，能较好地适应该线工程特点，与枫南线、上海示范区线及水乡旅游线等相邻线路技术标准相匹配。因此，西塘线的速度目标值推荐采用160km/h[7-9]。

2.2 供电制式的选择

2.2.1 牵引供电制式选择的关键因素

牵引供电制式是指供电系统采用的电流制、电压等级和供电方式，包括单相工频25kV 交流制，直流750V、1500V 供电和双制式/多制式三种供电制式[10]。

2.2.2 牵引供电研究

（1）牵引供电制式选择的关键因素分析

就线网衔接方式而言，根据长三角地区规划情况，西塘线需与枫南线、水乡线、上海示范区线互联互通，相邻线路均采用交流供电制式，考虑牵引供电系统间的匹配性，该线宜采用交流牵引供电制式。该线速度目标值选取160km/h，若采用直流供电制式，目前没有与工程相适应的、采用直流供电制式的车辆，车辆研发成本高，同时配套的直流牵引供电系统经济性不佳。从弓网受流质量和牵引供电系统配套来讲，交流供电具有一定优势，该线宜采用交流供电制式。

（2）牵引供电制式的选择

从技术层面分析，该线速度目标值160km/h，且与枫南线、水乡旅游线、上海示范区线互联互通，因此牵引供电系统应采用交流供电制式。

从工程投资方面分析，该线采用交流供电制式时，供电系统的整体工程投资更少，经济性比直流供电制式好[11]。

从运营维护方面分析，交流制式供电的设施较少，维护工作量和维护费用较低。

综合技术、投资、运营维护等方面的考量，推荐采用单相工频25kV 交流供电制式[12]。

2.3 信号制式的选择

2.3.1 信号系统方案

信号系统制式的选择，应满足该线列车运行速度、行车间隔、停车精度、跨线运行等行车组织和运营管理的要求。在此基础上，考虑系统自身能力、对市域线路网络化运营的适应性、与其他线路资源共享情况、与其他专业间的技术协调性以及对工程投资的影响。

目前国内信号系统主要有两种，一种是中国列车运行控制系统（CTCS 系统），可分为CTCS-0 至CTCS-4 级，广泛应用于国家铁路工程；另一种是基于通信的列车控制系统（CBTC 系统），广泛应用于地铁、轻轨等城市轨道交通工程[13]。

2.3.2 信号系统研究

从互联互通能力、网络化运营能力、资源共享、工程投资，对CTCS-2+ATO 系统以及CBTC 系统进行对比分析。

（1）在相同制式间，相较于CBTC，CTCS-2+ATO具有更好的互联互通性，适应后续市域铁路网络化运营。CTCS-2+ATO 的调度指挥系统（CTC 系统）在大线网、复杂交路下的调度指挥上更具有优势，特别是在突发情况下需对运行计划进行调整时。该线作为嘉善地区城际、市域网络的一部分，应充分考虑网络化运营的需求，从这个角度看，宜采用CTCS-2+ATO系统。

（2）从资源共享角度分析，由于具备成套的统一的技术标准、规范，CTCS-2+ATO 系统可实现系统设备层面的互换，而CBTC 无法做到。CTCS-2+ATO系统共享范围更广，可以整合更多的资源[14]。

（3）从工程投资角度分析，采用CTCS-2+ATO 系统会导致土建规模（主要是地下站）增加，从而引起总投资增加。但考虑到该线不设地下站，应用CTCS-2+ATO 系统产生的土建规模投资增加有限。此外，采用CTCS-2+ATO 系统本身投资较CBTC 少，同时可以充分利用线网中心资源，减少中心设备的重复投资，从整体经济性来看，CTCS-2+ATO 系统更优。

统筹考虑以上各点，特别是考虑在现行技术下，CBTC 系统可能无法实现西塘线与枫南线、水乡旅游线等线的互联互通的基本运输需求，同时在后期线路成网时，与CBTC 系统对应的ATS 系统网络化运营能力不足，因此西塘线推荐采用CTCS-2+ATO 系统。

2.4 系统制式与市域铁路功能定位适应性分析

西塘线采用160km/h 方案，能更好地解决节点与中心城区以及各节点之间的快速通勤需求，也能满足各旅游景点之间及游客从对外交通直接到达游览景区的旅游出行需求[15]。可实现嘉兴至示范区半小时内通达，至虹桥枢纽一小时内通达，与项目功能定位更加匹配。

3 结语

西塘线铁路系统制式的选择，充分考虑市域铁路沿线城市经济发展、四网融合、资源共享的特质，通过项目功能定位、工程技术的比较分析，采用速度目标值160km/h、供电制式交流AC25Kv、CTCS-2+ATO的信号制式，以适应项目通勤的功能定位与城市发展规划。以西塘线为例，从速度目标值选择、供电制式选择、信号制式选择和项目功能定位的适应性进行系统制式选择，希望研究结果为其他城市市域铁路建设提供一定参考。