上海市軌道交通車輛選擇及列車編組若干問題的探討

摘　要　上海市軌道交通有A 型車和C 型車兩種基本車型。車型的選擇以及列車編組的確定是軌道交通建設的關鍵。以發展的觀念,從城市規劃發展、預測客流、車輛來源及人車價格、工程投資等工程總體角度對車輛選擇進行探討。
關鍵詞　城市軌道交通,車輛選擇,預測客流,發展預留
上海市軌道交通線網的快速發展對車輛的需求量越來越大,然而車輛選型及列車編組等關鍵問題至今尚待解決。在上海市于2020 年將建成的14 條軌道交通線中,除R1 、R2 、M3 、M4 、T 等6 條線外,其余9 條線的車輛選型和制式均未確定(其中L1 線、L4 線采用與莘閔線相同的小型車輛可基本肯定) 。在R4 線、M7 線、M8 線等軌道交通線的前期研究過程中,選用大型車還是選用小型車及采用何種列車編組的問題,每每引起激烈的爭論,始終難以達成共識,一定程度上影響了軌道交通建設發展進程。本文旨在以發展的觀點,從工程總體角度對此進行探討。
1 　兩種基本車型技術規格和性能
目前,上海市已建和在建的軌道交通線(磁懸浮線除外) 車輛的兩種基本車型為:
(1) 大容量鋁制寬體A 型車,架空接觸網供電。如R1 、R2 、M3 、M4 和即將開工的M8 線均采用這種車型。
(2) 小容量鋁制METROPOL IS 系列C 型車,架空接觸網供電。如莘閔輕軌交通線采用這一車型。表1 為兩種基本車型車輛的主要技術規格和性能對照情況。由表可見:大型車的結構尺寸較大,需要較大的結構限界;大型車的額定負載較大,是小型車的1. 42 倍;小型車軸距小,對平面曲線的適應能力較強,利于線路平面布置;大型車爬坡能力強,利于線路縱斷面布置; 大型車平均起動加速度較小型車大;車輛自重相差不大,大型車拖車自重小,小型車動車自重小。在同樣的運能條件下,由于小型車編組大,線路年總運量(含自重) 反而較大型車大。其他指標基本相同。
2 　若干問題的探討
2. 1 　關于預測客流
預測客流是確定車輛選型、車輛編組的重要依據之一。一般中小運量(如高峰高斷面客流量≤3 萬人/ h) 軌道交通選用小型(C 型) 車輛,較大運量或大運量(高峰高斷面客流量> 3 萬人/ h) 的軌道交通宜選用大型(A 型) 車輛或B 型車輛。而且,應該肯定客流預測機構對軌道交通的預測結果無可非議。但是,如果將該預測客流作為確定車輛選型和列車編組的唯一依據或者充分條件,則不僅是不科學的,也是不可靠的。其理由如下:
(1) 首先,遠期客流預測年限是25 年,而軌道交通工程的設計使用年限是100 年,用第25 年的預測客流來確定使用年限為100 年的軌道交通工程的建設規模和標準,在時域上就存在很大的差異(且不說預測客流本身的波動性或不定性) 。
其次,城市總體規劃是客流預測的重要依據。上海市城市總體規劃年限是20 年(2020 年),城市發展規劃在時域上與軌道交通使用年限也存在很大差異。同時,城市發展是可持續的,也是可變的。預測客流只是在某一時期的城市發展規劃基礎上取得的,不是恒數,而是變數。另外,單從客流預測來看,除前述的總體規劃外,預測客流還受很多因素的影響,包括居民出行方式、出行次數、軌道交通網發展計劃、線路的服務水平(發車間隔、旅行速度、舒適程度等) 、票價等。這些因素的變化,對客流預測結果有很大的影響。
(2) 上海交通發展戰略是:優先發展公共交通, 大力發展城市軌道交通;加快大容量城市軌道交通2. 2 　關于發展預留系統建設,形成以軌道交通為骨干,地面公共交通軌道交通建設必須考慮適當的發展預留。而為基礎的客運網絡;在中心城控制私人小汽車和摩這一發展預留應包括運能儲備和舒適度兩個方面。托車,逐步取消燃油助動車,自行車成為地區內部關于客流量的增長或波動性以及運能儲備方的輔助交通工程。這個基本政策為軌道交通的建面的發展預留前已述及,不再贅述。在此主要從舒設和發展開辟了廣闊天地。隨著社會經濟的發展, 適度方面對發展預留進行論證。人們的社會經濟活動日益頻繁,對出行的條件提出城市的發展是可持續性的,人們對出行條件或了更高要求。軌道交通以其特有的快捷、準點、安乘車環境的要求將越來越高。這一點在現代化城全、舒適的優勢必將吸引更多的客流乘坐軌道交市發展中顯得異常突出。因此,軌道交通建設既要通。這個事實,已被國內外運營的軌道交通所證考慮到客運量的持續增長或者波動性,更要考慮出實。這種因素,在考慮車輛制式及列車編組時,應行條件的提高和舒適度的改善。該作適當考慮留有余地。因此,預測客流只是軌道交通建設的一個較為廂內站席為6 人/ m2 。這一標準顯然太低,不僅不重要的參考因素,而不是決定性的因素。故在確定適合未來人們對出行的要求,即使在今天,與現代軌道交通車輛選型、列車編組和建設規模及標準化的城市發展也是不相適應的。運營中的地鐵1 時,以遠期預測客流為基礎,適當預留一定的運能號線實際已證實了這一點。(根據地鐵運營公司的儲備量是十分必要的。統計,在高峰時間內車廂內擁擠不堪的情況下,車廂內站席平均密度最高只能達到5 人/ m2 。) 如果仍然按照這一標準來建設軌道交通,將來總有一天人們會感到擁擠不堪,并逐漸失去與其他交通方式的競爭力。擁擠的客運交通將不可避免地引發治安方面的問題(如性騷擾、搶劫、偷竊等) 。這種情況在世界上有些城市,如莫斯科、墨西哥、東京、紐約等都普遍存在。為了給人們(尤其是婦女、兒童) 提供一個較為安全的乘車環境,這些城市的地鐵運營管理者不得不采取男女分車廂乘車的措施。顯然這是迫不得已的做法。然而,如果適當地提高標準,降低擁擠程度,車廂比較寬松,不僅增加了乘客乘車的舒適度,而且也增加了安全感。
既然軌道交通建設必須考慮發展預留,那么首先可以從線路設計通過能力方面來做文章。
2. 3 　關于車輛來源及價格
(1) 車輛來源
根據國家計委關于軌道交通車輛國產化的要求和我國車輛生產(組裝) 能力,兩種車型的車輛來源如下:
大型車有四家定點廠,分別是長春客車廠、浦鎮車輛廠、株州電力機車廠和四方車輛廠。
小型車有一家組裝廠,即上海阿爾斯通閔行組裝廠(盡管其他廠家也能生產或組裝小型車輛,但與上海目前所采用的小型車不同) 。
顯然,大型車的來源較小型車廣。如果說小型車的供貨不成問題的話,那么大型車的供貨則更有保障。目前我國已加入W TO , 今后無論是大型車還是小型車,其供貨來源將越來越廣闊。以完全滿足運能儲備和舒適度兩方面的預留要求。因此,還必須在車輛方面做文章,如選用大容量車型,或者適當增大列車編組。
(2) 車輛價格
表1 為兩種車型車輛價格及人車價格對照表。

表1 　車輛價格及人車價格對照表

表1 表明,盡管大型車的單價較小型車高,但由于大型車的額定負載遠比小型車大,其人車價格僅為小型車的90 % 。從人車價格上講,大型車較為經濟。對于一條軌道交通線的車輛購置總價來講,在保證同樣的運能條件下,采用大型車要比采用小型車經濟。上海市M8 線初期采用兩種不同車型車輛配屬總數及購置總價對照結果已充分證實這一點(見表3) 。M8 線若采用小型車輛,初期車輛購置費將比大型車增加1 355 萬美元(約合人民幣1. 125 億元) 。

表2 　M8 線車輛配屬及購置費對照表

2. 4 　關于車輛選型及列車編組對工程投資的影響來講,其建筑限界仍然不能縮小。因此,對于以地
下線為主的上海市軌道交通工程,無論采用小型車
(1) 車輛選型對區間土建工程投資的影響采用大型車時,結構限界較大,對于高架線和矩形隧道來講,將增加一定的土建費用;但由于車輛高度和授電方式相同,對于盾構法圓形區間隧道還是大型車,區間土建工程投資基本相同。
(2) 車輛選型對車站土建工程投資的影響
在同樣的運能條件下,采用大型車時列車的編組數較小型車的編組數小得多(如4 輛編組的大型車與6 輛編組的小型車運能幾乎一樣,前者為3. 72 萬人/ h , 后者為3. 82 萬人/ h) ,車站站臺有效長度可很大程度地縮短,從而縮小車站規模,降低車站工程投資。當然,采用小型車時,車站寬度可以縮小,但非常有限,對車站規模和土建投資影響不大。采用大型車使車站規模縮小后,還有利于減少環控等設備系統的投資,并有利于減小運營費用。表3 為兩種車型與車站規模的關系對照情況。
表3 　兩種車型列車編組與車站規模關系

(3) 列車編組對工程造價的影響
毋容置疑,列車編組增大,工程造價增大。但這主要是車站土建造價方面,而對于整個工程來講,列車編組對工程造價的影響究竟到什么程度呢,答案可以從以下分析和對比中得到。
正在建設中的軌道交通明珠線二期工程全長22 km ,17 座車站,基本為地下線,采用6 輛列車編組設計;即將開工建設的軌道交通M8 線一期工程,全長23 km ,22 座車站,全部為地下線,采用5 輛列車編組設計。前者工程直接費用平均造價指標為2. 7 億元/ km , 較后者的2. 58 億元/ km 僅增加4 % 左右。增加幅度較小。這固然與明珠線二期工程車站較少、有部分高架區間(1. 25 km) 有關。然而,即使如此,對于同一條線路來講,采用6 節編組與采用5 節編組相比,估計其工程造價充其量也就增加5 %～6 % 。這是因為列車編組增加主要引起車站土建工程造價的增加(約12 %) ,而機電設備系統及軌道增加幅度很小,有些則完全相同。可以說,無論是5 輛編組還是6 輛編組,機電設備系統的造價指標相差不大。
由此可見,適當增大列車編組以預留必要的發展余地,對工程總投資的影響程度并不是很大。而另一方面,采用6 節編組時,其運能或容量卻較5 節編組增加了20 % 。顯然,以增加5 % 的工程初期投資(直接費) 的代價換取必要的運能儲備或發展預留(且這種儲備或預留是必需的) 是完全值得的。
3 　幾點建議
(1) 對于客流預測機構對軌道交通的預測工作和結果應予以充分尊重和認可,但預測客流并不能作為確定軌道交通建設規模的唯一依據。軌道交通建設必須考慮一定的發展預留,而且這一預留不僅是運能方面,更是乘客舒適度方面,故車輛選型和列車編組應通過綜合分析來確定。簡言之,要以發展的觀點來確定軌道交通的遠期規模。
(2) 對于輕軌來講,采用小型車是可取的。但對于市區地鐵線和市域快速線(尤其是以地下線為主的地鐵線) 采用大型車較為合適。
(3) 選用大型車和適當地增大列車編組,對工程初期投資的影響程度是有限的,以此來獲取必要的發展預留是值得的。
(4) 在上海城市軌道交通中,雖然小型車只用于輕軌交通線,但在全國來講具有廣泛的應用前景。其供電方式采用三軌制式更為適合,同時,還需提高爬坡能力。
(5) 車輛編組及動拖比等技術條件應符合工程總體需要,車輛編組的靈活性有利于運輸組織。相信車輛專業的技術人員和生產廠家能夠解決車輛本身的技術問題,并完全有能力提供滿足工程總體需要的車輛。
(6) 對于某些線路,若近期內客流較小,可按“高密度、小編組”的原則組織運營,也可暫采用小型車組織運營。這樣,可以保證必要的行車密度, 若采用小車還可以解決上海市已訂購300 輛小型車的使用問題。當然,這需要車輛能夠靈活編組, 或者要求線路滿足大、小車兼容的技術條件,而這是不難做到的。
以上是作者從工程總體角度對軌道交通車輛選型和列車編組初淺認識,乃一家之言,僅供同行參考,望批評指正。

參　考　文　獻
1 　尹峰,宋曉滿,王玉馨. 城市軌道交通項目的車輛決策與實證分析. 城市軌道交通研究,2001 , (4) :27