规划设计
李福新
（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）
1 研究背景
随着我国城镇化进程的加速，城镇规模迅速扩大，一批都市圈、城市应运而生，都市圈各城镇间及城市各城市间的公共交通需大力发展，而市域（郊）铁路成为连接中心城区与周边城镇组团的纽带，可有力促进都市圈、城市城市空间结构的形成，加速都市圈、城市的发展。2020年，中华人民共和国国家发展和改革委员会联合相关部委发布《关于推动都市圈市域（郊）铁路加快发展的意见》[1]，为市域（郊）铁路的加速发展
摘 要：文章首先对宁扬市域铁路的运输通道功能定位进行分析，从江苏省沿江城市轨道交通网、长江三角洲地区多次层轨道交通和江苏省城镇体系规划 3 个层面分析确定全线最短旅行时间为 0.5 h ，南京主城区至扬州城区间 1.0 h 通达的时间目标值；然后，基于确定的时间目标值，运用模拟仿真的方法，应用铁路牵引计算仿真运行系统对直流供电120 km/h B 型车，交流供电 140 km/h 和160 km/h 动车组
进行不同速度目标值下运行时间分析；最后，针对 120 km/h 、140 km/h 和 160 km/h 不同速度目标值，从线路标准、土建工程、机电设备、车辆购置费和运营维护成本几个方面进行技术经济分析，通过技术经济比较得到交流供电160 km/h 动车组速度目标值方案符合宁扬市域铁路功能定位，满足该线全程旅行时间 0.5 h 的目标，结论为南京至扬州市域铁路采用交流供电160 km/h 速度目标值方案。相关经验可为类似市域铁路速度目标值设计提供参考。
关键词：市域铁路；速度目标值；规划；研究中图分类号：U239.5
第一作者：李福新，男，高级工程师
带来了契机。速度目标值为列车所能运行的最高速度 [2]，是市域（郊）铁路前期研究阶段需要确定的重要技术标准之一。参考已开通运营和在建的市域（郊）铁路以及市域（郊）铁路相关设计规范标准，一般新建市域（郊）铁路的设计速度标准值范围为100～160 km/h 。
市域（郊）铁路速度目标值的选择需要考虑诸多因素。张麒宸[2]认为合理速度目标值的确定，主要根据速度目标值与站间距适应性、线路条件适应性、时间目标值、工程造价、社会经济效益等多因素进行综合分析论证。张学斌、彭朋[3]认为速度目标值的选择应结合线路的功能定位、旅客出行时间要求等因素综合考虑。
近年来，国内专家学者对市域（郊）铁路的速度目标值选择进行了相关研究。陈祥、周华主要针对上海市域铁路网中的机场联络线和嘉闵线从项目规划目标、功能定位、车辆性能、线路条件、车站设置、工程投资等多方面进行分析，提出速度目标值建议[4-
5]；张丽、高金
港[6]从功能定位、时间目标值、站间距合理设置等角度出发，论证宁扬城际铁路合理的速度目标值。柳振宇[7]全面分析了市域铁路速度目标值的影响因素和影响机制，构建基于客流预测和双层规划的2种速度目标值方案选择模型，从定量角度分析了市域铁路速度目标值的选择。市域（郊）铁路作为“四网”中的重要层级，是功能定位最为多变的层级[8]，其技术标准多样，对于其速度目标值需要重点研究。
本文重点对南京至扬州市域铁路（以下简称“宁扬市域铁路”）的速度目标值进行研究，在文献调研和上海、温州、昆明等有关城市市域铁路速度目标值选择研究成果的基础上，从项目功能定位、时间目标值、工程技术经济等方面进行研究分析，确定合理速度目标值，从而确定宁扬市域铁路的建设标准和工程规模。
高架车站
地下车站
高架换乘车站
地下换乘车站
高架线路
地下线路
地面线路
换乘线
图1 宁扬市域铁路线路方案示意图
规划设计
故该市域铁路的宁扬间的旅行时间应为0.5～1 h。
4.2 从长江三角洲地区多次层轨道交通规划分析
根据《长江三角洲地区多层次轨道交通规划》[11]，长三角地区构建多层次轨道交通网络布局，重点优
化通勤客流供给，引导市域（郊）铁路对都市圈各功能区的支撑，沟通连接5万人以上的城镇组团和重要经济开发区、工业园区、休闲旅游景点等，构造都市圈核心区域与周边各组团间0.5～1 h通勤交通网，引领上海、南京等都市圈一体化、同城化发展，促进上海、南京等大中城市和小城市、小城镇布局优化。
宁扬市域铁路列入长三角地区多层次轨道交通“十四五”规划建设项目，项目的建设将有助于打造南京市主城区与仪征市、扬州市城区等沿线城镇间0.5～1 h通勤圈，促进宁扬一体化发展。该市域铁路的速度目标值确定需满足0.5～1 h的时间目标值要求。
4.3 从江苏省城镇体系规划分析
根据《江苏省城镇体系规划（2015—2030年）》[12]，扬州属于南京都市圈100 km紧密圈层，南京至扬州间的交通规划时间目标为1 h，即南京主城区至扬州主城区全程旅行时间为1 h。
目前，南京与扬州两市间居民出行主要通过铁路、公路和自驾等交通方式。南京至扬州间现状铁路出行通过宁启铁路或连淮扬镇铁路，旅行时间最快为48 min，两市间开行的城际公交线路1.5 h到达，南京主城区至扬州城区小汽车出行时间约为1.5 h。
为体现宁扬市域铁路的竞争优势，南京主城区至扬州城区间轨道交通旅行时间应控制在1 h以内。该线
通过南京地铁4号线仙林湖站和扬州城区的扬州西站联系两市中心城区。旅客在仙林湖站换乘地铁2号线延伸线至南京中心城区旅行时间约30 min，故该线仙林湖站至扬州西站旅行时间应在30 min左右。
为实现线网规划时间目标及南京都市圈交通规划时间目标，提高市域铁路的市场竞争力，更好的吸引和服务客流，该线时间目标值应为：
全线最短旅行时间0.5 h，南京主
城区至扬州城区间1 h通达。
5速度目标值研究
5.1 速度目标值方案
该线的时间目标值为0.5 h，仙林湖—扬州西站运营长度为57.60 km，则该市域铁路列车旅行速度需达到115 km/h左右。根据行车组织方案，该线开行大站停快车和站站停列车，通过牵引计算模拟大站停快车运行工况，该线列车最高运行速度应在120 km/h及以上。
交流供电制式可适应更高的速度，如该线采用交流供电制式，则线路速度目标值具备进一步提高到140 km/h及以上的条件。因国内外速度目标值在160 km/h及以上的轨道交通线路，通常线路较长（
大于100 km），主要承担中、长距离旅客出行。该线为连接南京、扬州间市域铁路，运营线路全长57.6 km，平均站间距4.10 km，运营距离相对不长，平均站间距也不大，故速度目标值不宜超过160 km/h。
综上分析，本次研究选择直流供电120 km/h速度B 型车、交流供电140 km/h和160 km/h速度动车组进行分析研究。
5.2 速度目标值比选研究
5.2.1 时间目标值适应性
应用铁路牵引计算仿真运行系统，对3个方案的大站停快车和站站停列车工况进行模拟运行，3个方案的列车全程旅行速度、旅行时间如表1所示。
大站停快车全程旅行时间与规划时间目标值相比，交流供电140 km/h速度方案多1.5 min；交流供电160 km/h方案多0.3 min；直流供电120 km/h方案多6.9 min。交流供电140 km/h和160 km/h 2种速度方案基本满足30 min时间目标值要求。
站站停列车全程旅行时间与规划时间目标值相比，3 个速度方案站站停列车单程旅行时间均超过30 min；160 km/h速度方案较120 km/h和140 km/h速度方案分别节省3.7 min和2.1 min。
5.2.2不同列车运行速度的效能分析
（1）站间距离适应性分析。根据3个速度方案的车辆选型及其加减速性能，运用铁路牵引计算仿真运行系
表1 不同速度目标值列车牵引计算结果表
列车种类
直流供电120 km/h交流供电140 km/h交流供电160 km/h 旅行时间
/ min
旅行速度
/ km · h-1
旅行时间
/ min
旅行速度
/ km · h-1
旅行时间
/ min
旅行速度
/ km · h-1
大站停快车36.9 93.1 31.5 109.7 30.3 114.1 站站停列车46.9 73.4 45.3 75.8 43.2 79.5
南京至扬州市域铁路速度目标值研究
120 km/h 车型 140 km/h 车型 160 km/h 车型
1.0
2.0
3.0
4.0
距离 / km
图2 列车加减速性能比较图
）大站停快车达速比分析。该市域铁路大站停快车中间停靠龙潭站和仪征市区工农路站，经牵引计算模拟运行软件运行得出大站停快车达速比如表2所示由表可知：直流供电120 km/h，交流供电140 km/h和160 km/h 3种速度等级列车大站停快车全线达速长度分
36.9 km、31.4 km和17.5 km，占线路运营长度分
规划设计
统，直流供电120 km/h，交流供电140 km/h和160 km/h 3种速度方案信号系统造价基本无变化，其他机电设备系统如通信系统、火灾报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、自动售检票系统（AFC）、电扶梯及站台门系统等与行车速度无直接关系，列车最高行车速度变化，各系统的投资无变化。不同供电制式和速度目标值方案牵引供电系统差异较大，直流供电120 km/h 速度方案采用直流1 500 V供电制式，牵引供电系统的工程投资估算为19.50亿元；交流供电140 km/h和160 km/h速度方案均采用交流27.5 kV供电制式，这2个方案牵引供电系统的工程投资估算为13.43亿元。交流供电14
0 km/h和160 km/h速度方案供电系统较直流供电120 km/h速度方案节省投资6.07亿元。
5.3.4 车辆购置费
根据该线的客流预测和运营组织方案，通过模拟运营，直流供电120 km/h B型车、交流供电140 km/h和160 km/h动车组3种速度方案的初期配车（4辆编组）分别为23列、22列和21列，直流供电120 km/h B 型车、交流供电140 km/h和160 km/h动车组（考虑采用市域D型车）单价分别按800万元/辆、1 000万元/辆和1 100万元/辆考虑，3个速度方案的车辆购置费如表 4所示。
交流供电140 km/h和160 km/h动车组大站停快车旅行速度高于直流供电120 km/h B型车，车辆配置数略有减少，但交流供电动车组单价较直流供电B型车高。经计算，若以直流供电120 km/h B型车的购置费为基数，远期25年运营期交流供电140 km/h和160 km/h动车组方案较直流供电120 km/h B型车方案增加车辆购置费3.36亿元和5.10亿元。
5.3.5 运营维护成本
运营维护成本主要包括运营牵引能耗成本、车辆及机电设备维护检修成本和人员薪资成本等。为满足旅客运输的需要，初期、近期和远期各个不同的年度3个速度目标值方案的行车组织方案基本一致，每日总的运营列车公里数相差较小，各速度目标值方案运营维修成本相差较小。同时，交流供电制式相
对直流供电制式而言，由于其不需设置大量区间变电所，可大幅减少供电系统运营维护定员。因此不同速度方案运营维护费用的主要差别在于运营牵引能耗和人员薪资成本。
随着项目速度目标值的提高，运营牵引能耗会增加。根据浦镇车辆厂提供的列车牵引能耗数据，交流供电140 km/h和160 km/h动车组运营牵引能耗较直流供电120 km/h B型车分别增加约10%和15%；同时，由于直流供电电压低，在输出功率相同的情况下，电流会变大，引起供电网网损也较多。经研究测算，相对直流供电120 km/h B型车，25年运营期内交流供电140 km/h 和160 km/h动车组运营牵引能耗和网损累计增加费用分别为0.93亿元和1.81亿元。
直流供电制式电压低，供电距离短，供电设备多，接触网结构相对复杂，交流供电制式则相反。相对直流供电120 km/h速度方案，交流供电140 km/h和160 km/h速度方案在供电系统运营维护方面的定员可减少143 人，按人均15万元薪资考虑，交流供电140 km/h和160 k m/h速度方案25年可节省人工薪资成本5.36亿元。
5.3.6 综合技术经济比较
南京有几个火车站采用不同的速度目标值方案线路标准引起的土建工程投资、车辆购置费、运营成本等技术经济费用变化如表5所示。
由表5可知，以直流供电120 km/h B型车速度目标值方案为基准，交流供电140 km/h动车组速度目标值方案综合技术经济费用增加4.34亿元，交流供电160 km/h动车组速度目标值方案综合技术经济费用增加8.18亿元，分别占项目总投资288.54亿元的1.54%、
表4 车辆配属及购置费表
速度/ km · h-1车辆配属初期近期远期
120
配车/列234343购置费/亿元7.3613.7620.64
140
配车/列224040购置费/亿元8.81624
160
配车/列213939
购置费/亿元9.2417.1625.74
表5 技术经济比较表 亿元
项目
直流供电
120 km/h
交流供电
140 km/h
交流供电
160 km/h
线路标准-0.19 1.12
土建工程投资-11.2911.58
机电设备--6.07-6.07
车辆购置费（25年）- 3.36 5.10
运营维护成本（25年）--4.43-3.55
合计-+4.34+8.18
南京至扬州市域铁路速度目标值研究
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