機(jī)場捷運系統(tǒng)制式選型研究

劉亞男

（華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210014）

1 引言

機(jī)場旅客快捷運輸系統(tǒng)（簡稱“機(jī)場捷運系統(tǒng)”）通常指用于運輸機(jī)場內(nèi)部旅客的軌道交通系統(tǒng)，具有安全、可靠、高效、環(huán)保的優(yōu)點，可有效提高機(jī)場服務(wù)質(zhì)量。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2023年9月7日，世界上已有56個機(jī)場開通運營機(jī)場捷運系統(tǒng)，另有多個機(jī)場規(guī)劃建設(shè)或正在建設(shè)[1-2]。雖然機(jī)場捷運系統(tǒng)在我國的發(fā)展尚處于起步探索階段，但隨著新建機(jī)場（尤其是樞紐機(jī)場）的數(shù)量不斷增加，預(yù)計未來將有更多機(jī)場配套建設(shè)此類系統(tǒng)。

近年來，國內(nèi)城市軌道交通呈現(xiàn)多制式協(xié)同發(fā)展的新格局。根據(jù)T/CAMET 00001-2020《城市軌道交通分類》標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)場捷運系統(tǒng)制式可有多種選擇，如自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、地鐵、有軌電車、跨座式單軌、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)[3]。機(jī)場捷運系統(tǒng)的制式選型會對工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)規(guī)模和投資等產(chǎn)生直接影響，是工程建設(shè)須解決的首要問題。

為此，本文在闡述機(jī)場捷運系統(tǒng)技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，提出其制式選型的6個主要評價指標(biāo)，即線路適應(yīng)性、客流適應(yīng)性、乘客舒適性、環(huán)境友好性、技術(shù)成熟度和工程經(jīng)濟(jì)性，并據(jù)此對機(jī)場捷運系統(tǒng)可用的自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)、跨座式單軌、地鐵、有軌電車5種制式進(jìn)行對比剖析，最后結(jié)合某工程案例進(jìn)行具體分析，以期為類似項目的技術(shù)決策提供參考和借鑒。

2 機(jī)場捷運系統(tǒng)技術(shù)特點

機(jī)場捷運系統(tǒng)作為一種機(jī)場內(nèi)部的旅客運輸系統(tǒng)，應(yīng)與機(jī)場規(guī)模、客流需求、服務(wù)水平、環(huán)境要求、運營特點、建設(shè)條件、功能區(qū)布局等相適應(yīng)。通過對國內(nèi)外機(jī)場捷運系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，總結(jié)機(jī)場捷運系統(tǒng)技術(shù)特點如下。

（1）由于機(jī)場空防管控嚴(yán)格，因此通常以安全檢查（以下簡稱“安檢”）為界將機(jī)場捷運系統(tǒng)分為陸側(cè)系統(tǒng)和空側(cè)系統(tǒng)2類。陸側(cè)系統(tǒng)服務(wù)安檢前的旅客，用于連接航站樓（未安檢區(qū)）、機(jī)場外圍停車場、商業(yè)設(shè)施、與其他交通方式的換乘站等；空側(cè)系統(tǒng)服務(wù)安檢后的旅客，需要區(qū)分國內(nèi)、國際旅客，用于連接航站樓（已安檢區(qū)）、衛(wèi)星廳、指廊、登機(jī)門等。陸側(cè)系統(tǒng)和空側(cè)系統(tǒng)的區(qū)別在于所服務(wù)旅客不同。在實際應(yīng)用中，機(jī)場捷運系統(tǒng)需采取技術(shù)手段分隔站臺和車廂，以達(dá)到一列車同時服務(wù)陸側(cè)和空側(cè)旅客的目的。

（2）機(jī)場捷運系統(tǒng)需具有較強(qiáng)的客流適應(yīng)性。機(jī)場捷運系統(tǒng)有旅客種類多、客流量波動大的特點。旅客種類多表現(xiàn)在：旅客可根據(jù)到發(fā)情況分為國內(nèi)出發(fā)、國內(nèi)到達(dá)、國際出發(fā)、國際達(dá)到、國內(nèi)轉(zhuǎn)國內(nèi)、國內(nèi)轉(zhuǎn)國際、國際轉(zhuǎn)國內(nèi)、國際轉(zhuǎn)國際8類，在此基礎(chǔ)上須按照是否安檢、是否通過中國出入境檢驗檢疫（CIQ）流程將上述8類旅客重新歸并為國際未檢、國際已檢、國內(nèi)已檢和國內(nèi)未檢4個分組，這4個分組在乘坐機(jī)場捷運系統(tǒng)時需要相互隔離?？土髁坎▌哟蟊憩F(xiàn)在：受航班計劃和航班波動等影響，機(jī)場捷運系統(tǒng)客流量會在一天內(nèi)出現(xiàn)多個高峰、低谷。因此，機(jī)場捷運系統(tǒng)需要根據(jù)不同旅客類型及各時間段的不同客流量進(jìn)行靈活編組，在滿足多類旅客隔離需求、保證機(jī)場服務(wù)水平的同時，減少運能浪費。

（3）機(jī)場捷運系統(tǒng)在空間舒適度、等候時間等方面對服務(wù)水平的要求更高。機(jī)場捷運系統(tǒng)主要服務(wù)商務(wù)客流，與地鐵相比，對服務(wù)品質(zhì)的要求更高。根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》1.0.15條的規(guī)定，“在確定地鐵系統(tǒng)運能時，車廂有效空余地板面積上站立乘客標(biāo)準(zhǔn)宜按每平方米站立5～6名乘客計算”[4]，而機(jī)場捷運系統(tǒng)通常采用3人/m2的站立標(biāo)準(zhǔn)，相較地鐵，空間舒適度更高。此外，地鐵對于行車間隔的要求為初期平峰時段不應(yīng)大于10 min，高峰時段不宜大于5 min，而機(jī)場捷運系統(tǒng)的最大行車間隔為5 min，比地鐵系統(tǒng)要求更為嚴(yán)格[5]。

（4）機(jī)場捷運系統(tǒng)為全天候運行，要求具有高可靠性。大型樞紐機(jī)場通常為24 h不間斷運行，機(jī)場捷運系統(tǒng)作為機(jī)場旅客運輸系統(tǒng)的重要組成部分，也應(yīng)全天候運行，而且必須安全可靠，即使在系統(tǒng)故障情況下也要滿足運營需求，不能因維修導(dǎo)致機(jī)場癱瘓。

（5）機(jī)場捷運系統(tǒng)要求保證空防安全。機(jī)場在乘客分類、安檢和安保方面要求較高，因此機(jī)場捷運系統(tǒng)要遵從機(jī)場的空防管理，甚至要配備專門設(shè)施和設(shè)定管理機(jī)制。

3 制式選型比選內(nèi)容及評價指標(biāo)

機(jī)場內(nèi)外部環(huán)境復(fù)雜，捷運系統(tǒng)作為機(jī)場客流運輸組織中的一個環(huán)節(jié)，與機(jī)場各個子系統(tǒng)密不可分。結(jié)合機(jī)場捷運系統(tǒng)自身技術(shù)特點，并考慮其與機(jī)場各子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性，本文提出其制式選型的6個主要評價指標(biāo)，即線路適應(yīng)性、客流適應(yīng)性、乘客舒適性、環(huán)境友好性、技術(shù)成熟度和工程經(jīng)濟(jì)性，并據(jù)此對機(jī)場捷運系統(tǒng)可用的自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)、跨座式單軌、地鐵、有軌電車5種制式進(jìn)行對比分析，具體內(nèi)容如下（表1）。

表1 各種制式對比評價表

（1）線路適應(yīng)性。機(jī)場航站樓、衛(wèi)星廳平面構(gòu)型多樣化，空間劃分和結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜，機(jī)場捷運系統(tǒng)的線路布置應(yīng)與其相適應(yīng)，通常需要設(shè)置小半徑曲線和大坡度。因此，其制式選擇應(yīng)考慮上述因素，以滿足機(jī)場的有限空間和復(fù)雜線路條件要求。在上述5種制式中，導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)正線最小曲線半徑及最大坡度分別為15 m和80‰，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)為22 m和100‰，有軌電車為25 m和70‰，線路適應(yīng)性均較好；跨座式單軌為100 m和60‰，線路適應(yīng)性略差；地鐵為250 m和30‰，線路適應(yīng)性最差。

（2）客流適應(yīng)性。根據(jù)機(jī)場捷運系統(tǒng)的技術(shù)特點，其需在滿足運能需求的同時，具備車輛靈活編組、車廂易分隔的功能。在運能方面，按照3人/m2的站立標(biāo)準(zhǔn)，地鐵運能最大，約為0.8～2.5萬人次/h；自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和跨座式單軌中等，分別為0.2～1.5萬人次/h和0.5～1.7萬人次/h；有軌電車和導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)運能較小，均在1萬人次/h以下。在車廂分隔方面，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)的車輛不分頭尾車和中間車，每輛車都可獨立運行，其余4種制式車輛均分頭尾車和中間車，用貫通道相連，需采用物理措施分隔車廂。在車輛靈活編組方面，有軌電車為3～5節(jié)模塊化編組，靈活性較差；地鐵、跨座式單軌和導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)為2～6節(jié)編組，靈活性較好；自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)車輛可單車獨立運行，1～6節(jié)編組，靈活性最好。

（3）旅客舒適性。機(jī)場捷運系統(tǒng)的旅客舒適性與車廂環(huán)境等因素密切相關(guān)。車門個數(shù)及寬度、車廂尺寸、車內(nèi)振動噪聲等直接影響車廂環(huán)境。對于前兩點，地鐵車輛車廂尺寸較大，車門較多較寬，旅客上下車最為方便快捷，舒適性最好；自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和跨座式單軌次之；有軌電車車門雖多卻窄，導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)車門少且窄，對旅客上下車有影響。對于車內(nèi)振動噪聲，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)、跨座式單軌為膠輪制式，車內(nèi)振動噪聲小，地鐵和有軌電車為鋼輪鋼軌制式，車內(nèi)振動噪聲較大。

（4）環(huán)境友好性。航站樓和衛(wèi)星廳為機(jī)場環(huán)境敏感區(qū)，捷運系統(tǒng)車站和區(qū)間與其結(jié)合緊密，布置在其建筑內(nèi)部、地下或頂部。因此，捷運系統(tǒng)制式選型須充分考慮車輛運行過程中對航站樓、衛(wèi)星廳的振動噪聲影響。自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)、跨座式單軌均為膠輪制式，采用橡膠輪胎，運行時產(chǎn)生的振動噪聲小，而地鐵和有軌電車為鋼輪鋼軌制式，列車振動噪聲較大，需要額外增加減振降噪工程，以減少對周圍環(huán)境的影響。

（5）技術(shù)成熟度。機(jī)場捷運系統(tǒng)車輛技術(shù)安全可靠、產(chǎn)品成熟穩(wěn)定，是滿足機(jī)場高質(zhì)量服務(wù)和24 h運營要求的必要條件。此外，捷運系統(tǒng)通常規(guī)模較小，因此還要考慮國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化、市場化因素。在系統(tǒng)制式選型分析時，可從技術(shù)可靠性與先進(jìn)性、車輛及設(shè)備國產(chǎn)化率、運營里程3方面分析各種制式的技術(shù)成熟度。在技術(shù)可靠性與先進(jìn)性方面，上述5種制式中，除有軌電車外，其他4種制式均可采用故障率低、可靠性高的無人駕駛技術(shù)，其中自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)采用無人駕駛技術(shù)的歷史最悠久，可靠性最高。在車輛及設(shè)備國產(chǎn)化率方面，地鐵的國產(chǎn)化率為100%，跨座式單軌為95%以上，有軌電車為90%以上，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)與導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)均為85%以上。在運營里程方面，地鐵和有軌電車運營里程相對較長，國內(nèi)已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，市場較為成熟，其余3種制式的運營里程也在持續(xù)增加。

（6）工程經(jīng)濟(jì)性。工程經(jīng)濟(jì)性相關(guān)評價指標(biāo)為工程造價、車輛購置費、運維費用，都與系統(tǒng)制式的選擇直接相關(guān)，需結(jié)合項目具體分析。工程造價主要包括土建成本和機(jī)電設(shè)備成本。通常情況下，高架敷設(shè)時，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、跨座式單軌及地鐵車輛軸重較大，工程造價高，有軌電車次之，導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)最低；地下敷設(shè)時，地鐵由于采用接觸網(wǎng)供電，所需斷面更大，造價更高，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和有軌電車造價相對較低，導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)和跨坐式單軌通常不采用地下敷設(shè)形式，故此處不做討論。車輛購置費根據(jù)載客量折算的人均費用計算，在上述5種制式中，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)車輛購置費最高，跨座式單軌較高，導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)和有軌電車中等，地鐵最低。運維費用包括運營費用和維護(hù)費用，與車輛的產(chǎn)業(yè)化程度以及能否與其他城市軌道交通資源共享有關(guān)。通常情況下，地鐵的人員成本、牽引能耗、車輛檢修復(fù)雜程度都較高，運維費用最高；自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和跨座式單軌車輛的車體相對較輕，修程簡單，運維費用中等；導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)和有軌電車的運維費用最低。

4 制式選型案例分析

國內(nèi)某機(jī)場現(xiàn)有T1、T2兩座航站樓，規(guī)劃沿航站樓東西兩側(cè)建設(shè)“L+1”形的機(jī)場捷運系統(tǒng)，串聯(lián)T1、T2航站樓及各指廊。西側(cè)“L”形線路服務(wù)于空側(cè)國內(nèi)旅客和陸側(cè)旅客運輸，東側(cè)“1”形線路服務(wù)于空側(cè)國際旅客運輸（圖1）。

圖1 某機(jī)場捷運系統(tǒng)規(guī)劃示意圖

T2航站樓建設(shè)時預(yù)留了機(jī)場捷運系統(tǒng)的實施條件，但所預(yù)留的墩柱荷載、轉(zhuǎn)彎條件和站臺空間限制了系統(tǒng)制式的選擇，以致其只能選擇自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)2種制式。由于二者均為膠輪制式，在線路適應(yīng)性、乘客舒適性、環(huán)境友好性方面差別不大，因此下面主要對客流適應(yīng)性、工程經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟度進(jìn)行對比。

（1）客流適應(yīng)性。自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)的每輛車都有動力配置，控制系統(tǒng)獨立運行，車輛不設(shè)貫通道，既能單輛車運行，又可多輛車連掛。因此，其能夠?qū)崿F(xiàn)1～6 輛靈活編組，便于分隔旅客，在改、擴(kuò)編時無需人工操作，也無需對車輛進(jìn)行技術(shù)改造。導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)車輛有頭尾車和中間車的區(qū)別，最小編組為2輛，連接的車廂之間設(shè)有貫通道，車輛的改、擴(kuò)編涉及頭尾車、中間車、貫通道、隔板等的設(shè)置，編組技術(shù)復(fù)雜，不利于對車輛進(jìn)行靈活編組以滿足不同時段的旅客運輸需求，若采用最大固定編組運營，又會在低谷時段造成運能浪費。

（2）工程經(jīng)濟(jì)性。表2展示了自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)與導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)2種制式的全壽命周期成本對比結(jié)果（計算期為25年）。由表可知，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)的全壽命周期成本約為23億元，比導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)成本高。

表2 2種制式的全壽命周期成本對比表 億元

（3）技術(shù)成熟度。自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)在國內(nèi)外機(jī)場和城市交通中應(yīng)用比較廣泛，技術(shù)成熟可靠，運營經(jīng)驗豐富。而導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)為國內(nèi)近年研發(fā)的新型城市軌道交通系統(tǒng)，目前城市軌道交通運營線路較少，且尚無作為機(jī)場捷運系統(tǒng)的應(yīng)用案例。因此，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)在技術(shù)成熟度方面比導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)更具優(yōu)勢。

從技術(shù)角度看，自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)在客流適應(yīng)性和技術(shù)成熟度上更具優(yōu)勢，但工程經(jīng)濟(jì)性較差，項目系統(tǒng)制式的最終確定還需考慮機(jī)場其他相關(guān)部門的意見。該機(jī)場捷運系統(tǒng)因受新冠疫情影響在初期只實施預(yù)留工程，考慮到自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)在技術(shù)上更具包容性，所以預(yù)留工程暫按其車輛技術(shù)參數(shù)開展相關(guān)預(yù)留工程設(shè)計。

5 結(jié)語

近年來，我國城市軌道交通制式呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，選擇與建設(shè)條件、客流需求相匹配，同時又高效舒適、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、綠色低碳的制式是城市軌道交通工程建設(shè)需解決的首要問題。機(jī)場捷運系統(tǒng)是服務(wù)于機(jī)場內(nèi)部旅客運輸?shù)能壍澜煌ㄏ到y(tǒng)，其制式選型會對工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)規(guī)模和投資等產(chǎn)生直接影響。本文結(jié)合機(jī)場捷運系統(tǒng)的技術(shù)特點，提出其制式選型的評價指標(biāo)，并據(jù)此分析5種常用制式的適用性，以期為機(jī)場捷運系統(tǒng)制式選型提供參考。