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城市轨道交通网络化和资源共享

时间:2016-04-03 11:32来源:中国轨道交通网 作者:公交观察员 点击:
一、国内城市轨道交通的发展趋势 (一)概况 根据中国城市轨道交通协会披露,截止到2013年末,全国19个城市共开通城市轨道交通运营里程2746公里,其中:地铁2073公里,占75.5%;轻轨233公里,占8.5%;单轨75公里,占2.7%;现代有轨电车108公里,占3.9%;磁浮
      一、国内城市轨道交通的发展趋势
 
      (一)概况
 
      根据中国城市轨道交通协会披露,截止到2013年末,全国19个城市共开通城市轨道交通运营里程2746公里,其中:地铁2073公里,占75.5%;轻轨233公里,占8.5%;单轨75公里,占2.7%;现代有轨电车108公里,占3.9%;磁浮交通30公里,占1.1%;市域快轨277公里,占8.3%。
 
      (二)建设费用不断攀升
 
      上世纪90年代,地铁建设费用一般在5亿元/公里左右,其敷设方式一般以地下为主、高架为辅。如上海地铁1号线一期工程,平均每公里3.57亿元,天津地铁1号线3.52亿元/公里。到目前各城市的地铁线路投资普遍达到6~7亿元/公里以上,甚至接近或超过10亿元/公里,如近期拟建设的北京地铁3号线投资约11亿元/公里左右,6号线、14号线约9.8亿元/公里左右,上海地铁14号线高达14.8亿元/公里左右。当然,征地拆迁费用上升是主要因素之一,但工程费、设备费、人工费、材料费等的上涨也是重要因素。
 
      (三)运营普遍入不敷出,各市水平差距悬殊
 
      根据开通运营线路的15个城市统计,运营线路总成本378亿元,总收入199亿元,收入成本比为52%,普遍呈现入不敷出的状态。其中6市达到70%以上,6市50%左右,3市低于35%。
 
      (四)城市轨道交通的发展趋势
 
      我国的城市轨道交通建设和大发展已有20多年的历程,这中间积累了大量的设计、施工、运营经验、也有不少教训值得我们重视和吸取,其中之一就是形成网络之后的运营组织和机电设备系统如何进行资源共享,最大程度地发挥设备系统的作用,优化系统配置、减少土建和设备系统的投资,实现一个城市轨道交通由单线运营逐步向网络化运营的过渡。
 
      二、城市轨道交通建设需认真研讨的问题
 
      (一)网络化统筹运作趋势,将推动城轨管理模式的重大变革
 
      一般来说,当一个城市的城轨交通多线相交、运营里程达到一定规模,基本覆盖城市中心区域时,将进入网络化运营时代并产生网络效应。北京、上海、广州的网络效应日益明显,深圳、重庆、天津的网络效应逐步显现。2020年以后更有大批城市进入网络化时代。
 
      网络化进程正在加速推动城轨交通管理模式转变:一是由重建设规划,轻线网规划,向两种规划并重转变;二是建设模式由传统分散式向集约系统式转变;三是运营管理由单线分口向网络统筹转变;四是监管方式由粗放型向精细化转变;五是信息管理由数据分散向集中共享转变。网络化规划布局、点线面统筹安排,不同制式科学配置、多种资源共享、多线同期建设、网络化运营组织、城轨建设与城市发展互动等一系列网络因素纷纷显现,网络化将带动我国城轨交通进入新时代。
 
      (二)集约化资源共享趋势,将成为城轨交通与城市发展深度融合的契合点
 
      在一些城市的城轨交通规划建设中,出现了相邻相交线路的换乘站、停车场、车辆段、控制中心、主变电所等大型设施合址共建,地上地下资源综合利用,设施、设备、信息融合共享。出现了以城轨交通为联接点的城轨、航空、高铁、城际、长途客运、公交汽车、出租汽车、社会车辆等多种运输方式一体化开发建设的综合交通枢纽(上海虹桥、北京南站、天津站、南京南站等),造就了城市片片新区;出现了由“互联互通”网络化理念引导下的创新实践——拟定建设规划时,将规划内的各条线路之间、与既有线路之间、与线网规划汇总的未来线路之间,通过一批相关车站的统筹设计和预留条件,为实现跨线运营、共轨运营、快慢车混跑创造条件,以方便不同乘客的出行要求及换乘,增强运输能力。
 
      (三)实现网络化运营需要研究和解决的问题
 
      网络化运营是今后城市轨道交通的发展方向,它对于增加运营的灵活性,提高运营水平,更好地服务大众出行、降低建设投资、节约用地和节能环保等方面都有十分重要的作用。
 
      但网络化运营并非易事,需要经过不懈努力才可以做到:
 
      首先,在进行线网规划和建设规划时就要对轨道交通的网络化运营进行规划和研究,并预留充分的条件。同时地铁设计规范和标准也需进行相应的补充和完善。
 
      第二,应借鉴国铁的运营管理经验,各条线既可独立进行,又能全线网的统一协调、调度。
 
      第三,各条线之间的联络线和接轨站应尽可能创造条件使其具备贯通运营的条件,限界、车辆、站台计算长度、列车编组能相互包容,联络线、渡线能满足载客运行要求,接轨站也应有相应的配线等。
 
      第四,通信、信号、供电系统可以相互包容或制式一致,才可做到互联互通。
 
      第五,控制中心、车辆基地、主变电站以及换乘站的资源共享仅仅是网络化运营的初始阶段,也为今后的网络化运营奠定初步基础。
 
      三、网络化运营必须研究全网络的资源共享
 
      资源共享可分为控制中心、车辆段、停车场、主变电站和换乘站及机电设备系统的资源共享作为网络化运营的基础,最后发展到网络化运营。
 
      (一)控制中心的资源共享
 
      随着多线路、多运营商的网络运输格局形成,以往“一线一中心”的模式难以适应多线路、多运营商状况下的网络运输协调、突发事件处置的需要。为保证轨道交通线网的安全、集约、高效运营;满足多投资主体、多运营商、网络化运营条件下轨道交通线网的统一管理、信息共享;更好地为乘客提供优质服务,必须对轨道交通网络运营进行统一调度指挥,实现调度指挥中心建设、运营组织协调、资源信息共享、突发事件应急处置和网络对外协调统筹规划、统一管理。
 
      轨道交通线网控制中心作为轨道交通线路运营的核心综合协调角色,全面负责全线所有运行车辆、车站、区间、客流、设备、行车等进行总的监视、协调、指挥、调度和管理。在轨道交通网形成后,为了轨道交通网络中各条线路能够有效地协调运作,适应线网的发展,建立一个具有列车运营管理信息、乘客信息、设备信息以及管理信息的平台,掌控全局的网络化运营系统是十分必要的。
 
      (二)车辆基地资源共享
 
      1.从全路网考虑,车辆基地建设是实现资源共享的重要条件
 
      车辆基地是城市轨道交通建设项目中重要的组成部分,占地多、规模大、一般车辆基地占地都在30~35公顷,有的甚至更多。停车场占地也在10公顷左右,投资在4~9亿人民币左右,占一条线工程总投资的4~8%。它涉及到车辆、线路、站场、工务、供电、通信、信号、建筑、给排水、消防等系统或专业,是地铁建设的主要控制环节之一。由于投资较大、占地较多、确定合理的功能布局对降低工程投资、节约用地有重要的意义。车辆基地不仅在地铁建设期中对控制投资和工期有着至关重要的作用,而且在运营期中对于降低运营成本、保证运营安全、实现高效管理亦有着重要的作用。
 
      2.合理整合设备资源、充分发挥作用
 
      若线网中每条线路均设置具备厂架修能力的车辆段,则会形成厂、架修的设备、设施利用率低,造成人力、设备、土地等资源的浪费;若线网中的厂架修车辆段设置过少,则会造成厂架修能力紧张、联络线设置过多等问题,会造成土建工程增加,给运营管理带来不便。综合维修中心的大型检查、维修机械的资源共享(如接触网检查车、磨轨车等)也会节约大量资金。因此,合理进行车辆段、停车场的资源整合,使设备充分发挥作用,对降低工程投资,实现资源共享,具有十分重要的意义。
 
      (三)主变电所资源共享
 
      1.优化利用城网电力资源
 
      随着城市轨道交通网络化建设的推进,如果仍按照单线模式进行配置主变电站,那么城轨供电系统将占用大量的城市电网电力资源,不但主变电所数量大大增加,也占用公用电网更多的110kV间隔资源,并加大了轨道交通建设的总体投资,给城轨规划带来影响和压力,同时给城市电网220kV的布局和规划造成很大的困难,使两者的综合投资效益降低。因此,如何利用有限的城市电网电力资源更好地为城市轨道交通网络供电,是主变电所资源共享研究的重点。
 
      2.完善轨道交通供电系统结构
 
      如果城市轨道交通供电系统按照单线进行配置,那么各条线的供电系统基本独立,当供电系统发生故障时,只能依靠本线供电系统自身的故障应对能力,则对主变电所备用容量要求较大。供电系统资源共享,不同线路间的外部电源可以综合配置,不同线路间的供电系统可以相互支援,进一步提高城市轨道交通线路的建设水平和服务水平,达到电力资源的综合配置,解决与城市公用电网接口问题,提高城市轨道交通供电系统的可靠性,保障轨道交通供电网可靠有序的运行。
 
      3.减少对市政工程建设干扰
 
      城市轨道交通线路主变电所如果按单线建设模式考虑,主变电所数量将大大增加,不仅造成轨道交通供电资源、城市电力系统资源的严重浪费,而且需要建设大量的从供电电源点至轨道交通受电点的电力通道,对城市规划和市政建设带来诸多困难,造成投资浪费,甚至影响轨道交通建设工期。因此,在满足轨道交通供电性能和可靠性要求的前提下,应从网络化建设的模式,对轨道交通主变电所的布局综合考虑、多点优化,尽量减少主变电所的设置,最大限度地减少对市政建设、规划的影响。
 
      4.主变电所资源共享是社会发展的必然
 
      随着城市基础设施(电力、交通等)建设速度加快、建设规模日益加大,按照系统规划、资源共享、综合效益、安全可靠、风险控制原则,采取科学的决策十分必要。争取做到分时规划、分区规划,即按照城市轨道交通工程的建设年度,规划在一定的区域内同步建设的主变电所外部电源,准备建设的主变电所的数目,综合考虑、统一规划,避免重复建设,造成不必要的浪费所带来的经济损失和不良的社会反响。
 
      (四)换乘站资源共享
 
      我国城市轨道交通的建设日新月异,各个城市的轨道交通线网规划也不断地进行修编,延伸。一般的最少在5条线以上,特大城市的线网规划甚至超过20条线,如此众多的轨道交通必然会产生大量的换乘车站,换乘站除做好换乘节点、换乘型式的研究和预留外,机电设备系统的资源共享是节约地铁建设投资,完善地铁换乘车站的运营管理,进而为网络化运营创造条件的重要内容。
 
      1.换乘站“资源共享”的目标
 
      两线或多线同台或节点换乘车站的设计按整体考虑,施工时按阶段分期实施;多线换乘车站同时发生灾害事故的几率按一次考虑,事故时整个车站按“一个整体站”考虑。
 
      (1)作为一个完整的车站,设备共享指挥统一。平时统一指挥协调,节省设备及减少人员。
 
      (2)节省房屋面积,节省土建工程。
       
      (3)有条件的机电设备可以共用,又可以节省大量的投资和运营费用。
 
      (4)灾害状态统一指挥,作为一个整体协调一致。
 
      (5)换乘站资源共享问题解决的好,则会节省相当数量的机电设备、设备房间的建筑面积和大量投资,运营期间还可以节约大量的能源和人力,同时又便于统一指挥。
 
      2.“资源共享”实现四个共享、三个资源合理利用
 
      四个共享:系统共享、空间共享、设备共享、管理共享。三个资源合理利用:电力资源、设备资源、空间资源的合理利用,达到综合配置、高效使用和保护环境的目的。
 
      3.“资源共享”的原则
 
      对轨道交通换乘车站机电系统资源集成共享的原则是:实现轨道交通换乘车站机电系统的集成向标准化、模块化、人性化的方向发展,节省工程投资,加快建设进度,提高设计、运营管理水平,对轨道交通换乘车站机电系统资源共享建设执行过程中存在的操作性、实施性、规范性等方面的问题进行重点研究,在不影响各线的独立运营功能,且满足基本系统设计要求的基础上,对换乘车站从共享角度进行优化整合。
 
      大城市的轨道交通网络中,换乘站数量越多,越能方便乘客出行。因此换乘车站的机电设备资源共享的问题就是一个普遍需要认真解决的大事,解决的好则会节省相当数量的机电设备、建筑面积等,减少大量投资,运营期间还可以节省大量的能源和人力,同时又便于统一指挥。
 
      4.做好“资源共享”的考虑
 
      总的原则:在建设过程中应该是同步规划、同步设计、分期实施、预留条件;在运营中能满足两线各自在不同设计情况下的运营要求。提供各线独立运营、共享设计下的各线系统可相互提供支持或备用,从而在系统的容量方面和可靠性上,都得到互利互补的功效。由两线的管理单位共同运营管理,对共享的应用方面,需双方协调,才不会引起应用上的混乱和冲突。
 
      关于地铁换乘站机电设备资源共享问题,根据不同的换乘方式可以有不同的资源共享。
 
      (1)同站台平行换乘的车站资源共享
 
 
 
      ①车控室:换乘车站只考虑一个综合车站控制室。
 
      ②共享空间:站厅层公共区集散空间共享,垂直电梯共享,警务室、公用通信室、公安通信室、站厅清扫室、站长室、交接班室、厕所、污废水泵房、客服中心两线共用,按满足两线要求统一布置。
 
      ③出入口:车站出入口统一布置,满足地铁客流及行人过街要求。
 
      ④消防:消火栓泵、给排水及消防用水引入管共享,消防泵房、消火栓及管网系统共用,按满足两站要求统一布置。
 
      ⑤环控系统:
 
      (a)隧道通风系统:阻塞工况和火灾工况事故发生时,设计在严格遵守规范的前提下,可以根据具体条件,考虑两线是否具备共用机械通风风亭条件,事故与排热风机也考虑在条件允许的前提下两线共用。由于采用共享,风机、风道和风阀配置和布置也需要满足各种工况下的运营模式。
 
      (b)环控冷水系统:共享系统的设计应按整体换乘车站冷量要求,按冷水用量和冷负荷级别设定冷水机组、冷却水泵和冷却塔。并且要求设计实现冷水机组、冷却水泵和冷却塔之间的联锁保护控制,实现定流控制。
 
      (c)通风空调机房、组合式空调箱及回/排风机(兼排烟):车站大系统采用全空气一次回风空调系统,原则上在站厅层两端设通风空调机房,各设1台组合式空调箱,1台回/排风机(兼排烟),各负责车站一半的公共区通风空调负荷,通风空调机组的运营。共享系统按整体车站通风空调容量为设计基础,设定在各种工况下的制冷量要求。同时需考虑风机。风道和风阀的配置和布置,可分别满足独立运营和共享运营模式下的设定要求。在此基础上设定各工况的运转模式。
 
      (d)车站环控小系统:车站环控小系统的共享主要可以体现在集中、整合各管理用房和设备用房的位置来达到设备上和用房空间上的共享目的。为达到共享的效果,在针对用房布置和建筑设计上,机电专业和建筑专业都需要紧密协调和沟通,方能达到有效集中整合用房的合理布置。小通风机房的位置尽量接近设备和管理用房,使得风管和通风空调机组可到达地理上的共享条件。同时,在最理想的条件下,机房尽量靠近大系统的风井。可共享送风井和排风井,以及共享设备维护空间。减省运营成本、维护管理的资源。各线可各自监察共享的机组,而控制、维护和管理,则可以通过协调由其中一线的车站管理单位负责。
 
      ⑥AFC:两站只设一套AFC系统,按两座车站的客流要求设计,终端设备、车站计算机实施共享。AFC的紧急报警按钮在综合车控室内合并。
 
      ⑦广播和电视监控:站厅层公共区广播设备和电视监控设备共享,由先期工程实施,并预留后续系统的接入条件。
 
      ⑧给排水及消防:两线可共享。消防无线通信方面,站厅公共区的消防无线通信设备共享,由先期工程施工,并预留后续系统的接入条件。
 
      ⑨FAS、BAS:由先期工程设置,系统容量考虑先期工程、后续线接入的要求,现场设备的设置根据工期要求分期实施。
 
      ⑩牵引供电可暂不考虑设备共享。“牵引所”一般不考虑为两条线供电设备共享。
 
      门禁系统:两线合设门禁系统,由先期工程设置,纳入先期工程统一管理。
 
      动力与照明:降压变电所考虑共享、站台照明共享。进出线回路容量、变压器容量及设备安装位置预留。
 
      乘客导乘系统:站台层两线分别设各自的乘客导乘显示终端。广告图文信息各自独立设置。
 
      无线通信:各条线无线通信如能统一招标,统一设置一个交换机,将是机电设备最大的共享设备。
 
      (2)车站主体相连的节点换乘的车站资源共享
 
      ①  车控室:换乘车站只考虑设一个综合车站控制室。
 
      ②  给排水及消防:消火栓泵、给排水及消防用水引入管共享,消防泵房共用,按满足两站要求统一设置。公厕、污水泵及泵房共用。
 
      ③  环控系统:对主体相连的节点换乘车站,隧道通风系统存在共享条件时需尽量选用两个车站站端距离最短的空间作为共享隧道通风机房和风井的设定位置。
 
      ④  FSA、BAS系统也可考虑共享。
 
      (3)车站主体独立、通道换乘站资源共享
 
      ①消火栓泵、给排水及消防用水引入管共享,消防泵房共用,按满足两站要求统一设置。
 
      ②公厕、污水泵及泵房共用。
 
      (4)换乘站管理模式
 
      换乘站除了对本线设备、管理用房进行优化、整合外,还要结合各系统设备情况研究资源共享方案,对两条(或多条)线设备、设备及管理用房优化整合,协调设计,合理利用空间资源。充分发挥资源共享的优势,减少土建及系统的投资,避免设备的重复配置。
 
      换乘站是城市轨道交通线路的交汇点,规划运营期各线间交汇换乘应按总体一站模式进行,即一名站长负责制,对分属各线的车站设备和人员采用分线管理,对售票员、检票员等票务人员可考虑综合设置。
 
      四、小结
 
      总之,换乘站的资源共享和管理模式应根据换乘形式和各条线的运营管理模式具体研究确定。
 
      第一,城市轨道交通建设从规划开始就应把网络化作为重要的条件进行研究和创造条件。
 
      第二,网络化的运营,需要从整个城市轨道交通网络的角度,协调各条线的运营需求、以实现网络中各条线的有效运作,充分发挥系统的整体能力和效益,确保网络运行的安全性和可靠性。同时要根据网络化运营的需要补充和完善地铁设计规范和标准。
 
      第三,控制中心、车辆基地、主变电站及换乘站的资源共享是网络化的必要条件,是轨道交通规划、建设必须认真研究和落实的重要环节。对供电、信号、通信等涉及到运营安全的系统,也应从网络的角度研究解决。
 
      第四,资源共享对降低工程造价、节约用地、节能环保乃至轨道交通建设的可持续发展具有重要作用。
 

      本文作者:中铁上海设计院集团有限公司顾问总工程师 刘志义 

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