城際鐵路與高速地鐵互聯互通技術研究
——以廣州地鐵22號線與廣佛環城際鐵路為例

張文斌

（1.中鐵第一勘察設計院集團有限公司 軌道交通工程信息化國家重點實驗室，陜西 西安 710043；2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司 陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室，陜西 西安 710043）

1 研究背景

隨著城市群、都市圈的形成和發展，城市空間結構的重構，為滿足旅客出行的便捷性和實現出行的差異性需求，需要構建多層次、一體化的軌道交通系統。我國軌道交通體系主要由國家鐵路干線、城際鐵路和城市軌道交通等層次構成[1]，要保證各層次軌道交通系統服務的連續性和高效率，必須整合多種制式軌道交通，構建針對不同服務范圍和特征需求的軌道交通功能層次，實現互聯互通、融合一體的軌道交通體系。

目前，珠三角地區及其他城市群或都市圈的不同軌道交通制式間主要通過車站換乘的方式實現互聯互通，通過提供不同交通方式間的信息共享、一卡通乘車等機制，保證換乘的便捷性[2]。但隨著珠三角地區經濟快速發展，旅客出行需求日益增長，對時效性和便捷性要求不斷提升，需進一步研究實現不同軌道交通系統間跨線運營的互聯互通，滿足區域之間、城市之間快速通達。目前，列車實現跨線運營仍存在一些建設標準、設備選型及運營管理等多方面技術上的難題[3]，以廣佛環線佛山西至廣州南段與廣州地鐵22 號線(采用市域D 型車按高速地鐵標準設計)間的跨線運輸為例，對城際鐵路與采用市域D型車的高速地鐵間實現跨線運營的互聯互通的可行性進行分析研究。

2 項目概況

2.1 廣佛環線

廣佛環線佛山西至廣州南段位于粵港澳大灣區的廣州市和佛山市境內。線路西起佛山西站至廣州南站，全長35.001 km，新設車站5處，其中地下站3 處(東平新城、陳村和廣州南站)，高架站2 處(張槎和北滘站)，平均站間距7.36 km，最大站間距為佛山西站至張槎站11 km，最小站間距為陳村站至廣州南站4.505 km。設綜合檢修基地一處，從北滘站引出，按城際鐵路標準設計，運行CRH6 系列城際動車組列車。

2.2 廣州地鐵22號線

廣州地鐵22 號線起始于南沙區的萬頃沙，終止于荔灣區的白鵝潭，線路全長67.4 km，設站12 座，平均站間距6.0 km。其中萬頃沙至番禺廣場段與18 號線共線，長約36 km，設站4 座，平均站間距9.0 km；番禺廣場至白鵝潭長約31.4 km，均為地下線；設站8 座，換乘站4 座，平均站間距4.3 km，采用市域D型車按高速地鐵標準設計。

廣佛環線與廣州地鐵22 號線位置關系示意圖如圖1所示。

圖1 廣佛環線與廣州地鐵22號線位置關系示意圖Fig.1 Location of Guangzhou-Foshan ring intercity railway and Guangzhou Subway Line 22

3 跨線運營需求及運輸組織可行性分析

3.1 跨線運營需求分析

3.1.1 互聯互通必要性分析

（1）從項目功能定位分析。廣佛環線是珠三角城際軌道交通網中東部線網和西部線網之間重要的聯系線，串聯起白云機場、廣州南站、佛山西站三大交通樞紐，其中佛山西至廣州南段承擔東西向廣州與佛山兩市間軌道交通快線作用，對促進廣佛同城化具有重大意義。廣州地鐵22 號線自南向北依次連接了南沙樞紐和南沙機場、廣州南站地區、西朗以及白鵝潭地區，作為廣州南部地區的快速聯系通道，定位為南部快線，從項目功能定位分析，兩線均承擔區域內快速軌道交通功能，且在廣州南站十字交叉，具有互聯互通需求。

（2）從城市空間布局及承擔客流分析。廣州與佛山同屬廣州都市圈，為發揮廣州主核心、佛山副核心的引領帶動作用，需加快推進廣佛同城化，強強聯合共建國際化都會區。廣佛環線路主要敷設佛山市、廣州市，廣州地鐵22 號線線路敷設廣州市南沙區、番禺區和荔灣區，為強化廣州佛山同城效應、打造布局合理、功能完善、聯系緊密的城市都市圈，需加強交通體系有效對接、基礎設施共建共享。同時，廣佛環線與廣州地鐵22 號線作為廣州都市圈快速軌道交通的組成部分，主要承擔都市圈內客運交流，因此為實現廣佛同城化，便捷都市圈內客運交流，兩線應實現互聯互通。

3.1.2 廣佛環線與廣州地鐵22號線換乘條件分析

廣佛環線佛山西站至廣州南站段位于廣州市和佛山市，西連佛肇城際(肇慶—佛山西)，東接佛莞城際(廣州南—東莞)，在東平新城站與廣佛江珠城際(石圍塘—珠海機場)換乘，在廣州南站與廣州地鐵22 號線換乘，是珠三角城際軌道交通網中東西向交通干線的重要組成部分，也是廣佛交通走廊內重要的城際客運線路。

廣佛環線佛山西站至廣州南站段與廣州地鐵22 號線存在廣佛環線沿線與肇慶、佛山、番禺等地區的旅客換乘客流。該通道內城際和軌道交通主要有廣佛環線、佛山地鐵2號線、廣州地鐵22號線，對相關聯的不同徑路進行比較選擇，肇慶至番禺通道內軌道交通徑路運輸質量比較如表1所示。

表1 肇慶至番禺通道內軌道交通徑路運輸質量比較Tab.1 Comparison of transportation quality of rail transit routes in Zhaoqing to Panyu passage

表1 表明，肇慶方向至番禺方向利用廣佛環線和廣州地鐵22 號線實現跨線運輸旅行時間較貴廣高速鐵路(肇慶—廣州南)和廣州地鐵22號線在廣州南站換乘節省0.1 h；佛山方向至番禺方向利用廣佛環線和廣州地鐵22 號線實現跨線運輸旅行時間較佛山地鐵2號線和廣州地鐵22號線在魁奇路站、廣州南站換乘節省0.15 h。因此，立足不同層級線網的跨線運營，廣佛環線承擔肇慶及佛山方向至番禺方向之間的中長途城際客流具有一定優勢。

綜上所述，廣佛環線與廣州地鐵22 號線的跨線運營相較于不同線網間的換乘連接比，在時效性上具有吸引力，具備一定的客流支撐條件。

3.1.3 客運需求分析

根據客流預測，2035年廣州南站正常工作日全日換乘客流情況如表2所示，2035年廣州南站正常工作日高峰換乘客流情況[4]如表3所示。

表2 2035年廣州南站正常工作日全日換乘客流情況人次/dTab.2 Full-day transfer passenger flow of Guangzhounan Railway Station in 2035

表3 2035年廣州南站正常工作日高峰換乘客流情況人次/hTab.3 Normal weekday peak transfer passenger flow of Guangzhounan Railway Station in 2035

由表3可知，2035年廣佛環線與廣州地鐵22號線換乘客流約80萬人次/a。若廣佛環線與廣州地鐵22號線互聯互通，實現跨線運營，可在一定程度上節省旅客在途時間，提高徑路對旅客的吸引力。

3.2 列車運輸組織可行性分析

規劃的廣州地鐵22 號線，屬于廣州地鐵中的高速地鐵層級，與廣佛環線標準接近，具備實現互聯互通開行跨線列車的條件，以下從速度目標值、運輸能力、運輸組織模式、運營交路及配線、維保模式及場段規模、運營管理模式[5]等6 個方面分析互聯互通的可行性。

3.2.1 速度目標值

廣佛環線的速度目標值為200 km/h，廣州地鐵22號線的速度目標值為160 km/h，預留200 km/h的條件。由于兩線之間的速差較小，對于線路通過能力及旅客乘車舒適性影響均較小[6]，僅從速差角度看，兩線互聯互通可行。

3.2.2 運輸能力

廣佛環線與廣州地鐵22 號線運輸能力對比如表4所示。

表4 廣佛環線與廣州地鐵22號線運輸能力對比Tab.4 Comparison of transportation capacity between Guangzhou-Foshan ring intercity railway and Guangzhou Subway Line 22

廣佛環線采用的CRH6 型動車組與廣州地鐵22 號線采用的市域D型車相近。從運輸能力方面分析，廣佛環線設計近、遠期的運能余量均達到30%以上，廣州地鐵22 號線也達到了20%以上，余量均較大，具備互聯互通開行跨線列車的條件。

3.2.3 運輸組織模式

廣佛環線開行大站直達與站站停列車，廣州地鐵22 號線也開行大站停和站站停列車。廣佛環線與廣州地鐵22號線開行方案對比如表5所示。

表5 廣佛環線與廣州地鐵22號線開行方案對比Tab.5 Comparison of operation scheme between Guangzhou-Foshan ring intercity railway and Guangzhou Subway Line 22

廣佛環線與廣州地鐵22 號線高峰期間，行車間隔小，折返及通過能力較為緊張時，跨線列車可采用替換運營的方式，即跨線列車可替換原有本線列車運行，不打亂本線運輸組織模式。在平峰期間，行車間隔大，折返及通過能力較為富裕時，跨線列車可采用插入運行的方式，即跨線列車插入本線列車中運行，統籌考慮跨線與本線運輸組織模式[7]。

3.2.4 運營交路與配線

廣佛環線與廣州地鐵22 號線互聯互通交路方案，可理解為本線與跨線交路的組合，跨線的交路設置應充分考慮OD 客流特征，結合聯絡線布置方向，并應保證運營交路覆蓋跨線線路一定的線路長度。

廣佛環線與廣州地鐵22 號線在廣州南站換乘，需要在廣州南站設置聯絡線，保證雙方向跨線運營的條件；由于廣佛環線和廣州地鐵22 號線列車長度不同，導致停車線、折返線長度也不同，需結合具體跨線方案對配線進行匹配性改造，以滿足跨線列車的折返、救援等方面的需求。

3.2.5 維保模式及場段規模

市域D 型車檢修修程與城際動車組基本相同，但同編組的市域D型車比城際動車組短，為滿足跨線運輸需求，需對廣州地鐵22 號線市域D 型車的運維設施按照城際動車組的長度進行改造。由于開行跨線列車，交路長度增加，廣佛環線與廣州地鐵22號線的運用車、檢修備用車均有可能增加，具體方案實施時，場段規模需進行相應核算，場段規模應具有包容性，預留跨線條件。

3.2.6 運營管理模式

廣佛環線與廣州地鐵22 號線后續可能均交由廣州地鐵集團運營，同屬一個運營主體，也為實現廣佛環線與廣州地鐵22 號線間的互聯互通在運營管理方面提供了便利。

綜上所述，從速度目標值、運輸能力、運輸組織模式、運營交路、運營管理模式等方面分析，兩線基本具備開行跨線列車的條件；從配線及場段規模方面分析，需在廣州南站增加聯絡線，同時對折返線、停車線進行改造，滿足跨線、折返、救援[8]等方面的需求，并進一步核算場段規模，在此條件下，基本具備開行跨線列車的條件。

4 廣州地鐵22 號線與廣佛環線開行跨線列車工程方案研究

城際鐵路與地鐵間的互聯互通工程技術涉及專業領域多、工程復雜，以下主要對聯絡線設置、車站系統、車輛運維系統、信號系統、限界、接觸網、調度中心、供變電系統、站臺門、信息系統等方面進行分析。

4.1 聯絡線修建的可行性

廣州地鐵22 號線沿石浦大道下方走行，于廣州南站與廣佛環線交叉，與城際廣州南站西咽喉十字交叉。城際廣州南站西咽喉緊鄰武廣高速鐵路(武漢—廣州)廣州南站，廣州南站(高鐵)設15站臺、28股道，各股道均采用高架引入。若自城際廣州南站西咽喉引出與廣州地鐵22 號線的聯絡線，會對武廣高速鐵路南咽喉的橋梁基礎形成破壞，影響武廣高速鐵路運營。且城際廣州南站已經施工完成，為地下結構，若修建疏解線會對城際車站大規模改造。建議廣州地鐵22 號線開通運營時通過便捷換乘實現互聯互通，未來根據直通客流情況再考慮修建聯絡線實現跨線運輸。城際廣州南站平面布置圖如圖2所示。

圖2 城際廣州南站平面布置圖Fig.2 Layout of Guangzhounan Station

4.2 車站系統

4.2.1 到發線、站臺長度

廣佛環城際鐵路采用CRH6 型城際動車組列車，長度為201.4 m，站臺長度按210 m，市域地鐵D 型車總長約186 m，城際鐵路車站到發線和站臺可滿足市域D型車地鐵車輛?？块L度要求，地鐵車站不滿足城際列車?？块L度要求。

4.2.2 站臺高度

廣佛環城際鐵路站臺高度為高出軌面1.25 m，市域D型車站臺高度一般取1.25 m。地鐵市域D型車可同時兼顧城際和地鐵站臺高度要求。

4.2.3 車站接軌條件和到發線規模

廣佛環城際車站未預留地鐵和市域快軌接軌條件，地鐵接軌廣佛環線，需根據預測跨線客流確定到發線規模，若需要增加到發線數量，需對既有車站進行改造，由于廣佛環城際車站均為地下站和高架站，改造難度較大。

4.3 車輛運維系統

地鐵22號線采用8輛編組市域D型車，編組長度約186 m，設計速度為160 km/h，配套本線設置有萬頃沙車輛段、陳頭崗停車場、隴枕停車場各一處，承擔本線車輛的運維任務。

市域D 型車檢修修程與城際動車組基本相同，但同為8 輛編組的市域D 型車比城際動車組短，需對廣州地鐵22 號線市域D 型車的運維設施按照城際動車組的長度進行改造，在城際鐵路與地鐵線路互聯互通后，車輛運維設施方可以實現資源共享。

4.4 信號系統

地鐵信號系統和城際信號系統為不同標準制式的2 類系統，廣佛環線配置CTCS-2+ATO 車載的CRH6 系列車型無法在采用CBTC 列車控制系統的地鐵線路中正常運行，地鐵線路的列車無法在城際線路正常運行，為了實現列車在2 種信號系統架構完全不同的線路上混跑[9]，目前可能實現的方式是地面設備維持各自系統配置不變，車載設備能在2 種系統間跨線運營[10]。針對列車車載設備存在2 種方案，即車載采用1 套融合系統或車載采用2 套系統疊加。①在列車上采用融合車載系統，融合車載為一套系統，既能與CBTC 軌旁設備通信實現控車，又能與CTCS 系統軌旁設備通信完成控制列車安全運行的功能，車載設備能處理不同系統的數據信息，對不同系統的數據按不同的邏輯給出控制命令，保證列車安全運行；②在列車上疊加2套系統，即車上安裝1套CBTC車載設備和1套CTCS 列控車載設備[11]，2 套系統在城際與地鐵的邊界處能自動或人工切換，2 套系統的核心處理單元獨立配置，對部分接口設備(如測速傳感器、應答器天線、雷達等)進行優化整合。采用融合車載設備系統是未來發展的方向，但由于目前市場尚無成功案例，存在較大風險，因此建議車載采用2 套系統疊加方案，并在此基礎上優化整合部分設備。

4.5 限界

現行市域鐵路相關限界設計標準包括中國土木工程學會發布的《市域快速軌道交通設計規范》(T/CCES 2—2017)、中國鐵道學會發布的《市域鐵路設計規范》(T/CRS C0101—2017)，其限界體系差異較大，其中《市域快速軌道交通設計規范》與地鐵設計規范相類似，限界分為車輛限界、設備限界和建筑限界，而《市域鐵路設計規范》與國家鐵路限界體系基本一致。

廣佛環城際鐵路與《市域鐵路設計規范》市域D型車限界對比如表6所示。

表6 廣佛環城際鐵路與《市域鐵路設計規范》市域D型車限界對比Tab.6 Comparison of limits between Guangzhou-Foshan ring Intercity Railway and suburban D type cars under Code for Design of Suburban Railway

城際鐵路與《市域鐵路設計規范》市域D型車限界相比，除站臺門限界和隧道凈空面積要求不同外，其他限界參數基本相同。城際鐵路與市域D型車有條件實現限界包容性設計，實現互聯互通需滿足：①站臺門限界按城際鐵路要求包容性設置；②根據速度目標值和車輛密閉性能確定隧道凈空面積，同時滿足城際鐵路和市域D型車要求；③統一曲線限界加寬計算參數，以統一曲線地段校核標準。

從限界角度分析廣佛環線與采用市域D型車的高速地鐵間存在互聯互通條件，由于車輛參數不同，曲線地段限界加寬量不同[12]，市域D型車相對廣佛環線曲線限界加寬量小。因此，市域D型車在廣佛環線運行滿足行車要求，但曲線站臺的站臺間隙相對較大；廣佛環城際車輛進入高速地鐵線路(市域D 型車)應根據線路條件校核曲線限界，必要時調整軌行區設備管線和構筑物布置。

4.6 接觸網

廣佛環線動車組受電弓工作范圍為5 150~6 500 mm，接觸導線高度為5 300 mm；高速地鐵D 型車受電弓工作范圍為5 150~5 800 mm，接觸導線高度一般為5 300 mm。普速地鐵接觸導線高度不在廣佛環線動車組受電弓工作范圍內，高速地鐵接觸導線高度在廣佛環線動車組受電弓工作范圍內；廣佛環線接觸導線高度在普速地鐵和高速地鐵列車受電弓工作范圍內。因此，從接觸網角度分析，廣佛環線可在高速地鐵線路上運行，高速地鐵列車也可在廣佛環線線路上運行。

4.7 調度中心

規劃的珠三角城際鐵路將由廣州地鐵成立的廣東城際鐵路運營有限公司負責運營管理，并建立珠三角城際軌道交通調度指揮系統和調度中心負責調度管理。由于城際鐵路公司和地鐵運營公司均歸屬廣州地鐵集團，管理和調度上可實現統籌協調。因此，在調度中心設置方面，城際鐵路和地鐵間具備互聯互通條件。

4.8 供變電系統

廣佛環線的牽引供電方式為25 kV單相工頻供電方式，采用帶回流線的直接供電。牽引供電系統從電網中引入110 kV電源，通過牽引變電所轉為27.5 kV單相交流電，為接觸網供電，回流電流通過鋼軌和回流線返回牽引變電所。廣州地鐵22號線與廣佛環線供電方式相同，均為25 kV單相工頻供電方式，均采用帶回流線的直接供電方式。因此，從供電制式角度分析，廣佛環線動車組可在廣州地鐵22 號線運行，廣州地鐵22號線列車可在廣佛環線線路運行。

4.9 站臺門

廣佛環線采用的城際動車組CRH6 與廣州地鐵22號線采用的市域D型車車門位置不同，所以當城際動車組CRH6、市域D 型車相互跨線運營時，因為車門和站臺門滑動門位置不對應，造成緊鄰站臺布置的站臺門會對車門形成阻擋無法下車[13]，只有在站臺門退讓站臺邊一定距離的車站，旅客可以正常上下車。

廣佛環線與廣州地鐵22 號線之間實現互聯互通的條件主要是：北滘站站臺門需退讓站臺邊一定距離布置，以滿足不同型式列車?？空九_并上下旅客的需求。

4.10 信息系統

廣佛環票務系統采用國家鐵路12306票務系統，廣州地鐵22號線票務系統采用地鐵票務系統。廣佛環線信息系統與地鐵信息系統組成不一致，各子系統設置原則和標準不同[14]，廣佛環線目前各信息系統和地鐵信息系統無法實現互聯互通，改造措施如下。

4.10.1 票務系統改造

（1）城際和地鐵線路票務系統同時采用城際12306 客票系統和自動售檢票(AFC)系統2 種模式，車站閘機合設或分設，后臺中心系統分設。

（2）將城際和地鐵客票中心互聯，改造城際客票系統和地鐵客票系統。對城際客票系統進行路局中心以及車站閘機改造，旅客可在城際閘機上刷一卡通進站乘車，市政卡支付信息、票根信息由12306 系統統一管理；對地鐵閘機進行改造，實現身份證進出站。

4.10.2 其他系統改造

（1）旅客服務、視頻監控、廣播及乘客信息顯示系統(PIDS)等其他信息系統采用技術手段改造，通過增加接口服務器及網絡安全設備等，將各系統信息相互交互顯示，實現系統資源共享，信息互通[15]。

（2）優化城際和地鐵車站進出站客流流線，實現城際和地鐵安檢互信。

5 研究結論

城際鐵路與高速地鐵(市域D 型車)實現跨線運營時工程方案應具備的技術條件如下。①線路設置，為實現城際與高速地鐵在線路平、縱條件上的融合，建議在速度目標值相同時，采用二者中較高的線路平縱參數標準。②站場設計，建議到發線有效長度、站臺規模等站場設施采取包絡式設計，同時兼容本線和跨線車運行需要，站臺高度、站臺與車輛輪廓距離按城際鐵路標準取值。③供電設計，為實現城際鐵路與市域地鐵的共線運營，兩者牽引供電系統均應采用交流單相工頻25 kV 帶回流線的直接供電方式。④接觸網設計，城際與國家鐵路、市域地鐵可實現互聯互通。城際與高速地鐵融合建議的技術標準：接觸線懸掛點高度宜為5 300 mm。⑤通信系統，通信系統融合技術標準可實現，通過相關技術整合可實現系統融合。⑥信號系統，為了更好地實現公交化運營，提高運營效率，信號系統標準建議采用融合信號系統。⑦信息系統，建議對城際和高速地鐵信息系統軟件平臺進行開發，實現兩者系統制式融合。⑧站臺門設計，建議城際列車與地鐵列車客室門參數統一，以便城際及地鐵旅客上下車。⑨車輛方面，建議高速地鐵與城際動車組共享車輛運維設施。⑩限界方面，建筑限界應符合《城際鐵路設計規范》的相關規定。曲線站臺邊緣與車門之間的間隙，應按線路曲線半徑和軌道超高計算確定，應限定曲線站臺線路平面曲線最小半徑和軌道超高值，保障曲線車站站臺邊緣與車輛輪廓線之間的間隙不大于180 mm。

研究表明：廣佛環線與廣州地鐵22 號線在主要設計標準方面采取相關技術措施改造后可基本實現兼容或統一，滿足互聯互通條件，需要對信號系統、無線通信系統(配合信號系統)、票務系統進行相關工程改造和兼容性設計，但因廣州南站周邊構筑物多，增加聯絡線影響武廣高速鐵路橋墩，實施難度較大，建議廣佛環線開通運營時優化車站內部流線或增設與廣州地鐵22 號線付費區換乘通道通過便捷換乘實現互聯互通，未來根據直通客流情況再考慮跨線運輸。