城市軌道交通車輛選型及車輛段
設(shè)計(jì)中值得注意的幾個(gè)問題

摘　要:介紹城市軌道交通設(shè)計(jì)中的車輛選型與工程造價(jià)、城市軌道交通系統(tǒng)車輛基地的布局、車輛的組成及檢修資源的共享等優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。關(guān)鍵詞:軌道交通; 車輛; 車輛段; 設(shè)計(jì)

1 　車輛選型與工程造價(jià)
我國(guó)許多大城市紛紛策劃修建地鐵或輕軌交通設(shè)施。在今后若干年內(nèi),城市軌道交通必將會(huì)有較大的發(fā)展。但制約我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的因素,主要是軌道交通投資大、設(shè)備造價(jià)高。要使軌道交通快速發(fā)展,必須將造價(jià)降下來。設(shè)備國(guó)產(chǎn)化是降低建設(shè)造價(jià)和運(yùn)營(yíng)成本的重要途徑,因此開發(fā)具有國(guó)際先進(jìn)水平的、價(jià)格相對(duì)較低的國(guó)產(chǎn)地鐵列車非常必要。
另外,從我國(guó)地鐵建設(shè)現(xiàn)狀可以看出,車站建筑、隧道建筑、建筑設(shè)備、牽引供電、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)等建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、工程規(guī)模和投資都與車輛類型和列車編組的選擇,也就是與遠(yuǎn)期高峰小時(shí)斷面客流量和行車密度有密切關(guān)系。遠(yuǎn)期(投人運(yùn)營(yíng)后25 年) 預(yù)測(cè)高峰小時(shí)斷面客流量一般都很大,因而形成我國(guó)已建及在建地鐵的如下狀況。
(1) 初近期建筑規(guī)模偏大。特別是車站規(guī)模較大, 長(zhǎng)度一般在250～400 m , 車站總長(zhǎng)約占線路總長(zhǎng)的1/ 4 , 綜合考慮乘客集散及裝設(shè)自動(dòng)售檢票系統(tǒng),配置設(shè)備用房,車站幾乎都設(shè)計(jì)為雙層或多層,形成車站建設(shè)規(guī)模及投資巨大。
(2) 列車編組大。根據(jù)遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)高峰小時(shí)斷面客流量及車輛載客量(定員) 選擇車輛類型及列車編組, 必然形成列車編組很大。為保證必要的服務(wù)水準(zhǔn),車次密度還不能太低,形成初、近期及平峰期尤其是低峰期運(yùn)行的列車載客率很低。
(3) 維護(hù)管理費(fèi)用大。就目前我國(guó)地鐵建設(shè)狀況而言,由于建設(shè)規(guī)模大、投資高、運(yùn)營(yíng)開支負(fù)擔(dān)重,勢(shì)必造成票價(jià)上升、客流吸引力下降、客運(yùn)收入不理想的困境。
緩解目前存在問題的可行性措施很多,而采用靈活的編組方案來提高城市地鐵的行車密度,減少列車編組,可以達(dá)到縮小土建規(guī)模、降低工程投資、節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、提高服務(wù)水平的目的。
為減少列車編組,就應(yīng)在車輛的選型上采用靈活的組合方案,而這一切的實(shí)現(xiàn)都依賴于在車輛設(shè)計(jì)制造中,如何合理安排轉(zhuǎn)向架牽引系統(tǒng)、受電系統(tǒng)、司機(jī)室等,使之能夠兼顧初近期及遠(yuǎn)期的車輛編組要求。而目前在車輛國(guó)產(chǎn)化水平不高的情況下,車輛的主要結(jié)構(gòu)型式在進(jìn)口車輛的談判時(shí)即已確定,今后再對(duì)其進(jìn)行變更、改造十分困難,其成本也較高。因此,車輛的國(guó)產(chǎn)化不僅對(duì)車輛制造本身具有重要意義,而且對(duì)整個(gè)地鐵系統(tǒng)工程造價(jià)的降低具有重要意義。
2 　城市軌道交通系統(tǒng)車輛基地的布局
根據(jù)城市快速軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(試行本) 的規(guī)定,城市快速軌道交通車輛基地,應(yīng)由線網(wǎng)規(guī)劃中統(tǒng)籌安排,明確各車輛基地在全線網(wǎng)中的地位和分工。在每條運(yùn)營(yíng)線路中應(yīng)設(shè)一個(gè)車輛基地,有條件的地方也可兩條線合建一個(gè)車輛基地。當(dāng)運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度超過20 km 時(shí),可根據(jù)運(yùn)營(yíng)情況,在適當(dāng)位置增設(shè)一個(gè)停車場(chǎng)。
大城市的快速軌道交通系統(tǒng),一般由城市中心區(qū)的地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、聯(lián)系郊區(qū)市縣的軌道交通系統(tǒng)等組成。市中心區(qū)的地鐵系統(tǒng)一般以建在繁華、人員密集地區(qū)為主,其客流量大(3 萬人次/h 以上),服務(wù)水平要求高。輕軌系統(tǒng)及聯(lián)系郊區(qū)市縣的軌道交通系統(tǒng)一般以建在地面或高架起來為主,其客流量較小(3 萬人次/h 以下),但運(yùn)營(yíng)的需要里程較長(zhǎng)。
對(duì)于城市中心區(qū)的地鐵系統(tǒng)來說,由于客流量大, 列車運(yùn)行間隔時(shí)分小,為保證列車能在規(guī)定的時(shí)分內(nèi)按時(shí)發(fā)出,當(dāng)運(yùn)營(yíng)線路超過20 km 時(shí),應(yīng)安排一處車輛段及一處停車場(chǎng)(即一段一場(chǎng)) 的車輛基地布局。
對(duì)于輕軌系統(tǒng)、聯(lián)系郊區(qū)市縣的軌道交通系統(tǒng)來說,由于客流量相對(duì)較小,列車運(yùn)行間隔時(shí)分也相對(duì)較大,為充分利用車輛基地的檢修資源,可數(shù)條線路共用一處車輛段,但每條運(yùn)營(yíng)線路應(yīng)當(dāng)有一處停車場(chǎng),以滿足運(yùn)營(yíng)的需要。對(duì)于已有一處車輛段或停車場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)線路,當(dāng)線路長(zhǎng)度超過20 km 時(shí),不一定再修建另一處的停車場(chǎng),應(yīng)視車輛段(或停車場(chǎng)) 的位置、運(yùn)營(yíng)的需要及有無建設(shè)場(chǎng)地等情況確定。
車輛基地的布局還需要考慮以下幾方面的因素。
(1) 盡量靠近正線,以便縮短出入段線長(zhǎng)度,降低工程造價(jià)。車場(chǎng)用地應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度和寬度,滿足車輛段的使用要求,并留有遠(yuǎn)期發(fā)展條件。
(2) 有通暢的道路便于各種車輛進(jìn)出,與國(guó)鐵有較好的聯(lián)系,便于列車車輛、調(diào)車機(jī)及其他車輛的轉(zhuǎn)運(yùn)。
(3) 用地盡量符合城市總體規(guī)劃要求。
(4) 工程拆遷量少,合理用地。

3 　車輛的組成及檢修資源的共享
目前,地鐵車輛的設(shè)計(jì)制造水平都有較大的提高, 其主要組成及技術(shù)參數(shù)如下。
(1) 車體及車內(nèi)設(shè)備　車體采用擠壓鋁型材整體承載結(jié)構(gòu)。車門采用內(nèi)藏式門,驅(qū)動(dòng)型式為電驅(qū)動(dòng)。車門窗采用固定式大平面雙層安全玻璃;司機(jī)室的前面窗采用安全層壓玻璃。防火及安全設(shè)施采用高阻燃、低煙、低毒釋放材料;每輛車設(shè)滅火器,滅火器適合電氣裝置的滅火,列車司機(jī)室前端設(shè)緊急疏散門。
(2) 轉(zhuǎn)向架　結(jié)構(gòu)型式為無搖枕、二系彈簧二軸轉(zhuǎn)向架。構(gòu)架為H 型焊接鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架;軸箱外置。一系懸掛為橡膠彈簧;二系懸掛為自由膜式空氣彈簧。車輪采用國(guó)產(chǎn)整體碾鋼輪?；A(chǔ)制動(dòng)采用單元式踏面制動(dòng),由制動(dòng)缸、閘瓦間隙調(diào)整器等組合而成。
(3) 牽引控制系統(tǒng)　由受電弓(或第三軌) 供電,采用IGB T 元件作為牽引調(diào)控系統(tǒng)的主要逆變器,實(shí)現(xiàn)VVV F 交流變頻,控制三相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
(4) 輔助電源系統(tǒng)　輔助逆變器(靜止逆變器) 采用IGB T 元件,向車輛提供AC380 、AC220 、50 Hz 的電源和DC110V 電源。蓄電池采用鎳鎘堿性電池,每列車2 組,作為DC110V 的備用電源,其容量可滿足45 min 事故照明及通風(fēng)的需要。

(5) 制動(dòng)系統(tǒng)　采用微機(jī)控制的模擬式空氣制動(dòng)機(jī),通過再生制動(dòng)、電阻制動(dòng)和摩擦制動(dòng)三者的合理結(jié)合,組成制動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)具有防空轉(zhuǎn)和防滑保護(hù)功能。
(6) 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)　車輛設(shè)空調(diào)和風(fēng)道。每輛車空調(diào)制冷功率約為2 ×40 kW 。
(7) 列車信息管理系統(tǒng)　采用微機(jī)控制,可收集各子系統(tǒng)的信息,包括對(duì)牽引弓(或第三軌供電裝置) 控制、制動(dòng)控制、輔助系統(tǒng)、車門、空調(diào)、照明、受電弓的檢測(cè),有故障診斷、顯示報(bào)警和儲(chǔ)存功能。故障顯示器采用中英文,簡(jiǎn)化顯示查詢功能。
(8)A TC 和通訊系統(tǒng)。
(9) 檢修制度　國(guó)內(nèi)地鐵車輛的檢修制度采用的是按走行公里計(jì)算,由大修、架修、定修、月檢、周檢等修程組成。

從上述車輛的主要組成可以看出,地鐵車輛的裝備水平、制造質(zhì)量?jī)?yōu)良,自動(dòng)化程度高,在固定的一段線路上運(yùn)行,其運(yùn)行的環(huán)境條件也比國(guó)鐵車輛要好,因而其定期檢修周期比國(guó)鐵的要長(zhǎng),但日常維修保養(yǎng)的條件及水平也有相應(yīng)的提高。這些對(duì)延長(zhǎng)地鐵車輛的使用壽命,提高檢修質(zhì)量,減小車輛段的規(guī)模,節(jié)省工程投資,提高運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益十分有利。
對(duì)于每一條地鐵運(yùn)營(yíng)線來說,由于車輛的架修、大修周期較長(zhǎng),故需要的檢修臺(tái)位也較少。大架修作業(yè)主要是將車組進(jìn)行解體,在大架修庫(kù)內(nèi)采用架車機(jī)進(jìn)行架車作業(yè),各主要零部件進(jìn)行全面的分解、清洗、檢修、試驗(yàn),其廠房設(shè)備投資高,檢修人員素質(zhì)要求高。若每條運(yùn)營(yíng)線都設(shè)置大架修設(shè)施,勢(shì)必造成設(shè)備利用率低、專業(yè)化水平低,不利于提高運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益和車輛檢修質(zhì)量的提高。因此,對(duì)于一個(gè)城市的地鐵系統(tǒng)來說,在同類型的軌道交通系統(tǒng)線網(wǎng)上,各運(yùn)營(yíng)線在車輛的選型上應(yīng)盡量一致,各運(yùn)營(yíng)線應(yīng)有聯(lián)絡(luò)線互通,這樣有利于車輛的維修管理,有利于車輛及檢修資源的共享。對(duì)于一個(gè)城市的地鐵或輕軌系統(tǒng)來說,應(yīng)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)線網(wǎng)上車輛檢修的工作量,統(tǒng)一建設(shè)1～2 處大架修基地。
由于地鐵車輛的定修作業(yè)主要是對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)、輔助機(jī)組、電器設(shè)備等進(jìn)行針對(duì)性修理,其檢修周期較短,檢修內(nèi)容簡(jiǎn)單,設(shè)備投資低,但檢修車輛數(shù)量多。因此,每條運(yùn)營(yíng)線都應(yīng)設(shè)置車輛的定修設(shè)施,一般不再考慮定修的檢修資源的共享。
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