城市軌道交通車輛選型及車輛段
設計中值得注意的幾個問題
摘 要:介紹城市軌道交通設計中的車輛選型與工程造價、城市軌道交通系統車輛基地的布局、車輛的組成及檢修資源的共享等優化設計思路。關鍵詞:軌道交通; 車輛; 車輛段; 設計
1 車輛選型與工程造價
我國許多大城市紛紛策劃修建地鐵或輕軌交通設施。在今后若干年內,城市軌道交通必將會有較大的發展。但制約我國城市軌道交通建設的因素,主要是軌道交通投資大、設備造價高。要使軌道交通快速發展,必須將造價降下來。設備國產化是降低建設造價和運營成本的重要途徑,因此開發具有國際先進水平的、價格相對較低的國產地鐵列車非常必要。
另外,從我國地鐵建設現狀可以看出,車站建筑、隧道建筑、建筑設備、牽引供電、運營監控系統等建設項目的設計、工程規模和投資都與車輛類型和列車編組的選擇,也就是與遠期高峰小時斷面客流量和行車密度有密切關系。遠期(投人運營后25 年) 預測高峰小時斷面客流量一般都很大,因而形成我國已建及在建地鐵的如下狀況。
(1) 初近期建筑規模偏大。特別是車站規模較大, 長度一般在250～400 m , 車站總長約占線路總長的1/ 4 , 綜合考慮乘客集散及裝設自動售檢票系統,配置設備用房,車站幾乎都設計為雙層或多層,形成車站建設規模及投資巨大。
(2) 列車編組大。根據遠期預測高峰小時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。為保證必要的服務水準,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行的列車載客率很低。
(3) 維護管理費用大。就目前我國地鐵建設狀況而言,由于建設規模大、投資高、運營開支負擔重,勢必造成票價上升、客流吸引力下降、客運收入不理想的困境。
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,可以達到縮小土建規模、降低工程投資、節省運營費用、提高服務水平的目的。
為減少列車編組,就應在車輛的選型上采用靈活的組合方案,而這一切的實現都依賴于在車輛設計制造中,如何合理安排轉向架牽引系統、受電系統、司機室等,使之能夠兼顧初近期及遠期的車輛編組要求。而目前在車輛國產化水平不高的情況下,車輛的主要結構型式在進口車輛的談判時即已確定,今后再對其進行變更、改造十分困難,其成本也較高。因此,車輛的國產化不僅對車輛制造本身具有重要意義,而且對整個地鐵系統工程造價的降低具有重要意義。
2 城市軌道交通系統車輛基地的布局
根據城市快速軌道交通工程項目建設標準(試行本) 的規定,城市快速軌道交通車輛基地,應由線網規劃中統籌安排,明確各車輛基地在全線網中的地位和分工。在每條運營線路中應設一個車輛基地,有條件的地方也可兩條線合建一個車輛基地。當運營線路長度超過20 km 時,可根據運營情況,在適當位置增設一個停車場。
大城市的快速軌道交通系統,一般由城市中心區的地鐵系統、輕軌系統、聯系郊區市縣的軌道交通系統等組成。市中心區的地鐵系統一般以建在繁華、人員密集地區為主,其客流量大(3 萬人次/h 以上),服務水平要求高。輕軌系統及聯系郊區市縣的軌道交通系統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),但運營的需要里程較長。
對于城市中心區的地鐵系統來說,由于客流量大, 列車運行間隔時分小,為保證列車能在規定的時分內按時發出,當運營線路超過20 km 時,應安排一處車輛段及一處停車場(即一段一場) 的車輛基地布局。
對于輕軌系統、聯系郊區市縣的軌道交通系統來說,由于客流量相對較小,列車運行間隔時分也相對較大,為充分利用車輛基地的檢修資源,可數條線路共用一處車輛段,但每條運營線路應當有一處停車場,以滿足運營的需要。對于已有一處車輛段或停車場的運營線路,當線路長度超過20 km 時,不一定再修建另一處的停車場,應視車輛段(或停車場) 的位置、運營的需要及有無建設場地等情況確定。
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度,降低工程造價。車場用地應有足夠的長度和寬度,滿足車輛段的使用要求,并留有遠期發展條件。
(2) 有通暢的道路便于各種車輛進出,與國鐵有較好的聯系,便于列車車輛、調車機及其他車輛的轉運。
(3) 用地盡量符合城市總體規劃要求。
(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,地鐵車輛的設計制造水平都有較大的提高, 其主要組成及技術參數如下。
(1) 車體及車內設備 車體采用擠壓鋁型材整體承載結構。車門采用內藏式門,驅動型式為電驅動。車門窗采用固定式大平面雙層安全玻璃;司機室的前面窗采用安全層壓玻璃。防火及安全設施采用高阻燃、低煙、低毒釋放材料;每輛車設滅火器,滅火器適合電氣裝置的滅火,列車司機室前端設緊急疏散門。
(2) 轉向架 結構型式為無搖枕、二系彈簧二軸轉向架。構架為H 型焊接鋼結構構架;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。車輪采用國產整體碾鋼輪。基礎制動采用單元式踏面制動,由制動缸、閘瓦間隙調整器等組合而成。
(3) 牽引控制系統 由受電弓(或第三軌) 供電,采用IGB T 元件作為牽引調控系統的主要逆變器,實現VVV F 交流變頻,控制三相感應電機驅動。
(4) 輔助電源系統 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 事故照明及通風的需要。
(5) 制動系統 采用微機控制的模擬式空氣制動機,通過再生制動、電阻制動和摩擦制動三者的合理結合,組成制動系統。系統具有防空轉和防滑保護功能。
(6) 空調通風系統 車輛設空調和風道。每輛車空調制冷功率約為2 ×40 kW 。
(7) 列車信息管理系統 采用微機控制,可收集各子系統的信息,包括對牽引弓(或第三軌供電裝置) 控制、制動控制、輔助系統、車門、空調、照明、受電弓的檢測,有故障診斷、顯示報警和儲存功能。故障顯示器采用中英文,簡化顯示查詢功能。
(8)A TC 和通訊系統。
(9) 檢修制度 國內地鐵車輛的檢修制度采用的是按走行公里計算,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、制造質量優良,自動化程度高,在固定的一段線路上運行,其運行的環境條件也比國鐵車輛要好,因而其定期檢修周期比國鐵的要長,但日常維修保養的條件及水平也有相應的提高。這些對延長地鐵車輛的使用壽命,提高檢修質量,減小車輛段的規模,節省工程投資,提高運營經濟效益十分有利。
對于每一條地鐵運營線來說,由于車輛的架修、大修周期較長,故需要的檢修臺位也較少。大架修作業主要是將車組進行解體,在大架修庫內采用架車機進行架車作業,各主要零部件進行全面的分解、清洗、檢修、試驗,其廠房設備投資高,檢修人員素質要求高。若每條運營線都設置大架修設施,勢必造成設備利用率低、專業化水平低,不利于提高運營經濟效益和車輛檢修質量的提高。因此,對于一個城市的地鐵系統來說,在同類型的軌道交通系統線網上,各運營線在車輛的選型上應盡量一致,各運營線應有聯絡線互通,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。對于一個城市的地鐵或輕軌系統來說,應根據整個系統線網上車輛檢修的工作量,統一建設1～2 處大架修基地。
由于地鐵車輛的定修作業主要是對制動系統、輔助機組、電器設備等進行針對性修理,其檢修周期較短,檢修內容簡單,設備投資低,但檢修車輛數量多。因此,每條運營線都應設置車輛的定修設施,一般不再考慮定修的檢修資源的共享。
參考文獻:
[1] 中華人民共和國建設部. 城市快速軌道交通工程項目建設標準(試行本) [ S] ,1999.
[2] 陳浩然. 用于城市軌道交通的小編組、高密度列車運行方案[J ] . 中國鐵路,2001(5) .
