降低地铁造价及工程建设管理问题的研究(三)

3．2 车辆类型及列车编组
根据远期单方向高峰小时断面客流量和可能实现的远期最小列车运行间隔可以计算出远期高峰小时每列车的载客量，并据此确定车辆类型及列车编组。
目前我国大城市已建、在建和拟建地铁线(拟建地铁线是指已经国家发展计划委员会批准立项，即将开工建设的地铁线)的远期单方向高峰小时断面客流量都比较大，一般在4—7万人次／h，这一数值是根据客流预测结果并综合各种因素后确定的，就我国城市地铁建设30余年来的经验看，这一远期单方向高峰小时断面客流量的取值均偏大，这主要是因为客流预测方法上的不精确度，城市总体规划和交通线网规划的滞后度，取值时采用了偏高的冗余度，再加上客流量的波动性和不确定性，因此而达不到设计预测的远期单方向高峰小时断面客流量。
可见，合理确定远期单方向高峰小时断面客流量在地铁建设中的首要地位。
3．2．1 车辆类型的选择
根据我国“地下铁道设计规范”的规定， 目前我国地铁使用的车辆有两种车型可供选择，即A型车和B型车(将来不排斥还有其它车型)。满定员状况下A型车的最大载客量为310人／辆，B型车为240人／辆：在超员状况下A型车最大载客量为410人／辆，B型车为290人／辆。
车辆类型选择与限界、车站长度、牵引供电制式等众多参数有关，而这些参数一旦确定，在地铁建成后无法更改，因此车辆类型选择均以远期单方向高峰小时断面客流量作为依据，再根据不同车型每列车的最大载客量、结合列车编组的确定而进行。
3．2．2 列车编组及动力配置方案
我国地铁列车编组可以采用由2辆、3辆、…直至8辆车组成的方案。列车的动力配置也可有不同方案，如全部采用动力车方案(北京地铁)或采用动力车与非动力车(拖挂车)合挂的方案，究竟采用几辆编组及何种动力配置方案，均视设计要求的具体情况而定，但还必须满足列车能自我救援的条件。所谓列车自我救援是指列车在运行过程中，其编组中某一辆动力车突发故障而丧失动力时(两辆及以上的动力车同时突发故障而丧失动力的概率极小)，能依靠其它动力车使列车运行到达前方车站的能力。据此，列车编组最少为两辆动力车，这样方能实现自我救援。
3．2．3 固定编组与灵活编组
地铁列车的编组有固定编组与灵活编组两种。固定编组是指列车的编组在设计时已将其固定为若干节编组，这种编组在动力配置、列车操纵控制端(司机室)的设置及各种设备的总体布置上可以综合安排，并实现全列车前后贯通以利平衡各车厢乘员密度；但不足之处在于不论客流量大小如何，都必须开行固定辆数的列车，特别在平峰和低峰时段运营时，列车的载客率太低。若采用加大列车运行间隔，以增加载客率，则必然会降低服务水准。我国目前运营中的地铁线均采用固定编组方式。
灵活编组是指列车的编组在设计时就未将编组固定，而是随初、近、远期客流量的不断增加而逐步扩大编组并始终保持较小的列车运行间隔，以实现较高的服务水准。同时，也通过调节编组和行车密度来保证较高的载客率。国外不少地铁线就采用这种灵活编组的方式，如维也纳地铁2号线的列车编组就采用可调方式，可由6辆编组快速解编为4辆编组。
采用灵活编组要有相应的动力配置予以保证，编组的减增，动力配置也需按比例减增，以不影响列车的牵引动力。从方便实现灵活编组出发，全动力车编组最为有利，但势必增加车辆购置费的投入。
应当指出，灵活编组决不是随时随地可以解和编，解编必须在车辆段内按一定的工序进行，每环节均辅以严格的检测诊断，以确保全列车机械、电气联接的安全可靠。
灵活编组也不是每天按高、平峰客流量来调节编组，而是通过事先按大、小编组及长、短交路来解决高、平峰和高、低断面客流量的需求来解编，而且必须有计划、有序进行。
从适合我国地铁运营情况看，比较合理的灵活编组方式可以是：初、近期采用2动1拖编组或2动编组作为列车基本单元，在不同时段以不同的运行间隔来满足客流需求：随着客流的增加，可以在高峰时段插入加发事先已在段内编好的3动2拖编组(或2动2拖编组)列车并辅以短交路方式同时解决高断面客流量的需求。这样就实现了由2辆至5辆不同编组的灵活方案。
3．3 车辆类型和列车编组对地铁主要系统的影响
(1)对土建工程规模的影响
土建工程规模是根据选定的车辆类型和列车编组并结合其他综合因素而确定。由于土建工程，尤其是地下隧道和车站建筑在建成后往往很难改、扩建，故而均按车辆类型和远期规模的列车编组所要求的限界及有效站台长度一步到位。
由于远期的目标年限相对久远，因而预测的远期单方向高峰小时断面客流量都比较大。在“规范”要求的最小列车运行间隔不小于120s并略留有余地的前提下，必然选用车体较宽、载客量较大的A型车和较长的列车编组。这就造成我国已建、在建和拟建的地铁土建工程规模都比较庞大，尤其是车站建筑规模更为突出。车站长度不少都在170m以上。再加上要考虑旅客集散及装设自动售检票系统，车站大都设计成双层或多层。总之，行车密度低及随之而来的大编组对土建工程规模的影响是最为明显的。据测算，若以较高密度运行缩减2辆编组，每座车站仅就压缩规模一项(抵消隧道加长所需的费用)就可节约投资0．15亿元(明挖)至0．25亿元(暗挖)。
(2)对牵引供电系统的影响
牵引供电系统也是按车辆类型、远期规模的列车编组和最小列车运行间隔来配置。牵引供电系统的设备用房原则上要求一次建成，也可采用初期部分建成远期预留的分期投资建设方案，牵引供电设备可以按初、近、远期需求分步到位。
应当指出，车辆类型、列车编组和行车密度的不同，对牵引供电系统的影响不是很大，因为牵引供电系统的规模归根到底取决于远期单方向高峰小时断面客流量的大小，牵引供电系统的配置应能确保完成高峰小时客流量的运输任务，即根据高峰小时内需开行的总车辆数而确定规模，与列车编组的大小、行车密度的高低关系不大。由于完成相同的客运量，因而耗电量也基本一致。相反“小编组、高密度”的运行能耗还能降低，这是因为在区间运行中增加了再生制动反馈电能的利用机会。
(3)对通风空调、照明、中、低压供配电、电梯、自动扶梯、升降设备、给排水、消防等系统的影响。
这些系统的规模均随车站规模而定，其设备用房的建设也是一步到位，设备的配置可以分步实现，但总的投资规模因车站规模增大而加大。此外，为确保这些系统的正常运转，运营费用及维修支出也将维持在较高水平。总之，大编组对这些系统会产生负面影响。
(4)对车辆配置和车辆段规模的影响
由于车辆配置是根据完成远期单方向高峰小时断面客流需求而定的，在某种特定情况下，“小编组”需配置的车辆总数可能还要比“大编组”略少一些。
在车辆段规模方面，采用“小编组”时，停车库和检修库的长度均比“大编组”要缩短，但停车库要增加停车股道，检修库要增加检修列位。由于总车辆数没有多大差别，因而车辆段的规模也不相上下。总之，列车编组对这二者的影响不大。
(5)对运营监控系统的影响
运营监控系统，包括通信、信号、防灾报警、建筑设备监控、自动售检票系统等，其规模应与车辆编组和运营方式相适应。采用大编组列车运行时，运营管理及维护费用上升。理论上认为：在初、近期运营阶段，可以减小编组运行，但实际上大多数地铁线仍按远期的列车编组运行。可是，为了保证必要的服务水准，行车密度势必不能太低，这就造成初、近期运营阶段和每天平、低峰运行时段的载客率低，运营成本提高。同时，为了维持一个庞大的运营监控管理体系的正常运行，日常的维护、检修、管理人员的数量及费用的支出均需保持在一定水平，从而进一步增加了运营成本。可见列车编组对运营监控系统的影响也是十分明显的。
综上所述，选择合理的车辆类型和缩小列车编组对于控制土建工程规模，特别是车站规模及其他相关设施的规模，从而达到降低地铁建设造价和运营成本的目的。