城市轨道交通车辆选型及车辆段
设计中值得注意的几个问题
摘 要:介绍城市轨道交通设计中的车辆选型与工程造价、城市轨道交通系统车辆基地的布局、车辆的组成及检修资源的共享等优化设计思路。关键词:轨道交通; 车辆; 车辆段; 设计
1 车辆选型与工程造价
我国许多大城市纷纷策划修建地铁或轻轨交通设施。在今后若干年内,城市轨道交通必将会有较大的发展。但制约我国城市轨道交通建设的因素,主要是轨道交通投资大、设备造价高。要使轨道交通快速发展,必须将造价降下来。设备国产化是降低建设造价和运营成本的重要途径,因此开发具有国际先进水平的、价格相对较低的国产地铁列车非常必要。
另外,从我国地铁建设现状可以看出,车站建筑、隧道建筑、建筑设备、牵引供电、运营监控系统等建设项目的设计、工程规模和投资都与车辆类型和列车编组的选择,也就是与远期高峰小时断面客流量和行车密度有密切关系。远期(投人运营后25 年) 预测高峰小时断面客流量一般都很大,因而形成我国已建及在建地铁的如下状况。
(1) 初近期建筑规模偏大。特别是车站规模较大, 长度一般在250～400 m , 车站总长约占线路总长的1/ 4 , 综合考虑乘客集散及装设自动售检票系统,配置设备用房,车站几乎都设计为双层或多层,形成车站建设规模及投资巨大。
(2) 列车编组大。根据远期预测高峰小时断面客流量及车辆载客量(定员) 选择车辆类型及列车编组, 必然形成列车编组很大。为保证必要的服务水准,车次密度还不能太低,形成初、近期及平峰期尤其是低峰期运行的列车载客率很低。
(3) 维护管理费用大。就目前我国地铁建设状况而言,由于建设规模大、投资高、运营开支负担重,势必造成票价上升、客流吸引力下降、客运收入不理想的困境。
缓解目前存在问题的可行性措施很多,而采用灵活的编组方案来提高城市地铁的行车密度,减少列车编组,可以达到缩小土建规模、降低工程投资、节省运营费用、提高服务水平的目的。
为减少列车编组,就应在车辆的选型上采用灵活的组合方案,而这一切的实现都依赖于在车辆设计制造中,如何合理安排转向架牵引系统、受电系统、司机室等,使之能够兼顾初近期及远期的车辆编组要求。而目前在车辆国产化水平不高的情况下,车辆的主要结构型式在进口车辆的谈判时即已确定,今后再对其进行变更、改造十分困难,其成本也较高。因此,车辆的国产化不仅对车辆制造本身具有重要意义,而且对整个地铁系统工程造价的降低具有重要意义。
2 城市轨道交通系统车辆基地的布局
根据城市快速轨道交通工程项目建设标准(试行本) 的规定,城市快速轨道交通车辆基地,应由线网规划中统筹安排,明确各车辆基地在全线网中的地位和分工。在每条运营线路中应设一个车辆基地,有条件的地方也可两条线合建一个车辆基地。当运营线路长度超过20 km 时,可根据运营情况,在适当位置增设一个停车场。
大城市的快速轨道交通系统,一般由城市中心区的地铁系统、轻轨系统、联系郊区市县的轨道交通系统等组成。市中心区的地铁系统一般以建在繁华、人员密集地区为主,其客流量大(3 万人次/h 以上),服务水平要求高。轻轨系统及联系郊区市县的轨道交通系统一般以建在地面或高架起来为主,其客流量较小(3 万人次/h 以下),但运营的需要里程较长。
对于城市中心区的地铁系统来说,由于客流量大, 列车运行间隔时分小,为保证列车能在规定的时分内按时发出,当运营线路超过20 km 时,应安排一处车辆段及一处停车场(即一段一场) 的车辆基地布局。
对于轻轨系统、联系郊区市县的轨道交通系统来说,由于客流量相对较小,列车运行间隔时分也相对较大,为充分利用车辆基地的检修资源,可数条线路共用一处车辆段,但每条运营线路应当有一处停车场,以满足运营的需要。对于已有一处车辆段或停车场的运营线路,当线路长度超过20 km 时,不一定再修建另一处的停车场,应视车辆段(或停车场) 的位置、运营的需要及有无建设场地等情况确定。
车辆基地的布局还需要考虑以下几方面的因素。
(1) 尽量靠近正线,以便缩短出入段线长度,降低工程造价。车场用地应有足够的长度和宽度,满足车辆段的使用要求,并留有远期发展条件。
(2) 有通畅的道路便于各种车辆进出,与国铁有较好的联系,便于列车车辆、调车机及其他车辆的转运。
(3) 用地尽量符合城市总体规划要求。
(4) 工程拆迁量少,合理用地。
3 车辆的组成及检修资源的共享
目前,地铁车辆的设计制造水平都有较大的提高, 其主要组成及技术参数如下。
(1) 车体及车内设备 车体采用挤压铝型材整体承载结构。车门采用内藏式门,驱动型式为电驱动。车门窗采用固定式大平面双层安全玻璃;司机室的前面窗采用安全层压玻璃。防火及安全设施采用高阻燃、低烟、低毒释放材料;每辆车设灭火器,灭火器适合电气装置的灭火,列车司机室前端设紧急疏散门。
(2) 转向架 结构型式为无摇枕、二系弹簧二轴转向架。构架为H 型焊接钢结构构架;轴箱外置。一系悬挂为橡胶弹簧;二系悬挂为自由膜式空气弹簧。车轮采用国产整体碾钢轮。基础制动采用单元式踏面制动,由制动缸、闸瓦间隙调整器等组合而成。
(3) 牵引控制系统 由受电弓(或第三轨) 供电,采用IGB T 元件作为牵引调控系统的主要逆变器,实现VVV F 交流变频,控制三相感应电机驱动。
(4) 辅助电源系统 辅助逆变器(静止逆变器) 采用IGB T 元件,向车辆提供AC380 、AC220 、50 Hz 的电源和DC110V 电源。蓄电池采用镍镉碱性电池,每列车2 组,作为DC110V 的备用电源,其容量可满足45 min 事故照明及通风的需要。
(5) 制动系统 采用微机控制的模拟式空气制动机,通过再生制动、电阻制动和摩擦制动三者的合理结合,组成制动系统。系统具有防空转和防滑保护功能。
(6) 空调通风系统 车辆设空调和风道。每辆车空调制冷功率约为2 ×40 kW 。
(7) 列车信息管理系统 采用微机控制,可收集各子系统的信息,包括对牵引弓(或第三轨供电装置) 控制、制动控制、辅助系统、车门、空调、照明、受电弓的检测,有故障诊断、显示报警和储存功能。故障显示器采用中英文,简化显示查询功能。
(8)A TC 和通讯系统。
(9) 检修制度 国内地铁车辆的检修制度采用的是按走行公里计算,由大修、架修、定修、月检、周检等修程组成。
从上述车辆的主要组成可以看出,地铁车辆的装备水平、制造质量优良,自动化程度高,在固定的一段线路上运行,其运行的环境条件也比国铁车辆要好,因而其定期检修周期比国铁的要长,但日常维修保养的条件及水平也有相应的提高。这些对延长地铁车辆的使用寿命,提高检修质量,减小车辆段的规模,节省工程投资,提高运营经济效益十分有利。
对于每一条地铁运营线来说,由于车辆的架修、大修周期较长,故需要的检修台位也较少。大架修作业主要是将车组进行解体,在大架修库内采用架车机进行架车作业,各主要零部件进行全面的分解、清洗、检修、试验,其厂房设备投资高,检修人员素质要求高。若每条运营线都设置大架修设施,势必造成设备利用率低、专业化水平低,不利于提高运营经济效益和车辆检修质量的提高。因此,对于一个城市的地铁系统来说,在同类型的轨道交通系统线网上,各运营线在车辆的选型上应尽量一致,各运营线应有联络线互通,这样有利于车辆的维修管理,有利于车辆及检修资源的共享。对于一个城市的地铁或轻轨系统来说,应根据整个系统线网上车辆检修的工作量,统一建设1～2 处大架修基地。
由于地铁车辆的定修作业主要是对制动系统、辅助机组、电器设备等进行针对性修理,其检修周期较短,检修内容简单,设备投资低,但检修车辆数量多。因此,每条运营线都应设置车辆的定修设施,一般不再考虑定修的检修资源的共享。
参考文献:
[1] 中华人民共和国建设部. 城市快速轨道交通工程项目建设标准(试行本) [ S] ,1999.
[2] 陈浩然. 用于城市轨道交通的小编组、高密度列车运行方案[J ] . 中国铁路,2001(5) .
