滕一陛

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

1 試車方案工程設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題

1.1 試車安全風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)上海申通地鐵公司關(guān)于試車安全的運(yùn)營(yíng)反饋意見(jiàn),以及本地區(qū)多個(gè)車輛基地的工程設(shè)計(jì)體會(huì)和回訪成果,以及國(guó)內(nèi)相關(guān)試車線典型項(xiàng)目的調(diào)研分析,對(duì)影響試車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了梳理,主要?dú)w結(jié)為以下幾方面。

(1)試車線長(zhǎng)度：試車線的理論計(jì)算長(zhǎng)度和實(shí)際設(shè)計(jì)長(zhǎng)度之間的差異,決定了安全裕度,是影響試車安全的關(guān)鍵因素。

(2)試車線曲線限速及超高。

(3)試車線防護(hù)措施。

(4)試車線軌道條件。

(5)輪軌黏著條件。

(6)試車試驗(yàn)大綱編制。

(7)試車司機(jī)工作狀態(tài)。

(8)網(wǎng)壓穩(wěn)定性。

(9)信號(hào)聯(lián)調(diào)。

1.2 設(shè)計(jì)規(guī)范試車相關(guān)條文規(guī)定

國(guó)家和上海地方標(biāo)準(zhǔn)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中試車相關(guān)條文規(guī)定在具體工程設(shè)計(jì)中可操作性不強(qiáng),設(shè)計(jì)人員往往無(wú)從確定試車線長(zhǎng)度及其安全性。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》和《城市軌道交通安全預(yù)評(píng)價(jià)細(xì)則》、《城市軌道交通安全預(yù)驗(yàn)收評(píng)價(jià)細(xì)則》中也無(wú)車輛基地試車和正線試車的相關(guān)條文規(guī)定。

2 調(diào)研分析

2.1 已建成試車線的調(diào)研

(1)上海城市軌道交通試車線匯總見(jiàn)表1。

(2)國(guó)內(nèi)其他城市軌道交通的相關(guān)案例見(jiàn)表2。

表1 上海城市軌道交通試車線匯總

表2 國(guó)內(nèi)其他城市軌道交通的相關(guān)案例

(3)上海軌道交通運(yùn)營(yíng)反饋意見(jiàn)

依據(jù)上海城市軌道交通已建成車輛基地后評(píng)估專項(xiàng)工作中運(yùn)營(yíng)部門反映的意見(jiàn),“建議工程設(shè)計(jì)中在力所能及的情況下,減少正線試車的情況發(fā)生”。

2.2 國(guó)內(nèi)城市軌道交通車輛主要?jiǎng)恿W(xué)性能參數(shù)

通過(guò)調(diào)研上海、廣州、天津、北京、南京多個(gè)城市選用的地鐵車輛參數(shù),主要?jiǎng)恿W(xué)性能參數(shù)：平均加速度(0～80 km/h或0～100 km/h或0～120 km/h)：≥0.5～0.6 m/s2；常用制動(dòng)平均減速度(120～0 km/h或100～0 km/h或80～0 km/h,包括響應(yīng)時(shí)間)：≥0.8～1.0 m/s2；緊急制動(dòng)平均減速度(120～0 km/h或100～0 km/h或80～0 km/h,包括響應(yīng)時(shí)間)：≥1.2～1.3 m/s2。

2.3 車輛調(diào)試試驗(yàn)大綱

通過(guò)分析上海地鐵車輛調(diào)試試驗(yàn)大綱,其中：運(yùn)行安全和運(yùn)行平穩(wěn)性試驗(yàn)、運(yùn)行試驗(yàn)、牽引能力和電制動(dòng)能力試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)、防滑試驗(yàn)、停放制動(dòng)試驗(yàn)、運(yùn)行阻力試驗(yàn)均為跟速度和試車線長(zhǎng)度有關(guān)的敏感試驗(yàn),也是在正線試車相關(guān)的主要試驗(yàn)。

3 試車線長(zhǎng)度計(jì)算分析

3.1 城市軌道交通輪軌制式車輛牽引制動(dòng)特性的主要特點(diǎn)

(1)分析地鐵試車線需求長(zhǎng)度最有價(jià)值的特性曲線是速度(v)—時(shí)間(t)和速度(V)—距離(s)。利用這兩個(gè)曲線的特點(diǎn)比較直觀的能分析出以下結(jié)論。

①?gòu)撵o止加速至最高運(yùn)行速度列車走行距離,特性曲線法的數(shù)值比平均加速度估算法的數(shù)值要大。

②從最高運(yùn)行速度減速至停止列車走行距離,特性曲線法的數(shù)值比平均加速度估算法的數(shù)值相差不大,在未獲得車輛供貨商的制動(dòng)特性曲線資料之前,直接套用平均減速度估算法誤差較小。

③在額定荷載工況下,達(dá)到最高運(yùn)行速度的牽引距離或者始于最高運(yùn)行速度的制動(dòng)距離是研究試車線長(zhǎng)度的關(guān)鍵參數(shù)。

(2)典型案例牽引距離和制動(dòng)距離數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)廣州3號(hào)線和上海地鐵1號(hào)線等典型案例的車輛資料統(tǒng)計(jì),一般情況下：牽引距離,特性曲線法的數(shù)值比平均加速度估算法的數(shù)值大160～210 m,直接套用平均加速度估算法將會(huì)有較大的誤差；用平均減速度算法計(jì)算出來(lái)的制動(dòng)距離接近特性曲線的數(shù)據(jù),誤差40～50 m。因此算法誤差主要在牽引距離上，為安全起見(jiàn),牽引距離計(jì)算一般取大值。同時(shí)可考慮通過(guò)計(jì)算公式的其他部分進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2 試車線長(zhǎng)度計(jì)算公式

基于前面的調(diào)研和分析,研究了4種測(cè)算方法：

(1)測(cè)算方法一

試車線長(zhǎng)度=車擋工作距離+列車距離車擋安全距離+啟動(dòng)段列車長(zhǎng)度+靜止加速到最高速度走行距離(特性曲線法)+最高速度保持8 s走行距離+平均減速到靜止走行距離+列車距離車擋安全距離+車擋工作距離

注：平均減速度按照技術(shù)要求的參數(shù),最高速度保持時(shí)間最小取值5 s,可適度延長(zhǎng)至10 s,以提供安全裕度,建議取8 s。特性曲線法的牽引距離根據(jù)相似工程項(xiàng)目車輛的數(shù)據(jù)引用。

(2)測(cè)算方法二

試車線長(zhǎng)度=車擋工作距離+列車距離車擋安全距離+啟動(dòng)段列車長(zhǎng)度+平均加速到最高速度走行距離+最高速度保持5 s走行距離+平均減速到靜止走行距離+進(jìn)入速度為最高運(yùn)行速度的緊急制動(dòng)距離(安全防護(hù))+列車距離車擋安全距離+車擋工作距離

(3)測(cè)算方法三

試車線長(zhǎng)度=車擋工作距離+列車距離車擋安全距離+啟動(dòng)段列車長(zhǎng)度+平均加速到最高速度走行距離(考慮性能老化和防滑效率0.85,列車平均加速度折算)+最高速度保持5 s走行距離+平均減速到靜止走行距離(考慮性能老化和防滑效率0.85,列車平均減速度折算)+進(jìn)入速度為最高運(yùn)行速度的緊急制動(dòng)距離(安全防護(hù))+列車距離車擋安全距離+車擋工作距離

(4)測(cè)算方法四

試車線長(zhǎng)度=車擋工作距離+列車距離車擋安全距離+啟動(dòng)段列車長(zhǎng)度+靜止加速到最高速度走行距離(特性曲線法)+最高速度保持10 s走行距離+平均減速到靜止走行距離+進(jìn)入速度為最高運(yùn)行速度的緊急制動(dòng)距離(安全防護(hù))+列車距離車擋安全距離+車擋工作距離

注：緊急制動(dòng)距離僅作為安全防護(hù)距離,與最高速度保持時(shí)間共同保障安全裕度。

3.3 驗(yàn)算

分別對(duì)上海地鐵1號(hào)線8輛編組A型車(最高運(yùn)行速度80 km/h)和天津?yàn)I海9號(hào)線4輛編組B型車(最高運(yùn)行速度100 km/h)試車線長(zhǎng)度和工程設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)算。驗(yàn)算顯示以上4種算法得出的數(shù)據(jù)能夠?yàn)榇_定試車線長(zhǎng)度提供有價(jià)值的參考。經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)實(shí)踐檢驗(yàn),其試車線是相對(duì)安全的。

3.4 建議

根據(jù)工程設(shè)計(jì)條件靈活選擇試車線長(zhǎng)度測(cè)算方法,一般情況下測(cè)算方法二有較高的安全裕度,建議首選。正線試車區(qū)段建議首選方法四。方法一測(cè)算數(shù)據(jù)僅供作為比選的基數(shù)。

測(cè)算數(shù)據(jù)僅供設(shè)計(jì)取值參考,應(yīng)結(jié)合工程設(shè)計(jì)的邊界(限制)條件、工程投資等綜合考慮。

4 上海地鐵11號(hào)線正線試車區(qū)段工程設(shè)計(jì)研究

4.1 100 km/h車輛高速試車方案研究必要性

(1)根據(jù)工程慣例和車輛試驗(yàn)大綱,進(jìn)行最高運(yùn)行速度100 km/h相關(guān)運(yùn)行試驗(yàn)是必須的。

(2)根據(jù)以上不同試車線長(zhǎng)度測(cè)算方法的比較分析,出于安全考慮,測(cè)算出進(jìn)行100 km/h運(yùn)行試驗(yàn)時(shí),試車線長(zhǎng)度約為2 010 m。

本工程賽車場(chǎng)車輛段目前設(shè)計(jì)的試車線：長(zhǎng)1 400 m,只能滿足80 km/h及以下速度相關(guān)試驗(yàn)的基本需求,不能滿足100 km/h的運(yùn)行試驗(yàn)需求。

因此,需要對(duì)高速試車線進(jìn)行專題研究,主要研究思路如下：

①在1 400 m試車線基礎(chǔ)上加長(zhǎng)；

②在車輛段附近重選試車線；

③在正線尋找試車區(qū)段。

經(jīng)過(guò)諸多方案的詳細(xì)比選和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,前2條研究思路在賽車場(chǎng)車輛段附近不具備工程實(shí)施條件,基本不可行。

4.2 正線試車區(qū)段

研究思路：選取車輛段內(nèi)中低速試車與正線高速試車補(bǔ)充驗(yàn)證相結(jié)合的方案。

本次研究在正線線路上選取了2個(gè)試車區(qū)段,并經(jīng)過(guò)比選選定靜寧路站—白銀路站區(qū)間下行線。

試車區(qū)段選?。簭陌足y路站出站下行線開(kāi)始約750 m平坡道(有R=3 500 m、l=40 m、長(zhǎng)約217 m的曲線,不限速)+5‰上坡道220 m+5.976‰下坡道251 m(有R=4 500 m、l=35 m、長(zhǎng)約230 m的曲線,不限速)+約800 m平坡道(無(wú)曲線),長(zhǎng)約2 021 m,如果再加3‰下坡道200 m+約350 m平坡道,總長(zhǎng)可達(dá)2 571 m。

5 正線高速試車需解決的主要問(wèn)題

根據(jù)國(guó)內(nèi)的調(diào)研情況及上述11號(hào)線正線高速試車方案的分析,正線試車存在以下主要問(wèn)題,需要采取措施解決。

(1)由于正線試車區(qū)間在平坡和上、下坡,為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,列車必須在平坡段進(jìn)行性能試驗(yàn),人為因素對(duì)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性影響很大,增加了司機(jī)對(duì)標(biāo)操作的難度,稍有疏忽,必須退回,重新試驗(yàn),延長(zhǎng)了試驗(yàn)時(shí)間。

(2)由于正線試車區(qū)段的線路的運(yùn)行條件低于試車線,因此單線往返運(yùn)行試車測(cè)試的數(shù)據(jù)有所偏差,對(duì)測(cè)試分析人員技術(shù)要求提高。

(3)提高了各專業(yè)施工協(xié)調(diào)的難度,對(duì)運(yùn)營(yíng)方統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的要求有所增加。

(4)由于正線試車區(qū)段承擔(dān)著試車及正線運(yùn)營(yíng)的雙重責(zé)任,因此對(duì)接觸網(wǎng)、信號(hào)、線路等的設(shè)備維護(hù)等級(jí)及維護(hù)周期的要求有所提高,需要維護(hù)的時(shí)間也較長(zhǎng),這與由于夜間試車而能提供保養(yǎng)的時(shí)間明顯減少發(fā)生了很大的矛盾。

(5)在試運(yùn)營(yíng)期間,列車調(diào)試時(shí)萬(wàn)一發(fā)生列車異常情況,造成比較嚴(yán)重的故障(如擠岔、信號(hào)設(shè)備、線路損壞等),若不能及時(shí)修復(fù),將對(duì)次日的正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)很大的影響。

(6)在正線試車期間萬(wàn)一列車發(fā)生異常情況,需要賽車場(chǎng)車輛段派出救援機(jī)車或者救援列車牽引回基地,作業(yè)效率較低。

(7)正常運(yùn)營(yíng)后,試車時(shí)間均在夜間,試車時(shí)對(duì)區(qū)段的照明比較暗,建議提供一定的輔助照明,便于司機(jī)觀察試車區(qū)段的安全防護(hù)標(biāo)志和標(biāo)段標(biāo)志,提高試車效率。

(8)由于正線試車只能在運(yùn)營(yíng)結(jié)束后進(jìn)行,時(shí)間約在晚間11：00以后。這樣要保證參加試驗(yàn)的司機(jī)必須休息好,避免司機(jī)疲勞駕駛、反應(yīng)滯緩而發(fā)生事故。

(9)由于正線運(yùn)營(yíng)以后,正線試車只能選擇在凌晨到早上這段時(shí)間,且由于試車過(guò)程中頻繁的制動(dòng)等操作,噪聲較大,干擾附近居民休息。

6 11號(hào)線正線高速試車相關(guān)技術(shù)對(duì)策研究

針對(duì)11號(hào)線正線高速試車的需求及存在的問(wèn)題,研究了如下對(duì)策。

6.1 降低正線試車作業(yè)頻率

采用中低速試車在車輛段內(nèi)試車線進(jìn)行,高速試車在正線進(jìn)行的組合方式,可以大大降低正線試車的作業(yè)頻率。

6.2 試驗(yàn)項(xiàng)目的合理分工

在車輛段試車線完成80 km/h及以下的速度所有運(yùn)行試驗(yàn)(特別是制動(dòng)試驗(yàn))及相關(guān)試驗(yàn),列車考核達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)入正線進(jìn)行100 km/h相關(guān)的運(yùn)行試驗(yàn)及相關(guān)試驗(yàn)。這樣,在正線試車的工作量最多不會(huì)超過(guò)所有試驗(yàn)項(xiàng)目的15%。

正線試車區(qū)段主要進(jìn)行：最高運(yùn)行速度100 km/h運(yùn)行安全和運(yùn)行平穩(wěn)性試驗(yàn)、運(yùn)行試驗(yàn)、牽引能力和電制動(dòng)能力試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)。而對(duì)于與其他子系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)必須在整個(gè)正線上進(jìn)行。

6.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析

為使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確,提高試驗(yàn)結(jié)果的可信度,一般采用往返多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值的方法,這樣可以減少曲線半徑、上下坡道對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。另外,通過(guò)往返試驗(yàn)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到接近真實(shí)情況的數(shù)據(jù)。

6.4 做好相關(guān)技術(shù)配套設(shè)施

為保障試車安全和正常使用，還應(yīng)在軌道、供電、通信、信號(hào)、聲屏障等設(shè)計(jì)中采取技術(shù)措施。建立健全運(yùn)營(yíng)管理、安全防護(hù)等配套措施。

7 研究結(jié)論及建議

7.1 結(jié)論

(1)若有條件,在車輛段單獨(dú)設(shè)置長(zhǎng)度滿足100 km/h試車需求的試車線仍為首選。在車輛段內(nèi)設(shè)置符合長(zhǎng)度要求的平直試車線是試車線的基本設(shè)計(jì)原則。

(2)經(jīng)過(guò)大量的方案研究,根據(jù)11號(hào)線現(xiàn)實(shí)條件,在車輛段內(nèi)及車輛段外鄰近位置設(shè)置試車線的難度較大。

(3)為滿足車輛驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)檢修的試驗(yàn)需求,創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)理想、安全的試車環(huán)境,提出賽車場(chǎng)車輛段設(shè)置長(zhǎng)度不小于1 400 m的試車線,滿足80 km/h及以下速度運(yùn)行試驗(yàn)及相關(guān)試驗(yàn)需求,在靜寧路～白銀路站正線區(qū)間(約3 900 m站間距)選取2 010 m長(zhǎng)區(qū)段兼做最高運(yùn)行速度100 km/h的補(bǔ)充驗(yàn)證試驗(yàn)區(qū)段。

7.2 建議

(1)提高城市軌道交通車輛試車安全是個(gè)綜合性的課題,工程設(shè)計(jì)中各專業(yè)應(yīng)充分考慮實(shí)際需求,提高設(shè)計(jì)安全性。

(2)不宜首選正線試車。網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)后,各城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中宜在首個(gè)或至少一處大架修段設(shè)置較長(zhǎng)的試車線,能夠最大限度地節(jié)約資源。

(3)試車線長(zhǎng)度計(jì)算中建議按照選用車輛的技術(shù)參數(shù)和特性表現(xiàn),優(yōu)選安全裕度較大的計(jì)算方法,并結(jié)合工程條件權(quán)衡考慮設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。應(yīng)重視不同地區(qū)氣候條件對(duì)輪軌黏著的影響。

(4)車輛調(diào)試前應(yīng)請(qǐng)車輛供貨商或技術(shù)部門進(jìn)行安全性驗(yàn)證。并根據(jù)試車線的條件,有針對(duì)性地編制調(diào)試大綱。

(5)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理應(yīng)重視以下工作：車輛采購(gòu)及信號(hào)招標(biāo)落實(shí)相關(guān)要求；正線試車方案的工程籌劃和實(shí)施；車輛試驗(yàn)計(jì)劃、正線試車安全保障措施及預(yù)案；正線維修工作的統(tǒng)籌安排等。

[1]王曰凡.上海地鐵車輛[J].電力機(jī)車技術(shù),2001(7):18-22.

[2]毛明平，陶生桂，王曰凡.上海地鐵2號(hào)線牽引仿真計(jì)算研究[J].城市軌道交通研究,2001(2):22-27.

[3]陶功安,袁立祥,馬喜成.廣州地鐵3號(hào)線地鐵車輛[J].機(jī)車電傳動(dòng),2006(4):53-59.

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[5]GB50157—2003,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]GBT50438—2007,地鐵運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].