陳 斌 李 英

(1.寧波市軌道交通集團有限公司,315012,寧波;2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院,200070,上海∥第一作者,教授級高級工程師)

寧波市軌道交通2號線不同編組列車混合運營方案研究

陳 斌1李 英2

(1.寧波市軌道交通集團有限公司,315012,寧波;2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院,200070,上海∥第一作者,教授級高級工程師)

針對寧波市軌道交通2號線在運營初期、近期、遠期分別采用4、4、6節(jié)列車編組方案,以及4、6輛編組列車混合運營方案中存在的車輛、系統(tǒng)、運營等方面的相關(guān)問題進行了分析研究,并提出了相應(yīng)的處理措施。研究結(jié)果表明,本工程采用4、6輛編組列車混合運營是經(jīng)濟的、可行的。同時建議4輛編組列車應(yīng)采用3動1拖方案,注意在信號系統(tǒng)軟件編制中充分考慮4、6輛編組列車混合運營的要求,屏蔽門宜按6輛編組列車一次性實施,4輛編組列車和6輛編組列車都宜?？吭谡九_的同一位置。

城市軌道交通;車輛編組;運營;車輛配置

First-author's addressNingbo Rail Transit Group Co.,Ltd.,315012,Ningbo,China

針對城市軌道交通運營初期、近期、遠期列車編組方案問題,業(yè)內(nèi)存在著較大的分歧:一部分專家主張初、近期列車采用4輛編組,近期和遠期采用4輛、6輛編組混跑;另一部分專家主張初、近期列車采用4輛編組,遠期改為6輛編組,以提高運營效益,降低成本;還有一些專家認為列車由4輛編組擴編為6輛編組難度很大,代價很高,主張初、近、遠期列車均采用6輛編組。本文以寧波市軌道交通2號線工程為背景,對此問題進行探討,以期提高城市軌道交通列車編組決策的科學(xué)性。

1 列車編組及混合運營方案

寧波市軌道交通2號線規(guī)劃線路長度約 50 km,工程分為兩期實施:一期工程起點站為機場站,終點站為東外環(huán)路站,線路全長28.41 km,共設(shè)22座車站,平均站間距1.334 km。根據(jù)客流預(yù)測,本線初、近、遠期高峰斷面客流分別為1.18萬人次/h、1.89萬人次/h、3.13萬人次/h。初、近期客流與遠期客流相比較小,因此采用4、4、6的列車編組方案。運營初期列車編組采用4輛B型車,配屬車33列,一直應(yīng)用至遠期自動報廢。此后,根據(jù)客流實際增長情況逐漸增加6輛編組列車,高峰時段6輛編組列車與4輛編組列車混合運行,平峰時段均采用4輛編組列車運行方案。在運營初期,采用4輛編組列車,可以提供較短的行車間隔和較為節(jié)省的列車購置與運營費用。因此,在可行性研究、總體設(shè)計、初步設(shè)計等階段均推薦本線初期采用4輛編組列車的方案。

2 不同編組列車混合運營的問題及措施

2.1 車輛配置

1)列車救援能力問題。在列車救援能力方面,一般要求一列動力完好的空載列車應(yīng)能將停放在本線30‰的最大坡道上的一列超員故障列車救援至前方車站,清客后回庫。如果發(fā)生故障的6輛編組載客列車與擔負救援任務(wù)的4輛編組列車均處在30‰坡道上,4輛2動2拖編組列車無法以0.0833 m/s2的坡道起動最小加速度對6輛編組載客列車實施救援。使用4輛3動1拖編組的AW0(空載)列車,可以實現(xiàn)在30‰坡道對6輛4動2拖編組AW3(超載)列車的重聯(lián)救援(當3動1拖編組列車上每個動軸牽引力F軸=16.51 kN、粘著系數(shù) μ=0.194時)。使用4輛全動編組AW0列車,可以實現(xiàn)在30‰坡道對6輛4動2拖編組AW3列車的重聯(lián)救援(當全動4輛編組列車上每個動軸牽引力F軸=12.52 kN、粘著系數(shù) μ=0.147時)。

2)列車配重問題。在列車配重方面,輔助逆變器和蓄電池的質(zhì)量分配是關(guān)鍵,要盡可能地將其質(zhì)量平衡到每輛動車。如果不便于單獨安裝輔助逆變器與蓄電池,則需要采用分散布置的輔助逆變器,把質(zhì)量平衡到每輛車。由于安裝蓄電池的主流模式是每列車安裝兩組蓄電池,若將每組蓄電池再分為兩個小組,分別安裝于兩輛車,則兩組蓄電池間(即兩輛車之間)必須添加串聯(lián)線,其技術(shù)可靠性可能也會受到影響。

3)列車配重與價格問題。列車配重與價格方面,全動車編組由于沒有拖車可以單獨安裝輔助逆變器與蓄電池,應(yīng)該采用分散布置輔助逆變器系統(tǒng),即每輛車都安裝輔助逆變器;同時還要平衡控制蓄電池的質(zhì)量,這樣才可以平衡列車配重。這相當于在每輛拖車加裝4個電機(包括傳動機構(gòu)約3 t)、一套VVVF(變壓變頻)系統(tǒng)(包括高壓箱約1.1 t),保留半組蓄電池(約250 kg);軸重可能會因此超過14 t,則需要降低定員數(shù),同時還應(yīng)考慮動車車底的空間問題。4輛3動1拖編組的列車,相比全動車編組的列車,有一輛拖車可以承重較大的輔助逆變器與蓄電池組質(zhì)量。對于分組不平衡的3動1拖列車,更要講究輔助逆變器系統(tǒng)與蓄電池組質(zhì)量和容量的平衡分布,所以最好也采用分散供電式的輔助逆變器系統(tǒng),并平衡控制每輛車的蓄電池組重量。此方案可以保證軸重符合14 t的要求;而在價格方面,4輛3動1拖編組比全動車方案減少了一套牽引系統(tǒng),價格相對減少150萬元。

4)方案比選。通過以上對比分析可知,雖然4輛全動車編組AW0列車在30‰坡道上能夠滿足對6輛AW3列車的救援要求,但在正常運行(最高運行速度80 km/h,0～80 km/h時平均加速度0.6 m/s2,0～40 km/h時平均加速度1.0 m/s2)時,其車輛牽引系統(tǒng)只發(fā)揮了不到50%的動力性能(每軸牽引力僅為10 kN),造成很大的浪費;粘著系數(shù)僅為0.117,沒有充分利用粘著。而進一步從經(jīng)濟性角度進行對比分析得,采用4輛3動1拖編組方案,在性價比上要優(yōu)于全動車方案,同時可以完成對6輛4動2拖編組AW3列車的坡道救援。

2.2 系統(tǒng)配置

2.2.1 存在的問題

系統(tǒng)配置主要包括信號系統(tǒng)配置、屏蔽門系統(tǒng)配置及車輛段設(shè)施。采用4、6輛列車編組混合運營方案時,因為4輛編組列車和6輛編組列車總重不同,列車牽引特性曲線和制動特性曲線也不一樣,所以在列車自動控制系統(tǒng)(ATC)模式下,車載設(shè)備也必須為4輛編組和6輛編組列車分別配置不同版本的軟件;對于屏蔽門系統(tǒng)的配置,存在初、近期分期配置還是一次性配置完成的問題,同時屏蔽門與信號系統(tǒng)的接口內(nèi)容中也存在二種不同列車編組信息的一致對應(yīng)問題;車輛段設(shè)施的問題主要體現(xiàn)在停車設(shè)施與架車設(shè)備的選用。

2.2.2 解決措施

2.2.2.1 信號系統(tǒng)

根據(jù)4、6輛編組列車混合運營方案的特點,在需要4、6編組列車混合運營來進行過渡的情況下,為適應(yīng)車輛編組方案的要求,信號系統(tǒng)應(yīng)采取以下措施:在4輛編組車運營時,為ATP/ATO(列車自動保護/列車自動運行)車載設(shè)備配置適應(yīng)4輛編組列車的軟件;在4、6輛編組列車混跑運營時,原4輛編組列車的車載軟件不需要進行更改,新增的6輛編組列車為ATP/ATO車載設(shè)備配置適應(yīng)6輛編組列車的軟件。在一期工程招標時,為避免遠期修改的影響,要求信號供貨商對軌旁ATP/ATO設(shè)備軟件進行開發(fā),一次性滿足識別4、6輛編組列車的要求,并在識別4、6輛編組列車后向屏蔽門發(fā)送相應(yīng)的信息。盡管在這種情況下,由于軟件的開發(fā)會導(dǎo)致信號系統(tǒng)投資的增加,但考慮到2號線一期工程在設(shè)計初期已將此問題納入整個系統(tǒng)設(shè)計中,投資的增加應(yīng)可以控制在一個合理的范圍內(nèi)。

同時,由于列車編組不一致,若2號線的站臺屏蔽門按4、6輛編組列車都停在站臺中間進行設(shè)計,則當信號調(diào)試和降級模式運營時,司機要進入站臺手動操作屏蔽門的開啟并進行瞭望,當中部停車時無法實現(xiàn)這些常規(guī)作業(yè)。因此,在4、6輛編組列車混合運營時需針對不同編組列車安裝精確停車設(shè)備,導(dǎo)致信號系統(tǒng)投資的進一步增加。所以,無論上、下行,4輛編組列車和6輛編組列車都宜?？吭谡九_的同一位置(即列車正向行駛的運營停車點在站臺正方向端部)。

信號系統(tǒng)與屏蔽門按每側(cè)站臺獨立接口進行設(shè)計。在初、近期運營階段,僅處理4輛編組列車(即16扇活動站臺屏蔽門接口),但必須考慮將來遠期擴展至6輛編組列車的情況(即24扇站臺屏蔽門接口)。因此,信號系統(tǒng)須具備處理不同長度列車的能力,而不同編組列車都需停在與站臺端位置相同的運營停車點。在4、6輛編組列車混合運營期間,信號只需激活原未使用(未供電)的6輛編組列車“長車開門指令”信號,無需對系統(tǒng)設(shè)備做任何修改。這樣系統(tǒng)即可同時處理4輛編組與6輛編組列車的屏蔽門接口。

2.2.2.2 屏蔽門系統(tǒng)

(1)屏蔽門系統(tǒng)方案配置:為適應(yīng)初、近、遠期4、4、6輛編組列車運營需求,初、近期屏蔽門可有分期配置、一次建設(shè)完成兩種配置方案。兩種配置方案比選表見表1。分期配置適應(yīng)列車不同時期的不同編組方案,從理論上說是合理的。其最大好處是可節(jié)省初期建設(shè)投資,但也存在較多問題:一方面,由于各屏蔽門潛在供貨廠家的產(chǎn)品特點不同,較難做到互換,如果分期配置,則存在諸多風險。如:供貨商到時不再生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品,則后期配置新購產(chǎn)品就無法與初期已配置產(chǎn)品相兼容,這將導(dǎo)致很難購置新設(shè)備以滿足6輛編組列車的需要;另一方面,由于后期在補充對應(yīng)第5、6輛編組列車屏蔽門的站臺設(shè)備時線路已經(jīng)在運營,致使每天進行設(shè)備加裝作業(yè)時間有限(通常不到3 h),因而其施工周期須相應(yīng)延長。此外,軟件系統(tǒng)的更新和調(diào)試工作量也是不可估計的。經(jīng)初步核算,后期配置產(chǎn)品的施工周期將是3～4倍于新建線的施工工期。同時,因難以通過招標方式來增購設(shè)備,從而可能產(chǎn)生投資增加等問題。

如果因客流變化需要提前投入6輛編組列車,采用分期配置方案就很難便捷地滿足調(diào)整列車編組的運營需求,且所需屏蔽門新增設(shè)備的供貨便存在了如上所述諸多問題。此外,即使廠家還在,但由于要貨急軟件更改等因素,報價相比原來也會增加很多。如果采用一次建設(shè)完成方案,雖然初期投資成本有所增加,且在一定時間段內(nèi)部分設(shè)備將閑置不用,同時還需投入相應(yīng)的運營維護成本,但可以避免分期配置方案所存在的不足,尤其是能便捷地適應(yīng)客流猛增而調(diào)整列車編組的需求。

表1 屏蔽門系統(tǒng)配置方案比選表

(2)屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口及控制方案:為適應(yīng)4、6輛編組列車混跑,屏蔽門與信號系統(tǒng)的接口內(nèi)容中必須增加列車編組信息,而且必須確保編組信息以及屏蔽門相應(yīng)開啟的滑動門位置與到站列車的編組相一致。因此,屏蔽門、信號系統(tǒng)均須具備相應(yīng)可靠的功能。另外,屏蔽門系統(tǒng)就地控制盤(PSL)面板和車站控制室IBP(緊急后備盤)上應(yīng)設(shè)置對應(yīng)4、6輛編組列車的開、關(guān)門解鎖裝置,或預(yù)留6輛編組列車解鎖裝置的安裝條件。最終設(shè)備配置情況按照車輛編組的最終采用情況確定。故4、6編組列車混跑雖然增加了車站運營組織的復(fù)雜性,但從工程實際來說都是可以實現(xiàn)的,只是屏蔽門、信號系統(tǒng)及運營組織等都要采取相應(yīng)的措施。

2.2.2.3 車輛段設(shè)施

4、6輛編組列車混合運營對車輛段設(shè)施而言,其差異主要體現(xiàn)在停車設(shè)施與架車設(shè)備。無論初期采用何種列車編組方案,本線遠期停車規(guī)模均一致(即按照開行30對/h計算,配屬列車76列,停車能力66列)。如果按照近期建設(shè)車場規(guī)模,則根據(jù)過渡方案的研究,按客流增長低、中、高水平配屬車輛為:近期全部4輛編組,配屬列車47列,停車列位42列;近期4、6輛編組,配屬列車45列,停車列位40列;近期全部6輛編組,配屬列車33列,停車列位29列。即如果初期采用6輛編組則車輛段近期可推遲建設(shè)一跨(12列位)停車庫,推遲投資約0.2億元。

在架車設(shè)備方面,目前國內(nèi)制造商提供的地下固定式架車機或移動式架車機均具備以下功能:每個架車機均能單獨動作(提升或下降)以滿足設(shè)備調(diào)試或檢修需要;以架三輛車為一機組,一個架車機組可滿足單獨架一輛車、同時架二輛車或同時架三輛車的需要;架車機控制臺和架車臺位兩處均設(shè)有緊急停止架車按鈕,處理架車事故。故已有架車機均能滿足4輛、6輛車編組的列車架車。一般不建議采用一列車同時架車的作業(yè)方式。

寧波軌道交通2號線車輛架車線架車位處,先建4輛車的架車機,預(yù)留2輛車的架車機坑,待遠期6輛車編組時。安裝2臺位架車機即可滿足架車要求。

由上分析可見,采用4、6輛編組混跑方式,對車輛段設(shè)施沒有影響。車輛段(停車場)的列車停放均按6輛編組考慮,只是初、近、遠期配屬列車數(shù)不同,停車列檢規(guī)模進行了預(yù)留。車輛段(停車場)范圍按規(guī)范要求均按遠期規(guī)模預(yù)留,故也不影響4、6輛編組混跑。由于本段為定修段,檢修設(shè)備較廠架修段少,因此車輛檢修設(shè)施的配置只與車輛檢修內(nèi)容和檢修工作量有關(guān)。為了減少擴建對修車的影響,車輛段的檢修臺位長度現(xiàn)已按6輛車編組考慮,列車的架車設(shè)備現(xiàn)已按3輛車考慮?，F(xiàn)有設(shè)施對4輛編組或6輛編組均能滿足。

2.3 客運組織

初期采用4輛編組列車,初期以后或近期以后需要開展混合運營時,如果不考慮擴編或轉(zhuǎn)線,則4、6輛編組列車的混合運營將可能維持較長時間(30年左右)。長、短列車交替到達車站,需要做好站臺客運組織工作。另外,長短列車運能差別也對站立擁擠度的不均衡和保證高峰期小編組列車停站時間帶來一些運營壓力。

4、6編組列車混跑肯定會對信號系統(tǒng)、行車組織、乘客乘車等帶來一定的影響。但是,只要事先在控制軟件沒計中進行了考慮,這些問題都是可以解決的,增加的投資也不會太多。如信號系統(tǒng)必須配有不同軟件,屏蔽門控制也必須適應(yīng)4輛編組列車和6輛編組列車的開啟方式。

由于4、6輛車編組列車每輛車的車體尺寸均相同,開門位置也均相同,在列車到站時不同編組列車的頭車均停在同一位置(即站臺前進方向的端部),因此車門與屏蔽門的位置是一樣的,不影響乘客的上、下車。列車到站之前通過廣播通知站臺乘客即將到達列車編組情況,配合站臺上的相應(yīng)標識即可以順利有序地完成乘客乘降。

3 結(jié)語

經(jīng)過綜合比較與分析,寧波市軌道交通2號線在運營初期、中期、遠期分別采用4、4、6輛編組列車方案及4、6輛編組列車混合運營是可行的。初期采用4輛編組列車可以提供較短的行車間隔和較為節(jié)省的列車購置與運營費用。

1)初期采用4輛編組列車,近期采用4、6輛編組列車的混合運營,與完全采用6輛編組列車會有一些差異,但都可以滿足正常的運營要求。

2)4輛編組列車應(yīng)采用3動1拖方案。該方案性價比優(yōu)于全動車方案,同時可以完成在30‰坡道上對4動2拖6輛編組AW3列車的救援,且便于平衡和控制車輛的軸重。

3)現(xiàn)有車輛段(停車場)設(shè)施完全可滿足同時檢修4輛編組列車和6輛編組列車的需要。但應(yīng)注意在信號系統(tǒng)軟件編制中,充分考慮滿足4、6輛編組列車混合運營的要求,且屏蔽門宜按6輛編組一次性實施,4、6輛編組列車都宜?？吭谡九_的同一位置。

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On Mixed Operations of Ningbo Rail Transit Line 2

Chen Bin,Li Ying

Ningbo rail transit Line 2 adopts the mixed operation of 4-4-6 trains composition scheme and 4-6 cars train composition,which may bring about the related problems of vehicles,systems,operations and so on.This paper makes a study of these problems,argues that the scheme of 4-4-6 trains composition scheme and 4-6 cars train composition mixed operation is economical and feasible.At the same time,the paper proposes that the 4 trains composition should adopt 3 motor cars and 1 trailer car,the 4-6 cars train composition mixed operation should also be took into account in the signal system software compiling.The screening(security)door should be grouped according to 6 trains composition,and the 4 or 6 trains composition should stop at the same location of each platform.

urban rail transit;train composition;operation;carriage allocation

U 231+.92

2010-11-10)