朱滬生

（上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，201103，上海∥教授級高級工程師）

0 引言

基于當(dāng)時的客流分析及城市的整體發(fā)展規(guī)劃，在建設(shè)上海軌道交通1、2號線時，車站的土建規(guī)模是按接發(fā)A型車8節(jié)編組列車的能力來確定的，車站一步建成到位。實(shí)際采購時，列車為6節(jié)編組，預(yù)留了今后擴(kuò)編的可能性。

鑒于上海城市規(guī)模的快速發(fā)展及建成“四個中心”的需求，城市的人口規(guī)模日益膨脹，市民的出行總量日益增加，作為整個軌道交通骨干網(wǎng)絡(luò)的1、2號線，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市民的出行需求及整個城市擴(kuò)展的規(guī)模需求。尤其在早晚高峰時段，1、2號線運(yùn)能與運(yùn)量的矛盾更加突出，已到了超飽和的狀態(tài)。再加之原有信號系統(tǒng)的設(shè)計缺陷和折返系統(tǒng)的有限條件，已不能僅通過增加列車數(shù)量的方式來解決運(yùn)能的問題。表1為2002—2011年上海軌道交通1、2號線日均客流變化情況和日均客流量。

在上海市政府主要領(lǐng)導(dǎo)的直接關(guān)心和過問下，明確提出了根本性解決軌道交通1、2號線運(yùn)能與運(yùn)量矛盾的主要手段，就是將原有列車的編組由6節(jié)擴(kuò)大到8節(jié)。上海申通地鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱“上海地鐵”）就此專題做了反復(fù)研討與技術(shù)論證，形成了以下3個方案。

方案1：將原有的軌道交通1、2號線列車全部移到其他線路，再為軌道交通1、2號線購置新的8節(jié)編組列車。此方案易操作，但涉及到上市公司的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移、國外政府貸款的承諾條件，以及國家發(fā)改委的批準(zhǔn)手續(xù)等問題，且投資較大。

表1 2002—2011年上海軌道交通1、2號線日均客流量 萬人次/日

方案2：根據(jù)原有軌道交通1、2號線列車車型的技術(shù)條件，增加與之相匹配的相同型式的2輛動車。此方案也較易實(shí)行，但原車型的技術(shù)相對落后，且許多零部件已經(jīng)不再生產(chǎn)，如果完全按照原有的技術(shù)型式增配車輛將會花費(fèi)較大的資金。

方案3：采用自擴(kuò)編加增擴(kuò)編的方法。所謂自擴(kuò)編，就是在現(xiàn)有的6節(jié)編組列車的基礎(chǔ)上增加2輛動車，達(dá)到擴(kuò)編目的；所謂增擴(kuò)編，就是新購置6輛動車，再增配2輛經(jīng)自擴(kuò)編后剩余的拖車，組成編組為8節(jié)的列車。此方案的優(yōu)點(diǎn)是，技術(shù)路線較為合理，同時可以借機(jī)改造原有的牽引系統(tǒng)和原有的設(shè)備系統(tǒng)；技術(shù)條件更為先進(jìn)；車載信號改造較為方便；充分利用了擴(kuò)編后剩余的拖車（A車），經(jīng)濟(jì)成本較為合理，整體費(fèi)用相對較低；此外，向國家發(fā)改委提交的審批手續(xù)較為簡便，也易于被批準(zhǔn)。此方案的缺點(diǎn)是：整體改造技術(shù)較為復(fù)雜，同時要求邊改造邊運(yùn)營，不能對運(yùn)能產(chǎn)生較大影響，因此對運(yùn)營組織的要求較為苛刻。

經(jīng)過方案分析和專家論證，并報國家發(fā)改委批準(zhǔn)同意，最后選用了自擴(kuò)編加增擴(kuò)編方案。

1 擴(kuò)編項(xiàng)目的工程路線

1.1 擴(kuò)編方案

上海軌道交通1、2號線配屬了DC01、AC01和AC02三種型式的列車，均為6節(jié)編組。經(jīng)可行性分析認(rèn)為：三種車型都具有擴(kuò)編為8節(jié)編組列車的條件。其中DC01型為最早投運(yùn)的直流牽引列車，技術(shù)已經(jīng)落后，如果簡單地對該型列車進(jìn)行擴(kuò)編，費(fèi)用高、難度大、周期長，具有較高的風(fēng)險；AC01和AC02型列車歸屬于同一個采購合同，車型基本相同，配置在兩條線路運(yùn)營，擴(kuò)編難度相對DC01車型來說較低，風(fēng)險基本可控。在可行性分析的基礎(chǔ)上，確定了擴(kuò)編的總體工程路線：首先，對AC01和AC02型列車實(shí)施6節(jié)編組改為8節(jié)編組的擴(kuò)編整改（簡稱，“6改8”項(xiàng)目）；然后，在項(xiàng)目取得成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再著手對DC01型列車實(shí)施“6改8”。

對于AC01和AC02型列車的“6改8”項(xiàng)目，在開始時提出了2個擴(kuò)編方案。擴(kuò)編方案1為“6＋2”方案，即在既有的每列列車中增加2輛新購動車。擴(kuò)編方案2為自擴(kuò)編加增擴(kuò)編方案，分別在每列AC01和AC02型列車中增加2輛原動車，組成編組為8節(jié)的列車，即為自擴(kuò)編；在新購的6輛動車中加入2輛自擴(kuò)編后剩余的拖車（A車），組成編組為8節(jié)的列車，即為增擴(kuò)編。

上海地鐵多次組織專家對這兩個方案進(jìn)行分析和論證。擴(kuò)編方案1的優(yōu)點(diǎn)是車型統(tǒng)一，缺點(diǎn)是須對每列車進(jìn)行擴(kuò)編改造，工作量大、周期長、成本較高。擴(kuò)編方案2的優(yōu)點(diǎn)是自擴(kuò)編列車改造涉及面比較小，有能力自主完成，最重要的是對運(yùn)營影響最小，而增擴(kuò)編列車可委托車輛供貨商實(shí)施改造，整改周期較短，成本也較低；缺點(diǎn)是增加了一種新的車型，增加了維修保養(yǎng)的工作量。綜合各方面的分析和評估，認(rèn)為采用擴(kuò)編方案2進(jìn)行擴(kuò)編改造，是符合現(xiàn)實(shí)條件的理想方案。

1.2 擴(kuò)編方案實(shí)施

上海地鐵根據(jù)擴(kuò)編方案2制定了具體的實(shí)施步驟。AC01和AC02型列車共有37列，其中13列（暫留1列不參與擴(kuò)編）在1號線上運(yùn)營，24列在2號線上運(yùn)營。實(shí)施時采用自擴(kuò)編和增擴(kuò)編工作同步、交替進(jìn)行的辦法。從1號線的12列列車中調(diào)出4列，從2號線的24列列車中調(diào)出8列，將這12列列車進(jìn)行拆分后形成24×2輛動車單元與12×2輛拖車單元；24×2輛動車單元分別與1號線的8列列車和2號線的16列列車進(jìn)行自擴(kuò)編；12×2輛拖車單元分別與新購的12×6輛動車單元進(jìn)行增擴(kuò)編，組成新的12列8節(jié)編組列車；并且對2號線的8列增擴(kuò)編列車的車載信號系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，安排在1號線上運(yùn)營。

AC01和AC02型列車“6改8”項(xiàng)目的成功實(shí)施，為1號線DC01型直流牽引列車的“6改8”項(xiàng)目提供了很好的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。由于DC01型列車采購較早，受當(dāng)時條件的限制，技術(shù)性能較為落后，備件存在采購困難，維修成本高；且該車型長期超負(fù)荷運(yùn)營，部件（尤其是牽引系統(tǒng)部件）出現(xiàn)不同程度的老化和損壞，可靠性也比較低。在對1號線DC01型直流牽引列車實(shí)施“6改8”擴(kuò)編工作的同時，對牽引系統(tǒng)進(jìn)行改造也非常有必要，因此該項(xiàng)目簡稱為“直改交，6改8”項(xiàng)目。

DC01型列車“直改交，6改8”項(xiàng)目借鑒了1、2號線交流列車自擴(kuò)編及增擴(kuò)編項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。具體擴(kuò)編改造步驟為：1號線16列6節(jié)編組的DC01型列車，15列（暫留1列不參與擴(kuò)編）直流列車實(shí)施“直改交，6改8”項(xiàng)目，改造為10列8節(jié)編組的自擴(kuò)編交流列車，剩余的拖車和新購的30輛動車（5×6節(jié)）進(jìn)行增擴(kuò)編，組成新的5列8節(jié)編組的交流列車。

2 擴(kuò)編項(xiàng)目的工作重點(diǎn)

由于AC01和AC02型列車“6改8”項(xiàng)目和DC01型列車“直改交，6改8”項(xiàng)目均涉及到已投運(yùn)線路和已投運(yùn)列車，因此該項(xiàng)目難度大、風(fēng)險高。如何保證運(yùn)營不受影響，保證列車檢修周期的連續(xù)，保證新老系統(tǒng)接口的銜接，保證改造周期和成本的可控，是上海地鐵各層面必須考慮并需要克服的難題。

在項(xiàng)目的實(shí)施過程中，上海地鐵面臨著一邊運(yùn)營一邊改造，以及高峰客流持續(xù)不斷增加的客觀難題，而且改造所涉及的1、2號線是上海地鐵運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中的主干線路，每天客流量超過百萬，壓力較大。為了保證改造期間運(yùn)能不受影響，上海地鐵制定了細(xì)致嚴(yán)密的工作計劃，采用自擴(kuò)編和增擴(kuò)編并行的方案，保證在任一時間節(jié)點(diǎn)最多只有2列列車處于改造停用狀態(tài)。在改造過程中，從技術(shù)準(zhǔn)備、備件供應(yīng)、人員到崗、設(shè)備保障等各方面保證各項(xiàng)工作能按節(jié)點(diǎn)順利完成。由于各項(xiàng)措施到位，在4年多的項(xiàng)目執(zhí)行期間，1、2號線的運(yùn)營基本未受到影響。

由于增擴(kuò)編列車存在新老系統(tǒng)共用的情況，如何實(shí)現(xiàn)新老兼顧，這對設(shè)計方提出了巨大的挑戰(zhàn)。從技術(shù)難度和復(fù)雜性來說，該改造項(xiàng)目甚至要超過設(shè)計一個全新的車型。上海地鐵和車輛供應(yīng)商一起，認(rèn)真分析各系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，除了常規(guī)的設(shè)計要求外，還重點(diǎn)從系統(tǒng)接口、檢修周期、乘客界面等幾個方面對設(shè)計方案進(jìn)行評估和調(diào)整。例如，在設(shè)計時，就考慮盡可能減少新老系統(tǒng)的接口，僅保留必須的接口；在技術(shù)方案的選擇上，盡可能采用成熟的技術(shù)，保證升級后系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在條件允許的前提下，考慮采用當(dāng)前比較先進(jìn)的技術(shù)，如動車采用了可四級調(diào)速的節(jié)能型空調(diào)，牽引系統(tǒng)采用了先進(jìn)的多功能車輛總線（MVB網(wǎng)絡(luò)）控制技術(shù)。

3 擴(kuò)編項(xiàng)目的主要技術(shù)方案

三種車型“6改8”項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)在于增擴(kuò)編改造部分?，F(xiàn)以AC01和AC02型列車“6改8”增擴(kuò)編列車改造方案為例，簡要說明新購動車與原拖車（A車）在技術(shù)接口匹配上的一些技術(shù)解決方案。

3.1 機(jī)械部分

基于改造的必要性、可行性和成本等多方面的考慮，對于“6改8”項(xiàng)目列車的既有機(jī)械系統(tǒng)，僅更換了原有的貫通道，其它機(jī)械部件主要通過改造和調(diào)整來滿足接口方面的匹配要求。這樣不僅滿足了接口的需要，也大大節(jié)省了改造成本和周期。

3.1.1 車鉤

對原有A車的全自動車鉤不做任何改造。6節(jié)新動車上有5種車鉤，其中3種為半自動車鉤，2種為半永久車鉤。新B車與原A車相連仍使用與原來近似的半自動車鉤（既有機(jī)械頭又有電氣頭），新動車之間的半自動車鉤（C與B1車之間，C1與C車之間）采用了簡化型式的半自動車鉤。

3.1.2 貫通道

貫通道是“6改8”項(xiàng)目比較重大的機(jī)械改動。原有的貫通道較為狹窄，車體與車體之間連接風(fēng)擋設(shè)計也有不足。借此機(jī)會將原有貫通道進(jìn)一步改成與新車相匹配的型式，將原A車貫通道整體拆卸，并安裝定制的全新貫通道。拆下的貫通道可以作為自擴(kuò)編列車的備件。

3.1.3 車門

原有A車的車門系統(tǒng)（氣動雙頁內(nèi)藏門）不作任何改造，新動車則配備了電動雙頁塞拉門。在設(shè)計電動雙頁塞拉門時，充分考慮了車門開關(guān)時間、車門功能、車門指示燈等與拖車車門的匹配性，做到了基本一致，實(shí)際使用效果良好。

3.1.4 車體及內(nèi)裝

拖車的車體采用的是ADtranz的設(shè)計方案。新動車車體雖然與拖車有所不同，但在做動車車體設(shè)計方案時，從車體顏色、座椅、扶手、內(nèi)裝、照明等方面，充分考慮與既有車廂設(shè)計的一致性。盡管車廂內(nèi)各部件的供貨商與拖車不同，但新動車在許多地方還是盡可能地做到了與原拖車相匹配，新老車廂看起來比較協(xié)調(diào)。

3.2 電氣部分

“6改8”項(xiàng)目的改造工作主要集中在電氣部分。為了使各種不同車型上的時間跨度超過10年的系統(tǒng)在一列車上完美地運(yùn)行，列車的控制系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等都需要進(jìn)行改造。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

改造所使用的控制系統(tǒng)仍然采用SIBAS32的稱謂，但意義已經(jīng)不盡相同，雖然有部分部件與原有列車控制系統(tǒng)十分近似，如信號輸入輸出模塊（SKS），但采用了新的總線接口?？傮w而言，在“6改8”過程中，車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計并沒有過多糾結(jié)于原有系統(tǒng)，而是采用了世界各國地鐵列車較為通用的、相對比較先進(jìn)的MVB網(wǎng)絡(luò)。例如，一個列車控制單元（VCU）管理全車的牽引控制，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的列車網(wǎng)絡(luò)控制功能?！?改8”增擴(kuò)編列車控制原理參見文獻(xiàn)［3］中的圖1。

動車上所有微機(jī)控制的子系統(tǒng)都突破性地采用了與MVB網(wǎng)絡(luò)直連的方式，包括空調(diào)、制動、車門、輔助供電和牽引設(shè)備等。其中空調(diào)、車門系統(tǒng)做到了每個控制器獨(dú)立與MVB網(wǎng)絡(luò)連接，通過MVB網(wǎng)絡(luò)甚至可以直接訪問、控制任意一扇車門，真正實(shí)現(xiàn)了列車全網(wǎng)絡(luò)控制，為子系統(tǒng)的控制和故障診斷提供了極大的便利。

與原有A車klip bus和Din bus的接口，采用了VCU網(wǎng)關(guān)的形式進(jìn)行了完整過渡。原有列車的顯示功能、SKS的控制功能，以及原A車的空調(diào)、廣播、輔助系統(tǒng)的監(jiān)控功能被平滑地過渡到新系統(tǒng)中，且車輛級的控制功能被整合到一套VCU中。

3.2.2 車輛控制單元

改造完成后的列車是由安裝在B車上的VCU控制的。它將原有系統(tǒng)中的中央控制功能（CCF）和牽引控制功能（TCF）合在一起，集中在VCU上。同時，新列車中有一個數(shù)據(jù)總線接口（DBI）。它能使A車的列車控制網(wǎng)絡(luò)（DIN總線，SIBAS Klip總線，以及一些通過SIBAS Klip的特殊列車線路）能夠適應(yīng)中間的B、B1、C和C1車的MVB總線結(jié)構(gòu)，通過這個接口的轉(zhuǎn)換使新動車與原拖車之間的信息可以互相傳遞。

3.2.3 司機(jī)顯示器

原有的司機(jī)顯示器在硬件上未作任何改動，但在軟件上更新了以下內(nèi)容：更新了相應(yīng)故障診斷的提示，增加了電動車門狀態(tài)顯示功能，實(shí)時顯示每節(jié)車制動施加和緩解的狀態(tài)，主頁面增加速度顯示等。

在完成以上功能升級后，顯示器功能更加完善，也更加人性化，可以滿足運(yùn)營的需求，而且基本達(dá)到了新購車輛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。唯一比較缺憾的是顯示器硬件相對落后，而且采用了較老的 Windows3.2系統(tǒng)，與新一代的列車相比，存在一定的延時缺陷。

3.2.4 輔助供電系統(tǒng)

原有列車的供電系統(tǒng)采用的是交叉供電方式，即本車的輔助供電系統(tǒng)除給本車一半系統(tǒng)供電外還向鄰近車輛供電。而“6改8”項(xiàng)目的新動車都配有一個輔助逆變器，提供三相交流380V電壓。“6改8”增擴(kuò)編列車輔助電源參見文獻(xiàn)［3］中的圖2。6節(jié)新動車的逆變器是并聯(lián)共網(wǎng)后給負(fù)載供電的，輔助逆變器的冗余性和功率的利用率大大增加，當(dāng)某個輔助逆變器損壞時，其它的輔助逆變器可以一起補(bǔ)償因故障引起的供電缺口。這樣，在1個動車輔助逆變器發(fā)生故障的情況下，僅損失大約10%的負(fù)載；在2個動車輔助逆變器故障的情況下，損失約30%負(fù)載，但仍可以保證所有車至少有1臺空調(diào)機(jī)組工作；即便僅有1臺輔助逆變器在工作的情況下，關(guān)鍵的設(shè)備負(fù)載都可以得到保留，比如系統(tǒng)冷卻、供風(fēng)系統(tǒng)等。

3.2.5 制動控制

A車?yán)^續(xù)保留了原有的KBGM的制動控制系統(tǒng)。新動車的制動系統(tǒng)采用了新型的EP2002制動控制系統(tǒng)。這是該套系統(tǒng)首次運(yùn)用在中國城市軌道交通的列車上?！?改8”項(xiàng)目采用了每輛動車一個網(wǎng)關(guān)閥和一個智能閥的配置方案，由于項(xiàng)目的特殊性，制動系統(tǒng)僅進(jìn)行單車的制動管理，而列車級的制動管理完全由車輛VCU來控制。通過對A車相關(guān)電路的改造，將原有BECU的輸入指令從PWM編碼器巧妙地替代為SKS模擬量輸出裝置。

4 擴(kuò)編項(xiàng)目的效果分析

整個擴(kuò)編改造項(xiàng)目在一邊運(yùn)營一邊改造的過程中進(jìn)行，從項(xiàng)目審批到列車改造全部完成，歷時約4年左右的時間。在此期間，上海地鐵不僅克服了列車改造所遇到的眾多技術(shù)難題，而且還避免了因列車改造而引起運(yùn)能下降的問題，項(xiàng)目運(yùn)作平穩(wěn)有序。

整個“6改8”項(xiàng)目完成后，1號線擁有自擴(kuò)編列車18列，增擴(kuò)編列車19列，加新增購的8節(jié)編組列車16列，總計達(dá)到53列；2號線擁有自擴(kuò)編列車16列，加新增購的8節(jié)編組列車37列，總計達(dá)到53列。至此，1、2號線列車全部實(shí)現(xiàn)了原定8節(jié)編組的運(yùn)營方式。其社會、經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）1、2號線是整個上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的骨干線路，運(yùn)量呈現(xiàn)不斷攀升的現(xiàn)象。在擴(kuò)編改造前的早晚高峰小時內(nèi)，1號線超載量達(dá)到140%以上，2號線超載量達(dá)到127%以上。這不僅影響了地鐵服務(wù)質(zhì)量，而且隱藏著很大的安全隱患?！?改8”任務(wù)完成后，1號線高峰小時斷面的列車運(yùn)載量從3.72萬人次提升到4.96萬人次，2號線從3.43萬人次提升到4.58萬人次，高峰小時超載量分別下降了37%和28%。這有效地緩解了1、2號線高峰擁擠的狀況，初步滿足了1、2號線客流高峰的運(yùn)營狀況，基本解決了目前運(yùn)能與運(yùn)量的矛盾，完全達(dá)到了預(yù)期的效果，乘客普遍反映良好。

2）在DC01型列車“直改交，6改8”項(xiàng)目中，安裝了株洲南車時代電氣股份有限公司生產(chǎn)的交流傳動系統(tǒng)。這是國內(nèi)自主品牌首次在軌道交通車輛上批量裝車應(yīng)用。在此之前，國內(nèi)軌道交通列車的牽引系統(tǒng)清一色是由國外引進(jìn)。株洲南車時代電氣股份有限公司生產(chǎn)的交流傳動系統(tǒng)裝車運(yùn)營后，可靠性高、備件供應(yīng)及時，打響了其在A型車市場的品牌。在接下來的幾年時間里，該公司獲得了多個軌道交通訂單。這也成功提升了我國軌道交通產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化設(shè)計和制造能力，打破了國外產(chǎn)品壟斷國內(nèi)軌道交通市場的格局。

3）“6改8”后的列車充分利用了原有車站站臺的長度，完成了原可行性研究報告中的最終列車運(yùn)營目標(biāo)。在整個擴(kuò)編改造項(xiàng)目實(shí)施過程中，上海地鐵摒棄了為滿足運(yùn)能而單純購買新車的傳統(tǒng)做法，而是創(chuàng)造性地在既有列車基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)編整改，且在運(yùn)能利用上達(dá)到了最大程度的發(fā)揮，列車運(yùn)營能耗上也有了大幅度的降低。該項(xiàng)目不僅解決了1、2號線列車歷史遺留下來的問題，也解決了資產(chǎn)轉(zhuǎn)移、車載信號利用、政府審批及國產(chǎn)化開發(fā)等一系列重大問題，在社會效益、經(jīng)濟(jì)效益等方面都具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］上海申通地鐵集團(tuán)有限公司.上海地鐵1號線車輛技術(shù)規(guī)格書（一期工程）［R］.上海：上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，1991.

［2］上海申通地鐵集團(tuán)有限公司.上海地鐵1、2號線車輛技術(shù)規(guī)格書，1.2卷［R］.上海：上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，1996.

［3］戚婷婷，奚笑冬，余強(qiáng).上海軌道交通車輛“6改8”項(xiàng)目的分析［J］.城市軌道交通研究，2008（10）：40.