馬 立

（中國鐵道科學(xué)研究院 工程咨詢有限公司，北京100081）

目前世界各國城市軌道交通類型主要是大運量的常規(guī)地鐵，此外，還有直線電機交通系統(tǒng)、單軌交通系統(tǒng)（分為跨坐式和懸掛式2種）、新交通系統(tǒng)（自導(dǎo)向輪胎式交通系統(tǒng)AGT）、現(xiàn)代化低地板有軌電車交通系統(tǒng)和低速常導(dǎo)磁浮交通系統(tǒng)等5種中運量軌道交通類型。

表1給出了截止2012-08，我國大中城市城市軌道交通的營業(yè)里程，已達1 779km。

表1 我國城市軌道交通線路營業(yè)里程［1］

目前上海、北京、廣州等特大城市，大運量的常規(guī)地鐵已經(jīng)形成了網(wǎng)絡(luò)化運營，并且還在不斷地擴大中。在網(wǎng)絡(luò)化運營條件下，為了充分發(fā)揮地鐵的作用，還需要通過換乘系統(tǒng)，與其他類型的城市軌道交通連接起來，實現(xiàn)互聯(lián)互通。無疑，地鐵和其他類型城市軌道交通車輛型式及其車輛的選型是一個非常重要的課題，這關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)化運營效率的發(fā)揮。象日本東京的地鐵只有312.6km，但是，總的城市軌道交通多達2 292km，形成了四通八達的網(wǎng)絡(luò)化運營，到過東京的人都會感覺到，在東京乘坐城市軌道交通非常便利。同時，城市軌道交通車輛型式的選擇還涉及到車輛的運用、維修、資源共享和城市軌道交通列車的互聯(lián)互通。

1 地鐵車輛

1.1 地鐵車輛型式選擇的原則

車輛是城市軌道交通運送乘客的載體，是城市軌道交通系統(tǒng)中的關(guān)鍵移動設(shè)備。地鐵車輛選型牽涉到載客量大小、運營質(zhì)量、服務(wù)水平、城市環(huán)境景觀等諸多方面。合理選擇車輛型式有利于提高系統(tǒng)功能和服務(wù)水平，資源共享，節(jié)能環(huán)保，降低工程建設(shè)投資和維修費用等。為此，車輛選型應(yīng)遵循以下原則：

（1）客流量是車輛選型的依據(jù)

決定客流量的主要因素有車輛的型式（A型車或B型車）、列車的編組、運行的間隔、旅行速度等。表2給出不同類型車輛載客量、編組與客流量之間的關(guān)系。從表2中可以看到：地鐵A型車主要適用于高峰小時單向客流量4.5～7萬人次的高運量城市軌道交通系統(tǒng)，地鐵B型車和直線電機交通主要適用于高峰小時單向客流量2.5～5萬人次的運量城市軌道交通。

表2 地鐵列車編組、定員與運能參考表

（2）應(yīng)統(tǒng)籌兼顧現(xiàn)有運營的車輛型式

新線運營車輛的選型，必須兼顧到當前運營線路車輛的型式，以提高車輛的利用率，做到資源共享；同時，也可以減少車輛檢修設(shè)備數(shù)量和投入，提高設(shè)備的利用率和運營效率。

（3）車輛選型應(yīng)考慮與其他系統(tǒng)的接口

車輛選型還應(yīng)考慮與其他系統(tǒng)的接口，包括供電系統(tǒng)、通信信號系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)等。只有相同的接口條件，才能實現(xiàn)多線共用同一種型式的車輛，為將來的互聯(lián)互通打下基礎(chǔ)。

1.2 A型車和B型車的比較分析

目前，我國大多數(shù)城市地鐵車輛多選用B型車，如北京、天津、成都、武漢、沈陽、西安等；也有選用A型車的，如上海、廣州、深圳、南京等城市，還有一些城市選用A型車和B型車的，如廣州、深圳，建設(shè)中的北京14號線也已決定選用A型車。

（1）地鐵A型車和B型車的主要技術(shù)規(guī)格

地鐵A型車和B型車主要技術(shù)規(guī)格列于表3。

表3 A型車和B型車主要技術(shù)規(guī)格

（2）A型車和B型車的比較

當客流量確定下來，在選用A型車或B型車時，由于它們的主要尺寸不同，將影響到編組的MT（動拖）比和數(shù)量、土建規(guī)模（隧道大小、車站長度、限界等）以及投資等各個方面。

①當高峰小時斷面客流量大于4.5萬人次時宜選用A型車；高峰小時斷面客流量小于4.5萬人次時宜選用B型車。

②完成相同運量可以選擇A型車或B型車，只是編組不同。4輛編組的A型車列車運量與5輛編組的B型車列車客流量相當，6輛A型車編組列車的運量與8輛B型車編組列車的客流量相當（見表4）。

表4 不同編組的客流量和列車長度

③ 車輛寬度和長度影響到土建工程的規(guī)模，也影響到設(shè)備限界和建筑限界，包括車輛段的土建規(guī)模，如停車庫、檢修庫和洗車庫的長度和寬度，股道數(shù)量和車庫面積等。

④在完成相同客流量條件下，不同型式車輛的配置數(shù)量也不同，A型車4輛編組時的配置數(shù)量約比B型車減少30%；A型車6輛和8輛編組時的配置數(shù)量約比B型車減少20%。

⑤運用車輛數(shù)、檢修中的車輛數(shù)和備用車輛構(gòu)成車輛總的配置數(shù)量。其中，高峰小時開行列車的最多對數(shù)（運行間隔?。┖土熊嚶眯兴俣纫约罢鄯禃r間決定運用車輛數(shù)。

⑥車輛軸重的增加使得輪軌接觸應(yīng)力和輪軌間的動作用力相應(yīng)增加。由于A型車最大軸重為16t，B型車最大軸重為14t，所以，A型車對鋼軌的破壞大于B型車。

2 中運量城市軌道交通型式

當前，國內(nèi)外實際運營的中運量軌道交通型式，主要有

（1）直線電機作為車輛牽引動力的地鐵（簡稱直線電機交通系統(tǒng)）；

（2）跨坐式和懸掛式單軌交通系統(tǒng)；

（3）新交通系統(tǒng)（自導(dǎo)向輪胎式交通系統(tǒng)AGT）；（4）現(xiàn)代化低地板有軌電車交通系統(tǒng)；

（5）低速常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)等城市軌道交通類型。

目前，世界各國城市軌道交通類型主要是大運量的常規(guī)地鐵，但是，直線電機交通系統(tǒng)、單軌交通（跨坐式和懸掛式）系統(tǒng)、新交通系統(tǒng)（自導(dǎo)向輪胎式交通系統(tǒng)AGT）、現(xiàn)代化低地板有軌電車交通系統(tǒng)和低速常導(dǎo)磁浮交通系統(tǒng)等中運量軌道交通類型，其中多數(shù)都可選擇大坡度、小半徑曲線等線路，彌補了常規(guī)地鐵的先天不足。

表5給出了中運量城市軌道交通型式的應(yīng)用范圍與特點。它們各有不同特點：直線電機地鐵的小斷面和非黏著驅(qū)動；單軌交通系統(tǒng)用于高架線路和車輛使用橡膠輪胎；新交通系統(tǒng)具有自導(dǎo)向系統(tǒng)和無人駕駛功能；現(xiàn)代化低地板有軌電車交通系統(tǒng)列車乘降方便；中低速常導(dǎo)磁懸浮交通系統(tǒng)相對低的噪聲等，其車輛基本結(jié)構(gòu)的不同點主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)上。

表5 中運量城市軌道交通型式的應(yīng)用范圍與特點

2.1 直線電機交通系統(tǒng)

（1）直線電機車輛驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成

直線電機車輛驅(qū)動系統(tǒng)不用齒輪裝置，傳動系統(tǒng)由作為直線電機的1次繞組和安裝它的轉(zhuǎn)向架以及作為直線電機2次繞組的感應(yīng)板和鋪設(shè)它的軌道，再加上控制這個直線電機變壓變頻控制的逆變器構(gòu)成。這是一種非黏著驅(qū)動系統(tǒng)，由1次繞組和2次繞組產(chǎn)生的推力作為牽引力驅(qū)動車輛，不通過輪軌間的黏著。

（2）直線電機轉(zhuǎn)向架

直線電機的轉(zhuǎn)向架通常有自導(dǎo)向和迫導(dǎo)向2種結(jié)構(gòu)型式，自導(dǎo)向采用轉(zhuǎn)向架通過曲線時可以加大左右車輪輪徑差的圓弧形踏面和縱向定位剛度小的軸箱支承裝置，通過輪軌間蠕滑力的導(dǎo)向，使輪對沿著曲線運行；迫導(dǎo)向則需要一套連桿機構(gòu)。這種轉(zhuǎn)向架多采用小直徑車輪，有利于降低車輛地板面的高度。

（3）軌道和感應(yīng)板

感應(yīng)板為直線電機的2次繞組，它鋪設(shè)在軌道上。

2.2 跨坐式單軌交通系統(tǒng)

單軌交通系統(tǒng)有跨坐式和懸掛式，跨坐式用得多，這里只敘述跨坐式單軌交通系統(tǒng)。軌道結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向架是單軌交通系統(tǒng)區(qū)別于其他型式軌道交通的主要特點。

（1）軌道

架設(shè)在混凝土立柱上的預(yù)應(yīng)力混凝土梁（PC梁）作為單軌交通運行的軌道，車輛跨坐在軌道梁上，向前運行。

（2）轉(zhuǎn)向架

單軌軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架分為動車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架。

動車轉(zhuǎn)向架由中央懸掛裝置、走行輪、導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪、牽引系統(tǒng)（由牽引電動機、連軸器、齒輪傳動裝置等構(gòu)成）、基礎(chǔ)制動系統(tǒng)、車輛高度調(diào)整裝置、橡膠輪胎內(nèi)壓檢測裝置、三軌受流器、接地裝置、速度傳感器等構(gòu)成。拖車轉(zhuǎn)向架則沒有驅(qū)動系統(tǒng)的部件。

2.3 自導(dǎo)向輪胎式交通AGT（新交通系統(tǒng)）

自導(dǎo)向輪胎式交通電動車使用橡膠車輪，運行在混凝土專用軌道上、由導(dǎo)軌導(dǎo)向，導(dǎo)軌有設(shè)置在軌道側(cè)面的，稱之為側(cè)導(dǎo)向式，也有設(shè)置在軌道中央的，稱之為中央導(dǎo)向式，側(cè)導(dǎo)向式用得多。

日本東京都舍人線是一條最新的新交通系統(tǒng)線路，全長9.7km（全部為復(fù)線），1997年開工，2008-03-30營業(yè)運行，車輛也是最新型的，60輛（5輛／編組×12編組）。

其主要特點為，

（1）為由計算機控制的無人駕駛的新交通系統(tǒng)，側(cè)導(dǎo)向式；

（2）線路最大坡度50‰，最小曲線半徑30m；

（3）最高運行速度60km／h，旅行速度29km／h；

（4）剛性3線式受流，側(cè)接觸式，三相交流600V；

（5）控制方式為逆變器、變流器控制（帶空重車裝置、再生制動）；

（6）制動方式為電氣指令式電磁直通制動（帶保持制動、停放制動）；

（7）牽引電機為三相鼠籠式感應(yīng)電動機，額定功率110kW，每編組5臺，自通風。驅(qū)動方式為直角可動式、差動齒輪式。

（8）轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)和方式：導(dǎo)向方式為轉(zhuǎn)向臂（steeering arm）導(dǎo)向方式；轉(zhuǎn)向方式為平行拉桿式。

2.4 現(xiàn)代化低地板有軌電車交通系統(tǒng)

在歐洲和日本LRT得到廣泛應(yīng)用，我國也有不少城市已經(jīng)建成或正在規(guī)劃采用這種交通方式，已建成投入運營的有大連、長春等城市，正在規(guī)劃的有沈陽、蘇州、北京等城市。使用的車輛稱為現(xiàn)代化的低地板有軌電車，主要結(jié)構(gòu)特點有，

（1）采用小直徑車輪；

（2）不用車軸，采用獨立車輪，以利于實現(xiàn)100%低地板化；

（3）車體的組裝采用標準型模塊化；

（4）控制設(shè)備和輔助電源安裝在車頂上，驅(qū)動裝置則安裝在車體下部。

（5）無轉(zhuǎn)向架的車體采用由前后有轉(zhuǎn)向架的車體浮動鉸接式結(jié)構(gòu)吊裝方式。

（6）車內(nèi)裝飾，頭車形狀、低地板方式（100%或部分）、編組按照滿足各城市用戶的要求進行設(shè)計，提供個性化的車輛。

德國的LRT系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前處于世界領(lǐng)先地位。

作為德國先進性象征的100%低地板車輛的特點是采用獨立車輪而廢棄車軸；利用騰出來的空間實現(xiàn)低地板化，使地板高度（距鋼軌面）降到300～350mm；開發(fā)了將小型電動機安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。1999-03日本廣島引進德國Siemens公司制造的超低地板車輛，制造出符合日本國內(nèi)路況的車輛5000型。如圖1所示。

圖1 5000型100%低地板車輛

主要特點有，

（1）定員153人；

（2）列車長30.520m；

（3）低地板化率100%，地板高330mm；

（4）DC600V接觸網(wǎng)式供電；單臂式，彈簧上升電動下降式受電弓；

（5）最高運行速度60km／h（設(shè)計80km／h）；

（6）獨立車輪轉(zhuǎn)向架，軸距1 800mm ，車輪直徑600mm；

（7）驅(qū)動裝置。電機為三相鼠籠型感應(yīng)電動機100 kW，380V，傳動裝置為直角萬向可撓齒輪連軸器方式，齒數(shù)比5.44（49／9）；

（8）控制裝置用IGBT元件的VVVF的逆變器（帶空重車調(diào)節(jié)功能）；

（9）制動裝置為再生、電阻制動并用的電制動；盤形制動（帶空重車調(diào)節(jié)功能）；安全制動（磁軌制動），帶停放制動功能；

（10）輔助電源為裝置采用靜止型逆變器和鉛蓄電池；

（11）關(guān)門裝置為電動式塞門，帶關(guān)門安全裝置，門止擋檢測裝置，光電檢測裝置；

（12）空調(diào)裝置為車頂集中式；

（13）ATC裝置為變頻式（帶2點間速度核查式絕對停車）；

（14）列車無線為單路通信；

（15）信息引導(dǎo)裝置為目的地顯示（前面、側(cè)面），車內(nèi)、車外自動廣播，LED式車內(nèi)引導(dǎo)裝置，票價顯示器。

2.5 低速常導(dǎo)磁浮交通系統(tǒng)（HSST）

低速常導(dǎo)磁浮交通系統(tǒng)采用電磁鐵進行懸浮支承和導(dǎo)向，直線電機驅(qū)動，系統(tǒng)由車輛、懸浮和導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動和供電系統(tǒng)、通信信號系統(tǒng)、線路和道岔等構(gòu)成。

HSST特點為運行速度低，噪聲小；車輛輕；高架軌道橋樁設(shè)計輕巧；建設(shè)成本低；符合環(huán)保要求。停車時也可懸浮，起動平穩(wěn)和具有較高的加減速性能，因此，適合站間距離較短、坡道較大和小曲線多復(fù)雜地形的線路。其缺點為直線電機效率較低，相對而言，能耗及運營成本較高；在運輸能力方面，其定員少，編組小。只在特定地形條件下，可作為一種輔助交通工具。

3 結(jié)束語

一個大城市或特大城市除了大運量的常規(guī)地鐵外，還需要中等運量的城市軌道交通類型，通過換乘系統(tǒng)形成城市軌道交通的運營網(wǎng)絡(luò)。我國當前各大城市都是以建設(shè)常規(guī)地鐵為主，本文提到的5種城市軌道交通型式還應(yīng)用較少，但是，隨著我國城市化進程的發(fā)展和城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的形成，這種中等運量的城市軌道交通必然會得到應(yīng)用，占有一席之地。

［1］中國城市軌道交通協(xié)會信息［J］.2012，2（2）：1-3.