楊振虹 梁廣深

(1.中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，100088，北京；2.北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，100037，北京∥第一作者，高級工程師)

旅行速度是評價地鐵系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。旅行速度高反映了地鐵系統(tǒng)的運(yùn)量大、快速和高效率，能夠減少乘客出行時間，滿足日益增長的服務(wù)需求[2]。地鐵站間距離短，又要求運(yùn)行速度快，為達(dá)此目的，就要求列車的起動加速度和制動減速度要大[3]。高的平均加速度表明列車具有良好的加速能力和較高的旅行速度(即較短的旅行時間)[4]?，F(xiàn)在許多城市的軌道交通項(xiàng)目都選用加速度和減速度較大的4M2T編組列車，目的是為了提高列車的旅行速度。莫斯科地鐵是世界上運(yùn)輸效率最高的地鐵，其高峰小時開行列車40～45對，最小行車間隔為80 s，憑借的就是列車加速度為1.0～1.1 m/s2、減速度為1.2～1.3 m/s2[5]，列車高速進(jìn)站和高速出站，停站時間不超過20 s。

GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》第3.3.6條規(guī)定：列車牽引計算正常情況下，計算起動加速度、制動減速度分別不宜大于最大加速度的90%和常用減速度的90%，且計算列車起動加速度和制動減速度均不宜大于0.9 m/s2?？紤]列車牽引計算圖是編制列車運(yùn)行圖的原始資料，是列車在軌道上運(yùn)行軌跡的實(shí)際模擬圖，列車的許多運(yùn)行參數(shù)(如列車的起動加速時間、起動加速度、起動加速距離，以及到達(dá)下一站的制動初速、制動時間、制動減速度、制動距離、區(qū)間運(yùn)行時間和牽引耗電量等)可從牽引計算圖中查得[6]。而根據(jù)加減速度不大于0.9 m/s2，并按牽引計算圖編制的列車運(yùn)行圖，則會降低列車旅行速度和服務(wù)水平，這與地鐵管理單位和廣大乘客的期望相悖，值得研究和商榷。

為了探討這一問題，筆者選擇重慶軌道交通5號線一段線路，采用B型車3M3T編組列車和4M2T編組列車，分別以100%牽引力和90%牽引力做列車牽引計算圖，并對結(jié)果進(jìn)行了深入分析。

1 列車仿真牽引計算

1.1 線路概況

重慶軌道交通5號線一期大石壩站至跳磴站，線路運(yùn)營長度為23.044 km，設(shè)車站16座。最大站間距離為2 534 m，為重慶西站—創(chuàng)業(yè)大道站；最小站間距離為853 m，為北濱路站—大石壩站；平均站間距離為1 536 m。該段線路地形條件比較復(fù)雜，正線最大坡度為34‰。本文研究的列車運(yùn)行方向?yàn)樘耪局链笫瘔握尽?/p>

1.2 車輛參數(shù)

B型車為我國地鐵采用最為普遍的車輛類型，因此本文研究分別采用B型車3M3T編組列車和4M2T編組列車進(jìn)行相關(guān)計算，以使?fàn)恳嬎憬Y(jié)果具有較大參考價值。具體車輛參數(shù)如表1所示。

表1 本文研究采用的B型車3M3T編組與4M2T編組車輛參數(shù)

1.3 牽引計算結(jié)果

計算結(jié)果如表2和表3所示。

表2 B型車4M2T 編組(AW2工況)不同牽引力及制動力時的列車牽引計算結(jié)果

表3 B型車3M3T 編組(AW2工況)不同牽引力及制動力時的列車牽引計算結(jié)果

2 計算結(jié)果分析

2.1 列車加速度和減速度分析

2.1.1 B型車4M2T編制列車運(yùn)行結(jié)果分析

由表2可見：4M2T編制列車以100%牽引力起動或以100%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.66,1.0]，其平均值為0.84 m/s2；進(jìn)站制動減速度a2∈[0.94,1.08]，其平均值為1.02 m/s2。4M2T編制列車以90%牽引力起動或以90%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.57,0.93]，其平均值為0.75 m/s2；進(jìn)站制動減速度a2∈[0.85,1.05]，其平均值為0.93 m/s2。

由分析可得出：4M2T編制列車以100%牽引力實(shí)際運(yùn)行時的出站加速度，在15個區(qū)間中，只有4個區(qū)間因受出站大下坡影響而超過0.9 m/s2的要求；降低牽引力至90%后，在15個區(qū)間中，仍有1個區(qū)間因受出站大下坡影響超過0.9 m/s2的要求。反觀制動減速度，無論是以100%制動力還是以90%制動力進(jìn)行制動，進(jìn)站制動減速度幾乎均超過0.9 m/s2的要求。

2.1.2 B型車3M3T編制列車運(yùn)行結(jié)果分析

由表3可見：3M3T編制列車以100%牽引力起動或以100%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.40,0.83]，其平均值為0.60 m/s2；進(jìn)站制動減速度a2∈[0.65,0.97]，其平均值為0.86 m/s2。3M3T編制列車以90%牽引力起動或以90%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.40,0.8]，其平均值為0.54 m/s2；進(jìn)站制動減速度a2∈[0.64,0.84]，其平均值為0.78 m/s2。

由分析可得出：3M3T編制列車無論是以100%牽引力還是以90%牽引力進(jìn)行起動，實(shí)際運(yùn)行時的出站加速度，在15個區(qū)間中均沒有超過0.9 m/s2的要求。反觀制動減速度，列車進(jìn)站時以100%制動力進(jìn)行制動，在15個區(qū)間中，只有4個區(qū)間的進(jìn)站制動減速度超過0.9 m/s2的要求；列車進(jìn)站時以90%制動力進(jìn)行制動，15個區(qū)間的進(jìn)站制動減速度均未超過0.9 m/s2的要求。

2.2 列車旅行速度

由列車牽引計算圖和表3可知，列車以90%牽引力起動運(yùn)行時(圖1中細(xì)線條)，因?yàn)槠饎与娏鳒p小，加速度減小，導(dǎo)致區(qū)間的運(yùn)行時間延長。第一個區(qū)間延長4 s，第二個區(qū)間延長7 s。就全線而言，4M2T編制列車運(yùn)行時間延長54 s，3M3T編制列車運(yùn)行時間延長44.5 s。

圖1 B型車3M3T編組列車(AW2工況)以100%牽引力和90%牽引力運(yùn)行時的牽引計算圖示例

本文研究的線路長度為23.044 km，設(shè)車站16座，列車起動目標(biāo)速度為80 km/h，中間站停車30 s，以表2和表3中數(shù)據(jù)分析列車的旅行速度v旅如下：4M2T編制列車以100%牽引力加速運(yùn)行時,v旅=42.91 km/h；4M2T編制列車以90%牽引力加速運(yùn)行時,v旅=41.75 km/h；3M3T編制列車以100%牽引力加速運(yùn)行時,v旅=40.83 km/h；3M3T編制列車以90%牽引力加速運(yùn)行時，v旅=39.95 km/h。

2.3 列車牽引耗電量分析

由表2和表3中數(shù)據(jù)可知：4M2T編制列車以100%牽引力運(yùn)行時的單程牽引耗電量為422 kWh，以90%牽引力運(yùn)行時的單程牽引耗電量為411.99 kWh。即以90%牽引力運(yùn)行時可減少牽引電能耗10.01 kWh，平均節(jié)能為0.43 kWh/km。3M3T編制列車以100%牽引力運(yùn)行時的單程牽引耗電量為407.35 kWh，以90%牽引力運(yùn)行時的牽引耗電量為396.23 kWh。即以90%牽引力運(yùn)行時可減少牽引能耗11.12 kWh，平均節(jié)能為0.48 kWh/km。

3 幾點(diǎn)體會

3.1 限制列車加減速度違背城市軌道交通運(yùn)營宗旨

國外城市軌道交通都把提高列車加減速度作為提高旅行速度和服務(wù)水平的手段，我國亦如此。相關(guān)軌道交通車型的技術(shù)條件中均對列車加減速度的下限值做出了明確規(guī)定。

GB/T 7928—2003《地鐵車輛通用技術(shù)條件》第6.12條規(guī)定：在平直干燥軌道上，列車從0～40 km/h,其加速度不低于0.83 m/s2，從0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2。第6.13條規(guī)定：在平直干燥軌道上，列車從最高運(yùn)行速度到停車，常用制動平均減速度不低于1.0 m/s2，緊急制動平均減速度不低于1.2 m/s2[7]。

CJ/T 287—2008《跨座式單軌交通車輛通用技術(shù)條件》規(guī)定：列車平均加速度不宜低于0.83 m/s2，平均減速度不宜低于1.10～1.25 m/s2[8]。

CJ/T 375—2011《中低速磁懸浮交通車輛通用技術(shù)條件》規(guī)定：列車從0～35 km/h其加速度不低于0.9 m/s2，從0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2，平均減速度不低于1.1～1.3 m/s2[9]。

CJ/T 417—2012《低地板有軌電車車輛通用技術(shù)條件》規(guī)定：列車從0～40 km/h其加速度不應(yīng)低于0.95 m/s2，從0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2，常用制動減速度不應(yīng)小于1.1～1.2 m/s2，施加磁軌制動時不應(yīng)小于2.0 m/s2[10]。

GB 50157—2013的3.3.6條規(guī)定：牽引計算的列車起動加速度和制動減速度均不宜大于0.9 m/s2。這不僅違背了軌道交通車型技術(shù)條件的規(guī)定，而且與廣大乘客的需求背道而馳。

3.2 關(guān)于電動機(jī)保護(hù)問題

GB 50157—2013的3.3.6條款解釋稱：“考慮車輛狀態(tài)有所不同，在實(shí)際運(yùn)營過程中也不適宜總是使用最大加速度，在設(shè)計中適當(dāng)保留一定的富裕量。一般以不大于最大加減速度的90%為宜”。該條款的用意是保護(hù)車輛和牽引電動機(jī)。這種擔(dān)心是多余的，因?yàn)闋恳妱訖C(jī)最大電流為2倍保證定額額定電流，制動時電機(jī)的電壓和電流均不能超過額定值的2倍。地鐵車輛廠商提供的資料說明，190 kW牽引電動機(jī)，起動時瞬時功率為272 kW，制動時瞬時功率為510 kW。基于性能如此強(qiáng)大的牽引電機(jī)，運(yùn)營中使用最大加減速度不應(yīng)再有顧慮。

在運(yùn)營管理中預(yù)留富裕量的做法，是以車輛最高運(yùn)行速度的90%作為列車正常運(yùn)行速度，預(yù)留的10%富裕量作為調(diào)整列車運(yùn)行秩序的手段，而不是限制列車的加速度或減速度。

3.3 關(guān)于舒適度問題

GB 50157—2013的3.3.6條款解釋稱：“考慮到乘客舒適度的要求，不論車輛性能如何，計算時加減速度的量值都不應(yīng)大于0.9 m/s2。此數(shù)值為一般乘客所承受的進(jìn)出站列車加速減速時舒適度的臨界點(diǎn)。

筆者認(rèn)為，所謂舒適度并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在同一加速度條件下，不同體質(zhì)和不同年齡人的感覺是不同的。前文所說的中低速磁浮車、低地板有軌電車和跨坐式單軌列車的加速度幾乎都要求大于0.9 m/s2，減速度都要求大于1.1 m/s2。莫斯科地鐵車輛的加速度為1.0～1.1 m/s2，減速度1.2～1.3 m/s2，相信他們不會忽視舒適度問題。

3.4 加減速度不大于0.9 m/s2的控制范疇不明

地鐵列車的加速度有兩個標(biāo)準(zhǔn)：列車從0加速到40 km/h，其平均加速度為0.83 m/s2；從0加速到80 km/h，其平均加速度不小于0.5 m/s2。也就是說，列車從0加速到80 km/h，其加速度都達(dá)不到0.9 m/s2。表2 中4M2T編制列車平均加速度為0.84 m/s2，表3中 3M3T編制列車平均加速度為0.60 m/s2，均證明了這個結(jié)論。因此，限制列車加減速度的必要性不大。其限制范疇?wèi)?yīng)是從0加速到40 km/h階段，這是牽引電機(jī)的橫轉(zhuǎn)矩控制區(qū)，只持續(xù)十幾秒鐘，加速度無法測算。

4 結(jié)語

本文研究標(biāo)明，GB 50157—2013規(guī)定牽引計算的起動加速度和制動減速度分別不宜大于最大加速度的90%和常用減速度的90%，導(dǎo)致地鐵列車旅行速度下降，服務(wù)水平降低，造成了負(fù)面后果。雖然采用該措施可減少牽引耗電量0.48 kWh/km，但這不應(yīng)成為地鐵運(yùn)營追求的目標(biāo)。建議對GB 50157—2013第3.3.6條進(jìn)行斟酌修改。