王建

（青島高投建設(shè)工程有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市人口急劇增加，城市交通擁堵問題日益嚴重。解決城市交通擁堵問題成為各大城市面臨的一大難題，而軌道交通是解決城市交通擁堵問題的有效途徑之一。低地板輕軌車輛是城市軌道交通中最受歡迎的車型之一，在我國得到廣泛應(yīng)用。低地板輕軌車輛在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)車輛有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)在：采用無中心牽引和轉(zhuǎn)向架、無輪軌摩擦的獨立懸掛結(jié)構(gòu)；采用大功率低地板轉(zhuǎn)向架；采用電磁鐵牽引，不受線路條件限制；采用電磁制動和電空制動相結(jié)合的綜合制動方式。

1 低地板輕軌車輛介紹

低地板輕軌車輛是一種高速、重載的城市軌道交通車輛，因其具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強等優(yōu)點，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。低地板輕軌車輛的車體材料采用鋁合金型材與鋼板的組合結(jié)構(gòu)，在滿足強度要求的同時，達到減重的目的。鋁合金型材為LF7 系材料，密度為2.97kg/m3；鋼板采用LF8 系材料，密度為2.51kg/m3。由上述兩種材料組合而成的車體結(jié)構(gòu)具有強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕性好、防火性能高等特點，同時還具有良好的抗傾覆性能。在牽引方式方面，采用2 臺電力驅(qū)動的交流牽引系統(tǒng)。單軌運行時，采用雙動輪和單動軸結(jié)構(gòu)；雙軌運行時，采用單動軸和雙動軸結(jié)構(gòu)，車鉤采用獨立懸掛形式，每側(cè)設(shè)置2 個獨立車鉤；單軌運行時，每側(cè)設(shè)置2 個獨立車鉤，車鉤在轉(zhuǎn)向架上的布置形式為單側(cè)雙懸臂[1]。

2 國內(nèi)外低地板輕軌車輛的發(fā)展及應(yīng)用情況

在國外，低地板輕軌車輛主要是法國的TGV、德國的MTU、日本的NUTS 和意大利的VALENTINO等。在國內(nèi)，為了突破技術(shù)壟斷，作為國內(nèi)軌道交通行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，長客股份很早就投入對低地板輕軌車的研發(fā)，并在國內(nèi)率先研發(fā)成功70% 低地板輕軌車。

日本從1980 年開始研制低地板輕軌車輛，至2004年共研發(fā)出10 多種車型，主要包括低地板地鐵列車（RR 型）、低地板有軌電車（RB 型）、低地板城市輕軌車（RHS 型）等，并已在東京地鐵、北海道中央線和JR東海鐵路等線路投入運營。其中，RHS 型和RVS 型低地板輕軌車輛最大限度地發(fā)揮有軌電車車輛轉(zhuǎn)彎半徑小的優(yōu)勢，降低車輛對地面和高架的占用面積，從而使其轉(zhuǎn)彎半徑可以達到120m 以上，可用于城市中心城區(qū)與周邊城鎮(zhèn)之間的客流運輸[2]。

歐洲的低地板輕軌車輛主要由德國西門子公司和法國阿爾斯通公司聯(lián)合開發(fā)研制，分別于1992 年和1994 年推出。其技術(shù)特點為：采用獨立牽引電機、轉(zhuǎn)向架雙節(jié)編組；牽引電機采用大功率IGBT 模塊；車輛編組形式多樣，可以根據(jù)客流需求靈活變化。目前，低地板輕軌車輛已廣泛應(yīng)用于德國、法國、瑞典、奧地利、丹麥、芬蘭、挪威等地。

2006 年，國內(nèi)100%低地板輕軌車輛正式由科技部列為“十一五”國家科技支撐項目，長客股份作為科研主體單位開始立項攻關(guān)。2010 年完成100%低地板輕軌車整車生產(chǎn)及課題驗收，2011 年完成5000 公里線路考核試驗。2013 年4 月18 日，中國北車唐車公司自主創(chuàng)新研制的一款一體化交通新產(chǎn)品——100%低地板現(xiàn)代有軌電車下線，從而開啟了我國軌道交通裝備制造業(yè)嶄新的一頁。

2.1 低地板輕軌車輛對線路條件的要求較低

低地板輕軌車輛的乘客區(qū)一般設(shè)在靠近車站和車站出入口的區(qū)域，較少占用地面空間，因此對線路條件的要求比較低。但并非完全不受線路條件限制，如在一些特殊城市中，由于地勢較高，為了解決山區(qū)與平原的交通問題，也會采用低地板輕軌車輛。對于低地板市郊鐵路而言，由于其線路長度較短（一般只有1km 左右），而且與城市內(nèi)其他交通方式相銜接，因此對線路條件的要求并不十分苛刻。除了一些特殊地段（如山地與丘陵之間、高架與地面之間等）外，多數(shù)低地板市郊鐵路的線路條件都可以滿足。例如，在韓國首爾地區(qū)就建設(shè)了一條從市中心到遠郊的低地板輕軌線路。在線路中，除了設(shè)置了地面停車場外，還設(shè)有軌道電路和電力供給系統(tǒng)。由于線路長度較短、轉(zhuǎn)彎半徑小、車站數(shù)量少，因此該線路在一定程度上，可以滿足山區(qū)與平原之間的交通需求。

此外，部分城市還將低地板輕軌車輛用于連接遠郊的城際鐵路。例如，日本東京都市圈內(nèi)的都市通勤鐵路系統(tǒng)就是采用低地板輕軌車輛作為客運交通工具。該線路距離中心城區(qū)較遠（一般為60～70km），因此不會占用過多的地面空間。

2.2 低地板輕軌車輛可在高架上運行，節(jié)約土地資源

城市軌道交通線路建設(shè)必須保證與道路用地相協(xié)調(diào)，盡量避免對城市道路造成破壞，還要節(jié)約土地資源。而低地板輕軌車輛在不影響道路正常通行的前提下，能夠在高架上運行，減少對地面和高架的占用，為城市軌道交通線路的建設(shè)提供便利條件。低地板輕軌車輛具有較大轉(zhuǎn)彎半徑和較小曲線通過能力，能實現(xiàn)快速進出隧道、跨越深溝、跨越橋梁和立交橋，為城市軌道交通線路建設(shè)提供便利條件。同時，低地板輕軌車輛由于轉(zhuǎn)彎半徑小，減少對地面的占用，從而降低城市軌道交通線路對地面的影響，建設(shè)在城市中心城區(qū)附近是非常適合的[3]。

2.3 低地板輕軌車輛具有一定的技術(shù)優(yōu)勢

低地板輕軌車輛與其他地鐵車輛相比，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。

一是車體結(jié)構(gòu)強度高，安全性好。車體主要結(jié)構(gòu)采用復(fù)合材料，車體鋼結(jié)構(gòu)強度高，車體結(jié)構(gòu)剛度大，抗疲勞性能強，而且車體制造工藝簡單，生產(chǎn)效率較高，可減少制造成本。

二是轉(zhuǎn)向架采用獨立傳動系統(tǒng)，穩(wěn)定性好。獨立傳動系統(tǒng)能夠保證車輛在直線和曲線上運行的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，且轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、抗側(cè)傾能力強。

三是牽引系統(tǒng)采用獨立驅(qū)動方式，牽引電機功率大、功率因數(shù)高、對電網(wǎng)無污染。

四是制動性能優(yōu)越。采用獨立的電制動系統(tǒng)和機械制動系統(tǒng)相結(jié)合的方式，可大大提高車輛的制動能力。

五是低地板輕軌車輛采用獨立驅(qū)動方式及獨立輪對設(shè)計，可實現(xiàn)牽引電機功率在一節(jié)車廂內(nèi)獨立使用。因此，低地板輕軌車輛可以滿足大運量、小間距軌道交通系統(tǒng)的運營需求。

3 低地板輕軌車輛的主要技術(shù)要求

3.1 地板高度

地板高度是低地板輕軌車輛的主要技術(shù)要求。地板高度應(yīng)該盡可能低，以方便乘客進出車輛。對于輕軌車輛來說，地板高度應(yīng)該考慮乘客的身高和輪椅的高度等因素。在通常情況下，地板高度應(yīng)該低于乘客的膝蓋，以便乘客可以輕松地從地面進出車輛。

3.2 通道寬度

通道寬度是低地板輕軌車輛的另一個主要技術(shù)要求。通道寬度應(yīng)該大于等于80cm，以便乘客可以輕松通過。通道寬度還應(yīng)該考慮乘客攜帶的行李和其他物品的寬度。如果通道寬度過小，可能限制乘客的移動速度，增加交通擁堵的情況。

3.3 座椅布置

在通常情況下，座椅應(yīng)該盡量靠近車廂兩端，以便乘客可以更容易地進入和離開車輛。同時，座椅設(shè)計應(yīng)該考慮乘客的數(shù)量和身高。如果座椅過于靠近車廂中央，可能影響乘客的進出車輛，同時也會增加車輛的能耗。

3.4 轉(zhuǎn)彎半徑

低地板輕軌車輛在行駛過程中需要轉(zhuǎn)彎，因此轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)該盡可能小，避免車輛在轉(zhuǎn)彎時失控或者超出軌道范圍。轉(zhuǎn)彎半徑的大小還與車輛的懸掛系統(tǒng)和制動系統(tǒng)有關(guān)，需要綜合考慮。

3.5 制動性能

低地板輕軌車輛的制動性能是保證列車安全運行的重要因素之一。列車應(yīng)具有初速度高、制動距離短、制動平穩(wěn)、對軌道和車輪的磨耗小等特點，在城市軌道交通中，由于列車運行線路較短，乘客數(shù)量較多，因此要求列車的制動性能更好，以保證列車的安全以及能夠準時到達目的地。

3.6 安全性

低地板輕軌車輛的安全性也是乘客最關(guān)心的問題之一。低地板輕軌車輛的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有良好的安全性能，能夠承受各種碰撞和故障等情況；低地板輕軌車輛的電氣系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的安全性能，防止電擊、火災(zāi)等事故發(fā)生；低地板輕軌車輛的信號系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的安全性能，能夠防止列車出軌、誤操作等情況發(fā)生；低地板輕軌車輛應(yīng)該配備必要的安全設(shè)備，如安全帶、安全門等，以確保乘客安全。

3.7 可靠性

低地板輕軌車輛應(yīng)該具備高可靠性，能夠在城市繁忙的交通環(huán)境中穩(wěn)定運行。車輛應(yīng)該能夠承受各種復(fù)雜的交通環(huán)境，如交通擁堵、急剎車等；低地板輕軌車輛的可靠性也應(yīng)該考慮車輛的維護成本和維護周期等。

4 低地板輕軌車輛的未來發(fā)展趨勢

低地板輕軌車輛是一種適合中運量、大運量的軌道運輸方式，具有運載能力大、運行速度高、能耗低等特點，能很好地適應(yīng)現(xiàn)代城市交通的發(fā)展。近年來，全球許多國家都在大力發(fā)展低地板輕軌車輛。在我國“雙碳”戰(zhàn)略的背景下，如何發(fā)揮低運能系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高公共交通服務(wù)品質(zhì)、緩解地面交通擁堵、建設(shè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的低運能系統(tǒng)，是行業(yè)應(yīng)思考的緊迫問題。

4.1 低地板輕軌車輛將成為未來城市軌道交通的主力車型

低地板輕軌車輛以低成本、高效率、大運量的特點，能夠解決城市交通擁堵問題，低地板輕軌車輛與地鐵相比更加靈活，可以適應(yīng)不同的交通環(huán)境和地形。地鐵需要隧道和橋梁等設(shè)施，更加依賴于地形和道路條件；低地板輕軌車輛的建造成本通常比地鐵車輛低，且在運輸乘客方面更高效。低地板輕軌車輛通常比地鐵車輛更靈活，可以運輸大量乘客；低地板輕軌車輛的建設(shè)成本相對較低，使用有軌電車的技術(shù)和設(shè)備，不需要像地鐵那樣建設(shè)地下隧道或像高速路那樣建設(shè)路面道路；低地板輕軌車輛的軌道高度比地鐵低，減少了投入。低地板輕軌車輛能夠適應(yīng)不同類型的地形和地貌，如山區(qū)、平原和水域等，使低地板輕軌車輛在建設(shè)過程中可以更好地適應(yīng)當?shù)丨h(huán)境，減少對生態(tài)環(huán)境的影響。長春是使用低地板輕軌最早的城市，該車具有節(jié)約成本、節(jié)約能源和方便乘客等方面的顯著優(yōu)點，是名副其實的“綠色”交通工具。因此，有望在我國新興城市、大城市支線以及中小城市得到廣泛推廣，具有很大的發(fā)展空間和廣闊的市場應(yīng)用前景，未來批量生產(chǎn)的空間很大。低地板輕軌車輛可以更好地適應(yīng)這些地區(qū)的交通需求，并提供更加便捷、高效的出行方式。隨著城市人口不斷增長和城市化進程不斷加快，未來城市軌道交通的需求量將持續(xù)增長，低地板輕軌車輛也將越來越受到人們的關(guān)注和青睞，成為城市軌道交通中最重要的車型之一。

4.2 低地板輕軌車輛將逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化

目前，我國低地板輕軌車輛的大部分核心技術(shù)還掌握在國外企業(yè)的手中，我國低地板輕軌車輛產(chǎn)業(yè)要想快速發(fā)展，就必須實現(xiàn)核心技術(shù)自主可控，實現(xiàn)低地板輕軌車輛國產(chǎn)化。中國中車股份有限公司從1999 年開始與北京交通大學(xué)、清華大學(xué)、西南交通大學(xué)等合作開發(fā)城市軌道交通車輛技術(shù)，先后成功研制城市軌道車輛的動力傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、制動系統(tǒng)以及車體等關(guān)鍵設(shè)備，為我國城市軌道交通車輛核心技術(shù)的國產(chǎn)化奠定良好的基礎(chǔ)。

4.3 城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展推動低地板輕軌車輛技術(shù)不斷進步

近年來，隨著中國城市經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加速，城市軌道交通得到快速發(fā)展，形成一大批規(guī)模較大的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)《中國城市軌道交通統(tǒng)計年鑒2022》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2022 年12月，國內(nèi)共有62 個城市開通運營軌道交通線路，運營總里程達到4773.7km，其中地鐵1456.4km，城軌交通2684.2km。

4.4 低地板輕軌車輛將進一步拓展市場，滿足更多城市需求

隨著人們對交通系統(tǒng)的要求不斷提高，為低地板輕軌車輛的發(fā)展創(chuàng)造了良好的市場環(huán)境。低地板輕軌車輛作為一種新型綠色環(huán)保客運工具，越來越多地被應(yīng)用到城市公共交通中。特別是近年來，國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速，尤其是在北京、上海、廣州等一線城市，低地板輕軌車輛更是得到快速發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，輕軌車輛因其獨有的特點和優(yōu)勢，在城市軌道交通中發(fā)揮著不可替代的作用，尤其是低地板輕軌車輛，由于高度較低，對周邊環(huán)境影響較小，在城市軌道交通中更具有適應(yīng)性和靈活性。輕軌車輛技術(shù)也將隨著城市發(fā)展而不斷地發(fā)展和更新。目前，國內(nèi)采用低地板輕軌車輛的城市有重慶、武漢、天津、北京、廣州等地。未來隨著低地板輕軌車輛在國內(nèi)的不斷應(yīng)用和推廣，相信會有更多的城市選擇低地板輕軌車輛作為軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，并為國內(nèi)軌道交通行業(yè)發(fā)展做出積極貢獻。