城市軌道交通接觸網(wǎng)評價體系研究

胡 江 張中安 吳林科 周格仟

(1.深圳市地鐵三號線投資有限公司 廣東深圳 518000;2.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院 武漢 430074)

城市軌道交通接觸網(wǎng)評價體系研究

胡 江1張中安1吳林科1周格仟2

(1.深圳市地鐵三號線投資有限公司 廣東深圳 518000;2.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院 武漢 430074)

論述接觸網(wǎng)在城市軌道交通中的作用，以及接觸網(wǎng)的不同形式對城市軌道交通產(chǎn)生的影響。在確定接觸網(wǎng)選用的原則基礎(chǔ)上，建立城市軌道交通接觸網(wǎng)評價指標體系。從技術(shù)經(jīng)濟性的角度，對接觸網(wǎng)的實用性、可靠性、使用壽命、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、對車輛影響和可維護性等方面的技術(shù)性以及經(jīng)濟性進行綜合評價，以促進我國城市軌道交通健康發(fā)展。

城市軌道交通;接觸網(wǎng);評價體系;指標

目前，我國已經(jīng)成為世界上最大的城市軌道交通市場。接觸網(wǎng)系統(tǒng)在城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中向電動車組提供電能，是唯一的且沒有備用的供電設(shè)施，其重要性不言而喻。如何選用技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠的接觸網(wǎng)形式，越來越引起投資者和建設(shè)者的關(guān)注。下面從技術(shù)經(jīng)濟學(xué)角度出發(fā)，在理論上提出并建立城市軌道交通接觸網(wǎng)的評價體系，為城市軌道交通接觸網(wǎng)建設(shè)決策提供參考。

一般來說，接觸網(wǎng)技術(shù)與城市軌道交通運行模式和牽引供電電壓制式密切相關(guān)。城市軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)一般采用直流供電，目前世界各國城市軌道交通的供電電壓大都在DC 600～1 500 V之間。IEC(國際電工委員會)制訂的電壓標準為600、750和1 500 V三種，我國GB 50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》將DC750 V和DC1 500 V列為軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的標準電壓等級。接觸網(wǎng)按安裝位置的不同可分為接觸軌和架空接觸網(wǎng)，其中架空接觸網(wǎng)按照懸掛類型分為柔性懸掛和剛性懸掛，分別稱為柔性架空接觸網(wǎng)和剛性架空接觸網(wǎng)。

1 接觸網(wǎng)評價指標體系研究成果

1.1 現(xiàn)有研究成果綜述

目前，國內(nèi)公開發(fā)表的有關(guān)城市軌道交通接觸網(wǎng)評價指標體系的成果還比較少，主要集中在對選擇接觸網(wǎng)類型的比較方面。

1.1.1 針對特定軌道交通項目的接觸網(wǎng)選擇

在對廣州地鐵4號線牽引網(wǎng)形式進行選擇時，初步選定了架空剛性接觸網(wǎng)和下部接觸式接觸軌，再通過對主要技術(shù)參數(shù)、機械耐磨性能和使用壽命、土建投資、技術(shù)經(jīng)濟、供電安全性、城市景觀6個方面，對兩者進行比較分析［1］。在對西安地鐵2號線車輛牽引供電制式選擇時，從線網(wǎng)角度出發(fā)，充分考慮城市特點，按受控因素先后順序進行技術(shù)經(jīng)濟比較，提出了全線采用DC1 500 V架空接觸網(wǎng)的方式［2］。

1.1.2 對城市軌道交通接觸網(wǎng)類型的比較

有的學(xué)者通過分析城市軌道交通兩大類牽引供電接觸網(wǎng)的基本要求、不同類型與特點，提出不同城市選擇接觸網(wǎng)形式時應(yīng)注意處理的關(guān)系和建議［3］。還有的學(xué)者以廣州地鐵柔性、剛性接觸網(wǎng)和接觸軌牽引網(wǎng)的實際運營為例，對其安全性、經(jīng)濟性、景觀等進行了綜合分析，認為軌道交通牽引網(wǎng)的形式不能只從技術(shù)的角度來進行選擇，而要以社會責(zé)任(包括適用性、安全性、經(jīng)濟性等)來判斷決策［4］。

1.1.3 對城市軌道交通接觸網(wǎng)評價體系的探討

有學(xué)者對這方面進行了比較深入的研究，根據(jù)整體性、適應(yīng)性、可比性、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、國產(chǎn)化和全壽命周期等原則，建立了城市軌道交通評價體系，該體系通過外部、內(nèi)部和工程三部分評價系統(tǒng)，對車輛制式、行車速度、供電制式、受流和技術(shù)性能、系統(tǒng)一致性和兼容性、設(shè)備國產(chǎn)化程度、工程投資經(jīng)濟性以及工程適應(yīng)性等方面進行綜合評價［5］。

1.2 現(xiàn)有研究成果評價

綜上所述，學(xué)者們在城市軌道交通接觸網(wǎng)評價指標體系方面的研究大致有兩種思路:一是對城市軌道交通接觸網(wǎng)類型進行比較和選擇，通過分析不同接觸網(wǎng)類型的特點，對多種指標進行綜合分析，在比較城市軌道交通接觸網(wǎng)類型的基礎(chǔ)上，選擇特定的接觸網(wǎng)形式，見文獻［1-4］;二是直接構(gòu)建城市軌道交通接觸網(wǎng)的評價體系，見文獻［5］。兩者各具特點，前者側(cè)重于實際應(yīng)用，后者側(cè)重于理論研究，然而都有需要改進的地方。

1)指標體系構(gòu)建比較簡單，所查閱的文獻都體現(xiàn)出指標的大而不精，有些只有一級指標。

2)指標體系權(quán)重目前的研究還是個空白。雖然文獻［5］構(gòu)建了評價體系，但卻沒有對體系的指標進行權(quán)重的分析，不能直接應(yīng)用。

3)前面論述的研究成果都是對接觸網(wǎng)的定性分析，而沒有采用定量分析方法進行評價。

本研究希望在此3點之上取得突破，一方面構(gòu)建更細部的指標，另一方面通過渠道確定指標體系中指標的權(quán)重，從而為定量分析接觸網(wǎng)打好基礎(chǔ)。

2 建立接觸網(wǎng)評價體系的原則

目前，我國城市軌道交通接觸網(wǎng)的形式呈現(xiàn)多樣化，都直接采用或引進國際先進技術(shù)，這無疑對我國城市軌道交通技術(shù)的整體發(fā)展有明顯的促進作用，但也帶來了評價不同形式的接觸網(wǎng)是否適合一個特定城市軌道交通項目的判斷問題。這一問題對一個城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)而言更加具有現(xiàn)實意義，因為接觸網(wǎng)作為城市軌道交通電動車組電能的唯一提供者，直接影響軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。從這個意義上講，建立城市軌道交通接觸網(wǎng)評價體系必須堅持以下原則。

2.1 技術(shù)先進和經(jīng)濟合理性原則

技術(shù)先進是要求不同形式的接觸網(wǎng)在技術(shù)方面保持當前國際國內(nèi)先進水平，關(guān)鍵技術(shù)能夠解決接觸網(wǎng)工程建設(shè)中存在的問題，滿足車輛運行及維護需要，采用新材料、新工藝等;經(jīng)濟合理性是在保證接觸網(wǎng)技術(shù)可靠性和先進性的基礎(chǔ)上，有效節(jié)約建設(shè)投資，降低運營成本。技術(shù)上達到先進水平、經(jīng)濟上保持在合理可接受的范圍，顯然是評價不同接觸網(wǎng)形式的一個基本準則。

2.2 全壽命周期原則

城市軌道交通運營實踐表明，接觸網(wǎng)的使用壽命對軌道交通線路運行的影響非常明顯。在軌道交通項目中，不同形式接觸網(wǎng)的全壽命周期有所差異，一般架空接觸網(wǎng)的大修周期要小于接觸軌形式的大修周期，這僅是從接觸網(wǎng)本身而言的。此外，接觸網(wǎng)的全壽命周期還反映在其性價比、零部件和備品備件的互換性及維護周期等方面，這些因素對確定接觸網(wǎng)形式不僅是必要的，也是需要重點考慮的。

2.3 可比較性原則

在軌道交通建設(shè)項目中，有柔性架空接觸網(wǎng)、剛性架空接觸網(wǎng)和接觸軌3種類型的接觸網(wǎng)，其可比較性是指在不同受流方式下對3種類型的接觸網(wǎng)進行比較，這是評價和選擇接觸網(wǎng)形式的基礎(chǔ)。

3 城市軌道交通接觸網(wǎng)評價指標體系

根據(jù)以上原則，將城市軌道交通接觸網(wǎng)評價指標體系分解為4個層次，一級指標是技術(shù)經(jīng)濟性指標，二級指標分為技術(shù)性和經(jīng)濟性2項，三級指標分為9項，四級指標細化為38項指標，如表1所示。根據(jù)指標能否直接獲取，可分為硬指標和軟指標。硬指標是指能直接從統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中取得數(shù)據(jù)的指標，如屬于建設(shè)成本中的接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備投資、配套投資等;軟指標是指不能直接取得數(shù)據(jù)的指標，往往只能用語言描述，如評價實用性的載流能力、同類工程經(jīng)驗、設(shè)備成熟度等。

3.1 技術(shù)性指標

技術(shù)性指標，又稱為功能性指標，包括實用性、可靠性、使用壽命、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、對車輛影響和可維護性7個部分。作為城市軌道交通的一個重要組成部分，接觸網(wǎng)首先應(yīng)滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，這是最基本的，不能滿足相應(yīng)的功能，經(jīng)濟性就無從談起。城市軌道交通接觸網(wǎng)首先應(yīng)表現(xiàn)出實用性，表現(xiàn)在正線允許行車速度、載流能力、同類工程經(jīng)驗、安裝精度要求、設(shè)備成熟度等方面;一個不實用的接觸網(wǎng)形式，不論其經(jīng)濟性如何，都不能被接受。接觸網(wǎng)的可靠性對軌道交通的正常運行起著非常重要的影響，只有可靠的接觸網(wǎng)，才能提供舒適、高效、準時的軌道交通服務(wù)水平，具體表現(xiàn)為供電的可靠性、故障影響范圍、事故搶修對其他專業(yè)響應(yīng)時間影響、車輛連續(xù)受流、授流質(zhì)量等方面［7］。其他子指標在這里就不一一羅列。

3.2 經(jīng)濟性指標

經(jīng)濟性指標，又稱成本性指標。這里所指的成本，是全壽命周期成本［6］，也就是產(chǎn)品從設(shè)計制造到交付使用、直到報廢為止，全過程的生產(chǎn)費用和使用費用之和，即C=C生+C使。對城市軌道交通接觸網(wǎng)而言，經(jīng)濟性指標包括建設(shè)成本和運營成本。在此，建設(shè)成本要考慮接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備投資、配套投資、土建投資以及車輛投資等方面，在得知壽命周期的前提下，可以計算出凈年值;運營成本要考慮年運營成本，包括運營管理

表1 城市軌道交通接觸網(wǎng)評價指標體系

費用、電能損耗等。

4 接觸網(wǎng)評價指標體系的評價標準確定

從表1可知，一、二級指標采用的是價值工程里面的概念，一級指標的技術(shù)經(jīng)濟性類似于價值工程中的價值V，二級指標中的技術(shù)性、經(jīng)濟性分別類似于價值工程中的功能F和成本C，其評價標準參考價值工程中的相關(guān)內(nèi)容［8］。而三、四級標準的權(quán)重是本文討論的內(nèi)容，這里采用專家打分法。

4.1 確定權(quán)重

在評價指標體系中，權(quán)重起著至關(guān)重要的作用。

無論該指標體系多么完善，或者做出的初步評價多么準確，如果權(quán)重設(shè)定得不合理，就會影響最終的計算結(jié)果，從而降低整個體系的合理性和科學(xué)性。因此，設(shè)定一套科學(xué)合理的權(quán)重體系至關(guān)重要，本研究推薦使用專家打分法來確定指標的權(quán)重。

4.2 確定分值

為了使評價指標體系具有可操作性，第四級指標安排的分值滿分都是10分。其中，0分意味著不能滿足該項要求，10分意味著完全符合該項要求，得分越高表示符合程度越高。具體打分在于專家們根據(jù)要求來把握，從尊重客觀事實出發(fā)，要選擇具有高水平資歷和閱歷的專家。

4.3 評價標準

在指標權(quán)重確定的基礎(chǔ)之上，專家對評價指標體系中的技術(shù)性指標進行評分，綜合計算可以分別得到評價對象的功能性系數(shù)Fi。然后，考慮經(jīng)濟性指標，分別計算評價對象的建設(shè)成本與運營成本之和的凈年值，進而推算出評價對象的成本系數(shù)Ci。由價值工程V=F/C可知，評價對象Vi值誰大誰優(yōu)。

5 接觸網(wǎng)評價體系的實證研究

深圳地鐵9號線起自深圳灣公園站，止于文錦站(又稱向西站)，全長25.33 km，共設(shè)22座車站。該線在選擇接觸網(wǎng)類型的過程中，考慮了3種接觸網(wǎng)懸掛方式的特點:柔性架空接觸網(wǎng)適用于地面線路和高架線路，剛性架空接觸網(wǎng)適用于地下線路，接觸軌適用于地上及地下線路。據(jù)此，初步選定剛性架空接觸網(wǎng)與接觸軌，然后再對這兩種方式按照7項技術(shù)性指標進行評價(見表2)，由評分得出剛性接觸網(wǎng)與接觸軌的功能系數(shù)F。另外，考慮系統(tǒng)全壽命周期成本C，通過成本數(shù)據(jù)分析得到兩方案的成本系數(shù)(見表3)。

表2 接觸軌與剛性接觸網(wǎng)綜合價值工程評分比較

表3 成本系數(shù)計算

表4 價值系數(shù)計算

根據(jù)價值工程的概念，根據(jù)功能評價系數(shù)(Fi)與成本系數(shù)(Ci)，計算價值系數(shù)(Vi)=功能評價系數(shù)(Fi)/成本系數(shù)(Ci)，其中Vi最大者為最佳方案，計算結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，V2＞V1，所以利用價值工程原理進行優(yōu)選，深圳市地鐵9號線DC1500 V接觸網(wǎng)采用接觸軌最優(yōu)。

6 結(jié)語

我國城市軌道交通目前正經(jīng)歷一個高速發(fā)展時期，接觸網(wǎng)系統(tǒng)作為唯一的向電動車組提供電能且沒有備用的供電設(shè)施，在整個軌道交通牽引供電系統(tǒng)中占有重要地位。筆者提出的城市軌道交通接觸網(wǎng)評價體系可應(yīng)用于接觸網(wǎng)的選型，但是對評價指標權(quán)重的確定還值得進一步研究與深化。

［1］胡懿洲，楊嘯勇.建立城市軌道交通接觸網(wǎng)評價體系的探討［C］//科技、工程與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展——中國科協(xié)第五屆青年學(xué)術(shù)年會論文集科學(xué)決策.北京，2004.

［2］馬沂文，白秀梅.城市軌道交通供電接觸網(wǎng)類型的比較［J］.城市軌道交通研究，2003(1):20-24.

［3］賈穎絢.城市軌道交通直流牽引網(wǎng)供電制式技術(shù)研討會紀實［J］.都市快軌交通，2010，23(1):1-4.

［4］龔文濤.鋼鋁復(fù)合接觸軌在廣州地鐵4號線的應(yīng)用［J］.都市快軌交通，2007，20(3):82-85.

［5］程強.廣州地鐵4號線牽引網(wǎng)形式的選擇［J］.城市軌道交通研究，2006(7):14-18.

［6］陳進杰，陳峰，梁青槐，等.城市軌道交通全壽命周期成本分析［J］.交通運輸工程學(xué)報，2010(1):82-87.

［7］孫峻，丁烈云，曹立新.建設(shè)工程全壽命周期質(zhì)量監(jiān)管體系研究［J］.建筑經(jīng)濟，2007(12):28-30.

［8］計琳.應(yīng)用價值工程比選道橋工程設(shè)計的可行性方案［J］.城市道路與防洪，2008(8):141-143.

Research on Catenary Evaluation System of Urban Rail Transit

Hu Jiang1Zhang Zhongan1Wu Linke1Zhou Geqian2
(1.Shenzhen Metro Line 3 Investment Co.，Ltd.，Shenzhen 518000;2.School of Civil Engineering＆ Mechanics，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074)

Abstract:Catenary is an indispensable part of urban rail transit system. Different forms of catenary will exert influence differently on the operation of urban rail transit. The paper explores the establishment of catenary evaluation index system of urban rail traffic based on the principles of catenary selection. Focusing on the aspects of technology and economy of catenary, authors comprehensively evaluated the availability,reliability, service life, safety, environmental adaptability and maintainability of catenary in order to promote the healthy development of China’s urban rail transit.

Key words:urban rail transit; catenary; evaluation system; index

U231.7

A

1672-6073(2013)01-0033-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.01.009

收稿日期:2012-04-06

2012-06-18

作者簡介:胡江，男，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，高級工程師，總工辦副主任，從事軌道交通方向的研究，xjhujiang@126.com

(編輯:郭 潔)