烏魯木齊地鐵1號線車輛選型及對線網(wǎng)的影響分析

戚振宕

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安　710043)

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烏魯木齊地鐵1號線車輛選型及對線網(wǎng)的影響分析

戚振宕

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安710043)

摘要：結(jié)合烏魯木齊軌道交通1號線車輛選型工程實際，提出符合烏魯木齊軌道交通的車輛選型，并分析車輛選型對該市軌道交通線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化資源共享、聯(lián)絡(luò)線、車輛基地等影響，對烏魯木齊城市軌道交通建設(shè)提出合理建議。烏魯木齊軌道交通1號線采用4動2拖的A型車能夠適應(yīng)烏魯木齊獨特的單面長大坡道、氣候、人文環(huán)境、安全防范等級、有限的地下交通資源等特點，烏魯木齊全線網(wǎng)宜采用統(tǒng)一車輛制式，使得全線網(wǎng)大、架修取送車、生產(chǎn)運營管理更加高效、靈活。

關(guān)鍵詞：地鐵；車輛選型； 線網(wǎng)；資源共享

地鐵車輛是直接為乘客服務(wù)的設(shè)備，是整個城市軌道交通系統(tǒng)的核心，其結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能對軌道交通工程的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、行車組織方案、車輛檢修設(shè)施、工程造價等產(chǎn)生很大的影響。因此，車輛選型是軌道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中首要解決的問題之一。烏魯木齊地鐵1號線是烏魯木齊市建設(shè)的第一條軌道交通線路，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)合理與否不僅對本條線建設(shè)有著重要意義，而且對后續(xù)其他線路乃至整個城市的軌道交通線網(wǎng)也具有重要的引領(lǐng)作用。地鐵作為一項百年民生工程，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不僅要滿足本線各設(shè)計年度的客流需求及各種突發(fā)性客流需求，還需考慮一定的前瞻性和運能的適應(yīng)性。

針對烏魯木齊市軌道交通1號線車輛選型與列車編組的研究，制定出適宜烏魯木齊市軌道交通1號線的車型、車輛編組型式及編組輛數(shù)，為確定系統(tǒng)規(guī)模和節(jié)省建設(shè)投資提供依據(jù)。

1工程概況

根據(jù)《烏魯木齊市城市快速軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃修編》和《烏魯木齊城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃(2011-2016)》，烏魯木齊地鐵線網(wǎng)由7條線路組成，其中1、2、5號線為骨干線，3、4、6、7號線為輔助加密線，線網(wǎng)全長211.4 km，全線網(wǎng)共設(shè)車站121座，其中換乘站18座。1號線是烏魯木齊城市軌道交通的基本骨架線，南起三屯碑，北至國際機場站，全長27.6 km。烏魯木齊軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃見圖1[1-2]。

圖1　烏魯木齊市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案

2烏魯木齊軌道交通特點

車輛選型及列車編組輛數(shù)的確定涉及軌道交通制式、線路條件、預(yù)測客流量、運輸能力、服務(wù)水平、資源共享水平、系統(tǒng)規(guī)模和各組成部分容量及車輛信號系統(tǒng)制式等方面的內(nèi)容，是一項復(fù)雜而重要的課題。車輛的選型涉及的幾個主要技術(shù)參數(shù)是諸多因素反復(fù)比較和綜合平衡的結(jié)果[7-12]。1號線車輛選型除了考慮以上幾個主要技術(shù)參數(shù)外，還應(yīng)充分考慮烏魯木齊城市軌道交通的獨特之處，從而選擇出最適宜烏魯木齊地鐵車輛選型方案。

(1)線路單面坡：烏魯木齊主城區(qū)空間結(jié)構(gòu)呈南北狹長帶狀分布，整個城市為南北向“蜂腰”型城市，1號線全長27.6 km，起終點高差280余m，整體呈南高北低，地面自然坡度12‰～15‰，受地形條件限制，線路縱斷面連續(xù)單向坡區(qū)段較多。這種特殊連續(xù)單向坡道，對車輛選型、編組、牽引、制動性能要求更為苛刻。車輛制動宜采用再生制動以節(jié)約能源，機械制動宜采用輪盤式制動以保證制動的可能性。

(2)不良地質(zhì)：烏魯木齊市屬于8級烈度的地震區(qū)，1、2號線穿越采空區(qū)，采空區(qū)殘留的瓦斯氣體對于車輛通風(fēng)空調(diào)監(jiān)測系統(tǒng)提出了更高的要求；線路多次穿越活動斷裂帶，對于車輛應(yīng)對運營期間突發(fā)情況的可靠性要求較高。

(3)公共安全需求高：由于烏魯木齊所在的特殊地理位置和內(nèi)外環(huán)境因素，公共安全問題尤為突出，因此，車輛設(shè)計應(yīng)考慮“技防、物防、人防”等多種安全防范措施，以最大限度地確保運營安全。

(4)特殊的氣候條件：烏魯木齊屬于大陸性干旱性氣候，晝夜溫差大，冬季寒冷漫長(11月～3月)，冬季平均溫度-12 ℃左右，對車輛設(shè)計和制造提出了更高的要求。同時，由于晝夜溫差大且冬季寒冷漫長，乘客大部分時間穿著較厚，占用公共空間較大，站立標(biāo)準(zhǔn)宜適當(dāng)考慮。

(5)民族特色明顯：烏魯木齊屬于多民族聚居的城市，具有多姿多彩的民族風(fēng)情、神奇的魅力民族特色文化，各民族對風(fēng)情習(xí)俗不盡相同，對私人空間要求較高，不宜過分擁擠。烏魯木齊市地鐵1號線按照4～5人/m2的擁擠度標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。

(6)1號線為烏魯木齊市第一條建設(shè)的線路，也是線網(wǎng)主骨架線，客流屬于大運量級，系統(tǒng)制式的選擇需要站在線網(wǎng)的高度統(tǒng)籌考慮。烏魯木齊線網(wǎng)規(guī)劃7條線路，屬于中型線網(wǎng)城市，從資源共享的角度宜采用相同的系統(tǒng)制式。

3車輛選型分析

3.1客運量分析

原建設(shè)規(guī)劃預(yù)測的烏魯木齊城市軌道交通線網(wǎng)1～7號線遠期高峰小時單向斷面客流量分別為3.6萬人次/h、3.3萬人次/h、3萬人次/h、2.6萬人次/h、3.5萬人次/h、2.9萬人次/h、2.9萬人次/h[3]。根據(jù)2013年和2015年最新的客流預(yù)測報告：地鐵1、2號線遠期高峰小時單向斷面流量分別為4.08萬人次/h、4.04萬人次/h[1，2]，客流較之前已有較大的增加，整體客流水平屬于大運量級別。因此，適應(yīng)于烏魯木齊市軌道交通的車型應(yīng)結(jié)合城市發(fā)展規(guī)模和人口增長情況而定。

3.2車輛制式分析

城市軌道交通制式主要有普通輪軌系統(tǒng)、直線電機系統(tǒng)、中低速磁浮系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、AGT系統(tǒng)等。

由于AGT 系統(tǒng)為小運量系統(tǒng)，輸送能力一般在1萬人/h以下，只能作為城市軌道交通的輔助線路使用，明顯不適用于烏魯木齊市軌道交通線路應(yīng)用。

中低速磁浮系統(tǒng)在我國尚處于新興技術(shù)發(fā)展階段，目前我國僅有少數(shù)幾個城市開展中低速磁浮系統(tǒng)工程，如北京S1線和長沙機場線等，還未正式開通運營，缺少相關(guān)經(jīng)驗。1號線作為烏魯木齊第一條城市軌道交通線路，宜采用成熟的車輛制式，不適宜采用中低速磁懸浮系統(tǒng)。

單軌系統(tǒng)屬于中運量系統(tǒng)，采用橡膠輪，具有黏著力大，運行噪聲較低適合于高架線等優(yōu)點，但其運行阻力大，膠輪磨耗量大，因此存在運營成本較高，且單軌系統(tǒng)特點為跨座式(或懸掛式)高架梁走行系統(tǒng)，而烏魯木齊市軌道交通在城區(qū)采用地下敷設(shè)方式，因此不宜采用單軌系統(tǒng)。

直線電機車輛載客量小，電機效率低，能耗大，且控制系統(tǒng)復(fù)雜，我國產(chǎn)業(yè)體系尚未完全形成，造價高。烏魯木齊地鐵線路南北高差大，線路單面坡對車輛牽引制動性能要求更高；此外，烏魯木齊位于祖國的西北邊陲，工業(yè)水平較東南沿海城市低，車輛維護技術(shù)難度較大，因此烏魯木齊不宜采用直線電機車輛。

綜上所述，適合烏魯木齊軌道交通車輛制式為A、B型普通輪軌系統(tǒng)。

3.3技術(shù)成熟程度分析

從制作技術(shù)和運營情況來看，A、B型車在國內(nèi)外線路上已廣泛使用，并有相當(dāng)多的成功運營的范例，技術(shù)成熟、安全可靠，已成為國內(nèi)軌道交通行業(yè)采用的主流車型。

3.4車輛型式和編組選擇

根據(jù)客流預(yù)測資料，烏魯木齊市軌道交通1、2號線遠期高峰小時單向斷面流量分別為4.08萬人次/h、4.04萬人次/h，依據(jù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)屬于大運量，適應(yīng)的車型有A、B型車[1，2]。

國內(nèi)城市軌道交通采用較多的車型為 A、B型車，建成運營采用A型車的城市有北京、上海、廣州、南京、深圳，采用B型車的城市有沈陽、長春、大連、天津、北京、廣州、武漢、西安、成都、重慶等城市。正在建設(shè)和設(shè)計的城市采用A型車有北京、廣州、深圳、石家莊、蘭州等城市，采用B型車的有哈爾濱、青島、大連、合肥、蘇州、無錫、杭州、南昌、長沙、鄭州、昆明、貴陽等城市。Lb、C型及跨座式單軌車型使用較少[5]。

城市軌道交通建設(shè)是百年工程，必須以發(fā)展的眼光看問題，目前客流預(yù)測的遠景年一般為2050年，但城市軌道交通建設(shè)工程使用年限為100年，對100年以后的城市規(guī)模和交通特征目前難以預(yù)測。1、2號線全部為地下線路，地下空間受地面構(gòu)筑物、地下管線、地質(zhì)構(gòu)造影響較大，要進行建筑物拆遷、道路改移、管線遷改、樁基托換、不良地質(zhì)處理，建設(shè)難度巨大，且具有不可逆性，一次建成后不具備改擴建的條件，因此在車輛選型時也應(yīng)考慮此因素，為未來留有足夠的空間。

根據(jù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)在站立密度采用6人/m2的定員標(biāo)準(zhǔn)情況下，B型車6輛編組開行30對/h，可適應(yīng)客流需求，但站立人數(shù)達到了5.5人/m2，能力富余度僅為6.85%。在降低擁擠度，提高舒適度的情況下，B型車的適應(yīng)性較差。此外，7輛編組的B型車雖然與6輛編組的A型車在運輸能力大體相當(dāng)，但7輛編組的B型車人均造價高于A型車，同時增加了車輛段檢修任務(wù)量，對車輛段設(shè)備資源共享提高了難度，增加了不必要的投資。

通過對1號線各車站早晚高峰擁擠度(站立人數(shù)/m2)分析，采用6輛編組的A型車遠期最大擁擠度為4.6人/m2，其中站立擁擠度4人以上/m2的區(qū)間僅有4處，占全部區(qū)間的20%，4～3人/m2的區(qū)間共5處，占全部區(qū)間的25%，3人/m2及以下的區(qū)間占全部區(qū)間的55%，擁擠度狀況仍然良好，能夠滿足烏魯木齊市氣候特點、人文條件和特有的安防要求[1]。

1、2號線連接多個交通樞紐及大型客流集散點，結(jié)合烏魯木齊的城市特點及線路自身的特征，烏魯木齊軌道交通車輛的擁擠度應(yīng)適當(dāng)降低，車輛選型時應(yīng)采用較為良好的擁擠度。A型車比B型車車體寬且長，車輛定員多，在客流一定的情況下乘客擁擠度下降，舒適度提高，客流適應(yīng)性好。因此烏魯木齊市軌道交通1號線推薦采用6輛編組(4動2拖)的A型車。

4車輛選型對線網(wǎng)的影響

由于烏魯木齊城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃車輛選型為B型車，通過目前對1、2號線客流預(yù)測和車輛選型研究，1、2號線宜采用6輛編組的A型車，跟原線網(wǎng)規(guī)劃車輛選型已產(chǎn)生了變化。烏魯木齊線網(wǎng)車輛基地及聯(lián)絡(luò)線布局見圖2。

圖2　烏魯木齊線網(wǎng)車輛基地及聯(lián)絡(luò)線布局示意

4.1對線網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線設(shè)置的影響

根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃，全網(wǎng)規(guī)劃有2處大、架修基地，當(dāng)全網(wǎng)采用同一車型時聯(lián)絡(luò)線的設(shè)置見表1，采用2種車型時聯(lián)絡(luò)線的設(shè)置見表2[3]。

通過表1、表2可以看出：

(1)車輛選型不同，線網(wǎng)大、架修作業(yè)車輛的取送車路徑則不同，線網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線和大、架修基地的設(shè)置均能滿足各條線大、架修作業(yè)車取送要求。

表1　全網(wǎng)同一制式各線大、架修作業(yè)車輛取送路徑

表2　全網(wǎng)兩種制式各線大、架修作業(yè)車輛取送路徑

(2)由于1～4號線車輛大、架修基地位于百園路車輛基地，因此兩種情況下2、3、4號線取送車路徑和效率是一致的。如果全網(wǎng)統(tǒng)一車輛制式，5、6、7號線大、架修車分別需經(jīng)過1、0、1次聯(lián)絡(luò)線即可到達大、架修基地；如果全網(wǎng)為兩種車輛制式，5、6、7號線大、架修車分別需經(jīng)過0、2、1聯(lián)絡(luò)線才能到達大、架修基地。

因此，全線網(wǎng)統(tǒng)一車輛制式比兩種車輛制式的大、架修車輛取送車效率更高、取送路徑也更靈活、對各條線的生產(chǎn)運營干擾就更小。

4.2對車輛基地的影響

4.2.1線網(wǎng)規(guī)劃及建設(shè)規(guī)劃車輛基地情況

根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃及建設(shè)規(guī)劃中對輛基地布置規(guī)劃詳見表3[3]。

表3　烏魯木齊線網(wǎng)規(guī)劃車輛基地基本情況

考慮線網(wǎng)實施的實際進程，兼容以下兩種情況。

全網(wǎng)統(tǒng)一制式(即均采用A型車)：1號線百園路車輛基地為全網(wǎng)的綜合維修基地，承擔(dān)1～7號線配屬車輛的大、架檢修任務(wù)。

全網(wǎng)采用兩種制式：近期修建的1～4號線采用同一制式(A型車)，遠期建設(shè)的5、6、7號線采用獨立制式(B型車或其他車型)，則5號線華凌車輛基地承擔(dān)5、6、7號線配屬車輛的大、架檢修任務(wù)。

4.2.2適應(yīng)性分析

百園路車輛基地設(shè)置線網(wǎng)廠、架修基地的可行性分析如下。

(1)線網(wǎng)規(guī)模：烏魯木齊城市軌道交通線網(wǎng)總規(guī)模7條線約211.9 km，屬于中等規(guī)模的線網(wǎng)，根據(jù)估算遠期全線網(wǎng)共需大、架修8.79列位，全線網(wǎng)設(shè)置1處大、架修基地可滿足全線網(wǎng)使用要求。

(2)用地條件：1號線百園路車輛基地為規(guī)劃線網(wǎng)中的1號線、3號線、6號線車輛段“三段共址”，規(guī)劃面積約90 hm2，根據(jù)測算，1號線、3號線、6號線遠期需在百園路車輛基地停車列檢共計約90列位，周月檢9列位，定、臨修4列位，靜調(diào)2列位，大、架修9列位，需要用地約63 hm2，規(guī)劃用地滿足工藝總平面布置需求。

(3)資源共享：大、架修所需要的走行公里數(shù)分別為120萬km和60萬km，即1條線開通約5年后車輛需要架修，約10年后需要大修，且大、架修檢修庫投資較大。如果每條線均設(shè)置大、架修基地勢必會造成資源、資金的浪費。因而，全線網(wǎng)設(shè)1處大、架修基地，通過集約化管理，使檢修設(shè)備、人員、土地等得到最大限度的資源共享。

(4)聯(lián)絡(luò)線條件：根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃中各線間的聯(lián)絡(luò)線關(guān)系，無論全網(wǎng)采用一種系統(tǒng)制式還是兩種系統(tǒng)制式，均可實現(xiàn)快速取送車的基本的功能需求，因此在線網(wǎng)中設(shè)置1處大、架修基地是可行的。

(5)檢修條件：A型車、B型車車輛零部件沒有本質(zhì)區(qū)別，存在資源共享條件，綜合考慮車輛結(jié)構(gòu)、全線網(wǎng)大、架修規(guī)模、聯(lián)絡(luò)線設(shè)置條件、資源共享等因素，百園路車輛基地仍可作為整個線網(wǎng)的大、架修基地，只需在大、架修庫內(nèi)按A、B型車長度各設(shè)1條分解組裝線條，大、架修總規(guī)模不變，其他生產(chǎn)廠房仍可共享。

5結(jié)論

烏魯木齊市軌道交通1號線由于其特殊的蜂腰型走廊、單面長大坡道、氣候、人文環(huán)境、安全防范等級、有限的地下交通資源等特點，從軌道交通系統(tǒng)制式選擇上宜采用系統(tǒng)規(guī)模大、適應(yīng)能力更強的4動2拖的6輛編組A型車輛。制動宜采用再生能力吸收裝置和輪盤式制動以降低能耗和確保制動的可靠性。

通過對線網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線和車輛基地分布的分析，烏魯木齊城市軌道交通宜采用統(tǒng)一車輛制式，使得全線網(wǎng)車輛大、架修取送車、生產(chǎn)運營管理更加高效、靈活。

6建議

(1)車輛用戶需求書的編制應(yīng)充分考慮烏魯木齊軌道交通連續(xù)單面長大坡道、不良地質(zhì)、民族特色、安防、氣候特征等綜合因素對車輛牽引、制動特性、輪軌

關(guān)系、人員疏散、站立標(biāo)準(zhǔn)等進行專題研究，保證車輛安全可靠。

(2)針對烏魯木齊車輛基地尤其是百園路車輛基地作為全線網(wǎng)大、架修基地，1、3、6號線車輛段“三段共址”的特點，建議開展“三段共址”綜合研究專題，考慮不同的建設(shè)時序、出入段線接入方式、資源共享等因素，采取合理的檢修模式，確定合理的初、近、遠期建設(shè)規(guī)模，對車輛基地工藝總平面布置進行多方案比選，從而確定最合理的總平面布置方案，盡量減少重復(fù)建設(shè)項目，使資源共享最大化，又方便運營管理。

(3)從線網(wǎng)角度對車輛部件集中檢修分線、分期實施進行專題研究。

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收稿日期：2015-07-24； 修回日期：2015-11-16

作者簡介：戚振宕(1984—)，男，工程師，2010年畢業(yè)于西南交通大學(xué)車輛工程專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：85513561@qq.com。

文章編號：1004-2954(2016)06-0151-05

中圖分類號：U271

文獻標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.031

Selection of Vehicles for Urumqi Metro Line 1 and Its Impact on Network

QI Zhen-dang

(China Railway First Survey & Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi’ an 710043，China)

Abstract：In combination with the actual circumstances in the selection of vehicles for Urumqi urban rail transit line 1，the selection of right subway vehicles for Urumqi urban rail transit is proposed and its impacts on the resource sharing of urban rail transit network，connecting line and vehicle base are analyzed. Reasonable suggestions for the urban rail transit construction are presented. Type A train-set with 4 motor cars and 2 trailers for Line 1 adapts to the characteristics of the unique single-sided long heavy grade ramp，climate，humanistic environment，security protection，and limited underground traffic resources. Unified vehicles for the entire network guarantee effective and flexible fetching and delivering of shop and un-wheeling repair vehicles and production operation management．

Key words：Metro; Selection of vehicles; Network; Resource sharing