北京地鐵既有線路貫通運營車輛對比分析

姜 杉

（北京地鐵運營有限公司，北京 100044）

0 引言

近年來，城市地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展，但市區(qū)線和市域線多在不同時期建設(shè)實施，技術(shù)方案差別大。市區(qū)線與市域線的銜接地點大多設(shè)計在城市邊緣，并不是郊區(qū)客流的目的地和主要客流集散點，造成高比例換乘，給乘客帶來不便。因此，研究市區(qū)線和市域線貫通運營對城市軌道交通發(fā)展具有現(xiàn)實意義。車輛作為貫通運營主體設(shè)備，往往在貫通運營可行性研究中只確認(rèn)?2?種車型是否具備相互通車條件，而忽視了細(xì)節(jié)條件的對比。本文對北京地鐵既有線路中較為常見的?B1?型最高運行速度100??km/h?和?80??km/h?的車輛，從幾個關(guān)鍵條件入手進行貫通運營對比研究。

1 車輛機械

1.1 轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架形式多取決于車輛速度。在車輛設(shè)計之初，100??km/h?車輛電機容量一般較大且構(gòu)架多采用2??300??mm?軸距來滿足電機直徑寬度。貫通運營時，雖滿足B1?型車車輛限界要求，但軸距作為車輛曲線半徑地段設(shè)備限界加寬加高計算的重要參數(shù)之一，需結(jié)合車重、定距、車長、限界斷面距相鄰中心銷和相鄰車軸的距離等其他參數(shù)，重新計算水平曲線段設(shè)備限界，確定貫通運營車輛是否可以在另一線路曲線段通過。

除構(gòu)架外，貫通運營車輛轉(zhuǎn)向架在減震形式、制動形式等技術(shù)條件上仍存在諸多不一致，各單元的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)也存在差異，加之貫通運營時線路與車輛需重新磨合，因此貫通車輛均應(yīng)在另一線路上進行動力學(xué)和動應(yīng)力試驗，重新評定其安全性、舒適性。

1.2 車體和內(nèi)裝

市區(qū)線與市域線高峰斷面客流不同，車輛編組形式存在差異。北京地鐵車輛編組多采用?+Tc-M0-M1-M2-M3-Tc+?或?+Tc-M-T-M-M-Tc+?的?6?編組形式和每車?4?扇客室門的布置方式。需貫通運營的車輛雖同為?B1?型車輛，車體總長和定距一致，但客室門的間距往往不一致，應(yīng)對以下?3?個參數(shù)進行確認(rèn)，確保客室門與屏蔽門的配合：①同一輛車客室門間距；②首末車與相鄰中間車之間，對應(yīng)車鉤連接面的相鄰客室門間距；③中間車之間對應(yīng)車鉤連接面的相鄰客室門間距。

1.3 車輛聯(lián)掛

貫通運營中，不同車輛間相互救援作業(yè)時車輛聯(lián)掛是必備條件之一，應(yīng)從鉤頭型式、車鉤轉(zhuǎn)角和車鉤壓縮量?3?方面進行對比。

（1）確定貫通運營車輛鉤頭高度和形式的匹配。不論調(diào)車作業(yè)還是救援作業(yè)，車鉤鉤頭的形式對作業(yè)起決定作用，應(yīng)優(yōu)先確認(rèn)。

（2）在車鉤外部轉(zhuǎn)角參數(shù)不同的情況下，參數(shù)較小的車輛應(yīng)根據(jù)另一線路情況，分定半徑曲線、圓弧半徑曲線和直線交接區(qū)段、S?形反曲線?3?種不同情況，校驗其轉(zhuǎn)角是否能滿足線路要求。

（3）車鉤的壓縮量與牽引力、車輛自重有直接關(guān)系。一般在?100??km/h?車輛超員情況下，車重更重、牽引加速度更高。當(dāng)兩線車輛相互救援時，需根據(jù)以上條件，在規(guī)定的救援速度下，重新確定?80??km/h?車輛車鉤壓縮量是否滿足聯(lián)掛能力。

另外，還應(yīng)確認(rèn)貫通道的曲線通過能力是否存在差異，需要在對方線路的最困難地段進行實際驗證。

2 車輛電氣

2.1 牽引制動

2.1.1 主回路斷路器

車輛斷路器和供電系統(tǒng)饋線保護先后順序有嚴(yán)格要求，斷路器脫扣整定值與供電系統(tǒng)饋線保護方式及整定值有密切關(guān)系。牽引單元內(nèi)部發(fā)生故障時，斷路器跳閘順序應(yīng)遵循牽引單元斷路器優(yōu)先跳閘。由于?100??km/h?車輛牽引能力更強，相應(yīng)各斷路器脫扣值較高，貫通運營時，應(yīng)將此值輸入另一線路供電系統(tǒng)進行核對。對于配有電流上升率保護裝置的車輛，也應(yīng)將此值一并核對。

2.1.2 受流器及其布置

選擇2017年10月至2018年3月經(jīng)重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院兒保科及心理科確診并接受家庭干預(yù)訓(xùn)練模式培訓(xùn)的ASD的母親(主要養(yǎng)育者)(n=65)納入觀察組。納入標(biāo)準(zhǔn)：①兒童符合美國精神疾病分類與統(tǒng)計手冊第5版(DSM-5)關(guān)于ASD的診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]；②主要養(yǎng)育者為母親，年齡20～45歲，且兒童年齡≤6歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：①母親患嚴(yán)重軀體或精神疾??；②母親不能理解或不能自主填寫問卷。

同為?B1?型車輛，由于編組形式不一、M?車配置數(shù)不同、T/Tc?車是否布置受流器等情況差別也較大，車輛母線高速斷路器斷開時，靜態(tài)連通受流器的間距和無受流器最大間距不同。車速的不同也將造成兩線第三軌引軌長度和坡度不一致。因此，應(yīng)結(jié)合實際線路斷電區(qū)條件，重點核算正線岔區(qū)、咽喉道岔區(qū)和停車列檢庫內(nèi)斷電區(qū)和受流器布置的匹配情況。

2.1.3 牽引能力

北京地鐵?B1?型車輛多采用直流?750??V?供電，但100??km/h?車輛由于編組及速度要求，額定電機總?cè)萘枯^大。車輛總功率直接影響各供電區(qū)間實際用電情況，應(yīng)結(jié)合跨線運營新的交路方案、列車自動駕駛（ATO）的牽引曲線和牽引變電所的布置情況，分析車輛貫通后各運營區(qū)段供電能力是否滿足。

100??km/h?和?80??km/h?下不限速的最小平面曲線半徑分別為?650??m?和?450??m。貫通運營時?100??km/h?車輛需增加限速區(qū)段，80??km/h?車輛在?80～100??km/h?高速允許區(qū)段受速度限制，相互間都影響運營效率，應(yīng)將線路平面曲線半徑按?0～450??m、450～650??m?和?650??m?以上劃分3?個區(qū)間，統(tǒng)計后分析具體影響范圍。

救援動力匹配方面，一般情況下動拖比?2?:?1?的車輛可進行正常救援。牽引計算中，空載車輛平直道上的啟動牽引力Fj為：度a'才可進行作業(yè)。

其中，總坡道阻力Wf為：

式（1）～式（3）中，F(xiàn)j為啟動牽引力，kN；M為車輛總質(zhì)量，t；M1為?100??km/h?車輛總質(zhì)量，t；M2為?80??km/h車輛總質(zhì)量，t；Mp為乘員質(zhì)量，kg；a為啟動平均加速度，m/s2；a'為救援加速度，m/s2；W為啟動阻力，kN；Wa為啟動總阻力，kN；Wf為總坡道阻力，kN；i為坡度千分?jǐn)?shù)，‰；g為重力加速度，m/s2。M包括動拖車質(zhì)量、動拖車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量；W與啟動單位阻力值?39.2??N/t?和動拖車質(zhì)量有關(guān)。

如救援所在線路涉及曲線半徑等復(fù)雜情況，還應(yīng)考慮曲線阻力和其他不利條件阻力。由于?4?動?2?拖?100??km/h車輛質(zhì)量更大、平均加速度能力更好，經(jīng)初步分析只需80??km/h?的?6?編空車作為救援車，100??km/h?的?6?編超員車和空車作為被救援車，在?30‰?和35‰?坡道上分別進行救援能力核算。B1?型車輛救援能力見表?1。

表1 B1 型車輛救援能力表

2.1.4 再生電制動

北京地鐵?B1?型車輛多采用車輛能耗制動電阻或地面吸收裝置來實現(xiàn)電制動能量消耗或存儲。僅采取地面吸收裝置的線路，雖車輛過壓保護回路也串聯(lián)有保護電阻，但其主要用于控制放電時間常數(shù)，容量不滿足制動能耗。此類車輛貫通至無地面吸收裝置的線路時，根據(jù)實際運營情況，車輛存在頻繁啟動過壓保護的風(fēng)險，可造成以下?3?種后果：①TMS?顯示屏頻繁顯示過壓保護代碼，影響司機正常駕駛；②過壓保護瞬時與低速電空轉(zhuǎn)換時機相近，易造成對標(biāo)停車不準(zhǔn)；③空氣制動頻繁介入，制動閘瓦等易耗件消耗增加。

因此僅采取地面吸收裝置線路的車輛貫通至無裝置線路時，應(yīng)充分考慮負(fù)面影響或兩線統(tǒng)一安裝地面吸收裝置。

2.1.5 濾波電抗器

地下線和地面線車輛濾波電抗器根據(jù)環(huán)境不同，設(shè)計上存在細(xì)微差別。為防止雨雪天氣的侵襲，造成不必要的短路現(xiàn)象，地面線車輛濾波電抗器常加厚表面絕緣漆膜、加大出線端銅排間距和增加防護濾網(wǎng)。因此，貫通運營時，地下線車輛應(yīng)局部改良以適應(yīng)環(huán)境條件。

2.1.6 司機控制器警惕邏輯

司機控制器警惕電路是人工駕駛時列車最為重要的安全措施之一。如表?2?所示，司機控制器處于不同級位，警惕蜂鳴器和緊急制動響應(yīng)結(jié)果不盡相同，個別線路甚至未設(shè)置警惕蜂鳴器。貫通運營人工駕駛時，考慮司機行車等其他因素，應(yīng)統(tǒng)一車輛的警惕電路邏輯方案，確保觸發(fā)形式和時間一致。

表2 司機控制器技術(shù)參數(shù)表

2.1.7 特殊運行模式

為確保貫通運營車輛在不同線路上的調(diào)度一致，尤其是故障情況時，各類特殊運行模式限速應(yīng)統(tǒng)一。如表3?所示，除行車調(diào)度有特殊要求，車輛均在特殊運行模式下按照設(shè)定限速運行。為確保貫通后組織高效、故障延誤時間盡可能縮短，應(yīng)統(tǒng)一各類運行模式的車輛基本限速值。

表3 特殊運行模式表

2.1.8 制動強迫緩解塞門

北京地鐵制動系統(tǒng)一般均設(shè)有制動強迫緩解截斷塞門，可在制動故障不緩解情況下起到強迫緩解作用。但由于各車型各制動廠商系統(tǒng)架構(gòu)不同，較早的車型制動強迫緩解塞門設(shè)置的位置和邏輯點有所不同。由于車上設(shè)置方便正線故障救援處理，車下設(shè)置方便停車列檢庫調(diào)車和試驗，因此對于貫通運營的車輛應(yīng)統(tǒng)一塞門設(shè)置位置并確認(rèn)電觸點邏輯位置。

2.2 廣播系統(tǒng)

北京地鐵廣播系統(tǒng)中，線路信息和開門側(cè)提示信息均使用客室門區(qū)安裝動態(tài)地圖的形式實現(xiàn)?，F(xiàn)有動態(tài)地圖車站數(shù)集成在印刷電路板上，使用發(fā)光二極管（LED）顯示并且無法變更。對于貫通運營車輛，均需對動態(tài)地圖進行全部更換?？紤]貫通運營車輛的交路靈活以及方便擴充其他信息等因素，使用液晶顯示器（LCD）更為合理，但?LCD?的寬度往往會超過現(xiàn)有客室門蓋板區(qū)，采用此種方法時，需定制?LCD?封裝尺寸或?qū)?cè)頂板、門蓋板等進行改造。另外，貫通運營車輛的廣播系統(tǒng)需為新的廣播詞擴充廣播容量，在確認(rèn)存儲容量滿足要求的情況下，重新錄制廣播詞更新即可。

3 結(jié)束語

綜上所述，北京地鐵最高運行速度?100??km/h?和80??km/h?的?B1?型車輛貫通運營前，機械方面，應(yīng)優(yōu)先對比軸距分析限界要求，結(jié)合其他轉(zhuǎn)向架參數(shù)，試驗驗證安全性和舒適性；其次對客室門間距、應(yīng)急逃生設(shè)施和車鉤形式進行對比，確保車輛在站臺、彎道和應(yīng)急救援等方面貫通運營。電氣方面，應(yīng)優(yōu)先對比受流器布置和牽引能力，確保車輛正線供電和運營能力；其次對再生制動吸收形式、濾波電抗器結(jié)構(gòu)、司機控制器警惕邏輯、特殊運行模式、制動強迫緩解塞門設(shè)置和乘客信息顯示方式對比，確保乘務(wù)操作模式和環(huán)境等因素上的匹配。另外，在貫通運營前也應(yīng)考慮乘客信息系統(tǒng)（PIS）、信號系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等車輛搭載設(shè)備安裝接口的不同給車輛帶來的影響。當(dāng)設(shè)備不具備互聯(lián)互通條件時，還需對比貫通運營車輛搭載?2?套其他系統(tǒng)設(shè)備安裝接口。