山地旅游軌道交通車輛設(shè)計(jì)需求研究

李 艷，錢科元，魏德豪，鄢紅英，寇峻瑜

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

1 當(dāng)前國(guó)內(nèi)山地旅游交通特點(diǎn)

1.1 線路特點(diǎn)

線路總里程長(zhǎng)，線路敷設(shè)方式多樣，涵蓋多處大跨橋梁、長(zhǎng)大隧道、連續(xù)長(zhǎng)大路基坡段；走向蜿蜒曲折，正線曲線半徑最小達(dá)150m，且400m曲線半徑以下的線路長(zhǎng)度占比達(dá)10%～20%；線路坡道多，坡度極陡，最大坡道達(dá)120‰、250‰、350‰。

1.2 環(huán)境特點(diǎn)

線路海拔跨度大，從低海拔平原地區(qū)出發(fā)，開(kāi)行至高海拔旅游資源豐富的高原地段，線路海拔從1000m左右逐步提升至3000m左右，甚至還達(dá)到4000m左右；高海拔地區(qū)植被脆弱，珍稀動(dòng)植物品種多，環(huán)保要求高；沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，自然災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，地質(zhì)條件惡劣；沿線風(fēng)光秀麗，旅游資源豐富，可觀賞性高，適合慢游[1]。

1.3 客流特點(diǎn)

沿線景區(qū)具有季節(jié)性特色，如高山河谷旅游特色、生態(tài)旅游特色、戶外滑雪旅游特色等，旅游客流也相應(yīng)具有一定的季節(jié)性特征，淡旺季旅游客流量差異明顯；當(dāng)?shù)鼐用袢丝诳偭可?，日常出行客流量相?duì)較??；沿線跨越多個(gè)民族地區(qū)，地區(qū)語(yǔ)言存在一定差異。淡季、旺季的高峰時(shí)段最大斷面客運(yùn)量分別約1000人次/h、3000人次/h左右，高峰客流均不超過(guò)5000人次/h。

1.4 經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)

沿線地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展力偏弱，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，以旅游和特色農(nóng)副產(chǎn)品為主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展水平都較中心城市低，沿線區(qū)域特色旅游產(chǎn)業(yè)正在逐步升級(jí)。沿線貨物類型主要為特色蔬菜水果、高海拔區(qū)域藥材等農(nóng)副產(chǎn)品，均為輕快貨物，貨運(yùn)量較小。

1.5 既有交通特點(diǎn)

交通基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，嚴(yán)重依賴公路交通方式且路網(wǎng)稀疏，難以解決“旅長(zhǎng)游短”，交通出游成本高、串聯(lián)景區(qū)少的問(wèn)題，交通業(yè)對(duì)旅游業(yè)帶動(dòng)作用不足。

2 車輛設(shè)計(jì)需求研究

2.1 系統(tǒng)功能定位

對(duì)于工程項(xiàng)目而言，項(xiàng)目功能定位是所有設(shè)計(jì)的前提。當(dāng)前國(guó)家和地方的“交通+旅游”融合發(fā)展思路是一致的，要積極推進(jìn)“旅游+交通+扶貧”理念，引導(dǎo)新時(shí)代山地軌道交通旅游觀光試點(diǎn)工程的打造，具體體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

（1）利用山地軌道交通實(shí)現(xiàn)沿線地區(qū)脫貧致富目標(biāo)，是保障全面建成小康社會(huì)的需要，也是響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合、提檔升級(jí)的需要。

（2）特殊的運(yùn)行環(huán)境特征急需交通技術(shù)的開(kāi)拓創(chuàng)新，應(yīng)運(yùn)用新技術(shù)設(shè)計(jì)適應(yīng)山地地形地貌的軌道交通車輛。

（3）交通帶動(dòng)旅游業(yè)的突破，打破沿線地區(qū)交通瓶頸，完善旅游景區(qū)外部交通基礎(chǔ)設(shè)施，是推動(dòng)旅游經(jīng)濟(jì)和旅游品牌升級(jí)的主要手段。

（4）發(fā)展綠色軌道交通，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境和景區(qū)環(huán)境的破壞，形成可持續(xù)的交通發(fā)展，是山地軌道交通的最終目標(biāo)。

2.2 線路特征要求

山地旅游交通線路起于人口密集的城市地區(qū)，逐漸向自然景觀豐富的景區(qū)和山間城鎮(zhèn)延伸，貫穿有高山河谷地段、崇山峻嶺地段、重力不良地質(zhì)地段等，選線難度大，線路走向受限，這導(dǎo)致了線路長(zhǎng)大、曲線多、半徑小、坡道陡坡長(zhǎng)，從而直接影響軌道車輛的功能要求、牽引方式、曲線通過(guò)能力、坡道開(kāi)行能力、制動(dòng)方式等，因此需要在設(shè)計(jì)車輛結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布局、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)充分考慮這些要素[2]。

2.3 環(huán)境特征要求

山地旅游交通線路沿線自然風(fēng)光秀美，旅游資源豐富，因而客室舒適度、便捷的觀景角度，大通透觀景環(huán)境的打造，都是車體造型、客室設(shè)計(jì)、客室功能區(qū)分設(shè)計(jì)所需要滿足的基本性能。

線路沿線地形地貌變化劇烈，海拔提升快、幅度大。海拔跨度大，則空氣的稀薄程度差異大，會(huì)直接影響軌道交通車輛電氣設(shè)備的絕緣安全性。通常，軌道交通車輛適用于1200m或1500m以下的海拔高度，特殊高原車會(huì)有海拔3000～5000m的大跨度適應(yīng)特征。山地軌道交通車輛需充分借鑒高原車的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)按最高海拔情況進(jìn)行電氣絕緣安全間隙修正，以確保車輛全程運(yùn)行的電氣安全。

山地旅游交通線路途經(jīng)各大風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)域，珍稀動(dòng)植物品種多，環(huán)境保護(hù)要求極高，這對(duì)軌道交通提出了土建工程規(guī)模小、交通工具綠色無(wú)污染的具體要求。因此，車輛驅(qū)動(dòng)方式、受電型式、軌距寬窄、列車重量、節(jié)能措施、排污方式設(shè)計(jì)等都需要充分滿足環(huán)保功能要求。

2.4 客流和行車組織要求

山地旅游交通客流主要是旅游客流和沿線居民客流，且以旅游客流為主；客流量與沿線旅游資源的季節(jié)性特點(diǎn)密切相關(guān)，旅游淡旺季客流量差異明顯，但高峰客流仍不超過(guò)5000人次/h，屬于小運(yùn)量交通。客流的組織模式與景區(qū)觀賞或游覽的慢游特征、淡旺季、高峰和平峰特點(diǎn)以及客流的時(shí)間需求相關(guān)，因此大小交路混跑、以座席為主、發(fā)車時(shí)間（5～10min）確定的開(kāi)行方式是適應(yīng)山地旅游交通線路需求的。對(duì)于軌道交通車輛而言，列車的載客量（座席數(shù)）、啟停加減速度、最高速度、制動(dòng)距離等，都需要滿足行車組織、全線行車間隔的最優(yōu)性能要求。

山地旅游交通沿線有可能會(huì)跨越多個(gè)民族地區(qū)，地區(qū)語(yǔ)言存在差異；且旅游客流來(lái)自五湖四海，語(yǔ)言也可能有多種。對(duì)于軌道交通車輛而言，列車乘客信息系統(tǒng)和各類語(yǔ)言標(biāo)識(shí)亦需滿足語(yǔ)種多樣化的功能需求。

2.5 當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶動(dòng)需求

山地交通線路途經(jīng)的城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)能力偏弱，各類物資的運(yùn)送渠道有限，利用軌道交通系統(tǒng)的開(kāi)行，能促進(jìn)當(dāng)?shù)靥厣卟怂⒏吆０螀^(qū)域藥材等農(nóng)副產(chǎn)品的外銷，以及生活物資的運(yùn)輸，帶動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)、種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，改變沿線地區(qū)居民的傳統(tǒng)生產(chǎn)生活方式，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，助力沿線區(qū)域脫貧致富。因此，對(duì)于軌道交通車輛而言，在車型配置中還需考慮貨物運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

3 車輛工程設(shè)計(jì)考慮

3.1 小型化（米軌）列車的選用

為了減少對(duì)地面資源的占用，控制工程投資體量，需要對(duì)整個(gè)軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在對(duì)雙線線間距的控制、建筑限界的控制、對(duì)軌下基礎(chǔ)承載要求的降低，即車輛尺寸、軸重、軌距、動(dòng)力配置模式等技術(shù)指標(biāo)的確定。

考慮國(guó)際和國(guó)內(nèi)1435mm準(zhǔn)軌以下軌距的發(fā)展成熟度，米軌鐵路是主要的技術(shù)主流。為控制限界，車輛外輪廓的縮減是小型化的核心；結(jié)合山地旅游的座席特征，車輛考慮2+2座席，車輛寬度宜控制在2400～2500mm。為減小對(duì)軌下承載結(jié)構(gòu)的要求，軸重、車重、車長(zhǎng)是關(guān)鍵指標(biāo)；結(jié)合山地旅游客流特征，單節(jié)車輛載客70～110人（含站立），車輛長(zhǎng)度可長(zhǎng)達(dá)20m左右；再考慮米軌轉(zhuǎn)向架、牽引制動(dòng)系統(tǒng)的配置，列車空車重量可控制在40t左右，車輛軸重可控制在12t左右。為實(shí)現(xiàn)山地旅游線路中普通黏著坡道的開(kāi)行，列車動(dòng)力需考慮為動(dòng)力分散型，提高黏著的利用率，避免空轉(zhuǎn)打滑情況的出現(xiàn)。

3.2 齒軌爬坡能力的介入

山地旅游交通120‰、250‰、350‰的坡道特征決定了車輛齒軌爬坡功能的介入。當(dāng)前發(fā)展的橫齒和豎齒兩類齒軌結(jié)構(gòu)都可以應(yīng)用，橫齒坡道能力最強(qiáng)，豎齒結(jié)構(gòu)主要有Strub、Riggenbach，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較為廣泛。針對(duì)100km左右的長(zhǎng)大山地旅游交通，同時(shí)還存在大量的40‰及以下小坡道，這亦提出了黏著和齒軌并用的工程需求。因此，山地旅游交通工程中可應(yīng)用黏著和齒軌并用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在不同的線路區(qū)段應(yīng)用不同的驅(qū)動(dòng)方式，能給游客帶來(lái)無(wú)差異化、無(wú)換乘的乘坐體驗(yàn)。

考慮黏著路段的開(kāi)行速度提升以及極大坡道行車安全性，推薦250‰及以下坡道應(yīng)用黏著和齒軌并用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)；在250‰及以上坡道情況，推薦選用純齒軌列車的應(yīng)用。

3.3 無(wú)辮子式供電技術(shù)的引入

基于山地旅游交通沿線的高環(huán)保需求，電力驅(qū)動(dòng)是唯一選擇?？紤]旅游觀景無(wú)遮擋、沿線景觀無(wú)分隔的需求，無(wú)辮子式供電技術(shù)如接觸軌供電、車載儲(chǔ)能式供電成為供電技術(shù)的首選。根據(jù)列車的動(dòng)力需求以及山地交通沿線的外電供給和配置情況，可考慮DC3000V/1500V/750V的電壓等級(jí)。列車電氣設(shè)備相關(guān)的電氣安全間隙亦需充分考慮高低海拔環(huán)境的影響。

3.4 列車牽引制動(dòng)性能的優(yōu)化

山地旅游交通主要以快旅慢游為主，且車站各站間距相差較大，列車運(yùn)行速度、列車牽引加速度、制動(dòng)減速度等技術(shù)指標(biāo)需求相較于市內(nèi)通勤列車、城際大站間距列車是有差別的，需根據(jù)開(kāi)行需求特殊定制。結(jié)合山地旅游交通線路的旅行速度需求，推薦列車加減速度指標(biāo)降低，啟動(dòng)加速度宜控制在0.4～0.6m/s2，黏著開(kāi)行的制動(dòng)減速度宜控制在0.8～1.0m/s2，齒軌開(kāi)行的制動(dòng)減速度宜控制在0.3m/s2左右。

3.5 旅游扶貧功能的引入

基于山地旅游交通沿線的自然風(fēng)光特色和海拔高度情況，車外涂裝、車內(nèi)觀景環(huán)境、車內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)風(fēng)格、車內(nèi)供氧需求、車內(nèi)乘坐舒適度等都需有特殊的考慮，推薦列車充分體現(xiàn)舒適的觀景環(huán)境，配置大通透觀景窗，并在3000m海拔以上時(shí)配置應(yīng)急供氧設(shè)施，并引入智能化乘客信息和交互系統(tǒng)。

為適應(yīng)扶貧功能，車輛設(shè)計(jì)中還需涉及貨運(yùn)功能的實(shí)現(xiàn)，如貨運(yùn)車廂、貨運(yùn)列車等，推薦貨運(yùn)列車考慮動(dòng)力分散布局，軸重控制不超12t，貨運(yùn)物以輕質(zhì)農(nóng)副產(chǎn)品為主，貨運(yùn)車輛載重量以不超10t為宜。

4 結(jié)論

綜上分析，山地旅游軌道交通車輛的設(shè)計(jì)需充分結(jié)合山地旅游交通功能和性能上的特殊需求，突破常規(guī)的設(shè)計(jì)理念，從車型配置、結(jié)構(gòu)選型、驅(qū)動(dòng)形式、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣安全間隙、啟停性能、乘客信息系統(tǒng)、車體造型和客室設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，打造安全可靠、功能齊備、設(shè)施先進(jìn)、性能優(yōu)良、服務(wù)周到的新型山地旅游交通工具，助力山地旅游交通市場(chǎng)的融合大發(fā)展。