中小運(yùn)量城市軌道交通車輛選型分析

魏 江，張曉俊，何明明

（清遠(yuǎn)磁浮交通有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展趨勢下，中小運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)的優(yōu)化至關(guān)重要。為了發(fā)展中小運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)，進(jìn)而推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展，必須重視交通系統(tǒng)發(fā)展的多元化目標(biāo)，可見交通系統(tǒng)的發(fā)展正當(dāng)其時(shí)。現(xiàn)代的城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展取決于對相關(guān)技術(shù)的研究，包括軌道交通車輛選型要點(diǎn)的研究。文章主要對于軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀、車輛特點(diǎn)及選型要點(diǎn)等展開分析，希望為后續(xù)的工作給予一定的思考。

1 中小運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 城市軌道交通系統(tǒng)制式的多元化

逐漸走向多元化的交通制式是我國城市軌道交通系統(tǒng)當(dāng)前發(fā)展的主要趨勢。隨著國內(nèi)外的城市軌道交通系統(tǒng)不斷完善，技術(shù)水平以及設(shè)備水平的不斷強(qiáng)化，當(dāng)前我國軌道交通系統(tǒng)在建設(shè)、運(yùn)營以及管理等各個(gè)方面，都有了長足的進(jìn)步。這也充分證明了我國交通運(yùn)輸領(lǐng)域的發(fā)展正在不斷加快，進(jìn)而為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來更大的助力。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對于軌道交通制式的理解也越來越深刻，國家的相關(guān)管理部門對于我國城市軌道交通系統(tǒng)的諸多問題也引起了充分的重視，而制式單一問題是國家首先引起重視的問題之一。就世界各國的軌道交通系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r來看，發(fā)達(dá)國家在交通規(guī)劃方面的經(jīng)驗(yàn)是一般情況下地鐵軌道占城市軌道交通體系比重的30%左右，而我國當(dāng)前的覆蓋率則達(dá)到了70%以上，可見多元化發(fā)展的必要性。

1.2 發(fā)展推廣中低速磁浮交通系統(tǒng)的必要性

相對于大運(yùn)量的地鐵系統(tǒng)，中低速磁浮交通系統(tǒng)在各個(gè)方面都有明顯的優(yōu)勢，在應(yīng)用方面也有著較多的優(yōu)點(diǎn)，而且環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，有著較強(qiáng)的運(yùn)載能力。中低速磁浮軌道交通符合綠色交通、科技交通以及人文交通的理念，屬于環(huán)境友好型的軌道交通模式，適合城市、城郊、城際和旅游景區(qū)的交通連接。同時(shí)，我國當(dāng)前共同推動(dòng)了磁浮交通核心技術(shù)及工程化應(yīng)用的自主化、國產(chǎn)化發(fā)展，使我國成為了世界上唯一一個(gè)擁有兩條中低速磁浮商業(yè)運(yùn)營線的國家。這種中低速磁浮交通，適用于對老城區(qū)的改造，因?yàn)橛兄梢岳@過既有建筑物以及轉(zhuǎn)彎半徑小的特點(diǎn)，可以在具備重點(diǎn)保護(hù)文物的區(qū)域建設(shè)。中低速磁浮交通有著無接觸網(wǎng)以及舒適度強(qiáng)、爬坡能力強(qiáng)的特征，因此也適合景區(qū)觀光。我國在面對當(dāng)前的交通建設(shè)問題時(shí)，顯然意識(shí)到大多數(shù)城市公共交通系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中，線網(wǎng)密度低的大運(yùn)量軌道交通模式與低運(yùn)量的交通系統(tǒng)之間明顯出現(xiàn)了不同程度的脫節(jié)問題。在借鑒各國成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國需要通過積極研究探索去發(fā)展合乎我國當(dāng)前國情的中低速磁浮交通發(fā)展的策略，實(shí)際投用于大城市和中小運(yùn)量城市的軌道交通系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃中。鑒于我國城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提升，社會(huì)車流量越來越大，城市道路高峰期的交通堵塞現(xiàn)象也更加嚴(yán)重，而且停車問題也愈發(fā)得到大眾的重視。相對于大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)來說，中低速磁浮交通具備多方面的優(yōu)勢，可承擔(dān)城市公共交通客流運(yùn)輸?shù)呢?fù)擔(dān)，推動(dòng)城市交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，其重要性不容忽視。因此中小運(yùn)量的城市交通系統(tǒng)要以高效、高質(zhì)量為主要原則，通過精準(zhǔn)選型去保證交通系統(tǒng)更加地完善。

2 中小運(yùn)量城市軌道交通車輛的特點(diǎn)

2.1 現(xiàn)代有軌電車

現(xiàn)代有軌電車是基于傳統(tǒng)有軌電車進(jìn)行革新所產(chǎn)生的創(chuàng)新型車型。在以往的交通領(lǐng)域發(fā)展過程中，傳統(tǒng)有軌電車曾為城市的交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)，也為現(xiàn)代有軌電車的開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。現(xiàn)代有軌電車的研究開發(fā)建立在傳統(tǒng)有軌電車技術(shù)的基礎(chǔ)上，編組較為合理，車型選擇為新型低底盤車型。供電可使用第三軌供電、接觸網(wǎng)供電及車載超級電容等多種供電方式去完成供電。這樣的供電方式，使得現(xiàn)代有軌電車具備了更強(qiáng)的爬坡能力以及更小的轉(zhuǎn)彎半徑，在線路布置上也更加靈活。除此之外，現(xiàn)代有軌電車車站還有很多優(yōu)勢，包括施工工期短、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，工期為1～2年，更適合于地面敷設(shè)。當(dāng)前建設(shè)有軌電車主要是在客流量較少或中等的中小城市開展工作，此外也包括新的城市的郊區(qū)及開發(fā)區(qū)。創(chuàng)新的獲利，使得現(xiàn)代有軌電車在歐洲運(yùn)營規(guī)模得到了擴(kuò)散，近年來在國內(nèi)也開始了廣泛建設(shè)，當(dāng)前已有多個(gè)城市開始了運(yùn)營，同時(shí)沈陽、南京等多個(gè)城市正處于建設(shè)過程中。此外，當(dāng)前我國的新能源現(xiàn)代有軌電車也正在開發(fā)，蓄電池、氫燃料、超級電容等多種儲(chǔ)能設(shè)備都在陸續(xù)開發(fā)和投用中。

2.2 單軌列車

（1）跨坐式單軌列車。其是利用單根軌道梁去保證行車的穩(wěn)定性，車輛跨坐于軌道梁上運(yùn)行，重心位維持在軌道梁的上方。橡膠輪胎可以取代傳統(tǒng)單軌電車的鋼制車輪作為轉(zhuǎn)向架走行輪，4個(gè)導(dǎo)向輪從側(cè)面抱住軌道梁，這樣能夠保證車輛的車輪踏面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對中導(dǎo)向。跨坐式單軌列車具有很多優(yōu)勢，包括投資適中、占地面積較少、轉(zhuǎn)彎半徑小、工期較短等，適用于客運(yùn)量適中、地形相對復(fù)雜的地區(qū)，同時(shí)也適用于觀光旅游線路的高架線。在日本較為常見的是跨坐式單軌列車，而國內(nèi)當(dāng)前也已經(jīng)開始建設(shè)并投用多個(gè)線路，包括已投入運(yùn)營的重慶軌道交通2號(hào)線等。此外銀川、深圳等多個(gè)地區(qū)也正在建設(shè)跨坐式的單軌系統(tǒng)。（2）懸掛式單軌列車。懸掛式單軌列車最主要的特征是其并不在路面運(yùn)行，而是懸掛于箱形的軌道梁下方。這類列車的轉(zhuǎn)向架上普遍安裝了導(dǎo)向輪及走行輪，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，導(dǎo)向輪及走行輪一直處于箱形梁的內(nèi)部，所以能夠保證系統(tǒng)的運(yùn)營安全，此外在車輛處于高架線路上運(yùn)行時(shí)，并不會(huì)加大地面的交通負(fù)擔(dān)，因此備受推崇。懸掛式單軌列車高架敷設(shè)的手段，使得這種列車具備了許多優(yōu)勢，作為觀光線路體現(xiàn)出了很大的適用性。雖然當(dāng)前懸掛式的單軌列車在國內(nèi)并沒有得到十分廣泛的應(yīng)用，但是在國外的諸多地區(qū)，包括日本千葉以及德國伍珀塔爾和多特蒙德等地區(qū)，目前都已經(jīng)開始投用，可見未來的發(fā)展前景可期。

2.3 中低速磁浮列車

中低速的磁懸浮列車主要依靠電磁力與地球引力相互作用實(shí)現(xiàn)車輛懸浮的目標(biāo)，通過常導(dǎo)磁吸懸浮的原理實(shí)現(xiàn)基本的運(yùn)行與導(dǎo)向目標(biāo)，利用車載的一次直線感應(yīng)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)，確保列車能夠懸浮在軌道上穩(wěn)定運(yùn)行。在懸浮狀態(tài)下，車體并不處于軌道上，而是與軌道之間維持一定的間隙，一般情況下，車輛與軌道的懸浮間隙約為8～12mm。簡而言之，中低速的磁懸浮列車是一種低排放且低噪音的列車，是未來必然會(huì)備受關(guān)注的列車類型。因其具備運(yùn)行速度快、運(yùn)能中等、成本相對較低等特點(diǎn)，所以在城市中應(yīng)用的范圍很廣。在日本地區(qū)，中低速磁浮的列車已經(jīng)成為了常見列車，技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)當(dāng)前正處于大力推廣建設(shè)過程中，已經(jīng)開發(fā)出了長沙磁浮快線、北京磁浮S1線，以及正在建設(shè)當(dāng)中的清遠(yuǎn)磁浮旅游專線，所利用的正是100～120km/h的中低速磁懸浮系統(tǒng)，可見這一系統(tǒng)未來在國內(nèi)的普及是必然趨勢。

2.4 膠輪地鐵

所謂膠輪地鐵，其主要是指借助旋轉(zhuǎn)電機(jī)為牽引，以混凝土軌道為支撐的膠輪列車。其主要包括兩種類型：（1）利用兩側(cè)導(dǎo)向方式，并且保留鋼輪鋼軌走行系統(tǒng)的膠輪地鐵，以巴黎常見的膠輪地鐵為代表；（2）利用中央導(dǎo)向方式，并且使用純膠輪走行系統(tǒng)的膠輪地鐵，以日本札幌為代表。前者以傳統(tǒng)鋼輪鋼軌地鐵為基礎(chǔ)，在外部加設(shè)膠輪進(jìn)行支撐。鋼輪鋼軌為備用，正常運(yùn)行狀態(tài)下一般使用膠輪支撐前行，即只有在列車通過道岔區(qū)段出現(xiàn)中斷或是膠輪出現(xiàn)爆裂或是泄氣情況時(shí)才適用。而純膠輪走行系統(tǒng)主要適用于在帶型平板軌道及混凝土材質(zhì)軌道上支撐車輛行駛。道床早期使用工型導(dǎo)向軌，目前則需要設(shè)置倒T型的鋼質(zhì)導(dǎo)向軌，列車的水平導(dǎo)向輪夾行于導(dǎo)向軌的兩側(cè)部分，進(jìn)而引導(dǎo)行駛的方向。純膠輪的地鐵雖然與鋼輪地鐵在運(yùn)行原理上有相近之處，但卻完全摒棄了鋼軌走行裝置，構(gòu)成得到了很大程度的簡化。這一系統(tǒng)主要適用于城市機(jī)場的專用線路亦或是人員集中的點(diǎn)對點(diǎn)線路，應(yīng)用價(jià)值不可否認(rèn)。

3 總結(jié)與分析

通過以上不同制式車輛特點(diǎn)的分析，可以看出中小運(yùn)量城市軌道交通車輛的選擇要從車的運(yùn)能、運(yùn)行最高速度、路權(quán)形式、編組輛數(shù)、最大坡度、最小曲線半徑及施工方式等多個(gè)方面來分析。中低速磁浮交通系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。不同的車型有不同的特點(diǎn)，需要針對性選擇，以保證不同車型的優(yōu)勢得以體現(xiàn)。對于以上不同車型，通過研究可以看出，中低速磁浮系統(tǒng)能夠體現(xiàn)出其運(yùn)行速度上的優(yōu)勢，運(yùn)行效率也是最大的優(yōu)點(diǎn)所在。中低速磁浮列車采用車載短定子異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，列車行駛和懸浮的電力通過接觸軌和受流器向車輛供電。此外，中低速磁浮線路的敷設(shè)方式也更加靈活，磁浮列車可以借助高架運(yùn)行，并且與城市景觀達(dá)成更好的融合，能夠形成優(yōu)質(zhì)的景觀效果。開發(fā)的重點(diǎn)是城市內(nèi)、市郊以及市區(qū)與機(jī)場間、老城區(qū)的改造等交通，有著廣闊的應(yīng)用范圍和前景。

表1 中低速磁浮交通系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)束語

中小運(yùn)量的城市軌道交通車輛選型，與城市交通系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需求密切相關(guān)。在當(dāng)前的城市交通系統(tǒng)發(fā)展趨勢下，隨著交通運(yùn)輸需求愈發(fā)復(fù)雜，我們更要針對中小型運(yùn)量的城市軌道交通車輛選型要點(diǎn)進(jìn)行明確，以保證各類車型體現(xiàn)出各自不同的優(yōu)勢，支持城市交通體系的長久穩(wěn)定運(yùn)行。