地鐵車輛現(xiàn)代化升級改造探討

法洪江 朱利 張東

青島地鐵集團有限公司運營分公司 山東青島 266300

1 我國地鐵車輛升級改造現(xiàn)狀分析

我國北上廣深等幾個一線城市車輛基數(shù)大，開通時間早，部分線路的車輛已面臨設計壽命到限的問題；但是上述城市運營和維修經驗豐富，前期已開展車輛延長使用壽命或系統(tǒng)升級改造的研究，部分線路已經開始執(zhí)行。

1.1 上海地鐵1號線案例

上海地鐵1號線于1993年開通運營，是上海市開通的第一條地鐵線路，列車由西門子公司設計制造，前期共計16列列車，采用4動2拖的編組形式，車體為鋁合金焊接型式，車輛設計壽命為30年。隨著上海城市建設進程的加快，原6輛編組的1號、2號線列車日漸難以滿足快速增長的客流量，運量的增長與運能不足的問題逐漸凸顯。為提高線路的運能，一方面追加列車配置數(shù)量，另一方面于2007年開始對原6輛編組的列車進行改造，將列車由6輛編組改擴為8輛編組。同時，上海地鐵于2017年前后開展對原1號線車輛延長使用壽命可行性的評估。目前，原1號線早期車輛的運行時間已接近27年，逐漸接近30年的設計使用壽命。自2015年開始，車輛牽引梁加強筋、車鉤安裝座、轉向架構架等部分位置的焊縫出現(xiàn)裂紋，經研究發(fā)現(xiàn)其主要原因為焊接缺陷產生的疲勞裂紋，因此工作人員對缺陷部位進行了修復工作。但這些疲勞裂紋將成為車輛是否能夠延長使用壽命的重要制約因素。

1.2 廣州地鐵1號線案例

廣州地鐵1號線于1997年開通運營，列車由西門子公司生產制造，前期共計21列列車，采用4動2拖的編組形式，目前車輛已運營近23年，為國內較早使用鋁合金車體的項目之一。廣州地鐵于2016年開始研究探索鋁合金車體的服役壽命，為后續(xù)車輛的維護和采購策略提供重要的技術支撐。廣州地鐵首先對車體進行了結構狀態(tài)檢查、結構件探傷、基于有限元的疲勞分析、強度和應力試驗、基于線路試驗的疲勞壽命分析等，并對鋁合金車體服役壽命進行了評估；在確認車輛服役方案后，根據(jù)新的技術和運營需求，研究并確定了整車改造范圍和壽命延長方案。廣州地鐵1號線的車輛將進行整體的升級改造，改造范圍包括牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、列車控制與管理系統(tǒng)（TCMS）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、車門等重要子系統(tǒng)部件。升級改造后車輛的整體服役壽命將延長至 40年。

1.3 深圳地鐵3號線案例

深圳地鐵3號線于2010年開通運營，列車的牽引系統(tǒng)和TCMS系統(tǒng)由韓國現(xiàn)代集團（Hyundai Rotem）生產制造，列車共計43列，采用4動2拖編組的不銹鋼車體。由于牽引系統(tǒng)性能和相關服務因素的影響，該項目的部分車輛將進行升級改造，改造的范圍涉及牽引系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等。其中，原牽引系統(tǒng)將被替換為由國內供應商提供的先進牽引系統(tǒng)；電機仍沿用原項目產品；列車網絡將取消絞線式列車總線（WTB）網絡，而采用整車多功能車輛總線（MVB）網絡；車輛的升級改造將結合車輛的大修同時進行。

1.4 其他案例

國內其他正在研究或執(zhí)行的較大地鐵車輛部件升級改造項目有：廣州地鐵 3號線空調國產化改造、廣州地鐵1號線車輛客室氣動門改造、深圳地鐵1號線牽引系統(tǒng)改造、上海地鐵2號線基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC）改造等。

2 車輛升級改造中的問題探討

受運行舒適度要求的提高、車輛壽命的延長、節(jié)能環(huán)保的要求、智能運維的需求等因素影響，越來越多的地鐵車輛逐步進入現(xiàn)代化改造階段，同時新技術的不斷應用推廣，如無人駕駛、智能運維、大數(shù)據(jù)、5G技術將是后續(xù)車輛升級改造的重要考慮因素和方向。隨著用戶對移動帶寬的高需求，4G移動通信技術已無法滿足用戶對低時延、大容量通信技術的需求趨勢，人們將關注的焦點已逐漸轉向5G技術，并急需將5G技術應用到相關垂直行業(yè)中。由于地鐵中各功能場景復雜，導致5G網絡覆蓋面臨一定挑戰(zhàn)，加之原有地鐵中傳統(tǒng)分布系統(tǒng)各不相同，與5G網絡頻段的兼容性等問題，也給5G網絡升級覆蓋造成了不小的困難。同時，車輛升級改造過程中將面臨諸多問題，如車輛壽命延長的評估無成熟的規(guī)范和準則、部分系統(tǒng)改造時與其他系統(tǒng)的接口匹配問題、升級改造項目執(zhí)行過程中的質量管控與驗證問題等。結合項目執(zhí)行過程的相關問題，本文提出以下建議。

（1）車輛的升級改造應以乘客和運營需求為目標，確定存在的問題以及技術需求；同時以性能可靠為基本原則，并結合本地的具體情況，確定改造的目標、方向和范圍。

（2）在前期，應做好調研與準備工作，如重要部件（車體和轉向架）的壽命評估、功能需求等；在實施時，應做好過程管控，如相關的試驗和認證；在后期，應做好調試、認證、運營的準備工作。

（3）升級改造應尋找合適的時間窗口，如結合車輛大修進行，避免不必要的資源浪費。

（4）應盡可能采用成熟的技術保證升級后系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少與舊系統(tǒng)的接口，并確定新舊接口的關系；同時應少變動硬件，僅保留必須的接口。

3 結語

綜上所述，早期開通地鐵的城市已面臨車輛逐步接近設計壽命的問題，以及更加嚴苛的運營要求，根據(jù)國內外城市地鐵車輛的發(fā)展和管理經驗，隨著國內地鐵市場的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，延長車輛使用壽命、功能升級改造將成為地鐵車輛市場長期健康發(fā)展的必然趨勢。無人駕駛、智能運維、大數(shù)據(jù)、5G 技術等將是未來車輛改造的重要方向，因此應盡早建立地鐵車輛升級改造和延長使用壽命的管理規(guī)范和準則、有效的技術標準體系和審核管理機制，以及車輛改造后的認證管理規(guī)范。