天津濱海新區(qū)Z4線新型有軌電車選型分析

張新芳，楊明濤

（1.天津職業(yè)技術師范大學汽車與交通學院，天津 300222；2.中車青島四方機車車輛股份有限公司，青島 266111）

天津濱海新區(qū)Z4線新型有軌電車選型分析

張新芳1，楊明濤2

（1.天津職業(yè)技術師范大學汽車與交通學院，天津 300222；2.中車青島四方機車車輛股份有限公司，青島 266111）

針對天津市城市軌道交通規(guī)劃及濱海新區(qū)Z4線的實際情況，對有軌電車的走行部、車輛低地板及車輛供電系統(tǒng)的形式進行了分析。通過綜合比較，選出適合Z4線的車型，并結合Z4線的客流預測結果進行了行車組織討論；對車輛各部件的國產(chǎn)化進行分析，提出了具有可操作性的現(xiàn)代有軌電車車輛選型方案。

城市軌道交通；新型有軌電車；選型

隨著經(jīng)濟發(fā)展，許多城市的道路交通已不堪重負，城市軌道交通以其節(jié)能、環(huán)保、安全、運量大等優(yōu)勢，已成為解決交通問題的重要途徑。截至2015年，全國已有39個城市建設或規(guī)劃建設軌道交通，每天投資超過7.8億元。在城市軌道交通類型中，現(xiàn)代化、大容量、低地板、節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代有軌電車成為許多城市的首選[1]。目前，全球約500個現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)正在運營或建設中，我國現(xiàn)代有軌電車的建設也緊跟時代步伐。其中，正在運營或建設中的城市包括北京、天津、沈陽、南京等[2]。為適應城市空間布局結構的轉變，支撐濱海新區(qū)的功能定位，帶動區(qū)縣經(jīng)濟快速發(fā)展并促進土地開發(fā)利用，天津市規(guī)劃遠景線網(wǎng)規(guī)模1 380 km，由4條市域線和24條城區(qū)線組成，其中4條市域線構成“兩橫兩縱”的布局?！皟蓹M”為Z1和Z2線，與城市發(fā)展主軸一致，位于海河南北兩岸。“兩縱”為Z3和Z4線，與城市發(fā)展帶協(xié)調互動，Z3線沿城市南北中軸方向布設，拓展城市未來發(fā)展空間；Z4線有效促進南北兩翼與濱海核心區(qū)之間的協(xié)調，沿線主要經(jīng)過寧河新城、漢沽輔城、開發(fā)區(qū)、于家堡、南北新城、大港新城及南港區(qū)等重要地區(qū)。本文結合天津市城市軌道交通規(guī)劃及濱海新區(qū)Z4線的實際情況，對有軌電車的走行部、車輛低地板和車輛供電系統(tǒng)的形式進行分析。通過綜合比較，選出適合Z4線的車型，并結合Z4線的客流預測結果進行行車組織的討論；對車輛各部件的國產(chǎn)化進行分析，提出具有可操作性的現(xiàn)代有軌電車車輛選型方案。

1 車輛選型

按照天津市軌道交通建設計劃，Z4線一期工程線路南起津晉高速公路北側的新城一站，向北敷設，沿中央大道東側，穿越大沽排污河和南疆鐵路，經(jīng)新村路，下穿海河，經(jīng)堡東路和天堿廠，下穿津濱輕軌，上跨京津高速和永定新河，經(jīng)中央大道和海韻路，穿越環(huán)渤海城際和津漢快速路，至終點漢蔡路站。一期工程正線全長44.115 km，其中高架線29.874 km，地下線14.241 km。

1.1 走行部選型

現(xiàn)代有軌電車按走行部形式可分為鋼輪鋼軌有軌電車和膠輪導軌有軌電車[3]。鋼輪鋼軌有軌電車的走行部即轉向架，主要由車輪、構架、軸箱、懸掛、牽引部件等組成。車體重量通過轉向架上的輪對傳遞到軌道上，轉向架起到承重、驅動和導向的作用。膠輪導軌有軌電車的走行部主要由橡膠輪、構架、懸掛、導向輪等組成。橡膠輪走行于普通路面上，起承重和驅動作用；導向輪與道路上敷設的導向軌配合，起導向作用。鋼輪鋼軌車輛與膠輪導軌車輛的技術參數(shù)對比[4]如表1所示，兩款車輛的路面對比如圖1所示。

表1 鋼輪鋼軌與膠輪導軌車輛技術參數(shù)對比

圖1 鋼輪與膠輪路面對比

從表1可知，鋼輪鋼軌和膠輪導軌的技術特征均適應通常的線路條件，膠輪導軌在爬坡、轉彎能力上相對較好，鋼輪鋼軌在單位車長的載客量上優(yōu)于膠輪導軌。但從車輛來源、價格、后期維護、節(jié)能環(huán)保和安全舒適等方面考慮，鋼輪鋼軌車輛更具優(yōu)勢，且Z4線路相對比較直順，最小曲線半徑大于20 m，區(qū)間坡度小于9%。此外，膠輪導軌電車的價格約為鋼輪鋼軌電車的1.5倍。因此，推薦采用鋼輪鋼軌現(xiàn)代有軌電車。

1.2 低地板形式選型

70%低地板現(xiàn)代有軌電車在長春、大連等城市已有成熟的生產(chǎn)和運營經(jīng)驗，且車輛價格相對較低。100%低地板現(xiàn)代有軌電車人性化設計較好[5]，方便乘客，有利于提升公共交通的品質和城市形象[6]，國內(nèi)新建線路如蘇州高新區(qū)有軌電車1號線和2號線、珠海有軌電車1號線首期、淮安現(xiàn)代有軌電車一期等均采用100%低地板現(xiàn)代有軌電車。兩款車輛的對比如圖2所示。綜合考慮，本文推薦該線路選用100%低地板鋼輪鋼軌現(xiàn)代有軌電車。

圖2 70%低地板與100%低地板車輛對比

1.3 車輛供電系統(tǒng)的分類與選型

鋼輪鋼軌現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)通常采用的供電電壓為直流750 V，其供電方式可分為接觸網(wǎng)供電和無觸網(wǎng)供電。其中，無觸網(wǎng)供電包含Tramwave供電、APS供電、電磁感應供電、超級電容供電和電池包供電[7]。為適應城市建設的需求，在對傳統(tǒng)接觸網(wǎng)供電方案不斷優(yōu)化和精簡的同時，設備的供應商（車輛供應商）推出了多種車輛供電技術。車輛供電技術方案對比如表2所示。

表2 車輛供電技術方案對比

Z4線沿線對景觀要求較高，因此考慮全線采用無觸網(wǎng)技術，供電方案綜合比選如表3所示。

方案2、方案3和方案4的投資較高，且均為專利技術壟斷，不利于降低車輛采購和供電設備后續(xù)維護的成本，不建議采用。方案5儲能式車載供電系統(tǒng)是非專利技術，國內(nèi)已有項目正在實施。該方案沿線景觀效果較好，超級電容額定供電電壓為DC750 V，能量密度較小，單次充電最大運行距離約2 km，可對其快速充電，一般15～30 s內(nèi)即可充滿。因此，可結合在車站設置充電設備，利用停站時間對超級電容充電，保證車輛長距離的連續(xù)運行。此外，超級電容相對于蓄電池而言，國產(chǎn)化率高，預期使用壽命長，維護成本相對較低。因此，建議該線路擬采用超級電容供電技術。

表3 供電方案綜合比選

2 列車編組及載客量

鋼輪鋼軌現(xiàn)代有軌電車能夠實現(xiàn)模塊化設計[8]，可根據(jù)客流需求增加模塊數(shù)，也可采用兩列車聯(lián)掛等方式增加系統(tǒng)運能[9-10]。一般情況下，現(xiàn)代有軌電車線路高峰小時發(fā)車間隔可達2.5 min，此時其運能如表4所示。Z4線客流預測總體指標如表5所示。

表4 鋼輪鋼軌現(xiàn)代有軌電車運能情況

表5 Z4線客流預測總體指標

從表4和表5可以看出，通過調整車輛模塊數(shù)或組織車輛聯(lián)掛運營，如初期高峰期采用5模塊運行，近期和遠期采用9模塊運行，鋼輪鋼軌車輛可以滿足天津濱海新區(qū)Z4線客流的需求。

3 車輛國產(chǎn)化方案

Z4線路選用100%低地板鋼輪鋼軌有軌電車，根據(jù)車輛技術特點，參考沈陽、蘇州、淮安等地車輛國產(chǎn)化情況，提出該線路車輛國產(chǎn)化目標初期為不低于55%，后期車輛分批逐步提高國產(chǎn)化率，具體目標如下。

（1）可完全國產(chǎn)化的部分。車體、車體內(nèi)裝、乘客信息系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和通風空調系統(tǒng)等部分，國內(nèi)廠商的技術水平均能滿足要求，可完全實現(xiàn)國產(chǎn)化。

（2）牽引傳動系統(tǒng)。國內(nèi)車輛制造行業(yè)已開發(fā)制造了用于電力、內(nèi)燃、地鐵等機車車輛的旋轉電機，也一直跟蹤國際地鐵車輛電傳動技術的新發(fā)展，具有一定的技術儲備；有軌電車牽引傳動在本質上與地鐵車輛區(qū)別較小，可借鑒地鐵車輛牽引傳動的技術經(jīng)驗，逐步提高國產(chǎn)化程度。

（3）制動系統(tǒng)。有軌電車對制動部分的要求較高，國內(nèi)僅有少量車輛制動系統(tǒng)實現(xiàn)國產(chǎn)化。因此，初期可采用進口模式，并加強與供應商的合作，吸取國外先進技術經(jīng)驗，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。

4 結束語

本文結合天津市城市軌道交通規(guī)劃及濱海新區(qū)Z4線的實際情況，對有軌電車的走行部、車輛低地板和車輛供電系統(tǒng)形式進行了分析，選出適合Z4線實際情況的車輛型式；結合Z4線的客流預測結果進行了行車組織的討論；對車輛各部件的國產(chǎn)化進行分析，提出了具有可操作性的現(xiàn)代有軌電車車輛選型方案，對Z4線的車輛選型具有一定的參考意義。由于現(xiàn)代有軌電車主要技術參數(shù)最終的選擇受諸多因素的影響，因此在決策時還需考慮投資及國產(chǎn)化能力等方面。

［1］ 余平.現(xiàn)代有軌電車發(fā)展淺談［J］.黑龍江科技信息，2010（28）：268-269.

［2］ 黎東平.現(xiàn)代有軌電車在我國內(nèi)地的應用實踐與啟示——以蘇州為例［J］.交通與運輸通：學術版，2013（2）：105-107.

［3］ 吳夢芹.新型軌道交通方式之現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)發(fā)展對策研究［D］.天津：天津大學，2013.

［4］ 薛美根，楊立峰，程杰.現(xiàn)代有軌電車主要特征與國內(nèi)外發(fā)展研究［J］.城市交通，2008（6）：88-91.

［5］ 李元坤，苗彥英.國外現(xiàn)代有軌電車建設發(fā)展的啟示［J］.城市軌道交通研究，2013（6）：29-32.

［6］ 沈繼強.現(xiàn)代有軌電車車輛選型和供電方式［J］.中國市政工程，2012（5）：68-71.

［7］ 吳其剛.現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)發(fā)展的重難點及對策研究［J］.鐵道工程學報，2013（12）：89-92.

［8］ 沈訓梁，陸云，李俊，等.100%低地板有軌電車及其轉向架發(fā)展現(xiàn)狀［J］.都市快軌交通，2013，26（5）：21-24.

［9］ 黃振暉，張華，李虎，等.現(xiàn)代有軌電車應用模式及發(fā)展影響因素［J］.都市快軌交通，2014，27（4）：38-41.

［10］高繼宇.現(xiàn)代有軌電車行車組織設計相關問題分析［J］.科技信息，2011（32）：653-654.

Modern tram composition scheme of line Z4 in Binhai New Area of Tianjin

ZHANG Xin-fang1，YANG Ming-tao2
（1.School of Automotion and Transportation，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China；2.CRRC SIFANG Co.，Ltd，Qingdao 266111，China）

In view of the actual situation of the planning for Tianjin urban rail transit and the Z4 line of the Binhai New Area，the form of the tram line，the vehicle low floor and the vehicle power supply system are analyzed in this paper.In comparison，the suitable Z4 line models are selected，and the passenger flow forecast of Z4 line is discussed according to the results of the traffic organization.The various components of the vehicle localization are analyzed and the feasible modern tram vehicle selection scheme is proposed.

urban rail transit；modern tram；model selection

U482.1

A

2095－0926（2016）04－0012－04

2016-09-08

國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（201510066036）.

張新芳（1986—），女，講師，研究方向為城市軌道交通規(guī)劃及車輛制動系統(tǒng).