天津地鐵車輛統(tǒng)型優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

張自強(qiáng)

摘 要：天津地鐵處于高速發(fā)展階段，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)格局已初步實(shí)現(xiàn)，且國(guó)內(nèi)車輛供應(yīng)商較多，在車輛設(shè)計(jì)上均有各自的見(jiàn)解和特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)車輛部件、技術(shù)和界面的改進(jìn)和統(tǒng)型的分析、研究及應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)車輛維護(hù)與使用通用性的基礎(chǔ)上，提升運(yùn)營(yíng)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。本文主要針對(duì)統(tǒng)型設(shè)計(jì)優(yōu)化方案進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；統(tǒng)型；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 研究的意義和目的

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口日益增多，交通擁堵問(wèn)題日趨嚴(yán)重，發(fā)展城市軌道交通是走出困境的必由之路，因而，城市軌道交通建設(shè)已引起各城市的重視。

車輛是城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)備的核心，是確保運(yùn)營(yíng)安全、正點(diǎn)、高效運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)。車輛是一種大型的、技術(shù)高度密集的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)械、動(dòng)力、供電、通信、信號(hào)、自動(dòng)控制等綜合技術(shù)的集中體現(xiàn)，需要電氣、電子、機(jī)加工、計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制等多學(xué)科的專業(yè)技術(shù)支撐。各組成系統(tǒng)種類繁多、技術(shù)復(fù)雜的特性，加之不同城市對(duì)軌道交通車輛的需求不盡相同，隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)逐步發(fā)展，積極進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下的車輛功能界面和部件標(biāo)準(zhǔn)化研究，實(shí)現(xiàn)多條線路車輛功能界面、部件建設(shè)和維修標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，是城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的一項(xiàng)重要原則，是簡(jiǎn)化車輛維修工藝、降低部件庫(kù)存量，實(shí)現(xiàn)資源共享，降低維修成本，優(yōu)化車輛維修體系的有效途徑。

2 天津軌道交通現(xiàn)狀介紹

截至2017年，天津軌道交通運(yùn)營(yíng)線路共有5條，包括地鐵1、2、3、6號(hào)線及9號(hào)線（津?yàn)I輕軌），線網(wǎng)覆蓋10個(gè)市轄區(qū)，運(yùn)營(yíng)里程166km，共設(shè)車站112座。截至2016年12月，天津軌道交通在建線路共有7段，包括1號(hào)線東延伸線、4號(hào)線一期、5號(hào)線、6號(hào)線一期南段、10號(hào)線一期、B1線、Z4線，共180多km。天津地鐵處于高速發(fā)展階段，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)格局已初步實(shí)現(xiàn)。

天津軌道交通運(yùn)營(yíng)線路車輛配屬情況如下：1號(hào)線既有線25列，東延工程購(gòu)置19列（已投入運(yùn)營(yíng)）；2號(hào)線23列，機(jī)場(chǎng)延伸線工程購(gòu)置4列車；3號(hào)線現(xiàn)既有27列，天津南站配套交通工程購(gòu)置4列車；6號(hào)線配置45列；1、2、3、6號(hào)線均為6編組B型車；9號(hào)線配屬電客車38列4編組B型車。共計(jì)185列地鐵電客車。其中整車供應(yīng)商包括中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司、中車大連機(jī)車車輛有限公司、中車唐山機(jī)車車輛有限公司、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司。

3 天津地鐵車輛統(tǒng)型的緣由

電客車為復(fù)雜的高集成度機(jī)電一體化產(chǎn)品，其大型子系統(tǒng)包括牽引系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、車鉤系統(tǒng)、列車廣播及乘客信息顯示系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、車體及內(nèi)裝、轉(zhuǎn)向架等。各系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外均存在多個(gè)供應(yīng)商，各供應(yīng)商所采用的零部件、耗材，設(shè)計(jì)的功能特性、操作顯示界面均會(huì)存在特有屬性，且各個(gè)車輛主機(jī)廠在整車集成設(shè)計(jì)理念、部件選型等方面均有各自的見(jiàn)解和特點(diǎn)。

在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)模式下，不同線路車輛的差異性，會(huì)造成車輛備品備件種類的多元化，電氣設(shè)計(jì)理念的不同也不利于推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量管控體系的建設(shè)，不同的檢修接口也會(huì)增加檢修標(biāo)準(zhǔn)化流程實(shí)施的難度，不同的司機(jī)駕駛界面和列車狀態(tài)顯示方案同樣會(huì)大幅增加列車司機(jī)的培訓(xùn)周期和成本。所以實(shí)現(xiàn)車輛的統(tǒng)型是提升運(yùn)營(yíng)質(zhì)量、降低運(yùn)營(yíng)成本的有效途徑。

4 車輛統(tǒng)型優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

結(jié)合天津地鐵10年的運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，本次車輛統(tǒng)型設(shè)計(jì)研究主要分為3個(gè)方面：

一是針對(duì)車輛零部件的統(tǒng)型，對(duì)零部件統(tǒng)型從較為簡(jiǎn)單的機(jī)械類部件開(kāi)始研究，其中包括了車輛部分易損易耗件、種類較多的零部件、維保所需的輔材以及更換頻率較高的耗材。

二是針對(duì)司機(jī)操作界面的統(tǒng)型，通過(guò)對(duì)司機(jī)駕駛習(xí)慣、對(duì)各類開(kāi)關(guān)按鈕的使用頻率以及對(duì)駕駛操作的標(biāo)準(zhǔn)化流程的考慮，優(yōu)化整體司機(jī)室布置。其中包括了司機(jī)駕駛臺(tái)布局和功能、司機(jī)室側(cè)墻操作面板的布局和功能、司機(jī)室電氣控制柜布局和功能。

三是針對(duì)列車邏輯功能的統(tǒng)型，按照行業(yè)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合司乘和維保的需求，對(duì)部分車輛邏輯功能進(jìn)行統(tǒng)一。其中包括了車輛限速、車門防擠壓力、緊急制動(dòng)環(huán)路邏輯功能等。

4.1 車輛零部件統(tǒng)型

（1）鎖具

地鐵電客車內(nèi)裝及車下箱體都會(huì)設(shè)有大量的鎖具，車內(nèi)鎖具類型包括插芯執(zhí)手鎖、四角鎖、三角鎖等，車下鎖具包括四角鎖、卡扣鎖等。加之鎖具的供貨可能來(lái)自于多家系統(tǒng)供應(yīng)商，鎖具種類及尺寸的多元化，不利于備件和鑰匙的管理。按照運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，將車輛內(nèi)裝及車下設(shè)備鎖具統(tǒng)一為四角鑰匙鎖，并形成標(biāo)準(zhǔn)化鎖芯樣式，包括鎖芯直徑、鎖芯收緊形式、鎖芯固定方式、鎖到位標(biāo)識(shí)樣式等，同時(shí)考慮到不同的鎖閉需求和預(yù)留安裝空間，將鎖芯長(zhǎng)度分長(zhǎng)、短兩種規(guī)格，特殊位置依靠鎖舌的個(gè)性化來(lái)適應(yīng)。由于鎖具故障大多集中于鎖芯，故實(shí)現(xiàn)了鎖芯的統(tǒng)型便可實(shí)現(xiàn)鎖具的通用性。

（2）應(yīng)急設(shè)施

地鐵列車均會(huì)設(shè)計(jì)車門緊急解鎖、乘客緊急對(duì)講、破窗錘、滅火器等應(yīng)急操作設(shè)施。一方面是統(tǒng)一不同線路車輛應(yīng)急設(shè)置的布置數(shù)量、布置位置，如緊急解鎖布置在每一個(gè)客室門面向車門的右側(cè)，每節(jié)客室在貫通道處設(shè)置一個(gè)4kg干粉滅火器和一個(gè)4kg水基滅火器；另一方面是實(shí)現(xiàn)應(yīng)急設(shè)施本體及防護(hù)罩板的統(tǒng)型，如制定標(biāo)準(zhǔn)破窗錘尺寸，制定標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)罩板尺寸，將這些易丟件、易損件的統(tǒng)型，實(shí)現(xiàn)各線路備件共享。

（3）乘客信息顯示終端

將車廂內(nèi)的廣告框、LCD信息顯示屏設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)安裝接口，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)共享。并根據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，選擇最為耐用、便于清潔、方便廣告內(nèi)容更換且美觀的廣告框，如天津地鐵統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸及安裝接口的亞克力材質(zhì)廣告框。

（4）輔材

對(duì)設(shè)備維保的相關(guān)輔材進(jìn)行品牌和型號(hào)的通用化研究和試驗(yàn)，如齒輪箱潤(rùn)滑油、車門膠條及滑道潤(rùn)滑脂、輪緣潤(rùn)滑脂、動(dòng)/拖車接地碳刷、受電弓/受流器碳板等。endprint

（5）車輛維護(hù)接口

對(duì)車輛維護(hù)接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)的通用性，如統(tǒng)型制動(dòng)系統(tǒng)壓力測(cè)試接頭，統(tǒng)型一系彈簧、二系彈簧調(diào)整墊等。

（6）車輛小型零部件

針對(duì)故障率較高，且易于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的零部件進(jìn)行統(tǒng)型設(shè)計(jì)。如司機(jī)室遮陽(yáng)簾、間壁門鎖、客室車門的隔離/故障指示燈、司機(jī)室各類按鈕、指示燈、旋鈕、扳鍵開(kāi)關(guān)等。

4.2 司機(jī)操作界面的統(tǒng)型

司機(jī)操作界面的布置要以簡(jiǎn)化司機(jī)臺(tái)布置，貼合司機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化駕駛操作流程為原則，統(tǒng)籌考慮各功能區(qū)的布置和作用。

（1）司機(jī)臺(tái)功能及布置

司機(jī)臺(tái)應(yīng)布置司機(jī)駕駛時(shí)需實(shí)時(shí)查看的設(shè)備顯示終端和司機(jī)正線駕駛時(shí)使用頻率較高的按鈕、開(kāi)關(guān)等。司機(jī)臺(tái)立面需設(shè)置如無(wú)線車載臺(tái)、TMS顯示屏、信號(hào)HMI顯示屏、廣播控制盒、風(fēng)壓表、常用狀態(tài)指示燈（制動(dòng)不緩解、受電弓、門關(guān)閉等）、常用操作按鈕（空壓機(jī)、照明等）、CCTV監(jiān)視器等。司機(jī)臺(tái)平面需按功能區(qū)進(jìn)行劃分，如信號(hào)系統(tǒng)按鈕功能區(qū)、車輛操作按鈕功能區(qū)和司控器功能區(qū)。

（2）司機(jī)室電氣控制柜

電氣控制柜設(shè)置司機(jī)在正常駕駛過(guò)程中不需要操作的按鈕、開(kāi)關(guān)，且在電氣柜內(nèi)設(shè)置一個(gè)前置面板，面板與電氣柜采用折頁(yè)連接。將面板由上到下劃分為空開(kāi)、按鈕、網(wǎng)壓顯示、旁路開(kāi)關(guān)共4個(gè)個(gè)功能區(qū)域，并結(jié)合運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。其中，為防止誤按，相鄰空開(kāi)可考慮用不同顏色加以區(qū)分，并將不常用空開(kāi)設(shè)置于面板后方；為防止未操作到位，所有的按鈕增加按到位指示燈；旁路開(kāi)關(guān)需按照使用頻率和旁路影響設(shè)置為帶鉛封保護(hù)和不帶鉛封保護(hù)兩種旋鈕。

（3）司機(jī)室側(cè)墻操作面板

在司機(jī)室的左、右側(cè)墻分別設(shè)置開(kāi)關(guān)左門和開(kāi)關(guān)右門功能區(qū)，以防止司機(jī)開(kāi)錯(cuò)門。由于開(kāi)門按鈕使用頻率較高且故障后影響較大，故設(shè)置兩組開(kāi)門按鈕，同時(shí)在按鈕上方設(shè)置開(kāi)門允許指示燈。關(guān)門按鈕設(shè)置在司機(jī)室門朝車尾方向，以便于乘客上下車時(shí)，司機(jī)面向站臺(tái)瞭望的同時(shí)操作關(guān)門按鈕，使功能設(shè)計(jì)與駕駛動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

4.3 列車邏輯功能的統(tǒng)型

對(duì)于復(fù)雜、且較為重要的列車電路邏輯進(jìn)行統(tǒng)一，如將牽引回路、制動(dòng)回路、緊急制動(dòng)回路和旁路回路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一各電氣回路的觸發(fā)條件，標(biāo)準(zhǔn)化電路設(shè)計(jì)方案需要依據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行篩選優(yōu)化，以達(dá)到提升檢修質(zhì)量和正線應(yīng)急處理速度的目的。其次，依照國(guó)標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直接影響客運(yùn)服務(wù)的部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，如車門防擠壓力。同時(shí)，對(duì)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)列車限速、超速保護(hù)等功能進(jìn)行統(tǒng)一。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)地鐵車輛統(tǒng)型的研究和實(shí)施，在城市軌道交通車輛行業(yè)中屬于前沿研究，統(tǒng)型后可以提高不同線路備品備件的通用性，可有效降低備件的成本和倉(cāng)儲(chǔ)壓力。并且統(tǒng)型后的部件是根據(jù)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)和需求得到的優(yōu)選產(chǎn)品，可提高列車的質(zhì)量。同時(shí)，對(duì)司機(jī)室駕駛臺(tái)、電氣柜、側(cè)墻操作面板的統(tǒng)型，可有效地降低司機(jī)駕駛的難度，減少新線司機(jī)培訓(xùn)成本。并且對(duì)車輛限速、關(guān)鍵回路控制邏輯、車門反擊壓力的統(tǒng)型，可有效提升網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)下列車的客運(yùn)服務(wù)水平，提升列車排故和應(yīng)急響應(yīng)速度。

參考文獻(xiàn)

[1]胡亞?wèn)|.堅(jiān)持自主創(chuàng)新道路積極推進(jìn)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組研制[J].中國(guó)鐵路， 2014（8）：1-5.

[2]景建輝，白彥超，安超.我國(guó)高速動(dòng)車組型式試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系研究[J].標(biāo)準(zhǔn)研究，2013（12）：30-33.

[3]張峻俊，趙磊，劉佃興.地鐵列車人機(jī)接口界面標(biāo)準(zhǔn)化方案設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013（4）：11-14.

[4]楊中平.日本直線電機(jī)地鐵車輛主要裝置的標(biāo)準(zhǔn)化[J].城市快軌交通，2006（1）：73-76.endprint