蕪湖軌道交通2號(hào)線一期工程車輛選型研究

汪毅明 胡江民

(1.蕪湖市軌道交通有限公司，安徽蕪湖 241000；2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

車輛是城市軌道交通工程中最重要的設(shè)備之一，也是控制國(guó)產(chǎn)化指標(biāo)、工程造價(jià)和運(yùn)營(yíng)效益的關(guān)鍵設(shè)備。車輛選型及其主要技術(shù)參數(shù)是確定列車編組方案，制定主要工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，擬定工程方案和估算投資的基礎(chǔ)。

1 蕪湖軌道交通2號(hào)線一期工程概況

1.1 蕪湖軌道交通線網(wǎng)概況[1]

根據(jù)蕪湖市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，蕪湖市市區(qū)軌道交通共規(guī)劃5條市區(qū)線路，總長(zhǎng)度為137.7 km，遠(yuǎn)景線網(wǎng)推薦方案見圖1，各條線路的遠(yuǎn)景客流預(yù)測(cè)結(jié)果如表1。

表1 市區(qū)軌道交通線網(wǎng)客流預(yù)測(cè)結(jié)果

1.2 軌道交通建設(shè)規(guī)劃概況[2]

近期建設(shè)2號(hào)線一期工程(海事局站-育文學(xué)校站)及1號(hào)線(見圖2)，線路總長(zhǎng)度46.895 km，車站36座(見表2)，系統(tǒng)制式采用跨坐式單軌[3]。

表2 近期建設(shè)項(xiàng)目一覽

圖1 遠(yuǎn)景線網(wǎng)推薦方案

1.3 蕪湖軌道交通2號(hào)線一期工程概況[4]

蕪湖軌道交通2號(hào)線是一條東西向線路，主要作用為強(qiáng)化蕪湖市江南城區(qū)中心區(qū)、城東產(chǎn)業(yè)組團(tuán)與江北新城之間的聯(lián)系。2號(hào)線一期工程起自北京路站，終至萬春湖路站，全長(zhǎng)16.246 km，其中地下線長(zhǎng)1.299 km，地面及高架線14.94 km，共設(shè)11座車站(高架站10座、地下站1座)，其中換乘站3座，分別為北京路站(與1號(hào)線換乘)、弋江路站(與R3線換乘)、政務(wù)中心站(與3號(hào)線換乘)；設(shè)車輛基地1處；遠(yuǎn)期高峰小時(shí)最大斷面客流為2.05萬人次/h。

圖2 近期建設(shè)規(guī)劃線網(wǎng)示意

2 跨坐式單軌車型主要技術(shù)體系[5]

跨坐式單軌車型主要技術(shù)體系有：龐巴迪(Bombardier)單軌、日立(Hitachi)單軌、斯科米(Scomi)單軌、英特敏(Intamin)單軌、意大利FCF Spa(Furno Railway Construciton)、英國(guó)Metrail及Severn-Lamb Ltd.等。從應(yīng)用范圍、技術(shù)穩(wěn)定性、城市軌道交通適應(yīng)性等方面出發(fā)，重點(diǎn)分析龐巴迪單軌車(以下簡(jiǎn)稱MB1-1型車)和日立單軌車(以下簡(jiǎn)稱MA型車)。

3 車輛選型原則及技術(shù)路線

3.1 選型原則[6]

(1)滿足客流需求，留有一定運(yùn)能余量[7]；

(2)提供合理服務(wù)水平；

(3)線路條件及環(huán)境適應(yīng)性[8-9]；

(4)滿足國(guó)產(chǎn)化要求；

(5)投資合理。

3.2 技術(shù)路線

車輛選型研究技術(shù)路線如圖3。

4 車輛選型研究

4.1 車輛選型的參數(shù)取值

(1)站席標(biāo)準(zhǔn)的選取

站席標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系到列車的開行數(shù)量和列車編組數(shù)量，進(jìn)而影響車輛長(zhǎng)度、配屬車數(shù)、車站規(guī)模、車輛段規(guī)模等，兩種車型應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本文按照6人/m2[10]取值。

圖3 車輛選型技術(shù)路線

(2)系統(tǒng)運(yùn)能及余量設(shè)定

2號(hào)線的遠(yuǎn)期高峰小時(shí)客流量為2.05萬人次/h，客流域值為1.79～2.26萬人次/h，上下波動(dòng)范圍為-12.68%～+10.24%[11]。考慮客流域值的波動(dòng)幅度，系統(tǒng)運(yùn)能對(duì)遠(yuǎn)期高峰小時(shí)客流量的余量建議不小于10%，且兩種車型保持一致。

(3)車輛主要技術(shù)參數(shù)

MB1-1型車相較于MA型車寬度略大，高度與重心更低(MB1-1型車寬度為3 142 mm，MA型車為2 980 mm；MB1-1型車全高4 053 mm，MA型車為5 300 mm)。MA型車長(zhǎng)14 800mm(頭車)、13 900 mm(中間車)，MB1-1型車長(zhǎng)11 845 mm。從車輛尺寸可見，MA型車輛寬度較小，但長(zhǎng)度較大。MB1-1型車廂地板底面距軌道梁頂面高度為450 mm，MA型為1 130 mm。

MA型車采用雙軸轉(zhuǎn)向架，軸重為11 t；而MB1-1型車采用單軸轉(zhuǎn)向架，軸重為14 t，MB1-1型車將轉(zhuǎn)向架設(shè)于車輛鉸接處附近，既提高了車輛的通透性，也減輕了車輛自重。MA型頭車自重為28 t或26.5 t，MB1-1型車輛自重為14 t。

兩種車型的主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 車輛主要技術(shù)參數(shù)

(4)列車編組及載客量

根據(jù)不同車型對(duì)應(yīng)的道岔類型和容許過岔速度，對(duì)適宜的車輛編組長(zhǎng)度進(jìn)行核算，結(jié)果表明，MA型車的系統(tǒng)能力為26對(duì)/h，MB1-1型車的系統(tǒng)能力為30對(duì)/h以上。

MA型單軌端頭車載客量為9.71人/延米，中間車為11.30人/延米；6輛編組時(shí)，車輛長(zhǎng)89.400 m，定員962人，載客率10.76人/延米。系統(tǒng)能力26對(duì)/h，系統(tǒng)運(yùn)能25 012人/h，運(yùn)能余量18.1%。

MB1-1型單軌端頭車載客量為10.16人/延米，中間車為12.33人/延米；6輛編組時(shí)，車輛長(zhǎng)74.164 m，定員856人/列，載客率11.54人/延米。系統(tǒng)能力30對(duì)/h，系統(tǒng)運(yùn)能25 680人/h，運(yùn)能余量20.2%。

MA型和MB1-1型車均采用6輛編組時(shí)，MB1-1型車系統(tǒng)運(yùn)能略高，且車輛長(zhǎng)度上較MA型車短15.236 m，但載客率較前者高。

4.2 車輛選型比選

(1)車輛總體技術(shù)比較

①車體主要構(gòu)造尺寸

MB1-1型車車輛高度小，地板面高度和整體重心低，側(cè)傾力矩小，動(dòng)力學(xué)性能和乘坐舒適度較優(yōu)；且其采用單軸轉(zhuǎn)向架，所需的車輪數(shù)量少，轉(zhuǎn)彎半徑小，過彎阻力小，曲線通過能力強(qiáng)，彎道輪胎磨損小，噪聲低，能耗低。

②承載效率

對(duì)照兩種車型自重與定員載客量，MB1-1型車車輛自重約14 t，單位自重運(yùn)輸乘客定員數(shù)為9.21人；MA型車車輛自重約28 t[13]，單位自重運(yùn)輸乘客定員數(shù)為5.89人。從承載角度分析，MB1-1型車的機(jī)械效率高于MA型車，能耗的有效利用率更優(yōu)；且較小的車輛自重有利于降低橋梁設(shè)計(jì)荷載和橋梁工程量，節(jié)省土建投資。

③車門寬度及車門間距

MA型單軌車車門寬1.3 m，間距7.3 m，6輛編組單側(cè)可利用上下車通道總寬15.6 m，每百人定員可用通過寬度約為1.62 m；MB1-1型單軌車車門寬1.6 m，車門間距4.175 m，6輛編組單側(cè)可利用上下車通道總寬19.2 m，每百人定員可用通過寬度約為2.24 m，更有利于乘客快速上下車，也可相應(yīng)提高車廂利用率，縮短停站時(shí)間。

④裙板防護(hù)

MA型車僅在轉(zhuǎn)向架區(qū)域設(shè)置遮擋裙板；MB1-1型單軌車采用通長(zhǎng)裙板方式，走行部分均被包裹在車體內(nèi)部，其噪聲振動(dòng)指標(biāo)較MA型車更優(yōu)，環(huán)保性能更好。

⑤救援疏散

MB1-1型車車廂地板距軌道梁頂面為0.45 m(MA型車≥1.13 m)，救援疏散較MA型車更為便捷。在應(yīng)急疏散平臺(tái)面高度滿足疏散要求的前提下，MB1-1型車地板與軌道梁面的高差較小，有利于保證區(qū)間高架系統(tǒng)整體景觀的協(xié)調(diào)性，日常檢修、維護(hù)也比較方便。

⑥車廂利用率及停站時(shí)間

MB1-1型車車門較寬，車門間距較小(車門寬1.6 m，車門間距4.175 m)，有利于乘客快速上下車，也可相應(yīng)提高車廂利用率，縮短停站時(shí)間。

⑦折返間隔

由于采用替換梁型道岔，且列車容許的離心加速度較高，MB1-1型車可滿足的系統(tǒng)能力不小于30對(duì)/h的要求；MA型車按照目前的最大行車計(jì)算過岔速度計(jì)算，可滿足的系統(tǒng)能力為26對(duì)/h。

(2)車輛具體構(gòu)造技術(shù)比較

①轉(zhuǎn)向架車軸

MA型單軌車采用雙軸轉(zhuǎn)向架，固有的高沖角導(dǎo)致過彎阻力大、輪胎磨損大、能耗大；MB1-1型單軌車采用單軸轉(zhuǎn)向架，避免了高沖角，過彎阻力小、輪胎磨損小、能耗小。故在同樣線路條件下，MB1-1型車系統(tǒng)能耗更低，彎道輪胎磨損小，有利于減少運(yùn)營(yíng)成本。

②走行輪數(shù)量及輪載

MB1-1型車6輛編組，定員856人，承載軸為12軸24輪，定員工況下平均輪壓約為56 kN；MA型車6輛編組，定員962人，承載軸為24軸48輪，定員工況下平均輪壓約為48 kN。車長(zhǎng)相近條件下，MA型車走行輪數(shù)量多，但輪壓小，MB1-1型車走行輪數(shù)量少，但輪壓大。軌道條件相同時(shí)，輪胎磨損與輪壓、彎道阻力等有關(guān)，兩種車型在輪胎磨損方面各有優(yōu)劣。在使用壽命相近的條件下，MB1-1型車換輪作業(yè)量少，輪胎更換作業(yè)時(shí)間短，作業(yè)效率高，運(yùn)維保養(yǎng)成本低。

③牽引系統(tǒng)

MA型單軌車采用傳統(tǒng)的三相電機(jī)、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)方式，效率低、能耗高；MB1-1型單軌車采用永磁電機(jī)，電機(jī)與齒輪箱高度集成，電機(jī)軸直接驅(qū)動(dòng)承載輪行走，體積小，牽引及制動(dòng)性能好，牽引效率較傳統(tǒng)電機(jī)高15%左右。MB1-1型車有較高的牽引效率、輕量化車體、單軸轉(zhuǎn)向架，運(yùn)營(yíng)能耗更低。據(jù)初步計(jì)算，MB1-1型車能耗水平較MA型車低約20%。此外，MB1-1型車的啟動(dòng)加速度高于MA型車，有利于提高列車折返能力和旅行速度。

④供電受流方式

MA型車系統(tǒng)供電軌在軌道梁兩側(cè)等高位設(shè)置，運(yùn)營(yíng)期車輛只能穿梭運(yùn)行，無法調(diào)頭換向，易導(dǎo)致輪胎偏磨。MB1-1型車系統(tǒng)供電軌在軌道梁兩側(cè)按正極低位、零極高位設(shè)置，車輛每側(cè)分上下共4個(gè)集電靴與之對(duì)應(yīng)，車輛可調(diào)頭換向運(yùn)行，有利于減少偏磨。

(3)城市建設(shè)條件適應(yīng)性分析

MA型單軌車采用雙軸轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架中心距為9.6 m，側(cè)面導(dǎo)向輪間距為2.5 m，相鄰兩輛車前后轉(zhuǎn)向架之間距離為5.0 m；MB1-1型車采用單軸轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架中心距為9.12 m，側(cè)面導(dǎo)向輪間距為1.473 m，相鄰兩輛車前后轉(zhuǎn)向架之間距離為2.725 m。單軸轉(zhuǎn)向架、較小的導(dǎo)向輪間距及相鄰轉(zhuǎn)向架間距，使得MB1-1型車輛能采用更小的曲線半徑。在同樣的小半徑曲線條件下，MA型單軌車輪胎的轉(zhuǎn)彎磨耗要大于MB1-1型單軌車，由此將增加運(yùn)營(yíng)及養(yǎng)護(hù)維修成本；若提高半徑，則會(huì)增加城市建成區(qū)的拆遷數(shù)量。由此可見，MB1-1型單軌車對(duì)城市建成區(qū)的適應(yīng)性更好。

(4)主要工程差異性分析

①軌道梁

MB1-1型：軌道梁截面寬度為0.69 m。軌道梁多采用連續(xù)剛構(gòu)體系，跨度在30 m左右，通常采用3跨一聯(lián)，變高度截面。

MA型：軌道梁截面寬度為0.85 m[14]。軌道梁多采用簡(jiǎn)支體系，跨度一般不大于30 m，通常采用等截面。

連續(xù)剛構(gòu)體系較簡(jiǎn)支體系景觀效果更好，接頭更少，行車平順性和舒適性更好；同時(shí)可節(jié)省接頭配件、支座，減少架設(shè)安裝工作量，經(jīng)濟(jì)效果較好。

②地下區(qū)間斷面

MB1-1型：凈空高度為不小于3.5 m，隧道斷面直徑為5.8 m。

MA型：凈空高度為不小于4.2 m，隧道斷面直徑為7.0 m。

③道岔

MB1-1型：正線主要采用替換梁型道岔，過岔速度高、舒適性高；制造和安裝成本低，投資小，機(jī)械裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，故障率低，維護(hù)成本低。

MA型：正線主要采用關(guān)節(jié)型及關(guān)節(jié)可撓型道岔[15]，過岔速度相對(duì)低、舒適性相對(duì)較差；制造和安裝成本高，投資大；道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜[16]，故障率相對(duì)高，維護(hù)成本相對(duì)高。

④供電系統(tǒng)

MA型與MB1-1型單軌分別采用DC1500V和DC750V電壓制式。其接觸受流結(jié)構(gòu)分別采用“匯流排+接觸線”方式及鋼鋁復(fù)合軌。電壓制式方面，MA型車型的電壓要求更符合目前國(guó)內(nèi)軌道交通的發(fā)展趨勢(shì)，有利于減少牽引變電所的數(shù)量，供電系統(tǒng)工程投資較省。

(5)國(guó)產(chǎn)化及車輛購(gòu)置費(fèi)比較

MA型和MB1-1型車在技術(shù)先進(jìn)性、技術(shù)穩(wěn)定性，以及對(duì)城市軌道交通的適應(yīng)性等方面均符合國(guó)內(nèi)中運(yùn)量城市軌道交通的需求特點(diǎn)。目前，MA型車已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，具備良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，MB1-1型單軌車的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)合作也在穩(wěn)步推進(jìn)，目前已具備車體及其內(nèi)裝(車體材料及車體制造、裙板、司機(jī)室設(shè)備、車內(nèi)設(shè)備、空調(diào)機(jī)組、客室和司機(jī)室內(nèi)裝等)的國(guó)產(chǎn)化能力，但制動(dòng)系統(tǒng)、輪胎的國(guó)產(chǎn)化成為制約因素。

綜上所述，兩種車型在技術(shù)成熟度、國(guó)產(chǎn)化技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化能力等方面均可滿足蕪湖軌道交通2號(hào)線一期工程需求，但MA型國(guó)產(chǎn)化率更高，在價(jià)格方面MA型單軌車也有一定優(yōu)勢(shì)。

(6)救援疏散分析

日本單軌交通較發(fā)達(dá)，單軌線路較多，但多未設(shè)置緊急救援通道；馬來西亞的吉隆坡單軌、新加坡圣淘沙單軌也未設(shè)置疏散通道；美國(guó)早期的(龐巴迪)單軌也沒有設(shè)置疏散通道；杰克遜維爾(建成于1998年)及拉斯維加斯(建成于2004年)單軌系統(tǒng)為近期建成，都設(shè)置了疏散通道；重慶市軌道交通2號(hào)線未設(shè)置疏散通道，3號(hào)線一期工程于2011年建成，首次設(shè)置了疏散通道。車廂底板面到緊急疏散通道平臺(tái)面的垂直高差約3 m，需要車輛配備相應(yīng)的緩降裝置，為確保人員的安全，同時(shí)需盡快切斷接觸軌的電源。龐巴迪單軌由于重心較低，車輛地板距疏散通道僅0.45 m，疏散容易。

無論MA型單軌車還是MB1-1型單軌車，在運(yùn)行安全性方面都有保障。供電授流方式的不同造成兩種車型在區(qū)間應(yīng)急疏散時(shí)的安全應(yīng)對(duì)措施有所差異。MA型單軌車供電軌正極設(shè)于線路的同一側(cè)，總有一條供電軌正極位于鄰近疏散通道一側(cè)，疏散時(shí)需切斷供電軌電源。MB1-1型單軌兩線內(nèi)側(cè)的接觸軌均為具有接地保護(hù)的回流軌，疏散時(shí)可不切斷供電軌電源，更便于快速疏散。

(7)綜合經(jīng)濟(jì)性分析

①同等運(yùn)能余量條件下的比較

②編組長(zhǎng)度相近條件下的運(yùn)能比較

在編組長(zhǎng)度相近的情況下，MB1-1型車7輛編組(車長(zhǎng)86 m)，30對(duì)/h，系統(tǒng)輸送能力為30 060人次/h；MA型車6輛編組(車長(zhǎng)89.4 m)，26對(duì)/h，系統(tǒng)輸送能力為25 012人次/h。MB1-1型車是MA型車的1.2倍。

③投資比較

從投資構(gòu)成分析，采用MA型車時(shí)土建工程(區(qū)間、車站及車輛段等)投資較高，車輛購(gòu)置費(fèi)較低；采用MB1-1型車時(shí)，土建工程投資較低，車輛購(gòu)置費(fèi)較高。此外，由于MB1-1型車接觸網(wǎng)供電電壓采用DC750V，導(dǎo)致牽引所數(shù)量較多，投資相應(yīng)增加。

4.3 推薦意見

通過對(duì)MB1-1型和MA型單軌車從輸送能力、車輛條件、土建工程、道岔、供電系統(tǒng)、應(yīng)急疏散、工程投資、國(guó)產(chǎn)化等方面的比較研究，MA型車具有國(guó)產(chǎn)化程度高、供電軌電壓符合國(guó)內(nèi)軌道交通主流方向、單車價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；MB1-1型車在系統(tǒng)能力及環(huán)保方面更優(yōu)，城市建成區(qū)適應(yīng)性較強(qiáng)，應(yīng)急疏散條件好，投資以及運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較小，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。綜上，MB1-1型單軌車輛更適合蕪湖市軌道交通2號(hào)線一期工程。

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[2] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.蕪湖市城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃(2016～2020)[Z].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2015

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