低地板輕軌車(chē)輛在城市軌道交通中的應(yīng)用分析

王建

（青島高投建設(shè)工程有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市人口急劇增加，城市交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重。解決城市交通擁堵問(wèn)題成為各大城市面臨的一大難題，而軌道交通是解決城市交通擁堵問(wèn)題的有效途徑之一。低地板輕軌車(chē)輛是城市軌道交通中最受歡迎的車(chē)型之一，在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。低地板輕軌車(chē)輛在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)車(chē)輛有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)在：采用無(wú)中心牽引和轉(zhuǎn)向架、無(wú)輪軌摩擦的獨(dú)立懸掛結(jié)構(gòu)；采用大功率低地板轉(zhuǎn)向架；采用電磁鐵牽引，不受線路條件限制；采用電磁制動(dòng)和電空制動(dòng)相結(jié)合的綜合制動(dòng)方式。

1 低地板輕軌車(chē)輛介紹

低地板輕軌車(chē)輛是一種高速、重載的城市軌道交通車(chē)輛，因其具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。低地板輕軌車(chē)輛的車(chē)體材料采用鋁合金型材與鋼板的組合結(jié)構(gòu)，在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)，達(dá)到減重的目的。鋁合金型材為L(zhǎng)F7 系材料，密度為2.97kg/m3；鋼板采用LF8 系材料，密度為2.51kg/m3。由上述兩種材料組合而成的車(chē)體結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕性好、防火性能高等特點(diǎn)，同時(shí)還具有良好的抗傾覆性能。在牽引方式方面，采用2 臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)的交流牽引系統(tǒng)。單軌運(yùn)行時(shí)，采用雙動(dòng)輪和單動(dòng)軸結(jié)構(gòu)；雙軌運(yùn)行時(shí)，采用單動(dòng)軸和雙動(dòng)軸結(jié)構(gòu)，車(chē)鉤采用獨(dú)立懸掛形式，每側(cè)設(shè)置2 個(gè)獨(dú)立車(chē)鉤；單軌運(yùn)行時(shí)，每側(cè)設(shè)置2 個(gè)獨(dú)立車(chē)鉤，車(chē)鉤在轉(zhuǎn)向架上的布置形式為單側(cè)雙懸臂[1]。

2 國(guó)內(nèi)外低地板輕軌車(chē)輛的發(fā)展及應(yīng)用情況

在國(guó)外，低地板輕軌車(chē)輛主要是法國(guó)的TGV、德國(guó)的MTU、日本的NUTS 和意大利的VALENTINO等。在國(guó)內(nèi)，為了突破技術(shù)壟斷，作為國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，長(zhǎng)客股份很早就投入對(duì)低地板輕軌車(chē)的研發(fā)，并在國(guó)內(nèi)率先研發(fā)成功70% 低地板輕軌車(chē)。

日本從1980 年開(kāi)始研制低地板輕軌車(chē)輛，至2004年共研發(fā)出10 多種車(chē)型，主要包括低地板地鐵列車(chē)（RR 型）、低地板有軌電車(chē)（RB 型）、低地板城市輕軌車(chē)（RHS 型）等，并已在東京地鐵、北海道中央線和JR東海鐵路等線路投入運(yùn)營(yíng)。其中，RHS 型和RVS 型低地板輕軌車(chē)輛最大限度地發(fā)揮有軌電車(chē)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎半徑小的優(yōu)勢(shì)，降低車(chē)輛對(duì)地面和高架的占用面積，從而使其轉(zhuǎn)彎半徑可以達(dá)到120m 以上，可用于城市中心城區(qū)與周邊城鎮(zhèn)之間的客流運(yùn)輸[2]。

歐洲的低地板輕軌車(chē)輛主要由德國(guó)西門(mén)子公司和法國(guó)阿爾斯通公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制，分別于1992 年和1994 年推出。其技術(shù)特點(diǎn)為：采用獨(dú)立牽引電機(jī)、轉(zhuǎn)向架雙節(jié)編組；牽引電機(jī)采用大功率IGBT 模塊；車(chē)輛編組形式多樣，可以根據(jù)客流需求靈活變化。目前，低地板輕軌車(chē)輛已廣泛應(yīng)用于德國(guó)、法國(guó)、瑞典、奧地利、丹麥、芬蘭、挪威等地。

2006 年，國(guó)內(nèi)100%低地板輕軌車(chē)輛正式由科技部列為“十一五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目，長(zhǎng)客股份作為科研主體單位開(kāi)始立項(xiàng)攻關(guān)。2010 年完成100%低地板輕軌車(chē)整車(chē)生產(chǎn)及課題驗(yàn)收，2011 年完成5000 公里線路考核試驗(yàn)。2013 年4 月18 日，中國(guó)北車(chē)唐車(chē)公司自主創(chuàng)新研制的一款一體化交通新產(chǎn)品——100%低地板現(xiàn)代有軌電車(chē)下線，從而開(kāi)啟了我國(guó)軌道交通裝備制造業(yè)嶄新的一頁(yè)。

2.1 低地板輕軌車(chē)輛對(duì)線路條件的要求較低

低地板輕軌車(chē)輛的乘客區(qū)一般設(shè)在靠近車(chē)站和車(chē)站出入口的區(qū)域，較少占用地面空間，因此對(duì)線路條件的要求比較低。但并非完全不受線路條件限制，如在一些特殊城市中，由于地勢(shì)較高，為了解決山區(qū)與平原的交通問(wèn)題，也會(huì)采用低地板輕軌車(chē)輛。對(duì)于低地板市郊鐵路而言，由于其線路長(zhǎng)度較短（一般只有1km 左右），而且與城市內(nèi)其他交通方式相銜接，因此對(duì)線路條件的要求并不十分苛刻。除了一些特殊地段（如山地與丘陵之間、高架與地面之間等）外，多數(shù)低地板市郊鐵路的線路條件都可以滿足。例如，在韓國(guó)首爾地區(qū)就建設(shè)了一條從市中心到遠(yuǎn)郊的低地板輕軌線路。在線路中，除了設(shè)置了地面停車(chē)場(chǎng)外，還設(shè)有軌道電路和電力供給系統(tǒng)。由于線路長(zhǎng)度較短、轉(zhuǎn)彎半徑小、車(chē)站數(shù)量少，因此該線路在一定程度上，可以滿足山區(qū)與平原之間的交通需求。

此外，部分城市還將低地板輕軌車(chē)輛用于連接遠(yuǎn)郊的城際鐵路。例如，日本東京都市圈內(nèi)的都市通勤鐵路系統(tǒng)就是采用低地板輕軌車(chē)輛作為客運(yùn)交通工具。該線路距離中心城區(qū)較遠(yuǎn)（一般為60～70km），因此不會(huì)占用過(guò)多的地面空間。

2.2 低地板輕軌車(chē)輛可在高架上運(yùn)行，節(jié)約土地資源

城市軌道交通線路建設(shè)必須保證與道路用地相協(xié)調(diào)，盡量避免對(duì)城市道路造成破壞，還要節(jié)約土地資源。而低地板輕軌車(chē)輛在不影響道路正常通行的前提下，能夠在高架上運(yùn)行，減少對(duì)地面和高架的占用，為城市軌道交通線路的建設(shè)提供便利條件。低地板輕軌車(chē)輛具有較大轉(zhuǎn)彎半徑和較小曲線通過(guò)能力，能實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)出隧道、跨越深溝、跨越橋梁和立交橋，為城市軌道交通線路建設(shè)提供便利條件。同時(shí)，低地板輕軌車(chē)輛由于轉(zhuǎn)彎半徑小，減少對(duì)地面的占用，從而降低城市軌道交通線路對(duì)地面的影響，建設(shè)在城市中心城區(qū)附近是非常適合的[3]。

2.3 低地板輕軌車(chē)輛具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

低地板輕軌車(chē)輛與其他地鐵車(chē)輛相比，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

一是車(chē)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，安全性好。車(chē)體主要結(jié)構(gòu)采用復(fù)合材料，車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，車(chē)體結(jié)構(gòu)剛度大，抗疲勞性能強(qiáng)，而且車(chē)體制造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率較高，可減少制造成本。

二是轉(zhuǎn)向架采用獨(dú)立傳動(dòng)系統(tǒng)，穩(wěn)定性好。獨(dú)立傳動(dòng)系統(tǒng)能夠保證車(chē)輛在直線和曲線上運(yùn)行的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，且轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、抗側(cè)傾能力強(qiáng)。

三是牽引系統(tǒng)采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，牽引電機(jī)功率大、功率因數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染。

四是制動(dòng)性能優(yōu)越。采用獨(dú)立的電制動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合的方式，可大大提高車(chē)輛的制動(dòng)能力。

五是低地板輕軌車(chē)輛采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式及獨(dú)立輪對(duì)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)功率在一節(jié)車(chē)廂內(nèi)獨(dú)立使用。因此，低地板輕軌車(chē)輛可以滿足大運(yùn)量、小間距軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)需求。

3 低地板輕軌車(chē)輛的主要技術(shù)要求

3.1 地板高度

地板高度是低地板輕軌車(chē)輛的主要技術(shù)要求。地板高度應(yīng)該盡可能低，以方便乘客進(jìn)出車(chē)輛。對(duì)于輕軌車(chē)輛來(lái)說(shuō)，地板高度應(yīng)該考慮乘客的身高和輪椅的高度等因素。在通常情況下，地板高度應(yīng)該低于乘客的膝蓋，以便乘客可以輕松地從地面進(jìn)出車(chē)輛。

3.2 通道寬度

通道寬度是低地板輕軌車(chē)輛的另一個(gè)主要技術(shù)要求。通道寬度應(yīng)該大于等于80cm，以便乘客可以輕松通過(guò)。通道寬度還應(yīng)該考慮乘客攜帶的行李和其他物品的寬度。如果通道寬度過(guò)小，可能限制乘客的移動(dòng)速度，增加交通擁堵的情況。

3.3 座椅布置

在通常情況下，座椅應(yīng)該盡量靠近車(chē)廂兩端，以便乘客可以更容易地進(jìn)入和離開(kāi)車(chē)輛。同時(shí)，座椅設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮乘客的數(shù)量和身高。如果座椅過(guò)于靠近車(chē)廂中央，可能影響乘客的進(jìn)出車(chē)輛，同時(shí)也會(huì)增加車(chē)輛的能耗。

3.4 轉(zhuǎn)彎半徑

低地板輕軌車(chē)輛在行駛過(guò)程中需要轉(zhuǎn)彎，因此轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)該盡可能小，避免車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)失控或者超出軌道范圍。轉(zhuǎn)彎半徑的大小還與車(chē)輛的懸掛系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)，需要綜合考慮。

3.5 制動(dòng)性能

低地板輕軌車(chē)輛的制動(dòng)性能是保證列車(chē)安全運(yùn)行的重要因素之一。列車(chē)應(yīng)具有初速度高、制動(dòng)距離短、制動(dòng)平穩(wěn)、對(duì)軌道和車(chē)輪的磨耗小等特點(diǎn)，在城市軌道交通中，由于列車(chē)運(yùn)行線路較短，乘客數(shù)量較多，因此要求列車(chē)的制動(dòng)性能更好，以保證列車(chē)的安全以及能夠準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。

3.6 安全性

低地板輕軌車(chē)輛的安全性也是乘客最關(guān)心的問(wèn)題之一。低地板輕軌車(chē)輛的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有良好的安全性能，能夠承受各種碰撞和故障等情況；低地板輕軌車(chē)輛的電氣系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的安全性能，防止電擊、火災(zāi)等事故發(fā)生；低地板輕軌車(chē)輛的信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的安全性能，能夠防止列車(chē)出軌、誤操作等情況發(fā)生；低地板輕軌車(chē)輛應(yīng)該配備必要的安全設(shè)備，如安全帶、安全門(mén)等，以確保乘客安全。

3.7 可靠性

低地板輕軌車(chē)輛應(yīng)該具備高可靠性，能夠在城市繁忙的交通環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。車(chē)輛應(yīng)該能夠承受各種復(fù)雜的交通環(huán)境，如交通擁堵、急剎車(chē)等；低地板輕軌車(chē)輛的可靠性也應(yīng)該考慮車(chē)輛的維護(hù)成本和維護(hù)周期等。

4 低地板輕軌車(chē)輛的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

低地板輕軌車(chē)輛是一種適合中運(yùn)量、大運(yùn)量的軌道運(yùn)輸方式，具有運(yùn)載能力大、運(yùn)行速度高、能耗低等特點(diǎn)，能很好地適應(yīng)現(xiàn)代城市交通的發(fā)展。近年來(lái)，全球許多國(guó)家都在大力發(fā)展低地板輕軌車(chē)輛。在我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略的背景下，如何發(fā)揮低運(yùn)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提高公共交通服務(wù)品質(zhì)、緩解地面交通擁堵、建設(shè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的低運(yùn)能系統(tǒng)，是行業(yè)應(yīng)思考的緊迫問(wèn)題。

4.1 低地板輕軌車(chē)輛將成為未來(lái)城市軌道交通的主力車(chē)型

低地板輕軌車(chē)輛以低成本、高效率、大運(yùn)量的特點(diǎn)，能夠解決城市交通擁堵問(wèn)題，低地板輕軌車(chē)輛與地鐵相比更加靈活，可以適應(yīng)不同的交通環(huán)境和地形。地鐵需要隧道和橋梁等設(shè)施，更加依賴(lài)于地形和道路條件；低地板輕軌車(chē)輛的建造成本通常比地鐵車(chē)輛低，且在運(yùn)輸乘客方面更高效。低地板輕軌車(chē)輛通常比地鐵車(chē)輛更靈活，可以運(yùn)輸大量乘客；低地板輕軌車(chē)輛的建設(shè)成本相對(duì)較低，使用有軌電車(chē)的技術(shù)和設(shè)備，不需要像地鐵那樣建設(shè)地下隧道或像高速路那樣建設(shè)路面道路；低地板輕軌車(chē)輛的軌道高度比地鐵低，減少了投入。低地板輕軌車(chē)輛能夠適應(yīng)不同類(lèi)型的地形和地貌，如山區(qū)、平原和水域等，使低地板輕軌車(chē)輛在建設(shè)過(guò)程中可以更好地適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。長(zhǎng)春是使用低地板輕軌最早的城市，該車(chē)具有節(jié)約成本、節(jié)約能源和方便乘客等方面的顯著優(yōu)點(diǎn)，是名副其實(shí)的“綠色”交通工具。因此，有望在我國(guó)新興城市、大城市支線以及中小城市得到廣泛推廣，具有很大的發(fā)展空間和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，未來(lái)批量生產(chǎn)的空間很大。低地板輕軌車(chē)輛可以更好地適應(yīng)這些地區(qū)的交通需求，并提供更加便捷、高效的出行方式。隨著城市人口不斷增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程不斷加快，未來(lái)城市軌道交通的需求量將持續(xù)增長(zhǎng)，低地板輕軌車(chē)輛也將越來(lái)越受到人們的關(guān)注和青睞，成為城市軌道交通中最重要的車(chē)型之一。

4.2 低地板輕軌車(chē)輛將逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化

目前，我國(guó)低地板輕軌車(chē)輛的大部分核心技術(shù)還掌握在國(guó)外企業(yè)的手中，我國(guó)低地板輕軌車(chē)輛產(chǎn)業(yè)要想快速發(fā)展，就必須實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主可控，實(shí)現(xiàn)低地板輕軌車(chē)輛國(guó)產(chǎn)化。中國(guó)中車(chē)股份有限公司從1999 年開(kāi)始與北京交通大學(xué)、清華大學(xué)、西南交通大學(xué)等合作開(kāi)發(fā)城市軌道交通車(chē)輛技術(shù)，先后成功研制城市軌道車(chē)輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)系統(tǒng)以及車(chē)體等關(guān)鍵設(shè)備，為我國(guó)城市軌道交通車(chē)輛核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化奠定良好的基礎(chǔ)。

4.3 城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)低地板輕軌車(chē)輛技術(shù)不斷進(jìn)步

近年來(lái)，隨著中國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，城市軌道交通得到快速發(fā)展，形成一大批規(guī)模較大的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)《中國(guó)城市軌道交通統(tǒng)計(jì)年鑒2022》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2022 年12月，國(guó)內(nèi)共有62 個(gè)城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)軌道交通線路，運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)到4773.7km，其中地鐵1456.4km，城軌交通2684.2km。

4.4 低地板輕軌車(chē)輛將進(jìn)一步拓展市場(chǎng)，滿足更多城市需求

隨著人們對(duì)交通系統(tǒng)的要求不斷提高，為低地板輕軌車(chē)輛的發(fā)展創(chuàng)造了良好的市場(chǎng)環(huán)境。低地板輕軌車(chē)輛作為一種新型綠色環(huán)?？瓦\(yùn)工具，越來(lái)越多地被應(yīng)用到城市公共交通中。特別是近年來(lái)，國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速，尤其是在北京、上海、廣州等一線城市，低地板輕軌車(chē)輛更是得到快速發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，輕軌車(chē)輛因其獨(dú)有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在城市軌道交通中發(fā)揮著不可替代的作用，尤其是低地板輕軌車(chē)輛，由于高度較低，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，在城市軌道交通中更具有適應(yīng)性和靈活性。輕軌車(chē)輛技術(shù)也將隨著城市發(fā)展而不斷地發(fā)展和更新。目前，國(guó)內(nèi)采用低地板輕軌車(chē)輛的城市有重慶、武漢、天津、北京、廣州等地。未來(lái)隨著低地板輕軌車(chē)輛在國(guó)內(nèi)的不斷應(yīng)用和推廣，相信會(huì)有更多的城市選擇低地板輕軌車(chē)輛作為軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，并為國(guó)內(nèi)軌道交通行業(yè)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。