淺談城市軌道車輛的研究與發(fā)展

蔣潔等

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，車輛驟增造成的交通擁堵、環(huán)境污染成為許多城市管理者不得不面對(duì)的重大難題，發(fā)展城市軌道交通解決上述問(wèn)題成為了當(dāng)前炙手可熱的話題。文章主要介紹了應(yīng)用在城市軌道交通上的地鐵、低地板、空軌及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：地鐵；低地板；輕軌車；空軌；電磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：U270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）29-0096-03

1 概述

隨著中國(guó)城市化、信息化、新型工業(yè)化發(fā)展的加快，車輛驟增造成的交通擁堵、環(huán)境污染等問(wèn)題令政府職能部門頭痛不已。綜合調(diào)查顯示，解決當(dāng)前城市交通擁堵問(wèn)題及減少汽車尾氣排放的最佳方案是大力發(fā)展建設(shè)地鐵、輕軌、懸軌等城市軌道交通設(shè)施，上述交通工具具有運(yùn)量大、占地少且節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前我國(guó)正處于城市軌道交通高速發(fā)展的黃金時(shí)期，據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)目前有20多個(gè)城市的軌道交通項(xiàng)目正在修建或已得到國(guó)家發(fā)改委的批準(zhǔn)，此外，另有20多個(gè)城市的軌道交通項(xiàng)目正在籌建過(guò)程中，計(jì)劃投資將達(dá)4萬(wàn)億元。與此相對(duì)應(yīng)的如何發(fā)展適應(yīng)目前我們國(guó)情的軌道車輛成為當(dāng)前的首要問(wèn)題。

2 城軌車輛在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用

2.1 地鐵

世界上第一條地下鐵道是于1863年在倫敦建成的，軌道交通系統(tǒng)發(fā)展至今在各國(guó)的主要大城市的建設(shè)已比較成熟。相比較而言，我國(guó)建設(shè)軌道交通的進(jìn)程比較晚且速度緩慢，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始至20世紀(jì)90年代只建成了北京2條線路（54.2km）和天津僅有的1條線（7.4km），真正步入快速發(fā)展的是從20世紀(jì)90年代以上海和廣州地鐵興建開(kāi)始的。進(jìn)入21世紀(jì)后，在國(guó)家政策的正確引導(dǎo)下，城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入了快速、穩(wěn)定、有序的發(fā)展階段。

當(dāng)前，我國(guó)正進(jìn)入城市軌道交通建設(shè)的大好時(shí)期，2013第五屆北京國(guó)際城市軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)及裝備展覽會(huì)上發(fā)布消息，目前，中國(guó)內(nèi)地已有北京、上海、天津、重慶等16個(gè)城市累計(jì)開(kāi)通64條城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路，總運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到1980km，運(yùn)營(yíng)車站1291座。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年，有30個(gè)城市在建設(shè)軌道交通線路，已批準(zhǔn)建設(shè)規(guī)劃的城市35個(gè)，規(guī)劃里程近6000km，投資規(guī)模有望達(dá)到13000億元左右。這意味著中國(guó)城市軌道領(lǐng)域的相關(guān)裝備企業(yè)步入發(fā)展的黃金時(shí)期。

目前大部分城市新建或已建項(xiàng)目大多采用地鐵車輛，該類型車輛各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，應(yīng)用比較穩(wěn)定，且載客量大。地鐵車輛類型一般分為A型和B型，技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表1。

2.2 低地板輕軌車

低地板輕軌車是現(xiàn)代城市交通的新型交通裝備，所謂低地板是指車輛地板面距軌道面低于40cm。低地板車輛按照低地板面積占客室面積的百分比分為部分低地板、70%低地板和100%低地板，其中技術(shù)難度最大的就是100%低地板輕軌車。早在2003年唐車公司已為長(zhǎng)春輕軌成功研發(fā)國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的70%輕軌車，該車運(yùn)營(yíng)至今狀況良好，實(shí)踐證明該車綠色、環(huán)保、安全、可靠。在此基礎(chǔ)上，公司繼續(xù)自主開(kāi)發(fā)研制了100%低地板輕軌車，該車采用輕量化鋁合金車體，車輛最高運(yùn)行時(shí)速為70km/h，噪音低于普通汽車和公交車；車內(nèi)地板面僅高出軌面35cm，乘客上下車無(wú)需站臺(tái)，極大地方便了老人、兒童和殘障乘客的通行；同時(shí)車輛轉(zhuǎn)彎半徑較小，可通過(guò)坡度達(dá)70‰坡道，可平穩(wěn)舒適地在城區(qū)狹小地帶暢通行駛，兼具節(jié)能、環(huán)保和方便乘客等優(yōu)點(diǎn)；列車行進(jìn)動(dòng)力來(lái)自軌道上空專門架設(shè)的接觸網(wǎng)，通過(guò)智能動(dòng)力管理系統(tǒng)與再生制動(dòng)相結(jié)合，大大提高了能源的利用效率，踐行綠色、智能的交通理念，真正實(shí)現(xiàn)零排放，為現(xiàn)代城市軌道交通提供了全新的選擇。

2.3 空軌

空中軌道列車屬于城市快捷公交，是介于常規(guī)公交和軌交之間的一種中運(yùn)能客運(yùn)方式，其工作原理與地鐵、輕軌相似，但在設(shè)計(jì)理念上與地鐵相反，地鐵是大部分在地下運(yùn)行，而空軌列車則由鋼鐵和水泥柱支撐的軌道吊在半空中行駛，該車采用懸掛式動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和車廂。空軌線路運(yùn)營(yíng)主要由軌道建設(shè)、運(yùn)行車輛、動(dòng)力裝置及控制中心四部分組成。列車為無(wú)人駕駛，由電腦智能控制，可監(jiān)測(cè)控制車輛在任意時(shí)刻的狀態(tài)與位置，該車運(yùn)營(yíng)具有全天候性能的優(yōu)點(diǎn)，能正常運(yùn)行于冰雪、大霧和暴雨等情況下。此外，由于“空軌”采用電力驅(qū)動(dòng)，故不排放有害氣體，做到環(huán)保低碳無(wú)污染，同時(shí)列車在行駛過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生噪音，對(duì)居民生活干擾較小。

據(jù)專家介紹空中列車懸掛式的單軌交通模式，每公里造價(jià)前期為1.5億，與建設(shè)地鐵造價(jià)相比減少近7億元。實(shí)施國(guó)產(chǎn)化后，成本可以進(jìn)一步降到5000萬(wàn)/km，低于高速公路建設(shè)?！翱哲墶币缘罔F造價(jià)的1/5，將地下交通移至空中，具有占地少，無(wú)動(dòng)遷、建設(shè)周期短，并隨著城市發(fā)展可移動(dòng)變線等優(yōu)點(diǎn)。

3 國(guó)外研究現(xiàn)狀

電磁反應(yīng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原理利用電力電子變壓器的技術(shù)特點(diǎn)，將750V或1500V直流電逆變?yōu)楦哳l交流電，利用分離式變壓器，將其次邊安裝在車輛底部，原邊布置到軌道上，通過(guò)電磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)動(dòng)。該技術(shù)的應(yīng)用需在軌道之間填埋電纜形成初級(jí)電路，連接到一個(gè)分站上，產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)又通過(guò)安裝在車下的線圈生成電流（見(jiàn)圖1）。電纜可以鋪設(shè)在任何表面上，包括水泥、碎石瀝青，也可以安裝到現(xiàn)有的道床上。相關(guān)零件在軌道表面是看不見(jiàn)的，所以可不受各種氣候的影響，當(dāng)電纜被車輛覆蓋時(shí)，電能激活，車輛離開(kāi)后，電能斷開(kāi)，確保安全運(yùn)行。因沒(méi)有與零件的直接接觸，故不會(huì)產(chǎn)生磨損。

德國(guó)龐巴迪利用該技術(shù)研究的PRIMOVE感應(yīng)系統(tǒng)受流的有軌電車在1月22日在Bautzen工廠正式亮相。相比阿爾斯通APS地面受流供給系統(tǒng)，PRIMOVE取消了接觸網(wǎng)的應(yīng)用。電功是通過(guò)感應(yīng)的方式傳導(dǎo)給車輛的。該原理在工業(yè)領(lǐng)域和家用電器包括電動(dòng)牙刷里有過(guò)廣泛的應(yīng)用，但在有軌電車領(lǐng)域是首次應(yīng)用。

4 未來(lái)發(fā)展

4.1 為行駛車輛充電技術(shù)

加拿大鐵路制造商龐巴迪公司正在研究一種無(wú)線充電技術(shù)，可讓使用相同的基礎(chǔ)設(shè)施為不同的電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中為它們的電池進(jìn)行充電，無(wú)線充電墊位于路面下方，在理論上可以讓電動(dòng)汽車、卡車、公共汽車和電車在上面行駛，而且不需要停車就可以充電。大部分的無(wú)線充電技術(shù)設(shè)計(jì)主要用于充電站充電，但龐巴迪公司的研究重點(diǎn)是如何為行駛的電動(dòng)車輛充電，它們大小不同，而且特別是公共交通，都有常規(guī)行駛路線和停車模式。電力傳輸來(lái)自埋著的充電點(diǎn)，到達(dá)車輛底部相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備，使用的是磁感應(yīng)技術(shù)。車輛駛過(guò)充電器上方，發(fā)出無(wú)線電信號(hào)，以確認(rèn)自身，并證明它被授權(quán)使用充電站。

4.2 陸地空客

解決交通擁堵問(wèn)題，向下發(fā)展是地鐵，向上發(fā)展是空軌，這兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟，那么接下來(lái)可以考慮一下地面交通的另一種方式—陸地空客。該項(xiàng)技術(shù)建立在將機(jī)動(dòng)車道、自行車道、人行道進(jìn)行人車分流，候車站臺(tái)采用同時(shí)具有過(guò)街天橋及候車功能的天橋式候車站，該車設(shè)計(jì)為天窗式上、下車門，車輛體積較大，車廂距地面較高，行駛過(guò)程中允許小型車輛從其車下經(jīng)過(guò)，采用太陽(yáng)能不間斷向行駛中的陸地空客進(jìn)行充電。車輛行駛過(guò)程中利用紅綠燈在交叉路口確保其“先行”問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的加快，為緩解交通擁堵，提升人民群眾生活品質(zhì)，對(duì)城市公共交通提出了新的要求，未來(lái)城市交通需要具有集約高效、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，地鐵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展應(yīng)用相對(duì)成熟，低地板車正在推廣中，城市軌道交通的未來(lái)發(fā)展慢慢轉(zhuǎn)向地下地鐵、地面有軌電車、空中空軌列車的立體化交通模式，在節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上同時(shí)兼具提升城市景觀的功能。

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[4] www.bombaridier.com.

作者簡(jiǎn)介：蔣潔（1983—），女，河北廊坊人，唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品技術(shù)研究中心系統(tǒng)技術(shù)部助理工程師，工學(xué)碩士，研究方向：軌道車輛關(guān)鍵技術(shù)；侯紅學(xué)，男，河北邢臺(tái)人，唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品技術(shù)研究中心系統(tǒng)技術(shù)部工程師；孫海榮（1981—），女，河北蔚縣人，唐山軌道客車有限責(zé)任公司工程師，碩士，研究方向：軌道車輛電氣系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)；裴春興，男，河北唐山人，唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品技術(shù)研究中心系統(tǒng)技術(shù)部工程師。