關于云巴的幾個線路參數探討

王 楚 驕

(中國鐵路設計集團有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

云巴是由比亞迪汽車工業公司自主研發的、具有完整知識產權的一款新產品。根據中國城市軌道交通協會發布的《比亞迪城軌交通系統的調研考察報告》，比亞迪云巴系統運量為0.6萬人/h～1萬人/h，是小運量膠輪有軌電車系統，是現代有軌電車的一種新系統，適用于三四線城市的骨干線和一、二線城市的輔助線、加密線、區域循環線。云巴系統具備轉彎半徑小、爬坡能力強、建設周期短、工程投資小、結構體量輕盈等優點，發展及應用前景廣闊。目前全國范圍內已有重慶、深圳、天津、安徽、西安等地在建或規劃有云巴線路。

線路技術參數的選用直接關系到系統運行能力、車輛運行的平穩性以及旅客乘坐的舒適性，主要包括平曲線半徑、豎曲線半徑、最小夾直線長、坡度、最小坡段長度、配線設置等。云巴與鋼輪鋼軌制式、跨坐式單軌制式、公交系統均有相似之處，但又存在較大差異。本文結合線路技術參數的考慮因素，對云巴系統的特點進行介紹及探討。

1 云巴系統簡介

云巴是小運量軌道交通系統(如圖1所示)。云巴的輪軌系統為導向橡膠輪胎內嵌于U型梁(如圖2所示)，供電系統為車載蓄電池組，電池為磷酸鐵鋰電池，道岔為SAS型道岔，區間疏散方式為端門疏散，一般情況采用高架敷設方式。根據廣東省住建廳頒布的DBJ/T 15—172—2019膠輪有軌電車交通系統設計規范(以下簡稱《廣東省標準》)，相關參數如表1所示。

表1 云巴車輛主要技術參數表

2 最小轉彎半徑分析

車輛的最小轉彎半徑與轉向架的構造密切相關。地鐵車輛的轉向架為雙軸轉向架，車輛轉彎時，根據幾何關系轉向架上至少有一個輪子不緊貼軌道，當縫隙過大時存在脫軌的可能。因此，雙軸轉向架車輛最小轉彎半徑的選取需保證列車的運行安全，計算相對較為復雜。

云巴的轉向架為單軸轉向架，其結構如圖2所示。在曲線上運行時，云巴車輛未被平衡的橫向力的反力是通過走行輪與軌道梁踏面之間的摩擦力來提供，這種橫向力與汽車的橫向力產生原理是一致的。內嵌于軌道梁內的導向輪功能單一，僅僅起到車輛導向的作用，不對車輛的行駛及穩定提供作用力，故在最小轉彎半徑的選取時不需要考慮導向輪這個因素。因此云巴在構造條件下的最小轉彎半徑的計算方法與汽車一致。

云巴在曲線上的運行狀態如圖3所示，根據幾何關系可知：

(1)

其中，Rmin為最小轉彎半徑，m；L為車輛軸距，m；θ為轉向架最大轉角，(°)。

3 超高順坡率控制值分析

鋼輪鋼軌制式的車輛在緩和曲線上運行時，因超高處于變化地段，列車轉向架上的外側輪胎緊貼軌面，內側有一個鋼輪與軌面接觸，另外一個鋼輪與軌面脫離，當脫離高度超過車輛輪緣的高度時可能引發列車脫軌。因此，在超高設置時需考慮超高順坡率這一因素。云巴車輛是橡膠輪胎，與鋼輪鋼軌存在本質的區別，不需要考慮因輪胎脫離軌面而引發脫軌的情況。但云巴車輛存在防傾覆系統，因此在超高設置時也需要考慮超高順坡率這一因素。

云巴車輛防傾覆系統由防傾覆擋板與防傾覆桿組成，防傾覆擋板位于軌道梁上，防傾覆桿位于車體的轉向架上(如圖4所示)。在極端特殊工況下，防傾覆擋板將防傾覆桿卡住，從而達到阻止列車傾倒的作用。在正常工況下，列車的防傾覆桿與防傾覆擋板不接觸，避免損壞軌道梁及車輛擋桿。

當云巴車輛在緩和曲線上運行時，假定車輛無彈性、軌道無彈性、軌道施工無誤差，則列車轉向架上內側的一個輪胎與軌面脫離的高度為:

H=i×D

(2)

其中，i為超高順坡率；D為軸距。

當H大于防傾覆擋桿與擋板之間的空隙值Hmin時，列車防傾覆擋桿與防傾覆擋板相接觸，將造成列車部件或軌道梁損壞，故最大超高順坡率允許值i

4 最小夾直線長度分析

GB 50157—2013地鐵設計規范，一般情況下夾直線最小長度的考慮因素為車輛在前一個曲線產生的振動衰減后再進入第二個曲線，不致兩個曲線的振動疊加。該振動產生的主要原因是車輛鋼輪在緩直點與鋼軌產生沖擊。困難情況下主要從安全運行的角度考慮，即車輛在曲線上運行時不跨越3種線型。

GB 50458—2008跨坐式單軌設計規范中沒有一般情況與困難情況的區分，主要從制梁工藝的難度方面考慮，同時也是參照《地鐵設計規范》中B型車取20 m，其圓曲線最小曲線半徑的取值與夾直線考慮的因素一致。

CJJ 37—2012城市道路工程設計規范中沒有關于夾直線最小長度的規定,只規定了圓曲線的最小長度。其考慮的因素為避免駕駛員在平曲線上行駛時頻繁操縱方向盤引發行駛危險及避免密集的離心加速度變化引起的不舒適感。其長度規定為車輛行駛3 s的距離(即L=3×V/3.6=0.833V)。

首先，云巴車輛在曲線上行駛時，不存在因司機頻繁操作方向盤引發交通事故的問題，故不考慮安全駕駛的問題。其次，云巴的軌道梁制作精度高，工藝水平滿足一片梁跨越三種線型的條件。再次，云巴車輛在進入緩和曲線時不會像地鐵那樣出現鋼輪的輪緣會與鋼軌產生碰撞的現象，故云巴系統最小夾直線長度的選擇，不需要考慮《地鐵設計規范》中的旅客舒適度。綜上分析，最小夾直線長度的選擇僅需考慮行車安全性，即車輛在曲線上運行時不跨越3種線型。

5 故障車停車線、渡線布置分析

根據GB 50157—2013地鐵設計規范，停車線的設置密度與運營靈活性、方便性密切相關，同時也涉及工程規模與造價，因此需找到運行方便性與工程造價之間的平衡點。由上可知，設置間距主要考慮故障情況下的運營組織靈活性、工程造價。

運營組織靈活性是一個定性的標準，《地鐵設計規范》給出了一個相對定量的指標：列車按25 km/h～30 km/h的運行速度計，走行時間不大于20 min為控制目標，最終預計一列故障車處理總時間控制在30 min以內。根據廣州地鐵頒布的《行車事故管理規則》，一般事故的定義為:因設備故障或其他原因中斷正線( 上下行正線之一) 行車30 min及以上。從這個角度來看，《地鐵設計規范》規定的停車線間距要求可視為盡可能避免故障情況下出現一般事故。

不同制式的交通對一般事故的定義存在較大區別，地鐵作為大運量的軌道交通系統，高峰客流斷面達3萬人/h～5萬人/h，運行中斷對城市交通造成的沖擊及列車延誤所產生的社會經濟效益影響較大，一般事故的標準相對較高。公交車等小運量交通，即便某一線路改線、區間中斷運行甚至臨時取消對城市交通產生的影響也會相對較為輕微，因此一般事故的標準會相對降低。比亞迪云巴制式屬于小運量的城市軌道交通，高峰斷面客流在1萬人/h以下，中斷運營對城市交通及社會所產生的影響是存在的，但相較于大運量的軌道交通來講要輕微許多。

地鐵客車故障救援與云巴制式存在較大區別，但對救援時間的定義一致。救援時間=列車連掛時間+推送時間+進、出故障車停車線時間。結合地鐵運營的經驗，車輛連掛的時間近年來逐漸減小，現基本可在5 min～6 min完成連掛，列車出入停車線的時間在2 min～3 min可完成。故一般情況下，推送時間不大于20 min可保證完成故障救援的時間小于30 min。

根據比亞迪汽車工業公司提供的資料，云巴的故障救援主要流程如下：

步驟1：車輛在區間突發故障,緊急停車；

步驟2：控制中心收到故障信號，派出救援車；

步驟3：救援車迅速抵達現場；

步驟4：救援人員打開端門，放置逃生梯，進入疏散通道，連掛車鉤裝置；

步驟5：救援車將故障車牽引至鄰近車站，疏散清客；

步驟6：故障車被牽引至車輛基地檢修。

從上述步驟來看，救援模式尚不成熟。車輛連掛通過救援人員手動操作完成，與汽車的救援類似。救援所采用的車鉤不具備導電、導氣等功能。車鉤重約30 kg，救援人員需打開車輛端門→放下逃生梯→進入疏散通道→連接車鉤裝置，上述步驟對人員的操作技術的熟練程度、體力有較大的依賴性，連掛時間難以控制。據比亞迪汽車工業公司提供的試驗數據，救援時由2名年輕、熟練工人完成車輛連掛所需的時間在6 min以內。在將故障車輛推入待避線后，仍需按上述操作進行人工解鉤。因缺少實際運營數據，具體的救援時間不好確定。可以肯定的是，云巴制式的故障救援不夠智能，時間比地鐵的救援時間要長。

綜合上述分析，以大運量的交通系統標準來套用云巴制式顯然是不合適的。

從故障頻率來看，云巴(膠輪有軌電車)系統是一種新型的小運量軌道交通系統，暫無市政運營經驗，系統成熟度不高?？梢灶A見的是在第一條市政運營線(坪山云巴1號線)正式開通運營后1年～2年時間內，系統內各設備發生故障的頻率會比較高。再經過5年～10年的發展，產品將會不斷更新換代，系統會逐漸趨于完善，故障頻率不斷降低，對故障車停車線的需求也將不斷減少。

目前，云巴制式處于研發、推廣期，過密的停車線及渡線設置將會導致工程造價增加，不利于該系統制式的推廣。同時，云巴系統一般采用高架敷設方式，道岔采用的是SAS型機械道岔，需架設于道岔平臺上。道岔平臺體量大，景觀差。因此，設置故障車停車線及渡線的車站對景觀影響較大。

根據《廣東省標準》，云巴配線設置的要求如下：每5個～6個車站、5 km設置一個渡線，每10 km設置一組故障車停車線。結合云巴系統在城市交通中的重要性、云巴的救援模式、故障頻率、工程造價、景觀影響等方面的因素來看，故障車停車線及渡線的設置密度小于地鐵是較為適宜的，利于初期云巴系統的推廣。待云巴系統產品趨于成熟并積累一定的運營經驗后，可結合實際工程情況，適當調整設置停車線及渡線的間距。

6 結語

本文在參考其他軌道交通成熟計算理論的基礎上結合云巴的特點對幾個常用線路設計參數進行了分析，得出的主要結論如下：

1)云巴在構造條件下的最小轉彎半徑的計算方法與汽車一致。

2)受防傾覆系統的影響，云巴在超高設計時不能完全忽略超高順坡率。

3)云巴線路設計時，最小夾直線長度僅需考慮車輛在曲線上運行時不跨越3種線型即可。

4)云巴系統的故障車停車線及渡線的設置密度小于地鐵是適宜的。