市域快速軌道交通車輛選型分析

2021-06-29 06:17:40張曉江寇瑋琛

城市軌道交通研究 2021年6期

莊哲張曉江寇瑋琛

(中國鐵路設計集團有限公司機械動力與環境工程設計研究院，300308，天津 ∥ 工程師)

在軌道交通線網規劃階段，車輛選型將對線路工程的建設成本、施工難度、線網拓展的可操作性等產生深遠影響。本文將從車輛選型、車輛編組、最高運行速度、供電制式、受流方式、車輛定員及車輛成本等方面，結合市域快速軌道交通(簡為市域快軌)的特點，對其車輛選型展開分析。

1 典型市域快軌線路的車輛制式及其適用性分析

1.1 車輛制式

典型市域快軌線路的車輛制式[1-6]，如表1所示。

表1 典型市域快軌線路的車輛制式表

1.2 車輛適用性分析

1.2.1 市域快軌與其他軌道交通方式的典型特征對比

市域快軌主要建設在與中心城經濟、人口交流緊密的地區，以及與組團城市聯系密切的各城鎮地區，并不完全受行政區劃的限制。市域快軌主要以上述地區間1 h交通為基本目標。

市域快軌通常與城際鐵路以及以地鐵為代表的城市軌道交通共同構成城市軌道交通骨架，其客流強度一般介于城際鐵路與城市軌道交通之間；城際鐵路主要負責大型城市群內中心城市與周邊城市的便捷交通功能；城市軌道交通系統主要負責城區內部骨干客流交通功能。三者功能相互補充，其典型特征對比見表 2[8]。目前，適用于國內大運量城市軌道交通系統的車型為 A 型車、B 型車及城際動車組，其技術參數如表 3 所示[9-10]。

表2 市域快軌與其他軌道交通方式的典型特征對比表

表3 A型車、B型車及城際動車組的技術參數表

1.2.2 地鐵車輛的適用性

地鐵 A 型、B 型車雖運輸能力可滿足市域快軌的要求，但最高運行速度均在120 km/h以下，僅適用于站間距為3 km以內的線路，并不滿足市域快軌線路的站間距要求。

1.2.3 城際鐵路車輛的適用性

CRH6 型動車組是我國城際鐵路車輛的代表車型。雖 CRH6 型動車組運量及最高運行速度滿足市域快軌的要求，但其牽引、制動性能較市域快軌車輛要求存在差距，CRH6 型動車組車體尺寸較大，接觸網安裝高度較高，從而帶來的土建投資亦較高，而且鐵路系統制式與既有城市軌道交通的互聯互通性較差，不利于開展運營維護一體化協同工作。

因此，直接選用地鐵 A型、B型車或 CRH6 型動車組均不能完全滿足現有條件下的市域快軌線路要求。

2 市域快軌車輛選型分析

2.1 車型選擇

目前，我國市域快軌車輛分為市域B型、市域A型、市域D型等3種型式。典型市域快軌車輛的主要技術參數如表4所示[1]。

表4 典型市域快軌車輛的主要技術參數表

市域快軌車輛車型選擇通常受遠期高峰小時最大斷面客流影響。當高峰小時最大斷面客流超過3萬人次時，必須選擇A型車。按照6A編組和最小發車間隔2 min測算，線路高峰小時最大斷面客流可達3.6萬人次。當高峰小時最大斷面客流低于3萬人次時，可選擇B型車。按照6B編組和最小發車間隔2 min測算，線路高峰小時最大斷面客流可達2.8萬人次。

2.2 車輛編組選擇

根據客流情況，市域快軌車輛可靈活選擇相應編組。如上海軌道交通16號線最少時采用3輛編組A型車，青島地鐵13號線采用4輛編組B型車，北京地鐵新機場線采用7輛客車外加1輛行李車的8輛編組D型車。需注意，車輛編組及車型選擇需滿足車輛牽引制動需求，特別是如果采用AC 25 kV供電制式，車輛需增設變壓及整流設備，若車輛編組較短，設備艙空間緊張，這會給車輛設備布置及軸重控制帶來極大挑戰。

2.3 最高運行速度選擇

市域快軌的功能定位使得其運營速度要求較地鐵車輛高，然而較高的運營速度也將帶來車輛設計的困難、車輛成本的上升、運營能耗的增加及環境噪聲的升高。因此，在制定最高運行速度時，應將其與旅行時間及站間距等要求進行綜合考量。其中，最高運行速度與站間距的關系目前并未有相關標準明確定義，通常需考慮在標準規定的車輛加減速特性下，即平均加速度取0.5～0.6 m/s2，最大常用制動減速度取1.0～1.2 m/s2，使列車在一半站間距范圍內保持最高運行速度即可。市域快軌最高運行速度與平均站間距間的關系，如表5所示。需注意，國內外部分線路的平均站間距小于3 km，這就需要結合實際情況進行具體分析。

表5 市域快軌最高運行速度與站間距關系參考表

2.4 供電制式選擇

市域快軌通常采用DC 1 500 V、AC 25 kV以及DC 1 500 V/AC 25 kV混合供電等3種供電制式。從車輛角度出發，這3種供電制式均可滿足最高運行速度160 km/h的要求，但DC 1 500 V和AC 25 kV供電制式各有優劣，兩者對比如表6所示[4]。

表6 DC 1 500 V與AC 25 kV供電制式優劣對比表

當車輛供電制式采用AC 25 kV或者DC 1 500 V/AC 25 kV后，車輛牽引傳動系統需增設主變壓器及整流器，因此，這將帶來車輛自重的增加，從而運營能耗亦會相應增加。市域快軌供電制式與運營能耗間的關系，如表7所示。

表7 市域快軌供電制式與運營能耗間的關系表

根據國內外供電制式的選擇經驗，當最高運行速度為120 km/h時，國內相關線路已有成熟的應用經驗，加之從運營維護角度出發，全線采用統一的供電制式有利于降低運行維護工作量，應優先選擇DC 1 500 V供電；當最高運行速度為140 km/h時，可選選擇DC 1 500 V/AC 25 kV供電制式；當最高運行速度為160 km/h時，直流制式車輛研發制造及直流牽引供電系統成本均大幅增加，加之國內尚無應用經驗，采用AC 25 kV供電制式更佳。

2.5 受流方式選擇

受流方式包括受流靴—接觸軌和受電弓—接觸網兩種方式，后者又可分為受電弓—剛性懸掛接觸網和受電弓—柔性懸掛接觸網。從車輛動力學角度出發，受流靴—接觸軌的靴軌跟隨性最差，不利于受流質量的提升；受電弓—剛性懸掛接觸網的弓網跟隨性適中，受流質量優于受流靴—接觸軌；受電弓—柔性懸掛接觸網的弓網跟隨性最好，受流質量最佳。不同受流方式對比如表8所示。由表8可知，3種受流方式下的車輛最高運行速度有所不同，僅受電弓—剛性接觸網的受流方式可以滿足最高運行速度160 km/h的要求。