《地鐵設計規范》中限制列車加減速度規定的合理性分析與探討

楊振虹 梁廣深

(1.中交鐵道設計研究總院有限公司，100088，北京；2.北京城建設計發展集團股份有限公司，100037，北京∥第一作者，高級工程師)

旅行速度是評價地鐵系統的重要指標之一。旅行速度高反映了地鐵系統的運量大、快速和高效率，能夠減少乘客出行時間，滿足日益增長的服務需求[2]。地鐵站間距離短，又要求運行速度快，為達此目的，就要求列車的起動加速度和制動減速度要大[3]。高的平均加速度表明列車具有良好的加速能力和較高的旅行速度(即較短的旅行時間)[4]。現在許多城市的軌道交通項目都選用加速度和減速度較大的4M2T編組列車，目的是為了提高列車的旅行速度。莫斯科地鐵是世界上運輸效率最高的地鐵，其高峰小時開行列車40～45對，最小行車間隔為80 s，憑借的就是列車加速度為1.0～1.1 m/s2、減速度為1.2～1.3 m/s2[5]，列車高速進站和高速出站，停站時間不超過20 s。

GB 50157—2013《地鐵設計規范》第3.3.6條規定：列車牽引計算正常情況下，計算起動加速度、制動減速度分別不宜大于最大加速度的90%和常用減速度的90%，且計算列車起動加速度和制動減速度均不宜大于0.9 m/s2。考慮列車牽引計算圖是編制列車運行圖的原始資料，是列車在軌道上運行軌跡的實際模擬圖，列車的許多運行參數(如列車的起動加速時間、起動加速度、起動加速距離，以及到達下一站的制動初速、制動時間、制動減速度、制動距離、區間運行時間和牽引耗電量等)可從牽引計算圖中查得[6]。而根據加減速度不大于0.9 m/s2，并按牽引計算圖編制的列車運行圖，則會降低列車旅行速度和服務水平，這與地鐵管理單位和廣大乘客的期望相悖，值得研究和商榷。

為了探討這一問題，筆者選擇重慶軌道交通5號線一段線路，采用B型車3M3T編組列車和4M2T編組列車，分別以100%牽引力和90%牽引力做列車牽引計算圖，并對結果進行了深入分析。

1 列車仿真牽引計算

1.1 線路概況

重慶軌道交通5號線一期大石壩站至跳磴站，線路運營長度為23.044 km，設車站16座。最大站間距離為2 534 m，為重慶西站—創業大道站；最小站間距離為853 m，為北濱路站—大石壩站；平均站間距離為1 536 m。該段線路地形條件比較復雜，正線最大坡度為34‰。本文研究的列車運行方向為跳蹬站至大石壩站。

1.2 車輛參數

B型車為我國地鐵采用最為普遍的車輛類型，因此本文研究分別采用B型車3M3T編組列車和4M2T編組列車進行相關計算，以使牽引計算結果具有較大參考價值。具體車輛參數如表1所示。

表1 本文研究采用的B型車3M3T編組與4M2T編組車輛參數

1.3 牽引計算結果

計算結果如表2和表3所示。

表2 B型車4M2T 編組(AW2工況)不同牽引力及制動力時的列車牽引計算結果

表3 B型車3M3T 編組(AW2工況)不同牽引力及制動力時的列車牽引計算結果

2 計算結果分析

2.1 列車加速度和減速度分析

2.1.1 B型車4M2T編制列車運行結果分析

由表2可見：4M2T編制列車以100%牽引力起動或以100%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.66,1.0]，其平均值為0.84 m/s2；進站制動減速度a2∈[0.94,1.08]，其平均值為1.02 m/s2。4M2T編制列車以90%牽引力起動或以90%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.57,0.93]，其平均值為0.75 m/s2；進站制動減速度a2∈[0.85,1.05]，其平均值為0.93 m/s2。

由分析可得出：4M2T編制列車以100%牽引力實際運行時的出站加速度，在15個區間中，只有4個區間因受出站大下坡影響而超過0.9 m/s2的要求；降低牽引力至90%后，在15個區間中，仍有1個區間因受出站大下坡影響超過0.9 m/s2的要求。反觀制動減速度，無論是以100%制動力還是以90%制動力進行制動，進站制動減速度幾乎均超過0.9 m/s2的要求。

2.1.2 B型車3M3T編制列車運行結果分析

由表3可見：3M3T編制列車以100%牽引力起動或以100%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.40,0.83]，其平均值為0.60 m/s2；進站制動減速度a2∈[0.65,0.97]，其平均值為0.86 m/s2。3M3T編制列車以90%牽引力起動或以90%制動力制動時，出站加速度a1∈[0.40,0.8]，其平均值為0.54 m/s2；進站制動減速度a2∈[0.64,0.84]，其平均值為0.78 m/s2。

由分析可得出：3M3T編制列車無論是以100%牽引力還是以90%牽引力進行起動，實際運行時的出站加速度，在15個區間中均沒有超過0.9 m/s2的要求。反觀制動減速度，列車進站時以100%制動力進行制動，在15個區間中，只有4個區間的進站制動減速度超過0.9 m/s2的要求；列車進站時以90%制動力進行制動，15個區間的進站制動減速度均未超過0.9 m/s2的要求。

2.2 列車旅行速度

由列車牽引計算圖和表3可知，列車以90%牽引力起動運行時(圖1中細線條)，因為起動電流減小，加速度減小，導致區間的運行時間延長。第一個區間延長4 s，第二個區間延長7 s。就全線而言，4M2T編制列車運行時間延長54 s，3M3T編制列車運行時間延長44.5 s。

圖1 B型車3M3T編組列車(AW2工況)以100%牽引力和90%牽引力運行時的牽引計算圖示例

本文研究的線路長度為23.044 km，設車站16座，列車起動目標速度為80 km/h，中間站停車30 s，以表2和表3中數據分析列車的旅行速度v旅如下：4M2T編制列車以100%牽引力加速運行時,v旅=42.91 km/h；4M2T編制列車以90%牽引力加速運行時,v旅=41.75 km/h；3M3T編制列車以100%牽引力加速運行時,v旅=40.83 km/h；3M3T編制列車以90%牽引力加速運行時，v旅=39.95 km/h。

2.3 列車牽引耗電量分析

由表2和表3中數據可知：4M2T編制列車以100%牽引力運行時的單程牽引耗電量為422 kWh，以90%牽引力運行時的單程牽引耗電量為411.99 kWh。即以90%牽引力運行時可減少牽引電能耗10.01 kWh，平均節能為0.43 kWh/km。3M3T編制列車以100%牽引力運行時的單程牽引耗電量為407.35 kWh，以90%牽引力運行時的牽引耗電量為396.23 kWh。即以90%牽引力運行時可減少牽引能耗11.12 kWh，平均節能為0.48 kWh/km。

3 幾點體會

3.1 限制列車加減速度違背城市軌道交通運營宗旨

國外城市軌道交通都把提高列車加減速度作為提高旅行速度和服務水平的手段，我國亦如此。相關軌道交通車型的技術條件中均對列車加減速度的下限值做出了明確規定。

GB/T 7928—2003《地鐵車輛通用技術條件》第6.12條規定：在平直干燥軌道上，列車從0～40 km/h,其加速度不低于0.83 m/s2，從0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2。第6.13條規定：在平直干燥軌道上，列車從最高運行速度到停車，常用制動平均減速度不低于1.0 m/s2，緊急制動平均減速度不低于1.2 m/s2[7]。

CJ/T 287—2008《跨座式單軌交通車輛通用技術條件》規定：列車平均加速度不宜低于0.83 m/s2，平均減速度不宜低于1.10～1.25 m/s2[8]。

CJ/T 375—2011《中低速磁懸浮交通車輛通用技術條件》規定：列車從0～35 km/h其加速度不低于0.9 m/s2，從0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2，平均減速度不低于1.1～1.3 m/s2[9]。

CJ/T 417—2012《低地板有軌電車車輛通用技術條件》規定：列車從0～40 km/h其加速度不應低于0.95 m/s2，從0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2，常用制動減速度不應小于1.1～1.2 m/s2，施加磁軌制動時不應小于2.0 m/s2[10]。

GB 50157—2013的3.3.6條規定：牽引計算的列車起動加速度和制動減速度均不宜大于0.9 m/s2。這不僅違背了軌道交通車型技術條件的規定，而且與廣大乘客的需求背道而馳。

3.2 關于電動機保護問題

GB 50157—2013的3.3.6條款解釋稱：“考慮車輛狀態有所不同，在實際運營過程中也不適宜總是使用最大加速度，在設計中適當保留一定的富裕量。一般以不大于最大加減速度的90%為宜”。該條款的用意是保護車輛和牽引電動機。這種擔心是多余的，因為牽引電動機最大電流為2倍保證定額額定電流，制動時電機的電壓和電流均不能超過額定值的2倍。地鐵車輛廠商提供的資料說明，190 kW牽引電動機，起動時瞬時功率為272 kW，制動時瞬時功率為510 kW。基于性能如此強大的牽引電機，運營中使用最大加減速度不應再有顧慮。

在運營管理中預留富裕量的做法，是以車輛最高運行速度的90%作為列車正常運行速度，預留的10%富裕量作為調整列車運行秩序的手段，而不是限制列車的加速度或減速度。

3.3 關于舒適度問題

GB 50157—2013的3.3.6條款解釋稱：“考慮到乘客舒適度的要求，不論車輛性能如何，計算時加減速度的量值都不應大于0.9 m/s2。此數值為一般乘客所承受的進出站列車加速減速時舒適度的臨界點。

筆者認為，所謂舒適度并沒有統一的標準。在同一加速度條件下，不同體質和不同年齡人的感覺是不同的。前文所說的中低速磁浮車、低地板有軌電車和跨坐式單軌列車的加速度幾乎都要求大于0.9 m/s2，減速度都要求大于1.1 m/s2。莫斯科地鐵車輛的加速度為1.0～1.1 m/s2，減速度1.2～1.3 m/s2，相信他們不會忽視舒適度問題。

3.4 加減速度不大于0.9 m/s2的控制范疇不明

地鐵列車的加速度有兩個標準：列車從0加速到40 km/h，其平均加速度為0.83 m/s2；從0加速到80 km/h，其平均加速度不小于0.5 m/s2。也就是說，列車從0加速到80 km/h，其加速度都達不到0.9 m/s2。表2 中4M2T編制列車平均加速度為0.84 m/s2，表3中 3M3T編制列車平均加速度為0.60 m/s2，均證明了這個結論。因此，限制列車加減速度的必要性不大。其限制范疇應是從0加速到40 km/h階段，這是牽引電機的橫轉矩控制區，只持續十幾秒鐘，加速度無法測算。

4 結語

本文研究標明，GB 50157—2013規定牽引計算的起動加速度和制動減速度分別不宜大于最大加速度的90%和常用減速度的90%，導致地鐵列車旅行速度下降，服務水平降低，造成了負面后果。雖然采用該措施可減少牽引耗電量0.48 kWh/km，但這不應成為地鐵運營追求的目標。建議對GB 50157—2013第3.3.6條進行斟酌修改。