低地板輕軌車輛在城市軌道交通中的應用分析

王建

（青島高投建設工程有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市人口急劇增加，城市交通擁堵問題日益嚴重。解決城市交通擁堵問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題的有效途徑之一。低地板輕軌車輛是城市軌道交通中最受歡迎的車型之一，在我國得到廣泛應用。低地板輕軌車輛在結構上與傳統車輛有很大區別，主要表現在：采用無中心牽引和轉向架、無輪軌摩擦的獨立懸掛結構；采用大功率低地板轉向架；采用電磁鐵牽引，不受線路條件限制；采用電磁制動和電空制動相結合的綜合制動方式。

1 低地板輕軌車輛介紹

低地板輕軌車輛是一種高速、重載的城市軌道交通車輛，因其具有轉彎半徑小、爬坡能力強等優點，在國內外得到廣泛應用。低地板輕軌車輛的車體材料采用鋁合金型材與鋼板的組合結構，在滿足強度要求的同時，達到減重的目的。鋁合金型材為LF7 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體結構具有強度高、質量輕、耐腐蝕性好、防火性能高等特點，同時還具有良好的抗傾覆性能。在牽引方式方面，采用2 臺電力驅動的交流牽引系統。單軌運行時，采用雙動輪和單動軸結構；雙軌運行時，采用單動軸和雙動軸結構，車鉤采用獨立懸掛形式，每側設置2 個獨立車鉤；單軌運行時，每側設置2 個獨立車鉤，車鉤在轉向架上的布置形式為單側雙懸臂[1]。

2 國內外低地板輕軌車輛的發展及應用情況

在國外，低地板輕軌車輛主要是法國的TGV、德國的MTU、日本的NUTS 和意大利的VALENTINO等。在國內，為了突破技術壟斷，作為國內軌道交通行業的領軍企業，長客股份很早就投入對低地板輕軌車的研發，并在國內率先研發成功70% 低地板輕軌車。

日本從1980 年開始研制低地板輕軌車輛，至2004年共研發出10 多種車型，主要包括低地板地鐵列車（RR 型）、低地板有軌電車（RB 型）、低地板城市輕軌車（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營。其中，RHS 型和RVS 型低地板輕軌車輛最大限度地發揮有軌電車車輛轉彎半徑小的優勢，降低車輛對地面和高架的占用面積，從而使其轉彎半徑可以達到120m 以上，可用于城市中心城區與周邊城鎮之間的客流運輸[2]。

歐洲的低地板輕軌車輛主要由德國西門子公司和法國阿爾斯通公司聯合開發研制，分別于1992 年和1994 年推出。其技術特點為：采用獨立牽引電機、轉向架雙節編組；牽引電機采用大功率IGBT 模塊；車輛編組形式多樣，可以根據客流需求靈活變化。目前，低地板輕軌車輛已廣泛應用于德國、法國、瑞典、奧地利、丹麥、芬蘭、挪威等地。

2006 年，國內100%低地板輕軌車輛正式由科技部列為“十一五”國家科技支撐項目，長客股份作為科研主體單位開始立項攻關。2010 年完成100%低地板輕軌車整車生產及課題驗收，2011 年完成5000 公里線路考核試驗。2013 年4 月18 日，中國北車唐車公司自主創新研制的一款一體化交通新產品——100%低地板現代有軌電車下線，從而開啟了我國軌道交通裝備制造業嶄新的一頁。

2.1 低地板輕軌車輛對線路條件的要求較低

低地板輕軌車輛的乘客區一般設在靠近車站和車站出入口的區域，較少占用地面空間，因此對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，由于地勢較高，為了解決山區與平原的交通問題，也會采用低地板輕軌車輛。對于低地板市郊鐵路而言，由于其線路長度較短（一般只有1km 左右），而且與城市內其他交通方式相銜接，因此對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，多數低地板市郊鐵路的線路條件都可以滿足。例如，在韓國首爾地區就建設了一條從市中心到遠郊的低地板輕軌線路。在線路中，除了設置了地面停車場外，還設有軌道電路和電力供給系統。由于線路長度較短、轉彎半徑小、車站數量少，因此該線路在一定程度上，可以滿足山區與平原之間的交通需求。

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

2.2 低地板輕軌車輛可在高架上運行，節約土地資源

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

2.3 低地板輕軌車輛具有一定的技術優勢

低地板輕軌車輛與其他地鐵車輛相比，具有一定的技術優勢。

一是車體結構強度高，安全性好。車體主要結構采用復合材料，車體鋼結構強度高，車體結構剛度大，抗疲勞性能強，而且車體制造工藝簡單，生產效率較高，可減少制造成本。

二是轉向架采用獨立傳動系統，穩定性好。獨立傳動系統能夠保證車輛在直線和曲線上運行的穩定性和平穩性，且轉向架結構緊湊、質量小、抗側傾能力強。

三是牽引系統采用獨立驅動方式，牽引電機功率大、功率因數高、對電網無污染。

四是制動性能優越。采用獨立的電制動系統和機械制動系統相結合的方式，可大大提高車輛的制動能力。

五是低地板輕軌車輛采用獨立驅動方式及獨立輪對設計，可實現牽引電機功率在一節車廂內獨立使用。因此，低地板輕軌車輛可以滿足大運量、小間距軌道交通系統的運營需求。

3 低地板輕軌車輛的主要技術要求

3.1 地板高度

地板高度是低地板輕軌車輛的主要技術要求。地板高度應該盡可能低，以方便乘客進出車輛。對于輕軌車輛來說，地板高度應該考慮乘客的身高和輪椅的高度等因素。在通常情況下，地板高度應該低于乘客的膝蓋，以便乘客可以輕松地從地面進出車輛。

3.2 通道寬度

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

3.3 座椅布置

在通常情況下，座椅應該盡量靠近車廂兩端，以便乘客可以更容易地進入和離開車輛。同時，座椅設計應該考慮乘客的數量和身高。如果座椅過于靠近車廂中央，可能影響乘客的進出車輛，同時也會增加車輛的能耗。

3.4 轉彎半徑

低地板輕軌車輛在行駛過程中需要轉彎，因此轉彎半徑應該盡可能小，避免車輛在轉彎時失控或者超出軌道范圍。轉彎半徑的大小還與車輛的懸掛系統和制動系統有關，需要綜合考慮。

3.5 制動性能

低地板輕軌車輛的制動性能是保證列車安全運行的重要因素之一。列車應具有初速度高、制動距離短、制動平穩、對軌道和車輪的磨耗小等特點，在城市軌道交通中，由于列車運行線路較短，乘客數量較多，因此要求列車的制動性能更好，以保證列車的安全以及能夠準時到達目的地。

3.6 安全性

低地板輕軌車輛的安全性也是乘客最關心的問題之一。低地板輕軌車輛的結構應該具有良好的安全性能，能夠承受各種碰撞和故障等情況；低地板輕軌車輛的電氣系統應該具有良好的安全性能，防止電擊、火災等事故發生；低地板輕軌車輛的信號系統應該具有良好的安全性能，能夠防止列車出軌、誤操作等情況發生；低地板輕軌車輛應該配備必要的安全設備，如安全帶、安全門等，以確保乘客安全。

3.7 可靠性

低地板輕軌車輛應該具備高可靠性，能夠在城市繁忙的交通環境中穩定運行。車輛應該能夠承受各種復雜的交通環境，如交通擁堵、急剎車等；低地板輕軌車輛的可靠性也應該考慮車輛的維護成本和維護周期等。

4 低地板輕軌車輛的未來發展趨勢

低地板輕軌車輛是一種適合中運量、大運量的軌道運輸方式，具有運載能力大、運行速度高、能耗低等特點，能很好地適應現代城市交通的發展。近年來，全球許多國家都在大力發展低地板輕軌車輛。在我國“雙碳”戰略的背景下，如何發揮低運能系統的優勢，提高公共交通服務品質、緩解地面交通擁堵、建設高質量可持續發展的低運能系統，是行業應思考的緊迫問題。

4.1 低地板輕軌車輛將成為未來城市軌道交通的主力車型

低地板輕軌車輛以低成本、高效率、大運量的特點，能夠解決城市交通擁堵問題，低地板輕軌車輛與地鐵相比更加靈活，可以適應不同的交通環境和地形。地鐵需要隧道和橋梁等設施，更加依賴于地形和道路條件；低地板輕軌車輛的建造成本通常比地鐵車輛低，且在運輸乘客方面更高效。低地板輕軌車輛通常比地鐵車輛更靈活，可以運輸大量乘客；低地板輕軌車輛的建設成本相對較低，使用有軌電車的技術和設備，不需要像地鐵那樣建設地下隧道或像高速路那樣建設路面道路；低地板輕軌車輛的軌道高度比地鐵低，減少了投入。低地板輕軌車輛能夠適應不同類型的地形和地貌，如山區、平原和水域等，使低地板輕軌車輛在建設過程中可以更好地適應當地環境，減少對生態環境的影響。長春是使用低地板輕軌最早的城市，該車具有節約成本、節約能源和方便乘客等方面的顯著優點，是名副其實的“綠色”交通工具。因此，有望在我國新興城市、大城市支線以及中小城市得到廣泛推廣，具有很大的發展空間和廣闊的市場應用前景，未來批量生產的空間很大。低地板輕軌車輛可以更好地適應這些地區的交通需求，并提供更加便捷、高效的出行方式。隨著城市人口不斷增長和城市化進程不斷加快，未來城市軌道交通的需求量將持續增長，低地板輕軌車輛也將越來越受到人們的關注和青睞，成為城市軌道交通中最重要的車型之一。

4.2 低地板輕軌車輛將逐步實現國產化

目前，我國低地板輕軌車輛的大部分核心技術還掌握在國外企業的手中，我國低地板輕軌車輛產業要想快速發展，就必須實現核心技術自主可控，實現低地板輕軌車輛國產化。中國中車股份有限公司從1999 年開始與北京交通大學、清華大學、西南交通大學等合作開發城市軌道交通車輛技術，先后成功研制城市軌道車輛的動力傳動系統、轉向架、制動系統以及車體等關鍵設備，為我國城市軌道交通車輛核心技術的國產化奠定良好的基礎。

4.3 城市軌道交通行業的發展推動低地板輕軌車輛技術不斷進步

近年來，隨著中國城市經濟的快速發展和城市化進程的加速，城市軌道交通得到快速發展，形成一大批規模較大的城市軌道交通網絡。根據《中國城市軌道交通統計年鑒2022》的統計數據，截至2022 年12月，國內共有62 個城市開通運營軌道交通線路，運營總里程達到4773.7km，其中地鐵1456.4km，城軌交通2684.2km。

4.4 低地板輕軌車輛將進一步拓展市場，滿足更多城市需求

隨著人們對交通系統的要求不斷提高，為低地板輕軌車輛的發展創造了良好的市場環境。低地板輕軌車輛作為一種新型綠色環保客運工具，越來越多地被應用到城市公共交通中。特別是近年來，國內城市軌道交通建設發展迅速，尤其是在北京、上海、廣州等一線城市，低地板輕軌車輛更是得到快速發展。

5 結語

綜上所述，輕軌車輛因其獨有的特點和優勢，在城市軌道交通中發揮著不可替代的作用，尤其是低地板輕軌車輛，由于高度較低，對周邊環境影響較小，在城市軌道交通中更具有適應性和靈活性。輕軌車輛技術也將隨著城市發展而不斷地發展和更新。目前，國內采用低地板輕軌車輛的城市有重慶、武漢、天津、北京、廣州等地。未來隨著低地板輕軌車輛在國內的不斷應用和推廣，相信會有更多的城市選擇低地板輕軌車輛作為軌道交通系統的重要組成部分，并為國內軌道交通行業發展做出積極貢獻。