宁波市轨道交通2号线不同编组列车混合运营方案研究

陈 斌 李 英

(1.宁波市轨道交通集团有限公司,315012,宁波;2.上海市隧道工程轨道交通设计研究院,200070,上海∥第一作者,教授级高级工程师)

宁波市轨道交通2号线不同编组列车混合运营方案研究

陈 斌1李 英2

(1.宁波市轨道交通集团有限公司,315012,宁波;2.上海市隧道工程轨道交通设计研究院,200070,上海∥第一作者,教授级高级工程师)

针对宁波市轨道交通2号线在运营初期、近期、远期分别采用4、4、6节列车编组方案,以及4、6辆编组列车混合运营方案中存在的车辆、系统、运营等方面的相关问题进行了分析研究,并提出了相应的处理措施。研究结果表明,本工程采用4、6辆编组列车混合运营是经济的、可行的。同时建议4辆编组列车应采用3动1拖方案,注意在信号系统软件编制中充分考虑4、6辆编组列车混合运营的要求,屏蔽门宜按6辆编组列车一次性实施,4辆编组列车和6辆编组列车都宜停靠在站台的同一位置。

城市轨道交通;车辆编组;运营;车辆配置

First-author's addressNingbo Rail Transit Group Co.,Ltd.,315012,Ningbo,China

针对城市轨道交通运营初期、近期、远期列车编组方案问题,业内存在着较大的分歧:一部分专家主张初、近期列车采用4辆编组,近期和远期采用4辆、6辆编组混跑;另一部分专家主张初、近期列车采用4辆编组,远期改为6辆编组,以提高运营效益,降低成本;还有一些专家认为列车由4辆编组扩编为6辆编组难度很大,代价很高,主张初、近、远期列车均采用6辆编组。本文以宁波市轨道交通2号线工程为背景,对此问题进行探讨,以期提高城市轨道交通列车编组决策的科学性。

1 列车编组及混合运营方案

宁波市轨道交通2号线规划线路长度约 50 km,工程分为两期实施:一期工程起点站为机场站,终点站为东外环路站,线路全长28.41 km,共设22座车站,平均站间距1.334 km。根据客流预测,本线初、近、远期高峰断面客流分别为1.18万人次/h、1.89万人次/h、3.13万人次/h。初、近期客流与远期客流相比较小,因此采用4、4、6的列车编组方案。运营初期列车编组采用4辆B型车,配属车33列,一直应用至远期自动报废。此后,根据客流实际增长情况逐渐增加6辆编组列车,高峰时段6辆编组列车与4辆编组列车混合运行,平峰时段均采用4辆编组列车运行方案。在运营初期,采用4辆编组列车,可以提供较短的行车间隔和较为节省的列车购置与运营费用。因此,在可行性研究、总体设计、初步设计等阶段均推荐本线初期采用4辆编组列车的方案。

2 不同编组列车混合运营的问题及措施

2.1 车辆配置

1)列车救援能力问题。在列车救援能力方面,一般要求一列动力完好的空载列车应能将停放在本线30‰的最大坡道上的一列超员故障列车救援至前方车站,清客后回库。如果发生故障的6辆编组载客列车与担负救援任务的4辆编组列车均处在30‰坡道上,4辆2动2拖编组列车无法以0.0833 m/s2的坡道起动最小加速度对6辆编组载客列车实施救援。使用4辆3动1拖编组的AW0(空载)列车,可以实现在30‰坡道对6辆4动2拖编组AW3(超载)列车的重联救援(当3动1拖编组列车上每个动轴牵引力F轴=16.51 kN、粘着系数 μ=0.194时)。使用4辆全动编组AW0列车,可以实现在30‰坡道对6辆4动2拖编组AW3列车的重联救援(当全动4辆编组列车上每个动轴牵引力F轴=12.52 kN、粘着系数 μ=0.147时)。

2)列车配重问题。在列车配重方面,辅助逆变器和蓄电池的质量分配是关键,要尽可能地将其质量平衡到每辆动车。如果不便于单独安装辅助逆变器与蓄电池,则需要采用分散布置的辅助逆变器,把质量平衡到每辆车。由于安装蓄电池的主流模式是每列车安装两组蓄电池,若将每组蓄电池再分为两个小组,分别安装于两辆车,则两组蓄电池间(即两辆车之间)必须添加串联线,其技术可靠性可能也会受到影响。

3)列车配重与价格问题。列车配重与价格方面,全动车编组由于没有拖车可以单独安装辅助逆变器与蓄电池,应该采用分散布置辅助逆变器系统,即每辆车都安装辅助逆变器;同时还要平衡控制蓄电池的质量,这样才可以平衡列车配重。这相当于在每辆拖车加装4个电机(包括传动机构约3 t)、一套VVVF(变压变频)系统(包括高压箱约1.1 t),保留半组蓄电池(约250 kg);轴重可能会因此超过14 t,则需要降低定员数,同时还应考虑动车车底的空间问题。4辆3动1拖编组的列车,相比全动车编组的列车,有一辆拖车可以承重较大的辅助逆变器与蓄电池组质量。对于分组不平衡的3动1拖列车,更要讲究辅助逆变器系统与蓄电池组质量和容量的平衡分布,所以最好也采用分散供电式的辅助逆变器系统,并平衡控制每辆车的蓄电池组重量。此方案可以保证轴重符合14 t的要求;而在价格方面,4辆3动1拖编组比全动车方案减少了一套牵引系统,价格相对减少150万元。

4)方案比选。通过以上对比分析可知,虽然4辆全动车编组AW0列车在30‰坡道上能够满足对6辆AW3列车的救援要求,但在正常运行(最高运行速度80 km/h,0～80 km/h时平均加速度0.6 m/s2,0～40 km/h时平均加速度1.0 m/s2)时,其车辆牵引系统只发挥了不到50%的动力性能(每轴牵引力仅为10 kN),造成很大的浪费;粘着系数仅为0.117,没有充分利用粘着。而进一步从经济性角度进行对比分析得,采用4辆3动1拖编组方案,在性价比上要优于全动车方案,同时可以完成对6辆4动2拖编组AW3列车的坡道救援。

2.2 系统配置

2.2.1 存在的问题

系统配置主要包括信号系统配置、屏蔽门系统配置及车辆段设施。采用4、6辆列车编组混合运营方案时,因为4辆编组列车和6辆编组列车总重不同,列车牵引特性曲线和制动特性曲线也不一样,所以在列车自动控制系统(ATC)模式下,车载设备也必须为4辆编组和6辆编组列车分别配置不同版本的软件;对于屏蔽门系统的配置,存在初、近期分期配置还是一次性配置完成的问题,同时屏蔽门与信号系统的接口内容中也存在二种不同列车编组信息的一致对应问题;车辆段设施的问题主要体现在停车设施与架车设备的选用。

2.2.2 解决措施

2.2.2.1 信号系统

根据4、6辆编组列车混合运营方案的特点,在需要4、6编组列车混合运营来进行过渡的情况下,为适应车辆编组方案的要求,信号系统应采取以下措施:在4辆编组车运营时,为ATP/ATO(列车自动保护/列车自动运行)车载设备配置适应4辆编组列车的软件;在4、6辆编组列车混跑运营时,原4辆编组列车的车载软件不需要进行更改,新增的6辆编组列车为ATP/ATO车载设备配置适应6辆编组列车的软件。在一期工程招标时,为避免远期修改的影响,要求信号供货商对轨旁ATP/ATO设备软件进行开发,一次性满足识别4、6辆编组列车的要求,并在识别4、6辆编组列车后向屏蔽门发送相应的信息。尽管在这种情况下,由于软件的开发会导致信号系统投资的增加,但考虑到2号线一期工程在设计初期已将此问题纳入整个系统设计中,投资的增加应可以控制在一个合理的范围内。

同时,由于列车编组不一致,若2号线的站台屏蔽门按4、6辆编组列车都停在站台中间进行设计,则当信号调试和降级模式运营时,司机要进入站台手动操作屏蔽门的开启并进行瞭望,当中部停车时无法实现这些常规作业。因此,在4、6辆编组列车混合运营时需针对不同编组列车安装精确停车设备,导致信号系统投资的进一步增加。所以,无论上、下行,4辆编组列车和6辆编组列车都宜停靠在站台的同一位置(即列车正向行驶的运营停车点在站台正方向端部)。

信号系统与屏蔽门按每侧站台独立接口进行设计。在初、近期运营阶段,仅处理4辆编组列车(即16扇活动站台屏蔽门接口),但必须考虑将来远期扩展至6辆编组列车的情况(即24扇站台屏蔽门接口)。因此,信号系统须具备处理不同长度列车的能力,而不同编组列车都需停在与站台端位置相同的运营停车点。在4、6辆编组列车混合运营期间,信号只需激活原未使用(未供电)的6辆编组列车“长车开门指令”信号,无需对系统设备做任何修改。这样系统即可同时处理4辆编组与6辆编组列车的屏蔽门接口。

2.2.2.2 屏蔽门系统

(1)屏蔽门系统方案配置:为适应初、近、远期4、4、6辆编组列车运营需求,初、近期屏蔽门可有分期配置、一次建设完成两种配置方案。两种配置方案比选表见表1。分期配置适应列车不同时期的不同编组方案,从理论上说是合理的。其最大好处是可节省初期建设投资,但也存在较多问题:一方面,由于各屏蔽门潜在供货厂家的产品特点不同,较难做到互换,如果分期配置,则存在诸多风险。如:供货商到时不再生产相应产品,则后期配置新购产品就无法与初期已配置产品相兼容,这将导致很难购置新设备以满足6辆编组列车的需要;另一方面,由于后期在补充对应第5、6辆编组列车屏蔽门的站台设备时线路已经在运营,致使每天进行设备加装作业时间有限(通常不到3 h),因而其施工周期须相应延长。此外,软件系统的更新和调试工作量也是不可估计的。经初步核算,后期配置产品的施工周期将是3～4倍于新建线的施工工期。同时,因难以通过招标方式来增购设备,从而可能产生投资增加等问题。

如果因客流变化需要提前投入6辆编组列车,采用分期配置方案就很难便捷地满足调整列车编组的运营需求,且所需屏蔽门新增设备的供货便存在了如上所述诸多问题。此外,即使厂家还在,但由于要货急软件更改等因素,报价相比原来也会增加很多。如果采用一次建设完成方案,虽然初期投资成本有所增加,且在一定时间段内部分设备将闲置不用,同时还需投入相应的运营维护成本,但可以避免分期配置方案所存在的不足,尤其是能便捷地适应客流猛增而调整列车编组的需求。

表1 屏蔽门系统配置方案比选表

(2)屏蔽门系统与信号系统接口及控制方案:为适应4、6辆编组列车混跑,屏蔽门与信号系统的接口内容中必须增加列车编组信息,而且必须确保编组信息以及屏蔽门相应开启的滑动门位置与到站列车的编组相一致。因此,屏蔽门、信号系统均须具备相应可靠的功能。另外,屏蔽门系统就地控制盘(PSL)面板和车站控制室IBP(紧急后备盘)上应设置对应4、6辆编组列车的开、关门解锁装置,或预留6辆编组列车解锁装置的安装条件。最终设备配置情况按照车辆编组的最终采用情况确定。故4、6编组列车混跑虽然增加了车站运营组织的复杂性,但从工程实际来说都是可以实现的,只是屏蔽门、信号系统及运营组织等都要采取相应的措施。

2.2.2.3 车辆段设施

4、6辆编组列车混合运营对车辆段设施而言,其差异主要体现在停车设施与架车设备。无论初期采用何种列车编组方案,本线远期停车规模均一致(即按照开行30对/h计算,配属列车76列,停车能力66列)。如果按照近期建设车场规模,则根据过渡方案的研究,按客流增长低、中、高水平配属车辆为:近期全部4辆编组,配属列车47列,停车列位42列;近期4、6辆编组,配属列车45列,停车列位40列;近期全部6辆编组,配属列车33列,停车列位29列。即如果初期采用6辆编组则车辆段近期可推迟建设一跨(12列位)停车库,推迟投资约0.2亿元。

在架车设备方面,目前国内制造商提供的地下固定式架车机或移动式架车机均具备以下功能:每个架车机均能单独动作(提升或下降)以满足设备调试或检修需要;以架三辆车为一机组,一个架车机组可满足单独架一辆车、同时架二辆车或同时架三辆车的需要;架车机控制台和架车台位两处均设有紧急停止架车按钮,处理架车事故。故已有架车机均能满足4辆、6辆车编组的列车架车。一般不建议采用一列车同时架车的作业方式。

宁波轨道交通2号线车辆架车线架车位处,先建4辆车的架车机,预留2辆车的架车机坑,待远期6辆车编组时。安装2台位架车机即可满足架车要求。

由上分析可见,采用4、6辆编组混跑方式,对车辆段设施没有影响。车辆段(停车场)的列车停放均按6辆编组考虑,只是初、近、远期配属列车数不同,停车列检规模进行了预留。车辆段(停车场)范围按规范要求均按远期规模预留,故也不影响4、6辆编组混跑。由于本段为定修段,检修设备较厂架修段少,因此车辆检修设施的配置只与车辆检修内容和检修工作量有关。为了减少扩建对修车的影响,车辆段的检修台位长度现已按6辆车编组考虑,列车的架车设备现已按3辆车考虑。现有设施对4辆编组或6辆编组均能满足。

2.3 客运组织

初期采用4辆编组列车,初期以后或近期以后需要开展混合运营时,如果不考虑扩编或转线,则4、6辆编组列车的混合运营将可能维持较长时间(30年左右)。长、短列车交替到达车站,需要做好站台客运组织工作。另外,长短列车运能差别也对站立拥挤度的不均衡和保证高峰期小编组列车停站时间带来一些运营压力。

4、6编组列车混跑肯定会对信号系统、行车组织、乘客乘车等带来一定的影响。但是,只要事先在控制软件没计中进行了考虑,这些问题都是可以解决的,增加的投资也不会太多。如信号系统必须配有不同软件,屏蔽门控制也必须适应4辆编组列车和6辆编组列车的开启方式。

由于4、6辆车编组列车每辆车的车体尺寸均相同,开门位置也均相同,在列车到站时不同编组列车的头车均停在同一位置(即站台前进方向的端部),因此车门与屏蔽门的位置是一样的,不影响乘客的上、下车。列车到站之前通过广播通知站台乘客即将到达列车编组情况,配合站台上的相应标识即可以顺利有序地完成乘客乘降。

3 结语

经过综合比较与分析,宁波市轨道交通2号线在运营初期、中期、远期分别采用4、4、6辆编组列车方案及4、6辆编组列车混合运营是可行的。初期采用4辆编组列车可以提供较短的行车间隔和较为节省的列车购置与运营费用。

1)初期采用4辆编组列车,近期采用4、6辆编组列车的混合运营,与完全采用6辆编组列车会有一些差异,但都可以满足正常的运营要求。

2)4辆编组列车应采用3动1拖方案。该方案性价比优于全动车方案,同时可以完成在30‰坡道上对4动2拖6辆编组AW3列车的救援,且便于平衡和控制车辆的轴重。

3)现有车辆段(停车场)设施完全可满足同时检修4辆编组列车和6辆编组列车的需要。但应注意在信号系统软件编制中,充分考虑满足4、6辆编组列车混合运营的要求,且屏蔽门宜按6辆编组一次性实施,4、6辆编组列车都宜停靠在站台的同一位置。

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On Mixed Operations of Ningbo Rail Transit Line 2

Chen Bin,Li Ying

Ningbo rail transit Line 2 adopts the mixed operation of 4-4-6 trains composition scheme and 4-6 cars train composition,which may bring about the related problems of vehicles,systems,operations and so on.This paper makes a study of these problems,argues that the scheme of 4-4-6 trains composition scheme and 4-6 cars train composition mixed operation is economical and feasible.At the same time,the paper proposes that the 4 trains composition should adopt 3 motor cars and 1 trailer car,the 4-6 cars train composition mixed operation should also be took into account in the signal system software compiling.The screening(security)door should be grouped according to 6 trains composition,and the 4 or 6 trains composition should stop at the same location of each platform.

urban rail transit;train composition;operation;carriage allocation

U 231+.92

2010-11-10)