特殊地形条件下的城市轨道交通车辆选型

李红卫

(贵阳市城市轨道交通有限公司，贵阳550022)

特殊地形条件下的城市轨道交通车辆选型

李红卫

(贵阳市城市轨道交通有限公司，贵阳550022)

在轨道交通前期规划阶段，通常对车辆选型不做深入研究，但特殊地形条件下的车辆选型则可能对后期工程建设产生很大影响。根据贵阳市地形起伏较大的特点，在建设规划阶段运用牵引计算，对快线系统的车辆指标进行定性和定量的专题研究。从符合上位规划的角度分析并选取车辆最高速度，从适应地形条件的角度研究车辆动拖比及长大坡道的适应性。研究表明，贵阳轨道交通快线系统应选择最高速度为100 km/h的B型车;全动车及4M2T都可满足运营需要，但全动车对长大坡道的适应性更好;随着前期规划工作的深化，在后续设计阶段应进一步比较两种车型的适应性和经济性。

城市轨道交通;车辆选型;建设规划;牵引计算;动拖比;全动车

1 研究背景

贵阳市是贵州省省会，现状中心城区常住人口约300万人，正处于快速发展阶段，城市规模快速膨胀，城市发展规模预期不断被改写。贵阳市首轮轨道交通建设规划于2010年获得国家批复，批复方案为1号线和2号线一期，总长56 km，均采用常规地铁B型车5辆编组，最高行车速度80 km/h。

贵阳市是典型的山地城市，沟深谷狭，地形起伏较大，常规轨道交通列车系统选型面临诸多限制。同时城市发展规模预期不断调整，也对城市轨道交通客流需求产生影响，进而影响了车辆选型。上轮建设规划批复的B5编组方案在最终实施中调整为B6编组，采用常规车型4M2T的动力组合［1 2］。

因为常规B型车爬坡能力的限制，1、2号线在实施过程中，在遇到长大坡道时均不得不进行展线。1号线从金阳到主城区落差220 m，且主要集中在贵阳北站到扁井区间，该区间直线距离3.7 km，落差161 m，自然坡度达54‰，超过了普通电机车辆的爬坡能力。为满足地铁爬坡要求，需对线路进行展线设计，最终实施方案展线2.2 km，并增加雅关站1座［3］，如图1所示。

图1 贵阳1号线展线方案及高差关系Fig.1 Line location scheme andheight difference in Guiyang Metro Line 1

进一步思考贵阳地形特点和车辆性能适应性，可以看出在1、2号线线路方案一系列变化后面隐含的问题:一是1、2号线车辆没有突破常规，仍然选用了一般平原城市采用的常规车型，并不适应贵阳的地形特点;二是规划阶段，特别是建设规划阶段没有考虑开展系统车辆选型的研究。导致后续工作中，即便发现了系统不足的问题，也没有时间和资金空间进行调整。

对此，应当提前在建设规划阶段开展车辆选型的技术性专题研究，突出山地城市特点对车辆性能的要求，最终提出适应贵阳市轨道交通线路条件的车辆性能指标和系统配置建议。

2 研究基础和方法

贵阳市新一轮轨道交通建设规划提出了144.7 km的建设方案，涉及城市轨道交通普通地铁线，也有新增的市域快线。考虑到贵阳线网规模不大，线路数并不多(见图2)，并且1、2号线已经实施，在没有特殊的情况下，从资源共享及经济性方面考虑，新增线路宜与既有线路保持一致。因此，本文只针对新增快线(S线)系统展开系统配置(最高速度、动拖比)的研究。

S1线一期上报规模28.5 km，望城坡站—贵安站;全线规模51 km，从贵阳东站—皂角坝站，平均站间距2.4 km。S2线一期上报规模62.7 km，贵阳北站—天马街站;全线规模75.1 km，贵阳东站—北甘街站，平均站间距2.33 km。

图2 贵阳市城市轨道交通远景线网Fig.2 The prospect network of Guiyang urban rail transit

首先，通过对上位规划的梳理，明确上位规划对车辆的基本要求;其次，根据S线系统的性质和功能定位、线路特征等要素，结合列车牵引计算，确定车辆的最高速度指标;最后，根据牵引计算及分析结果，确定车辆的动拖比，以达到系统配置的合理性，作为后续设计工作的参考依据。

3 上位规划对车辆速度指标的要求

根据上位规划［46］对出行时间的要求，结合各区位的空间尺度距离，估算出对运行速度的要求，如表1所示。

表1 根据上位规划出行时间要求推算运行速度Tab.1 Comm ercial speed calculation according to the travel time requriem ent

根据上位规划对出行时间的要求，结合线路条件［6］，估算出对运行速度的要求，如表2所示。

表2 根据线路条件推算运行速度Tab.2 Comm ercial speed calculation according to the rail condition

经过定性分析及简单的定量计算后，初步判断S线运行速度要求不低于55 km/h，这要求S线车辆的设计速度不低于100 km/h，建议在运行速度100～120 km/h的车型范围中选择。

4 速度指标的确定

4.1 根据线路特点及车站分布验证速度适应性

以最高速度120 km/h和最高速度100 km/h的列车为例，列车起动—惰行(以最高速度运行10 s)—制动(常用制动)3个工况的走行距离曲线详见图3。

图3 列车起动惰性及制动走行距离曲线［7］Fig.3 Train start inertia and braking distance curve

由图3可知，列车从起动—最高运行速度—惰行10 s—常用制动—停止，最高运行速度为120 km/h的列车需要走行约2 km的距离，100 km/h的列车需要走行约1.6 km的距离。因此，为充分发挥列车的速度效率，选择最高运行速度为120 km/h的合理站间距宜为2 km以上，100 km/h的合理站间距宜为1.6 km以上［8］。

贵阳市轨道交通线网中的S线，均有站间距大的特点，S1线平均站间距2.4 km，最大站间距5.85 km，小于1.6 km站间距的区间有7个;S2线平均站间距2.33 km，最大站间距5.1 km，小于1.6 km站间距的区间有8个。

因此从线路特点、站间距条件来看，在全网范围内采用最高运行速度为120 km/h和100 km/h的列车均有发挥其速度效率的可能。

4.2 根据S线线路平曲线特点判断速度适应性

影响车辆运行速度的另一个关键因素是线路平曲线半径对应的限速。根据线路平面，计算出S1、S2线分别在100 km/h和120 km/h速度下的限速值，统计限速段的比例，汇总及分析如表3所示。

表3 S1、S2线在不同速度下的限速情况统计Tab.3 The statistics table about line S1 and S2 under the speed lim it of100 km/h and 120 km/h

经过计算、统计汇总发现:1)无论S1还是S2线，100 km/h速度下的限速段比例较低，对线路总体运行情况影响较小;2)120 km/h速度下受到的限速影响较大，尤其是S2线。由此判断:S1、S2线如果选用速度为120 km/h的车辆，则难以发挥其速度优势。

4.3 车辆速度牵引计算结果分析

通过牵引计算模拟结果验证上述分析、判断的准确度，同时进一步量化分析造成这一速度差异(或差异不大)的原因。

1)全线。相同动拖比下，对100 km/h和120 km/h车辆进行牵引计算比较，结果如表4所示，相比100 km/h的车辆，120 km/h的车辆运行速度提升仅有1 km/h，全线时间节约了1 min左右，速度优势基本未发挥，而能耗却提高了21%～28%。

表4 S1、S2线牵引计算结果Tab.4 The traction calculation results about line S1 and S2

2)大站距区段。为了进一步比较速度差异性，分别选取S1、S2连续站间距较大区段进行牵引计算分析，如表5、表6所示。

表5 S1、S2线大站距区段Tab.5 The long station spacing sections of line S1 and line S2

表6 S1、S2线大站距区段牵引计算结果Tab.6 The traction calculation results for long station spacing sections of line S1 and line S2

分别选取的S1和S2的大站距区段牵引计算结果类似。120 km/h车辆的运行速度优势在2 km/h上下，时间节约了0.6 min左右。同样能耗高出33%以上。

牵引计算结果显示，即便在大站距区间，120 km/h的车辆速度优势仍不明显，并且能耗较大。

3)达速比。通过另一个衡量速度的量化指标——达速比(达到设计速度80%的距离比例)来进一步对比分析。以S1为例，分别选择全线、大站距区段、大站距曲线段和老城区段统计分析。

统计结果如表7所示:全线120 km/h车辆达速比比例不到3成;大站距区段略好，也只超过了一半;在老城区受小站距、曲线限速的影响比例为0。

综合以上分析结果，S线推荐使用最高速度为100 km/h的车辆。

表7 达速比统计Tab.7 The statistics table about the proportion to achieve speed requirements

5 车辆性能(动拖比)指标的确定

5.1 动拖比牵引计算结果分析

使用常规4M2T车型与全动车，分别对本次贵阳轨道交通建设规划中涉及的S1、S2线进行模拟牵引计算，将各线的模拟结果汇总对比，牵引计算结果如表8、表9显示，无论是S1线还是S2线，两种车型的运行速度相当，全动车略快。

表8 S1线牵引计算结果对比Tab.8 Com parison for the traction calculation results of Line S1

表9 S2牵引计算结果对比Tab.9 Comparison for the traction calculation results of Line S2

5.2 长大坡道的适应性

以坡度起伏最大的S1线为例，选取连续坡度最大、连续提升距离最高的振华广场站—贵阳东站区间，该区间为连续20‰、34‰的上坡，高程总共提升超过110 m，如图4所示。牵引计算分析对比结果如图5、图6所示。

应对连续大坡度的能力显然全动车更具优势。常规车型爬坡能力弱，甚至无法达到最高设计速度;全动车爬坡能力强，不但能在短时间内达到最高设计速度，还可以降低牵引率，维持在这样一个高速运行状态。

图4 振华广场站—贵阳东站纵断面示意Fig.4 The longitudinal section diagram for Zhenhua Square Station Guiyang East Station

图5 振华广场站—贵阳东站常规车型牵引计算示意Fig.5 The traction calculation diagram for conventional models between Zhenhua Square Station to Guiyang East Station

图6 振华广场站—贵阳东站“全动车”牵引计算示意Fig.6 The traction calculation diagram for all- motor vehicles between Zhenhua Square Station to Guiyang East Station

另一方面，由于全动车爬坡性能的增强，对于线路的适应性也更强，在一些特殊路段的处理上也更为灵活，从而达到优化线路、减小车站埋深的目的，以节约工程投资。

综上分析，S线系统在全网资源共享原则的基础上，采用了相同规模的6辆编组B型车，但针对其不同的功能定位和线路特性，推荐选取最高速度为100 km/ h的车型。而牵引计算模拟显示，相比常规车型，加强动力性能的车型(可参照重庆As车)由于具备良好的爬坡性能，所示更能够适应贵阳的地形特点。因此，建议在后续可研、设计阶段，结合细化后的工程方案，继续深入研究两者对于贵阳快线系统的适应性、可行性和经济性。

6 结语

对于类似贵阳这种地形条件比较特殊的城市，在轨道交通建设规划阶段提前介入车辆选型的工作是十分必要的，不但能够避免在后续工作中，因为车辆条件的限制而提高工程难度、增加工程量和投资，甚至影响工程整体进度，而且对稳定规划工程实施条件，指导后续的可研、设计工作有着重要的意义。

［1］中国中铁二院工程集团有限责任公司.贵阳市轨道交通1号线一期工程可行性研究报告［R］.成都，2013.

［2］中国中铁二院工程集团有限责任公司.贵阳市轨道交通2号线一期工程可行性研究报告［R］.成都，2013.

［3］赵亮.城市轨道交通线网实施规划工作要点研究［J］.都市快轨交通，2015，28(5): 108- 111.

ZHAO Liang.Work points of urban rail transit network implementable planning［J］.Urban rapid rail transit，2015，28(5): 108- 111.

［4］中国城市规划设计研究院.贵阳市城市总体规划(2009—2020年)［R］.北京，2009.

［5］中国地铁工程咨询有限责任公司.贵阳市城市轨道交通线网规划修编［R］.北京，2015:65- 67.

［6］中国地铁工程咨询有限责任公司.贵阳市城市轨道交通建设规划(2016—2022)［R］.北京，2015:42- 45.

［7］李剑虹，徐吉庆.东莞市城市快速轨道交通R2线车辆选型关键问题探讨［J］.铁道机车车辆，2010，30(6): 70- 75.

LI Jianhong，XU Jiqing.Discussion of the key issues on rolling stock choice for Dongguan metro line R2［J］.Rail way locomotive＆car，2010，30(6):70- 75.

［8］中国地铁工程咨询有限责任公司.贵阳市城市轨道交通建设规划(2016—2022)车辆选型专题［R］.北京，2015:43 48.

(编辑:曹雪明)

Vehicle Selection of Urban Rail Transit under Special Terrain Conditions

LIHongwei
(Guiyang Urban Rail Transit Co.，Ltd.，Guiyang 550022)

Vehicle type selection is usually not studied in depth at the early stage of planning for urban rail transit，but under special terrain conditions itmay have a great influence on the follow- up construction.The traction calculation has been carried out in Guiyang urban rail network construction plans because of themountainous terrain in Guiyang，and the analysis ismade to identify the vehicle index for the rapid rail transit system.Themaximum speed of the vehicle is selected from the perspective of master planning.The vehiclemotor trailer ratio and the adaptability to long steep grade are analyzed from the angle of adapting to the terrain conditions.It is concluded that for Guiyang rapid rail transit system，vehicle B w ith the maximum speed of 100km/h should be chosen;all motor vehicles and the 4M 2T vehicles canmeet the operational needs，but the adaptability of all- motor vehicles on the long steep ramp is better.The adaptability and economy of the two models should be further compared in the follow up stage of design.

urban rail transit;vehicle selection;construction plan;traction calculation;motor- trailer ratio;all- motor vehicles

U231

A

1672- 6073(2017)02- 0015- 05

10.3969/j.issn.1672 6073.2017.02.004

2016- 12 21

2016 12 30

李红卫，男，高级工程师，从事轨道交通规划、建设及运营管理工作，1150840045@qq.com