理念与地铁车辆技术的决策——上海轨道交通车辆技术选择回顾

王曰凡

（上海轨道交通技术研究中心，上海申通地铁集团技术中心，201103，上海∥教授级高级工程师）

理念是对某种事物的观点、看法，也是一种思想、一种观念。在为地铁车辆技术的决策中，理念起到了不可忽视的影响作用。本文仅以笔者从事地铁车辆技术工作并参与上海轨道交通车辆技术的几项选择（均是国内首先采用的），来说明车辆工程师的理念对车辆技术决策的影响。文中的点滴体会愿与业内同仁交流和分享。

1 地铁车型及列车编组的选择

地铁车辆的选型与列车编组系根据客流预测、设计运输能力、线路条件、环境条件以及运营组织等要素确定。目前，国内主要的地铁车型有A型和B型车。上海轨道交通从1号线开始就十分重视车型和列车编组的技术决策。车型及编组影响地铁建筑限界及车站的规模，地铁建设应从百年大计考虑，地铁一旦建成几乎没有可能再改变它的几何尺寸。上海城市仍处于发展期，因此地铁建设的指导思想是大城市、大客流，并借鉴国外经验应留有余地。上海建成的15条轨道交通线中除3条线路有特殊因素外，其余线路全部采用A型车辆。列车的编组按远期考虑，例如1、2号线按8辆编组规模设计，但初期6辆编组可满足客流要求，出于经济运营考虑，初期按6辆编组实施。在车辆设计中电气和机械部分预留了以后扩编成8辆编组的条件，以致于运营到近期后实施扩编非常顺利，将老的列车中的部分列车解列，其中的动车加入到6辆编组列车扩编成8辆编组列车，无需调试即可上线运营。解列后剩余的拖车（带驾驶室）加入6辆新的动车成新的8辆编组列车。

由于车辆采购周期的原因，在运营的过渡期存在6/8辆编组列车混合运营的阶段，这在国外有许多先例，但在国内尚无此例，经过精心组织在上海轨道交通实现了。

上海的实践证明，列车扩编、不同编组列车混合运营是完全可行的，无需害怕。

2 列车动拖比与最高运行速度的选择

列车的最高运行速度选择与列车的动力配置不无关系。列车的动拖比关系到起动加速度、制动减速度、平均速度、旅行速度、故障运营能力、车辆购置费用以及运营成本等。上海轨道交通遵循合理和经济这2条来选择列车的最高速度与动力配置。经分析、计算并借鉴国外的经验，认为2比1的动拖比有利于车辆动力性能的发挥，可使故障运营能力显著提高。因此，6辆编组的列车均采用4动2拖的动力配置，这样还有利于简化传动系统的配置。

上海轨道交通列车最高运行速度的选择不以线路的全长为前提条件，不设定全程旅行时间，更不刻意要追求高速。地铁主要运行在市内，站间距不会太长，最高运行速度80 km/h应该可以满足要求。笔者认为全线超过60%以上的线路可以运行的最高速度定为列车设计最高运行（持续）速度较为合理；若以为数不多的区间为依据决定列车最高运行速度，从而导致列车动力配置不能充分发挥，这是不可取的；为了缩短全程几分钟的时间而提高列车最高运行速度，会提高车辆全寿命的成本，故应谨慎考虑。

3 车辆客室布置的设计理念

城市轨道交通车辆技术的多样性为车辆设计提供了多种选择，合理和最佳的选择取决于工程师的设计理念。在车辆客室布置设计中，下面举的几个例子同样体现车辆工程师的设计理念。

3.1 座椅定员

对于座椅定员，有一种观点认为尽可能多一些，以提高乘坐舒适性和服务质量。上海轨道交通在起初也是持有相同的观点，因此1号线车辆的每个标准座椅定员按7人设计，以至于座椅两端头几乎伸至两客室门柱。由于一些乘客为方便下车喜好站立靠门框，两侧站立的乘客使客室车门的有效宽度减少，影响了乘客上下通行，以至于延长列车停站时间。为此，不少新车的每个标准座椅定员按6人设计，在座椅两端部刻意留出1人的站立位置（如图1所示），使客室车门的有效宽度满足了设计要求。

图1 座椅端部站立位

3.2 扶手设置

有一种观点认为客室门区不应设置扶手，理论上让乘客上车后往中间走，腾出门区空间，使乘客上下畅通，但事实并非如人意。由于较多的地铁乘客乘距不长，即使高峰时段门区非常拥挤，也仅极少数乘客往中间挤，大部分乘客仍停留在门区，为的是到目的站时比较容易挤出去。既然这样，还是应该尊重乘客的习惯，在门区设一些扶手，为乘客提供安全设施。于是，上海轨道交通车辆在国内率先设置三岔式立柱扶手（如图2所示），可让门区更多的乘客能扶上手。在4号线车辆的门区还特意设置较大的园形扶手（如图3所示），可让更多的乘客使用。这些措施都已得到乘客的肯定。

图2 门区三岔式扶手

图3 门区园形扶手

3.3 应急开门装置的功能设置

应急开门装置为列车发生应急情况时乘客拉动扳手即可让车辆实施紧急制动后停车开门。那么当乘客拉动扳手让列车实施紧急制动后停车开门好呢还是仅为通知驾驶员，由驾驶员决定是否实施制动停车开门或继续开行列车到前方站处理。乘客拉动扳手的功能不同，其效果和结果就不一样。为了乘客安全，到底怎样更合理，这时理念起决定作用。

乘客一扳动扳手列车即刻实施紧急制动而后开门，若车停在区间隧道内，当门打开后乘客不知所措，有的会紧急跳下车，因地铁列车人员仅驾驶员1人，会无法控制场面而造成次生灾害。因此，该模式风险太大不宜采用。

由于地铁在区间运行多数约2 min左右，若乘客一扳动扳手，仅起到告知驾驶员的作用，则驾驶员通常会坚持驾驶列车直至前方站停车，再决定是否疏散乘客或由车站工作人员协助共同处理事件。

上海轨道交通较早并且也是首先采用同时具有上述2种功能的模式。当列车刚起动后乘客扳动应急开门装置扳手，只要列车起动运行在60 m以内，列车即刻实施紧急制动停车，打开在站台区的门，此时既可疏散乘客，站台人员也可参与救助处理；若列车已开出60 m，列车制动停车后已无车门在站台位置，因此此时列车应直驶前方车站。

应急开门装置的功能设置那一种模式好，不同理念可选择不同的模式，但总有一种模式更为合理。

3.4 乘客信息系统

设置乘客信息系统最主要的目的是告示到站信息，使乘客及时做好下车准备。上海轨道交通首先在不同线路的车辆客室分别设置不同形式的装置以提供乘客信息，包括列车广播、LED（发光二极管）显示和LCD（液晶显示），以及列车运行动态显示装置，特别是4号线首次设置动态显示装置，不但给乘客告知到站信息，还显示列车运行的方向，很受乘客欢迎。但是近几年来，业内大部分列车每一客室上同时安装4种装置，感觉有点多了。其实利用车上进行商业广告或某种宣传其效果并不明显。为了实现乘客信息的主要宗旨，只需设两种装置就可满足要求：一种是有利多数乘客包括失明乘客获取到站信息，此装置当属列车广播系统；另一种是显示装置（虽然形式多种，但只需选择一种足也），有利聋哑或听觉迟钝乘客获息。除此以外设置的装置都是锦上添花的，还增加了车辆的价格和维护成本。

现在不少乘客信息显示装置兼作娱乐和宣传之用，侵占了显示到站的信息显示，往往乘客需要到站信息时，有的还在显示其他信息。地铁运营车辆的现状是噪声和视觉污染充彻客室，笔者认为应该给乘客一个安静和舒适的乘车环境。

3.5 灭火器的安放位置

灭火器只是在发生火灾应急时使用，是直接关系到安全的大事。灭火器安放的位置是安全意识的体现，应安放在易见易取的位置。上海轨道交通车辆上的灭火器安放在车辆客室两端电器柜外侧易见的位置（如图4所示），应该说这是最佳的位置。现在不少地铁车辆设计者为了美观，将灭火器放在座位下面，既不易发现也不易取用，这样的设计应该改进。

图4 灭火器位置

3.6 车辆客室档风玻璃（隔板）

上海是国内地铁车辆上最先在座椅两端安装挡风玻璃的（如图5所示）。车门旁座椅两端站立乘客是常事，在列车起动和制动时会经常发生站立乘客的身体碰到端部座位上乘客的头部，有时乘客之间还因此会发生矛盾和不愉快。因此，地铁部门有责任采取措施，防止出现上述问题。于是从3号线开始在座椅两端安装了挡风玻璃，既可防止车辆制动时乘客滑出座椅，又可防止出现上述不愉快的情况，同时也改善了客室的氛围。此举已被业内同仁认可并效仿。

图5 挡风玻璃

3.7 车辆客室设施的标准化

地铁车辆是交通工具，将乘客安全地送到目的地是最根本的宗旨。地铁的建设和运营方应建立本企业标准，将通过使用证明能满足功能和可靠性要求的设计以标准的形式固定下来，以有利设计、使用、维保和降低成本。客室设施标准化应包括装置的型号、功能、安装位置等方面。比如驾驶台的布置，一个城市的地铁列车驾驶台的布置应尽可能统一，至少几个关键的部件如牵引手柄、按钮、开关、显示器等的型号、布置位置等在所有列车应一致，以有利于驾驶员的操作和驾驶员调配。又比如，对应急开门和应急对讲装置，假如所有的车辆对其配置相同的型号、相同的操作方法并且安装在相同的位置，应急时就有利于乘客使用。近几年来，上海轨道交通意识到制定本企业标准的重要性，设置了标准化部门，制定了包括客室设施标准化等的车辆标准，规范了设计、招标采购和运用，取得了较好的效果。

4 上海轨道交通全自动无人驾驶系统的提出

4.1 新的理念选择了无人驾驶制式

2004年，上海申通地铁集团有限公司新任董事长听了笔者关于上海轨道交通采用全自动无人驾驶技术的必要性、可行性、经济性，以及目前具备的基础和条件的汇报后，指示上海应该在国内率先采用此新技术，在国内地铁领域起引领作用，不但搞1条，要多搞几条。这样一种在国内尚无先例的先进地铁制式，只有具有创新理念的领导才会当即拍板决定建造。笔者为自己大胆的想法得到领导的认可和支持，并参与了上海轨道交通10号线全自动无人驾驶的实施甚感欣慰。为了让业内能了解、接受全自动无人驾驶系统制式，并支持这样一种新技术，笔者曾在《城市轨道交通研究》期刊上撰写了关于全自动无人驾驶制式的时评，并且发表了《全自动无人驾驶系统——全新理念的城市轨道交通模式》的文章。文章发表后引起了业内的共鸣。

2010年上海轨道交通10号线建成通车，目前是上海轨道交通车辆故障率最低、平均旅行速度最高、运输效率最高的线路，同时也带动了上海轨道交通的管理水平上了一个台阶。特别是最近业内掀起了拟建全自动无人驾驶的热潮，说明人们认可这种新技术，接受了这种新的理念。

4.2 上海轨道交通选择全自动无人驾驶的考量

全自动无人驾驶在国际上已得到广泛的应用，并成功应用于大运量的城市轨道交通中。全自动无人驾驶是将列车驾驶员执行的工作，完全由高度集中控制的自动化系统完成。列车具有自动唤醒、出停车场、行驶、停站、开关门、故障检测和恢复、入停车场、洗车、入库、休眠等自动功能，同时具备常规运行、降级运行、运行中断以及灾害工况等多重运行模式。科技的进步使全自动无人驾驶系统具有高的安全性和可靠性，可实现列车高密度运行，适应大客流运营需要，并具备提高服务水平和管理水平及降低运营成本等优越性。全自动无人驾驶系统是一种采用全新理念的先进的城市公共客运交通模式，代表着城市轨道交通的发展方向。上海是国际性大都市，需要拥有国际先进的城市轨道交通，要不断提高服务水平与之相匹配。上海从地铁建设开始就有一种采用国际先进新技术的理念，推进技术进步。上海轨道交通已运营近20年，为改善上海的城市公共交通作出了突出的贡献，但机电设备如车辆等不时会发生一些故障，其中也有一些是人为因素导致的，可以通过分享国际上全自动无人驾驶技术以改善上海轨道交通整体技术水准和管理水平。

4.3 上海选10号线作为首条采用全自动无人驾驶技术线路的思考

上海是要建一条实实在在能充分体现全自动无人驾驶优越性的，能满足有迫切需要的地铁线。上海有多条待建的郊区线，不在我们的选择之中，按照我们的理念选择10号线，在某种程度上具有代表性的。

上海轨道交通10号线由高铁虹桥站至外高桥保税区，线路全长45.6 km，设34座车站，包括1条5 km设3座站的支线，全线由地下、高架线组成，设主辅停车场各一座。线路所经之处为城市主要活动中心及城市副中心，沿线大型客流换乘点十分多，处在城市重要的客运走廊上。沿途经南京东路、城皇庙、新天地、上海图书馆、上海交通大学、动物园、虹桥国际机场和虹桥高铁火车站。远期高峰小时单向断面客流为4.84万人次，全日客流量为140万人次。可以说10号线是比较典型的高运量地铁线，最能体现全自动无人驾驶的优越性，因此是最佳的选择。

无人驾驶列车运行自动化等级中GOA3级是有人值守的列车自动运行（DTO），GOA4级是无人值守的列车自动运行（UTO），10号线选择最高等级的GOA4级以及UTO模式。

4.4 聘请专业项目咨询的考虑

全自动无人驾驶对上海轨道交通来说是全新的，技术积累不多，尚有许多技术要研究、熟悉、掌握。诸如运营方案、运营模式、应急救援等众多复杂的运行场景，有关各专业各系统的需求和技术规格，系统的集成方案、集成管理以及配置管理等。车辆是关键专业，具有特殊性，特别在安全性和可靠性方面有更高的要求需要全面研究，比如需要研究动力性能要求及其配置、列车的控制系统和监控系统、通信与乘客信息系统、排障装置、故障存储与处理、防灾报警、应急疏散及引导、驾驶台的设置以及与相关专业的技术接口等。受10号线工期的约束，不允许有长时间的研究、摸索，因此聘请咨询顾问共同开展研究是一条捷径，既可引进国外专家在全自动无人驾驶技术上的一些思维方式和理念，又可缩短技术准备的时间，尽快解决一些特殊的技术问题。

国际上全能型的咨询公司不多，往往专注于某一个或几个领域。为此，通过国际招标聘请针对系统总体构思、车辆及机电设备特殊性要求、运营方案以及项目计划和管理等的专题研究咨询顾问，解决项目前期的技术准备。当项目进入建设阶段，又通过国际招标聘请具有丰富实践经验的业主咨询顾问，主要针对提出专业技术需求、系统集成方案和协助进行项目管理等。

实践证明，上海轨道交通的思路是正确的，针对需求和咨询公司的特长聘请咨询顾问是需要的。

4.5 列车设可覆盖驾驶台

上海轨道交通10号线是国内首次采用全自动无人驾驶的系统，其车辆的设计、制造、运营等方面尚缺少成熟的经验，针对全自动无人驾驶首次采用的部件、子系统的可靠性还需通过实际运用来证明。10号线一旦投入运营是不允许停运的，为此考虑采取措施作两手准备，以解除后顾之忧，确保列车投入运营。车辆专业在首批列车设可覆盖驾驶台（如图6所示）、可拆卸的驾驶室后墙板，在运营初期采用有驾驶员值守的模式，一旦自动驾驶系统发生故障，即可用人工驾驶替代，以确保线路畅通；另一方面让乘客也有一个心理适应的过渡过程，逐步接受无人驾驶模式。正如当初在3号线也是国内首次采用电动式塞拉门，初期经常发生由于乘客上车时只注意头脚而身体未完全进入客室以至于车门难以关到位，经一段时间后乘客们注意了、习惯了，就很少再发生类似问题。采取过渡的可覆盖的驾驶台形式，是笔者在德国纽伦堡市参观西门子公司为U2线改造为全自动无人驾驶调试的列车上看到的，是有先例的，于是就学过来了。这样的过渡方案也被国内兄弟城市的同行所采纳。

图6 可覆盖驾驶台

5 结语

本文仅以笔者从事地铁车辆技术工作并参与上海轨道交通车辆技术中的几项决策选择为例，用以说明车辆工程师的理念对车辆技术决策的影响。文中关于全自动无人驾驶的决策以及项目实施过程中的一些想法和做法，也是决策者和技术人员理念的体现。不同的理念选择的车辆技术有全然不同的结果，合理和最佳的选择取决于设计工程师的理念。科学的发展促使车辆技术的不断进步，优秀的城市轨道交通车辆工程师的理念应与时俱进，关注车辆技术的发展，使我国的地铁车辆技术能跟上时代的步伐与时俱进。

参考文献

［1］ 上海申通轨道交通研究咨询公司.上海轨道交通全自动列车运行系统研究［R］.上海：上海申通轨道交通研究咨询公司，2006.

［2］ 王曰凡.全自动无人驾驶系统——全新理念的城市轨道交通模式［J］.城市轨道交通研究，2006（8）：1.

［3］ 上海申通轨道交通研究咨询公司.上海市轨道交通10号线全自动列车运行系统研究报告 车辆［R］.上海：上海申通轨道交通研究咨询公司，2005.