山地旅游轨道交通车辆设计需求研究

李 艳，钱科元，魏德豪，鄢红英，寇峻瑜

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）

1 当前国内山地旅游交通特点

1.1 线路特点

线路总里程长，线路敷设方式多样，涵盖多处大跨桥梁、长大隧道、连续长大路基坡段；走向蜿蜒曲折，正线曲线半径最小达150m，且400m曲线半径以下的线路长度占比达10%～20%；线路坡道多，坡度极陡，最大坡道达120‰、250‰、350‰。

1.2 环境特点

线路海拔跨度大，从低海拔平原地区出发，开行至高海拔旅游资源丰富的高原地段，线路海拔从1000m左右逐步提升至3000m左右，甚至还达到4000m左右；高海拔地区植被脆弱，珍稀动植物品种多，环保要求高；沿线地质条件复杂，自然灾害和地质灾害频发，地质条件恶劣；沿线风光秀丽，旅游资源丰富，可观赏性高，适合慢游[1]。

1.3 客流特点

沿线景区具有季节性特色，如高山河谷旅游特色、生态旅游特色、户外滑雪旅游特色等，旅游客流也相应具有一定的季节性特征，淡旺季旅游客流量差异明显；当地居民人口总量少，日常出行客流量相对较小；沿线跨越多个民族地区，地区语言存在一定差异。淡季、旺季的高峰时段最大断面客运量分别约1000人次/h、3000人次/h左右，高峰客流均不超过5000人次/h。

1.4 经济特点

沿线地区社会经济发展力偏弱，交通基础设施建设滞后，以旅游和特色农副产品为主要经济来源，社会经济和文化发展水平都较中心城市低，沿线区域特色旅游产业正在逐步升级。沿线货物类型主要为特色蔬菜水果、高海拔区域药材等农副产品，均为轻快货物，货运量较小。

1.5 既有交通特点

交通基础设施薄弱，严重依赖公路交通方式且路网稀疏，难以解决“旅长游短”，交通出游成本高、串联景区少的问题，交通业对旅游业带动作用不足。

2 车辆设计需求研究

2.1 系统功能定位

对于工程项目而言，项目功能定位是所有设计的前提。当前国家和地方的“交通+旅游”融合发展思路是一致的，要积极推进“旅游+交通+扶贫”理念，引导新时代山地轨道交通旅游观光试点工程的打造，具体体现在如下几点：

（1）利用山地轨道交通实现沿线地区脱贫致富目标，是保障全面建成小康社会的需要，也是响应国家号召，促进产业融合、提档升级的需要。

（2）特殊的运行环境特征急需交通技术的开拓创新，应运用新技术设计适应山地地形地貌的轨道交通车辆。

（3）交通带动旅游业的突破，打破沿线地区交通瓶颈，完善旅游景区外部交通基础设施，是推动旅游经济和旅游品牌升级的主要手段。

（4）发展绿色轨道交通，减少对生态环境和景区环境的破坏，形成可持续的交通发展，是山地轨道交通的最终目标。

2.2 线路特征要求

山地旅游交通线路起于人口密集的城市地区，逐渐向自然景观丰富的景区和山间城镇延伸，贯穿有高山河谷地段、崇山峻岭地段、重力不良地质地段等，选线难度大，线路走向受限，这导致了线路长大、曲线多、半径小、坡道陡坡长，从而直接影响轨道车辆的功能要求、牵引方式、曲线通过能力、坡道开行能力、制动方式等，因此需要在设计车辆结构选型、结构布局、牵引系统、制动系统时充分考虑这些要素[2]。

2.3 环境特征要求

山地旅游交通线路沿线自然风光秀美，旅游资源丰富，因而客室舒适度、便捷的观景角度，大通透观景环境的打造，都是车体造型、客室设计、客室功能区分设计所需要满足的基本性能。

线路沿线地形地貌变化剧烈，海拔提升快、幅度大。海拔跨度大，则空气的稀薄程度差异大，会直接影响轨道交通车辆电气设备的绝缘安全性。通常，轨道交通车辆适用于1200m或1500m以下的海拔高度，特殊高原车会有海拔3000～5000m的大跨度适应特征。山地轨道交通车辆需充分借鉴高原车的设计经验，依照相关标准按最高海拔情况进行电气绝缘安全间隙修正，以确保车辆全程运行的电气安全。

山地旅游交通线路途经各大风景名胜区、自然保护区域，珍稀动植物品种多，环境保护要求极高，这对轨道交通提出了土建工程规模小、交通工具绿色无污染的具体要求。因此，车辆驱动方式、受电型式、轨距宽窄、列车重量、节能措施、排污方式设计等都需要充分满足环保功能要求。

2.4 客流和行车组织要求

山地旅游交通客流主要是旅游客流和沿线居民客流，且以旅游客流为主；客流量与沿线旅游资源的季节性特点密切相关，旅游淡旺季客流量差异明显，但高峰客流仍不超过5000人次/h，属于小运量交通。客流的组织模式与景区观赏或游览的慢游特征、淡旺季、高峰和平峰特点以及客流的时间需求相关，因此大小交路混跑、以座席为主、发车时间（5～10min）确定的开行方式是适应山地旅游交通线路需求的。对于轨道交通车辆而言，列车的载客量（座席数）、启停加减速度、最高速度、制动距离等，都需要满足行车组织、全线行车间隔的最优性能要求。

山地旅游交通沿线有可能会跨越多个民族地区，地区语言存在差异；且旅游客流来自五湖四海，语言也可能有多种。对于轨道交通车辆而言，列车乘客信息系统和各类语言标识亦需满足语种多样化的功能需求。

2.5 当地经济带动需求

山地交通线路途经的城镇经济能力偏弱，各类物资的运送渠道有限，利用轨道交通系统的开行，能促进当地特色蔬菜水果、高海拔区域药材等农副产品的外销，以及生活物资的运输，带动当地农产品加工业、种植业和养殖业的发展，改变沿线地区居民的传统生产生活方式，调整产业结构，促进当地经济发展，助力沿线区域脱贫致富。因此，对于轨道交通车辆而言，在车型配置中还需考虑货物运输的需求。

3 车辆工程设计考虑

3.1 小型化（米轨）列车的选用

为了减少对地面资源的占用，控制工程投资体量，需要对整个轨道交通系统进行小型化设计，主要体现在对双线线间距的控制、建筑限界的控制、对轨下基础承载要求的降低，即车辆尺寸、轴重、轨距、动力配置模式等技术指标的确定。

考虑国际和国内1435mm准轨以下轨距的发展成熟度，米轨铁路是主要的技术主流。为控制限界，车辆外轮廓的缩减是小型化的核心；结合山地旅游的座席特征，车辆考虑2+2座席，车辆宽度宜控制在2400～2500mm。为减小对轨下承载结构的要求，轴重、车重、车长是关键指标；结合山地旅游客流特征，单节车辆载客70～110人（含站立），车辆长度可长达20m左右；再考虑米轨转向架、牵引制动系统的配置，列车空车重量可控制在40t左右，车辆轴重可控制在12t左右。为实现山地旅游线路中普通黏着坡道的开行，列车动力需考虑为动力分散型，提高黏着的利用率，避免空转打滑情况的出现。

3.2 齿轨爬坡能力的介入

山地旅游交通120‰、250‰、350‰的坡道特征决定了车辆齿轨爬坡功能的介入。当前发展的横齿和竖齿两类齿轨结构都可以应用，横齿坡道能力最强，竖齿结构主要有Strub、Riggenbach，结构相对简单，应用较为广泛。针对100km左右的长大山地旅游交通，同时还存在大量的40‰及以下小坡道，这亦提出了黏着和齿轨并用的工程需求。因此，山地旅游交通工程中可应用黏着和齿轨并用的驱动技术，在不同的线路区段应用不同的驱动方式，能给游客带来无差异化、无换乘的乘坐体验。

考虑黏着路段的开行速度提升以及极大坡道行车安全性，推荐250‰及以下坡道应用黏着和齿轨并用的驱动技术；在250‰及以上坡道情况，推荐选用纯齿轨列车的应用。

3.3 无辫子式供电技术的引入

基于山地旅游交通沿线的高环保需求，电力驱动是唯一选择。考虑旅游观景无遮挡、沿线景观无分隔的需求，无辫子式供电技术如接触轨供电、车载储能式供电成为供电技术的首选。根据列车的动力需求以及山地交通沿线的外电供给和配置情况，可考虑DC3000V/1500V/750V的电压等级。列车电气设备相关的电气安全间隙亦需充分考虑高低海拔环境的影响。

3.4 列车牵引制动性能的优化

山地旅游交通主要以快旅慢游为主，且车站各站间距相差较大，列车运行速度、列车牵引加速度、制动减速度等技术指标需求相较于市内通勤列车、城际大站间距列车是有差别的，需根据开行需求特殊定制。结合山地旅游交通线路的旅行速度需求，推荐列车加减速度指标降低，启动加速度宜控制在0.4～0.6m/s2，黏着开行的制动减速度宜控制在0.8～1.0m/s2，齿轨开行的制动减速度宜控制在0.3m/s2左右。

3.5 旅游扶贫功能的引入

基于山地旅游交通沿线的自然风光特色和海拔高度情况，车外涂装、车内观景环境、车内装饰设计风格、车内供氧需求、车内乘坐舒适度等都需有特殊的考虑，推荐列车充分体现舒适的观景环境，配置大通透观景窗，并在3000m海拔以上时配置应急供氧设施，并引入智能化乘客信息和交互系统。

为适应扶贫功能，车辆设计中还需涉及货运功能的实现，如货运车厢、货运列车等，推荐货运列车考虑动力分散布局，轴重控制不超12t，货运物以轻质农副产品为主，货运车辆载重量以不超10t为宜。

4 结论

综上分析，山地旅游轨道交通车辆的设计需充分结合山地旅游交通功能和性能上的特殊需求，突破常规的设计理念，从车型配置、结构选型、驱动形式、牵引系统、制动系统、电气安全间隙、启停性能、乘客信息系统、车体造型和客室设计等方面进行定制设计，打造安全可靠、功能齐备、设施先进、性能优良、服务周到的新型山地旅游交通工具，助力山地旅游交通市场的融合大发展。