中小运量城市轨道交通车辆选型分析

2020-05-27张晓俊何明明

工程技术研究 2020年5期

魏江，张晓俊，何明明

（清远磁浮交通有限公司，广东清远 511500）

在当前的社会发展趋势下，中小运量城市轨道交通系统的优化至关重要。为了发展中小运量城市轨道交通系统，进而推动城市经济的整体发展，必须重视交通系统发展的多元化目标，可见交通系统的发展正当其时。现代的城市轨道交通系统发展取决于对相关技术的研究，包括轨道交通车辆选型要点的研究。文章主要对于轨道交通发展现状、车辆特点及选型要点等展开分析，希望为后续的工作给予一定的思考。

1 中小运量城市轨道交通系统的发展现状

1.1 城市轨道交通系统制式的多元化

逐渐走向多元化的交通制式是我国城市轨道交通系统当前发展的主要趋势。随着国内外的城市轨道交通系统不断完善，技术水平以及设备水平的不断强化，当前我国轨道交通系统在建设、运营以及管理等各个方面，都有了长足的进步。这也充分证明了我国交通运输领域的发展正在不断加快，进而为我国的经济发展带来更大的助力。随着社会的不断发展，人们对于轨道交通制式的理解也越来越深刻，国家的相关管理部门对于我国城市轨道交通系统的诸多问题也引起了充分的重视，而制式单一问题是国家首先引起重视的问题之一。就世界各国的轨道交通系统发展状况来看，发达国家在交通规划方面的经验是一般情况下地铁轨道占城市轨道交通体系比重的30%左右，而我国当前的覆盖率则达到了70%以上，可见多元化发展的必要性。

1.2 发展推广中低速磁浮交通系统的必要性

相对于大运量的地铁系统，中低速磁浮交通系统在各个方面都有明显的优势，在应用方面也有着较多的优点，而且环境适应性更强，有着较强的运载能力。中低速磁浮轨道交通符合绿色交通、科技交通以及人文交通的理念，属于环境友好型的轨道交通模式，适合城市、城郊、城际和旅游景区的交通连接。同时，我国当前共同推动了磁浮交通核心技术及工程化应用的自主化、国产化发展，使我国成为了世界上唯一一个拥有两条中低速磁浮商业运营线的国家。这种中低速磁浮交通，适用于对老城区的改造，因为有着可以绕过既有建筑物以及转弯半径小的特点，可以在具备重点保护文物的区域建设。中低速磁浮交通有着无接触网以及舒适度强、爬坡能力强的特征，因此也适合景区观光。我国在面对当前的交通建设问题时，显然意识到大多数城市公共交通系统层次结构中，线网密度低的大运量轨道交通模式与低运量的交通系统之间明显出现了不同程度的脱节问题。在借鉴各国成功经验的基础上，我国需要通过积极研究探索去发展合乎我国当前国情的中低速磁浮交通发展的策略，实际投用于大城市和中小运量城市的轨道交通系统建设规划中。鉴于我国城市规模的不断扩大，经济水平持续提升，社会车流量越来越大，城市道路高峰期的交通堵塞现象也更加严重，而且停车问题也愈发得到大众的重视。相对于大运量的轨道交通系统来说，中低速磁浮交通具备多方面的优势，可承担城市公共交通客流运输的负担，推动城市交通运输事业的发展，其重要性不容忽视。因此中小运量的城市交通系统要以高效、高质量为主要原则，通过精准选型去保证交通系统更加地完善。

2 中小运量城市轨道交通车辆的特点

2.1 现代有轨电车

现代有轨电车是基于传统有轨电车进行革新所产生的创新型车型。在以往的交通领域发展过程中，传统有轨电车曾为城市的交通运输行业发展做出了很大的贡献，也为现代有轨电车的开发奠定了良好基础。现代有轨电车的研究开发建立在传统有轨电车技术的基础上，编组较为合理，车型选择为新型低底盘车型。供电可使用第三轨供电、接触网供电及车载超级电容等多种供电方式去完成供电。这样的供电方式，使得现代有轨电车具备了更强的爬坡能力以及更小的转弯半径，在线路布置上也更加灵活。除此之外，现代有轨电车车站还有很多优势，包括施工工期短、结构简单等特点，工期为1～2年，更适合于地面敷设。当前建设有轨电车主要是在客流量较少或中等的中小城市开展工作，此外也包括新的城市的郊区及开发区。创新的获利，使得现代有轨电车在欧洲运营规模得到了扩散，近年来在国内也开始了广泛建设，当前已有多个城市开始了运营，同时沈阳、南京等多个城市正处于建设过程中。此外，当前我国的新能源现代有轨电车也正在开发，蓄电池、氢燃料、超级电容等多种储能设备都在陆续开发和投用中。

2.2 单轨列车

（1）跨坐式单轨列车。其是利用单根轨道梁去保证行车的稳定性，车辆跨坐于轨道梁上运行，重心位维持在轨道梁的上方。橡胶轮胎可以取代传统单轨电车的钢制车轮作为转向架走行轮，4个导向轮从侧面抱住轨道梁，这样能够保证车辆的车轮踏面实现自动对中导向。跨坐式单轨列车具有很多优势，包括投资适中、占地面积较少、转弯半径小、工期较短等，适用于客运量适中、地形相对复杂的地区，同时也适用于观光旅游线路的高架线。在日本较为常见的是跨坐式单轨列车，而国内当前也已经开始建设并投用多个线路，包括已投入运营的重庆轨道交通2号线等。此外银川、深圳等多个地区也正在建设跨坐式的单轨系统。（2）悬挂式单轨列车。悬挂式单轨列车最主要的特征是其并不在路面运行，而是悬挂于箱形的轨道梁下方。这类列车的转向架上普遍安装了导向轮及走行轮，在实际运行的过程中，导向轮及走行轮一直处于箱形梁的内部，所以能够保证系统的运营安全，此外在车辆处于高架线路上运行时，并不会加大地面的交通负担，因此备受推崇。悬挂式单轨列车高架敷设的手段，使得这种列车具备了许多优势，作为观光线路体现出了很大的适用性。虽然当前悬挂式的单轨列车在国内并没有得到十分广泛的应用，但是在国外的诸多地区，包括日本千叶以及德国伍珀塔尔和多特蒙德等地区，目前都已经开始投用，可见未来的发展前景可期。

2.3 中低速磁浮列车

中低速的磁悬浮列车主要依靠电磁力与地球引力相互作用实现车辆悬浮的目标，通过常导磁吸悬浮的原理实现基本的运行与导向目标，利用车载的一次直线感应电机为驱动，确保列车能够悬浮在轨道上稳定运行。在悬浮状态下，车体并不处于轨道上，而是与轨道之间维持一定的间隙，一般情况下，车辆与轨道的悬浮间隙约为8～12mm。简而言之，中低速的磁悬浮列车是一种低排放且低噪音的列车，是未来必然会备受关注的列车类型。因其具备运行速度快、运能中等、成本相对较低等特点，所以在城市中应用的范围很广。在日本地区，中低速磁浮的列车已经成为了常见列车，技术发展已经比较成熟，国内当前正处于大力推广建设过程中，已经开发出了长沙磁浮快线、北京磁浮S1线，以及正在建设当中的清远磁浮旅游专线，所利用的正是100～120km/h的中低速磁悬浮系统，可见这一系统未来在国内的普及是必然趋势。

2.4 胶轮地铁

所谓胶轮地铁，其主要是指借助旋转电机为牵引，以混凝土轨道为支撑的胶轮列车。其主要包括两种类型：（1）利用两侧导向方式，并且保留钢轮钢轨走行系统的胶轮地铁，以巴黎常见的胶轮地铁为代表；（2）利用中央导向方式，并且使用纯胶轮走行系统的胶轮地铁，以日本札幌为代表。前者以传统钢轮钢轨地铁为基础，在外部加设胶轮进行支撑。钢轮钢轨为备用，正常运行状态下一般使用胶轮支撑前行，即只有在列车通过道岔区段出现中断或是胶轮出现爆裂或是泄气情况时才适用。而纯胶轮走行系统主要适用于在带型平板轨道及混凝土材质轨道上支撑车辆行驶。道床早期使用工型导向轨，目前则需要设置倒T型的钢质导向轨，列车的水平导向轮夹行于导向轨的两侧部分，进而引导行驶的方向。纯胶轮的地铁虽然与钢轮地铁在运行原理上有相近之处，但却完全摒弃了钢轨走行装置，构成得到了很大程度的简化。这一系统主要适用于城市机场的专用线路亦或是人员集中的点对点线路，应用价值不可否认。

3 总结与分析

通过以上不同制式车辆特点的分析，可以看出中小运量城市轨道交通车辆的选择要从车的运能、运行最高速度、路权形式、编组辆数、最大坡度、最小曲线半径及施工方式等多个方面来分析。中低速磁浮交通系统的主要技术参数如表1所示。不同的车型有不同的特点，需要针对性选择，以保证不同车型的优势得以体现。对于以上不同车型，通过研究可以看出，中低速磁浮系统能够体现出其运行速度上的优势，运行效率也是最大的优点所在。中低速磁浮列车采用车载短定子异步电机驱动，列车行驶和悬浮的电力通过接触轨和受流器向车辆供电。此外，中低速磁浮线路的敷设方式也更加灵活，磁浮列车可以借助高架运行，并且与城市景观达成更好的融合，能够形成优质的景观效果。开发的重点是城市内、市郊以及市区与机场间、老城区的改造等交通，有着广阔的应用范围和前景。