关于云巴的几个线路参数探讨

2021-04-10王楚骄

山西建筑 2021年8期

王楚骄

(中国铁路设计集团有限公司，广东深圳 518000)

0 引言

云巴是由比亚迪汽车工业公司自主研发的、具有完整知识产权的一款新产品。根据中国城市轨道交通协会发布的《比亚迪城轨交通系统的调研考察报告》，比亚迪云巴系统运量为0.6万人/h～1万人/h，是小运量胶轮有轨电车系统，是现代有轨电车的一种新系统，适用于三四线城市的骨干线和一、二线城市的辅助线、加密线、区域循环线。云巴系统具备转弯半径小、爬坡能力强、建设周期短、工程投资小、结构体量轻盈等优点，发展及应用前景广阔。目前全国范围内已有重庆、深圳、天津、安徽、西安等地在建或规划有云巴线路。

线路技术参数的选用直接关系到系统运行能力、车辆运行的平稳性以及旅客乘坐的舒适性，主要包括平曲线半径、竖曲线半径、最小夹直线长、坡度、最小坡段长度、配线设置等。云巴与钢轮钢轨制式、跨坐式单轨制式、公交系统均有相似之处，但又存在较大差异。本文结合线路技术参数的考虑因素，对云巴系统的特点进行介绍及探讨。

1 云巴系统简介

云巴是小运量轨道交通系统(如图1所示)。云巴的轮轨系统为导向橡胶轮胎内嵌于U型梁(如图2所示)，供电系统为车载蓄电池组，电池为磷酸铁锂电池，道岔为SAS型道岔，区间疏散方式为端门疏散，一般情况采用高架敷设方式。根据广东省住建厅颁布的DBJ/T 15—172—2019胶轮有轨电车交通系统设计规范(以下简称《广东省标准》)，相关参数如表1所示。

表1 云巴车辆主要技术参数表

2 最小转弯半径分析

车辆的最小转弯半径与转向架的构造密切相关。地铁车辆的转向架为双轴转向架，车辆转弯时，根据几何关系转向架上至少有一个轮子不紧贴轨道，当缝隙过大时存在脱轨的可能。因此，双轴转向架车辆最小转弯半径的选取需保证列车的运行安全，计算相对较为复杂。

云巴的转向架为单轴转向架，其结构如图2所示。在曲线上运行时，云巴车辆未被平衡的横向力的反力是通过走行轮与轨道梁踏面之间的摩擦力来提供，这种横向力与汽车的横向力产生原理是一致的。内嵌于轨道梁内的导向轮功能单一，仅仅起到车辆导向的作用，不对车辆的行驶及稳定提供作用力，故在最小转弯半径的选取时不需要考虑导向轮这个因素。因此云巴在构造条件下的最小转弯半径的计算方法与汽车一致。

云巴在曲线上的运行状态如图3所示，根据几何关系可知：

(1)

其中，Rmin为最小转弯半径，m；L为车辆轴距，m；θ为转向架最大转角，(°)。

3 超高顺坡率控制值分析

钢轮钢轨制式的车辆在缓和曲线上运行时，因超高处于变化地段，列车转向架上的外侧轮胎紧贴轨面，内侧有一个钢轮与轨面接触，另外一个钢轮与轨面脱离，当脱离高度超过车辆轮缘的高度时可能引发列车脱轨。因此，在超高设置时需考虑超高顺坡率这一因素。云巴车辆是橡胶轮胎，与钢轮钢轨存在本质的区别，不需要考虑因轮胎脱离轨面而引发脱轨的情况。但云巴车辆存在防倾覆系统，因此在超高设置时也需要考虑超高顺坡率这一因素。

云巴车辆防倾覆系统由防倾覆挡板与防倾覆杆组成，防倾覆挡板位于轨道梁上，防倾覆杆位于车体的转向架上(如图4所示)。在极端特殊工况下，防倾覆挡板将防倾覆杆卡住，从而达到阻止列车倾倒的作用。在正常工况下，列车的防倾覆杆与防倾覆挡板不接触，避免损坏轨道梁及车辆挡杆。

当云巴车辆在缓和曲线上运行时，假定车辆无弹性、轨道无弹性、轨道施工无误差，则列车转向架上内侧的一个轮胎与轨面脱离的高度为:

H=i×D

(2)

其中，i为超高顺坡率；D为轴距。

当H大于防倾覆挡杆与挡板之间的空隙值Hmin时，列车防倾覆挡杆与防倾覆挡板相接触，将造成列车部件或轨道梁损坏，故最大超高顺坡率允许值i

4 最小夹直线长度分析

GB 50157—2013地铁设计规范，一般情况下夹直线最小长度的考虑因素为车辆在前一个曲线产生的振动衰减后再进入第二个曲线，不致两个曲线的振动叠加。该振动产生的主要原因是车辆钢轮在缓直点与钢轨产生冲击。困难情况下主要从安全运行的角度考虑，即车辆在曲线上运行时不跨越3种线型。

GB 50458—2008跨坐式单轨设计规范中没有一般情况与困难情况的区分，主要从制梁工艺的难度方面考虑，同时也是参照《地铁设计规范》中B型车取20 m，其圆曲线最小曲线半径的取值与夹直线考虑的因素一致。

CJJ 37—2012城市道路工程设计规范中没有关于夹直线最小长度的规定,只规定了圆曲线的最小长度。其考虑的因素为避免驾驶员在平曲线上行驶时频繁操纵方向盘引发行驶危险及避免密集的离心加速度变化引起的不舒适感。其长度规定为车辆行驶3 s的距离(即L=3×V/3.6=0.833V)。

首先，云巴车辆在曲线上行驶时，不存在因司机频繁操作方向盘引发交通事故的问题，故不考虑安全驾驶的问题。其次，云巴的轨道梁制作精度高，工艺水平满足一片梁跨越三种线型的条件。再次，云巴车辆在进入缓和曲线时不会像地铁那样出现钢轮的轮缘会与钢轨产生碰撞的现象，故云巴系统最小夹直线长度的选择，不需要考虑《地铁设计规范》中的旅客舒适度。综上分析，最小夹直线长度的选择仅需考虑行车安全性，即车辆在曲线上运行时不跨越3种线型。

5 故障车停车线、渡线布置分析

根据GB 50157—2013地铁设计规范，停车线的设置密度与运营灵活性、方便性密切相关，同时也涉及工程规模与造价，因此需找到运行方便性与工程造价之间的平衡点。由上可知，设置间距主要考虑故障情况下的运营组织灵活性、工程造价。

运营组织灵活性是一个定性的标准，《地铁设计规范》给出了一个相对定量的指标：列车按25 km/h～30 km/h的运行速度计，走行时间不大于20 min为控制目标，最终预计一列故障车处理总时间控制在30 min以内。根据广州地铁颁布的《行车事故管理规则》，一般事故的定义为:因设备故障或其他原因中断正线( 上下行正线之一) 行车30 min及以上。从这个角度来看，《地铁设计规范》规定的停车线间距要求可视为尽可能避免故障情况下出现一般事故。

不同制式的交通对一般事故的定义存在较大区别，地铁作为大运量的轨道交通系统，高峰客流断面达3万人/h～5万人/h，运行中断对城市交通造成的冲击及列车延误所产生的社会经济效益影响较大，一般事故的标准相对较高。公交车等小运量交通，即便某一线路改线、区间中断运行甚至临时取消对城市交通产生的影响也会相对较为轻微，因此一般事故的标准会相对降低。比亚迪云巴制式属于小运量的城市轨道交通，高峰断面客流在1万人/h以下，中断运营对城市交通及社会所产生的影响是存在的，但相较于大运量的轨道交通来讲要轻微许多。

地铁客车故障救援与云巴制式存在较大区别，但对救援时间的定义一致。救援时间=列车连挂时间+推送时间+进、出故障车停车线时间。结合地铁运营的经验，车辆连挂的时间近年来逐渐减小，现基本可在5 min～6 min完成连挂，列车出入停车线的时间在2 min～3 min可完成。故一般情况下，推送时间不大于20 min可保证完成故障救援的时间小于30 min。

根据比亚迪汽车工业公司提供的资料，云巴的故障救援主要流程如下：

步骤1：车辆在区间突发故障,紧急停车；

步骤2：控制中心收到故障信号，派出救援车；

步骤3：救援车迅速抵达现场；

步骤4：救援人员打开端门，放置逃生梯，进入疏散通道，连挂车钩装置；

步骤5：救援车将故障车牵引至邻近车站，疏散清客；

步骤6：故障车被牵引至车辆基地检修。

从上述步骤来看，救援模式尚不成熟。车辆连挂通过救援人员手动操作完成，与汽车的救援类似。救援所采用的车钩不具备导电、导气等功能。车钩重约30 kg，救援人员需打开车辆端门→放下逃生梯→进入疏散通道→连接车钩装置，上述步骤对人员的操作技术的熟练程度、体力有较大的依赖性，连挂时间难以控制。据比亚迪汽车工业公司提供的试验数据，救援时由2名年轻、熟练工人完成车辆连挂所需的时间在6 min以内。在将故障车辆推入待避线后，仍需按上述操作进行人工解钩。因缺少实际运营数据，具体的救援时间不好确定。可以肯定的是，云巴制式的故障救援不够智能，时间比地铁的救援时间要长。

综合上述分析，以大运量的交通系统标准来套用云巴制式显然是不合适的。

从故障频率来看，云巴(胶轮有轨电车)系统是一种新型的小运量轨道交通系统，暂无市政运营经验，系统成熟度不高。可以预见的是在第一条市政运营线(坪山云巴1号线)正式开通运营后1年～2年时间内，系统内各设备发生故障的频率会比较高。再经过5年～10年的发展，产品将会不断更新换代，系统会逐渐趋于完善，故障频率不断降低，对故障车停车线的需求也将不断减少。

目前，云巴制式处于研发、推广期，过密的停车线及渡线设置将会导致工程造价增加，不利于该系统制式的推广。同时，云巴系统一般采用高架敷设方式，道岔采用的是SAS型机械道岔，需架设于道岔平台上。道岔平台体量大，景观差。因此，设置故障车停车线及渡线的车站对景观影响较大。

根据《广东省标准》，云巴配线设置的要求如下：每5个～6个车站、5 km设置一个渡线，每10 km设置一组故障车停车线。结合云巴系统在城市交通中的重要性、云巴的救援模式、故障频率、工程造价、景观影响等方面的因素来看，故障车停车线及渡线的设置密度小于地铁是较为适宜的，利于初期云巴系统的推广。待云巴系统产品趋于成熟并积累一定的运营经验后，可结合实际工程情况，适当调整设置停车线及渡线的间距。