地铁车辆现代化升级改造探讨

法洪江 朱利 张东

青岛地铁集团有限公司运营分公司 山东青岛 266300

1 我国地铁车辆升级改造现状分析

我国北上广深等几个一线城市车辆基数大，开通时间早，部分线路的车辆已面临设计寿命到限的问题；但是上述城市运营和维修经验丰富，前期已开展车辆延长使用寿命或系统升级改造的研究，部分线路已经开始执行。

1.1 上海地铁1号线案例

上海地铁1号线于1993年开通运营，是上海市开通的第一条地铁线路，列车由西门子公司设计制造，前期共计16列列车，采用4动2拖的编组形式，车体为铝合金焊接型式，车辆设计寿命为30年。随着上海城市建设进程的加快，原6辆编组的1号、2号线列车日渐难以满足快速增长的客流量，运量的增长与运能不足的问题逐渐凸显。为提高线路的运能，一方面追加列车配置数量，另一方面于2007年开始对原6辆编组的列车进行改造，将列车由6辆编组改扩为8辆编组。同时，上海地铁于2017年前后开展对原1号线车辆延长使用寿命可行性的评估。目前，原1号线早期车辆的运行时间已接近27年，逐渐接近30年的设计使用寿命。自2015年开始，车辆牵引梁加强筋、车钩安装座、转向架构架等部分位置的焊缝出现裂纹，经研究发现其主要原因为焊接缺陷产生的疲劳裂纹，因此工作人员对缺陷部位进行了修复工作。但这些疲劳裂纹将成为车辆是否能够延长使用寿命的重要制约因素。

1.2 广州地铁1号线案例

广州地铁1号线于1997年开通运营，列车由西门子公司生产制造，前期共计21列列车，采用4动2拖的编组形式，目前车辆已运营近23年，为国内较早使用铝合金车体的项目之一。广州地铁于2016年开始研究探索铝合金车体的服役寿命，为后续车辆的维护和采购策略提供重要的技术支撑。广州地铁首先对车体进行了结构状态检查、结构件探伤、基于有限元的疲劳分析、强度和应力试验、基于线路试验的疲劳寿命分析等，并对铝合金车体服役寿命进行了评估；在确认车辆服役方案后，根据新的技术和运营需求，研究并确定了整车改造范围和寿命延长方案。广州地铁1号线的车辆将进行整体的升级改造，改造范围包括牵引系统、制动系统、列车控制与管理系统（TCMS）、乘客信息系统（PIS）、车门等重要子系统部件。升级改造后车辆的整体服役寿命将延长至 40年。

1.3 深圳地铁3号线案例

深圳地铁3号线于2010年开通运营，列车的牵引系统和TCMS系统由韩国现代集团（Hyundai Rotem）生产制造，列车共计43列，采用4动2拖编组的不锈钢车体。由于牵引系统性能和相关服务因素的影响，该项目的部分车辆将进行升级改造，改造的范围涉及牵引系统、TCMS系统、制动系统等。其中，原牵引系统将被替换为由国内供应商提供的先进牵引系统；电机仍沿用原项目产品；列车网络将取消绞线式列车总线（WTB）网络，而采用整车多功能车辆总线（MVB）网络；车辆的升级改造将结合车辆的大修同时进行。

1.4 其他案例

国内其他正在研究或执行的较大地铁车辆部件升级改造项目有：广州地铁 3号线空调国产化改造、广州地铁1号线车辆客室气动门改造、深圳地铁1号线牵引系统改造、上海地铁2号线基于通信的列车自动控制系统（CBTC）改造等。

2 车辆升级改造中的问题探讨

受运行舒适度要求的提高、车辆寿命的延长、节能环保的要求、智能运维的需求等因素影响，越来越多的地铁车辆逐步进入现代化改造阶段，同时新技术的不断应用推广，如无人驾驶、智能运维、大数据、5G技术将是后续车辆升级改造的重要考虑因素和方向。随着用户对移动带宽的高需求，4G移动通信技术已无法满足用户对低时延、大容量通信技术的需求趋势，人们将关注的焦点已逐渐转向5G技术，并急需将5G技术应用到相关垂直行业中。由于地铁中各功能场景复杂，导致5G网络覆盖面临一定挑战，加之原有地铁中传统分布系统各不相同，与5G网络频段的兼容性等问题，也给5G网络升级覆盖造成了不小的困难。同时，车辆升级改造过程中将面临诸多问题，如车辆寿命延长的评估无成熟的规范和准则、部分系统改造时与其他系统的接口匹配问题、升级改造项目执行过程中的质量管控与验证问题等。结合项目执行过程的相关问题，本文提出以下建议。

（1）车辆的升级改造应以乘客和运营需求为目标，确定存在的问题以及技术需求；同时以性能可靠为基本原则，并结合本地的具体情况，确定改造的目标、方向和范围。

（2）在前期，应做好调研与准备工作，如重要部件（车体和转向架）的寿命评估、功能需求等；在实施时，应做好过程管控，如相关的试验和认证；在后期，应做好调试、认证、运营的准备工作。

（3）升级改造应寻找合适的时间窗口，如结合车辆大修进行，避免不必要的资源浪费。

（4）应尽可能采用成熟的技术保证升级后系统的稳定性，减少与旧系统的接口，并确定新旧接口的关系；同时应少变动硬件，仅保留必须的接口。

3 结语

综上所述，早期开通地铁的城市已面临车辆逐步接近设计寿命的问题，以及更加严苛的运营要求，根据国内外城市地铁车辆的发展和管理经验，随着国内地铁市场的不断创新和发展，延长车辆使用寿命、功能升级改造将成为地铁车辆市场长期健康发展的必然趋势。无人驾驶、智能运维、大数据、5G 技术等将是未来车辆改造的重要方向，因此应尽早建立地铁车辆升级改造和延长使用寿命的管理规范和准则、有效的技术标准体系和审核管理机制，以及车辆改造后的认证管理规范。