《地铁设计规范》中限制列车加减速度规定的合理性分析与探讨

杨振虹 梁广深

(1.中交铁道设计研究总院有限公司，100088，北京；2.北京城建设计发展集团股份有限公司，100037，北京∥第一作者，高级工程师)

旅行速度是评价地铁系统的重要指标之一。旅行速度高反映了地铁系统的运量大、快速和高效率，能够减少乘客出行时间，满足日益增长的服务需求[2]。地铁站间距离短，又要求运行速度快，为达此目的，就要求列车的起动加速度和制动减速度要大[3]。高的平均加速度表明列车具有良好的加速能力和较高的旅行速度(即较短的旅行时间)[4]。现在许多城市的轨道交通项目都选用加速度和减速度较大的4M2T编组列车，目的是为了提高列车的旅行速度。莫斯科地铁是世界上运输效率最高的地铁，其高峰小时开行列车40～45对，最小行车间隔为80 s，凭借的就是列车加速度为1.0～1.1 m/s2、减速度为1.2～1.3 m/s2[5]，列车高速进站和高速出站，停站时间不超过20 s。

GB 50157—2013《地铁设计规范》第3.3.6条规定：列车牵引计算正常情况下，计算起动加速度、制动减速度分别不宜大于最大加速度的90%和常用减速度的90%，且计算列车起动加速度和制动减速度均不宜大于0.9 m/s2。考虑列车牵引计算图是编制列车运行图的原始资料，是列车在轨道上运行轨迹的实际模拟图，列车的许多运行参数(如列车的起动加速时间、起动加速度、起动加速距离，以及到达下一站的制动初速、制动时间、制动减速度、制动距离、区间运行时间和牵引耗电量等)可从牵引计算图中查得[6]。而根据加减速度不大于0.9 m/s2，并按牵引计算图编制的列车运行图，则会降低列车旅行速度和服务水平，这与地铁管理单位和广大乘客的期望相悖，值得研究和商榷。

为了探讨这一问题，笔者选择重庆轨道交通5号线一段线路，采用B型车3M3T编组列车和4M2T编组列车，分别以100%牵引力和90%牵引力做列车牵引计算图，并对结果进行了深入分析。

1 列车仿真牵引计算

1.1 线路概况

重庆轨道交通5号线一期大石坝站至跳磴站，线路运营长度为23.044 km，设车站16座。最大站间距离为2 534 m，为重庆西站—创业大道站；最小站间距离为853 m，为北滨路站—大石坝站；平均站间距离为1 536 m。该段线路地形条件比较复杂，正线最大坡度为34‰。本文研究的列车运行方向为跳蹬站至大石坝站。

1.2 车辆参数

B型车为我国地铁采用最为普遍的车辆类型，因此本文研究分别采用B型车3M3T编组列车和4M2T编组列车进行相关计算，以使牵引计算结果具有较大参考价值。具体车辆参数如表1所示。

表1 本文研究采用的B型车3M3T编组与4M2T编组车辆参数

1.3 牵引计算结果

计算结果如表2和表3所示。

表2 B型车4M2T 编组(AW2工况)不同牵引力及制动力时的列车牵引计算结果

表3 B型车3M3T 编组(AW2工况)不同牵引力及制动力时的列车牵引计算结果

2 计算结果分析

2.1 列车加速度和减速度分析

2.1.1 B型车4M2T编制列车运行结果分析

由表2可见：4M2T编制列车以100%牵引力起动或以100%制动力制动时，出站加速度a1∈[0.66,1.0]，其平均值为0.84 m/s2；进站制动减速度a2∈[0.94,1.08]，其平均值为1.02 m/s2。4M2T编制列车以90%牵引力起动或以90%制动力制动时，出站加速度a1∈[0.57,0.93]，其平均值为0.75 m/s2；进站制动减速度a2∈[0.85,1.05]，其平均值为0.93 m/s2。

由分析可得出：4M2T编制列车以100%牵引力实际运行时的出站加速度，在15个区间中，只有4个区间因受出站大下坡影响而超过0.9 m/s2的要求；降低牵引力至90%后，在15个区间中，仍有1个区间因受出站大下坡影响超过0.9 m/s2的要求。反观制动减速度，无论是以100%制动力还是以90%制动力进行制动，进站制动减速度几乎均超过0.9 m/s2的要求。

2.1.2 B型车3M3T编制列车运行结果分析

由表3可见：3M3T编制列车以100%牵引力起动或以100%制动力制动时，出站加速度a1∈[0.40,0.83]，其平均值为0.60 m/s2；进站制动减速度a2∈[0.65,0.97]，其平均值为0.86 m/s2。3M3T编制列车以90%牵引力起动或以90%制动力制动时，出站加速度a1∈[0.40,0.8]，其平均值为0.54 m/s2；进站制动减速度a2∈[0.64,0.84]，其平均值为0.78 m/s2。

由分析可得出：3M3T编制列车无论是以100%牵引力还是以90%牵引力进行起动，实际运行时的出站加速度，在15个区间中均没有超过0.9 m/s2的要求。反观制动减速度，列车进站时以100%制动力进行制动，在15个区间中，只有4个区间的进站制动减速度超过0.9 m/s2的要求；列车进站时以90%制动力进行制动，15个区间的进站制动减速度均未超过0.9 m/s2的要求。

2.2 列车旅行速度

由列车牵引计算图和表3可知，列车以90%牵引力起动运行时(图1中细线条)，因为起动电流减小，加速度减小，导致区间的运行时间延长。第一个区间延长4 s，第二个区间延长7 s。就全线而言，4M2T编制列车运行时间延长54 s，3M3T编制列车运行时间延长44.5 s。

图1 B型车3M3T编组列车(AW2工况)以100%牵引力和90%牵引力运行时的牵引计算图示例

本文研究的线路长度为23.044 km，设车站16座，列车起动目标速度为80 km/h，中间站停车30 s，以表2和表3中数据分析列车的旅行速度v旅如下：4M2T编制列车以100%牵引力加速运行时,v旅=42.91 km/h；4M2T编制列车以90%牵引力加速运行时,v旅=41.75 km/h；3M3T编制列车以100%牵引力加速运行时,v旅=40.83 km/h；3M3T编制列车以90%牵引力加速运行时，v旅=39.95 km/h。

2.3 列车牵引耗电量分析

由表2和表3中数据可知：4M2T编制列车以100%牵引力运行时的单程牵引耗电量为422 kWh，以90%牵引力运行时的单程牵引耗电量为411.99 kWh。即以90%牵引力运行时可减少牵引电能耗10.01 kWh，平均节能为0.43 kWh/km。3M3T编制列车以100%牵引力运行时的单程牵引耗电量为407.35 kWh，以90%牵引力运行时的牵引耗电量为396.23 kWh。即以90%牵引力运行时可减少牵引能耗11.12 kWh，平均节能为0.48 kWh/km。

3 几点体会

3.1 限制列车加减速度违背城市轨道交通运营宗旨

国外城市轨道交通都把提高列车加减速度作为提高旅行速度和服务水平的手段，我国亦如此。相关轨道交通车型的技术条件中均对列车加减速度的下限值做出了明确规定。

GB/T 7928—2003《地铁车辆通用技术条件》第6.12条规定：在平直干燥轨道上，列车从0～40 km/h,其加速度不低于0.83 m/s2，从0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2。第6.13条规定：在平直干燥轨道上，列车从最高运行速度到停车，常用制动平均减速度不低于1.0 m/s2，紧急制动平均减速度不低于1.2 m/s2[7]。

CJ/T 287—2008《跨座式单轨交通车辆通用技术条件》规定：列车平均加速度不宜低于0.83 m/s2，平均减速度不宜低于1.10～1.25 m/s2[8]。

CJ/T 375—2011《中低速磁悬浮交通车辆通用技术条件》规定：列车从0～35 km/h其加速度不低于0.9 m/s2，从0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2，平均减速度不低于1.1～1.3 m/s2[9]。

CJ/T 417—2012《低地板有轨电车车辆通用技术条件》规定：列车从0～40 km/h其加速度不应低于0.95 m/s2，从0～80 km/h其加速度不低于0.5 m/s2，常用制动减速度不应小于1.1～1.2 m/s2，施加磁轨制动时不应小于2.0 m/s2[10]。

GB 50157—2013的3.3.6条规定：牵引计算的列车起动加速度和制动减速度均不宜大于0.9 m/s2。这不仅违背了轨道交通车型技术条件的规定，而且与广大乘客的需求背道而驰。

3.2 关于电动机保护问题

GB 50157—2013的3.3.6条款解释称：“考虑车辆状态有所不同，在实际运营过程中也不适宜总是使用最大加速度，在设计中适当保留一定的富裕量。一般以不大于最大加减速度的90%为宜”。该条款的用意是保护车辆和牵引电动机。这种担心是多余的，因为牵引电动机最大电流为2倍保证定额额定电流，制动时电机的电压和电流均不能超过额定值的2倍。地铁车辆厂商提供的资料说明，190 kW牵引电动机，起动时瞬时功率为272 kW，制动时瞬时功率为510 kW。基于性能如此强大的牵引电机，运营中使用最大加减速度不应再有顾虑。

在运营管理中预留富裕量的做法，是以车辆最高运行速度的90%作为列车正常运行速度，预留的10%富裕量作为调整列车运行秩序的手段，而不是限制列车的加速度或减速度。

3.3 关于舒适度问题

GB 50157—2013的3.3.6条款解释称：“考虑到乘客舒适度的要求，不论车辆性能如何，计算时加减速度的量值都不应大于0.9 m/s2。此数值为一般乘客所承受的进出站列车加速减速时舒适度的临界点。

笔者认为，所谓舒适度并没有统一的标准。在同一加速度条件下，不同体质和不同年龄人的感觉是不同的。前文所说的中低速磁浮车、低地板有轨电车和跨坐式单轨列车的加速度几乎都要求大于0.9 m/s2，减速度都要求大于1.1 m/s2。莫斯科地铁车辆的加速度为1.0～1.1 m/s2，减速度1.2～1.3 m/s2，相信他们不会忽视舒适度问题。

3.4 加减速度不大于0.9 m/s2的控制范畴不明

地铁列车的加速度有两个标准：列车从0加速到40 km/h，其平均加速度为0.83 m/s2；从0加速到80 km/h，其平均加速度不小于0.5 m/s2。也就是说，列车从0加速到80 km/h，其加速度都达不到0.9 m/s2。表2 中4M2T编制列车平均加速度为0.84 m/s2，表3中 3M3T编制列车平均加速度为0.60 m/s2，均证明了这个结论。因此，限制列车加减速度的必要性不大。其限制范畴应是从0加速到40 km/h阶段，这是牵引电机的横转矩控制区，只持续十几秒钟，加速度无法测算。

4 结语

本文研究标明，GB 50157—2013规定牵引计算的起动加速度和制动减速度分别不宜大于最大加速度的90%和常用减速度的90%，导致地铁列车旅行速度下降，服务水平降低，造成了负面后果。虽然采用该措施可减少牵引耗电量0.48 kWh/km，但这不应成为地铁运营追求的目标。建议对GB 50157—2013第3.3.6条进行斟酌修改。