低地板轻轨车辆在城市轨道交通中的应用分析

王建

（青岛高投建设工程有限公司，山东 青岛 266000）

0 引言

随着城市化进程的加快，城市人口急剧增加，城市交通拥堵问题日益严重。解决城市交通拥堵问题成为各大城市面临的一大难题，而轨道交通是解决城市交通拥堵问题的有效途径之一。低地板轻轨车辆是城市轨道交通中最受欢迎的车型之一，在我国得到广泛应用。低地板轻轨车辆在结构上与传统车辆有很大区别，主要表现在：采用无中心牵引和转向架、无轮轨摩擦的独立悬挂结构；采用大功率低地板转向架；采用电磁铁牵引，不受线路条件限制；采用电磁制动和电空制动相结合的综合制动方式。

1 低地板轻轨车辆介绍

低地板轻轨车辆是一种高速、重载的城市轨道交通车辆，因其具有转弯半径小、爬坡能力强等优点，在国内外得到广泛应用。低地板轻轨车辆的车体材料采用铝合金型材与钢板的组合结构，在满足强度要求的同时，达到减重的目的。铝合金型材为LF7 系材料，密度为2.97kg/m3；钢板采用LF8 系材料，密度为2.51kg/m3。由上述两种材料组合而成的车体结构具有强度高、质量轻、耐腐蚀性好、防火性能高等特点，同时还具有良好的抗倾覆性能。在牵引方式方面，采用2 台电力驱动的交流牵引系统。单轨运行时，采用双动轮和单动轴结构；双轨运行时，采用单动轴和双动轴结构，车钩采用独立悬挂形式，每侧设置2 个独立车钩；单轨运行时，每侧设置2 个独立车钩，车钩在转向架上的布置形式为单侧双悬臂[1]。

2 国内外低地板轻轨车辆的发展及应用情况

在国外，低地板轻轨车辆主要是法国的TGV、德国的MTU、日本的NUTS 和意大利的VALENTINO等。在国内，为了突破技术垄断，作为国内轨道交通行业的领军企业，长客股份很早就投入对低地板轻轨车的研发，并在国内率先研发成功70% 低地板轻轨车。

日本从1980 年开始研制低地板轻轨车辆，至2004年共研发出10 多种车型，主要包括低地板地铁列车（RR 型）、低地板有轨电车（RB 型）、低地板城市轻轨车（RHS 型）等，并已在东京地铁、北海道中央线和JR东海铁路等线路投入运营。其中，RHS 型和RVS 型低地板轻轨车辆最大限度地发挥有轨电车车辆转弯半径小的优势，降低车辆对地面和高架的占用面积，从而使其转弯半径可以达到120m 以上，可用于城市中心城区与周边城镇之间的客流运输[2]。

欧洲的低地板轻轨车辆主要由德国西门子公司和法国阿尔斯通公司联合开发研制，分别于1992 年和1994 年推出。其技术特点为：采用独立牵引电机、转向架双节编组；牵引电机采用大功率IGBT 模块；车辆编组形式多样，可以根据客流需求灵活变化。目前，低地板轻轨车辆已广泛应用于德国、法国、瑞典、奥地利、丹麦、芬兰、挪威等地。

2006 年，国内100%低地板轻轨车辆正式由科技部列为“十一五”国家科技支撑项目，长客股份作为科研主体单位开始立项攻关。2010 年完成100%低地板轻轨车整车生产及课题验收，2011 年完成5000 公里线路考核试验。2013 年4 月18 日，中国北车唐车公司自主创新研制的一款一体化交通新产品——100%低地板现代有轨电车下线，从而开启了我国轨道交通装备制造业崭新的一页。

2.1 低地板轻轨车辆对线路条件的要求较低

低地板轻轨车辆的乘客区一般设在靠近车站和车站出入口的区域，较少占用地面空间，因此对线路条件的要求比较低。但并非完全不受线路条件限制，如在一些特殊城市中，由于地势较高，为了解决山区与平原的交通问题，也会采用低地板轻轨车辆。对于低地板市郊铁路而言，由于其线路长度较短（一般只有1km 左右），而且与城市内其他交通方式相衔接，因此对线路条件的要求并不十分苛刻。除了一些特殊地段（如山地与丘陵之间、高架与地面之间等）外，多数低地板市郊铁路的线路条件都可以满足。例如，在韩国首尔地区就建设了一条从市中心到远郊的低地板轻轨线路。在线路中，除了设置了地面停车场外，还设有轨道电路和电力供给系统。由于线路长度较短、转弯半径小、车站数量少，因此该线路在一定程度上，可以满足山区与平原之间的交通需求。

此外，部分城市还将低地板轻轨车辆用于连接远郊的城际铁路。例如，日本东京都市圈内的都市通勤铁路系统就是采用低地板轻轨车辆作为客运交通工具。该线路距离中心城区较远（一般为60～70km），因此不会占用过多的地面空间。

2.2 低地板轻轨车辆可在高架上运行，节约土地资源

城市轨道交通线路建设必须保证与道路用地相协调，尽量避免对城市道路造成破坏，还要节约土地资源。而低地板轻轨车辆在不影响道路正常通行的前提下，能够在高架上运行，减少对地面和高架的占用，为城市轨道交通线路的建设提供便利条件。低地板轻轨车辆具有较大转弯半径和较小曲线通过能力，能实现快速进出隧道、跨越深沟、跨越桥梁和立交桥，为城市轨道交通线路建设提供便利条件。同时，低地板轻轨车辆由于转弯半径小，减少对地面的占用，从而降低城市轨道交通线路对地面的影响，建设在城市中心城区附近是非常适合的[3]。

2.3 低地板轻轨车辆具有一定的技术优势

低地板轻轨车辆与其他地铁车辆相比，具有一定的技术优势。

一是车体结构强度高，安全性好。车体主要结构采用复合材料，车体钢结构强度高，车体结构刚度大，抗疲劳性能强，而且车体制造工艺简单，生产效率较高，可减少制造成本。

二是转向架采用独立传动系统，稳定性好。独立传动系统能够保证车辆在直线和曲线上运行的稳定性和平稳性，且转向架结构紧凑、质量小、抗侧倾能力强。

三是牵引系统采用独立驱动方式，牵引电机功率大、功率因数高、对电网无污染。

四是制动性能优越。采用独立的电制动系统和机械制动系统相结合的方式，可大大提高车辆的制动能力。

五是低地板轻轨车辆采用独立驱动方式及独立轮对设计，可实现牵引电机功率在一节车厢内独立使用。因此，低地板轻轨车辆可以满足大运量、小间距轨道交通系统的运营需求。

3 低地板轻轨车辆的主要技术要求

3.1 地板高度

地板高度是低地板轻轨车辆的主要技术要求。地板高度应该尽可能低，以方便乘客进出车辆。对于轻轨车辆来说，地板高度应该考虑乘客的身高和轮椅的高度等因素。在通常情况下，地板高度应该低于乘客的膝盖，以便乘客可以轻松地从地面进出车辆。

3.2 通道宽度

通道宽度是低地板轻轨车辆的另一个主要技术要求。通道宽度应该大于等于80cm，以便乘客可以轻松通过。通道宽度还应该考虑乘客携带的行李和其他物品的宽度。如果通道宽度过小，可能限制乘客的移动速度，增加交通拥堵的情况。

3.3 座椅布置

在通常情况下，座椅应该尽量靠近车厢两端，以便乘客可以更容易地进入和离开车辆。同时，座椅设计应该考虑乘客的数量和身高。如果座椅过于靠近车厢中央，可能影响乘客的进出车辆，同时也会增加车辆的能耗。

3.4 转弯半径

低地板轻轨车辆在行驶过程中需要转弯，因此转弯半径应该尽可能小，避免车辆在转弯时失控或者超出轨道范围。转弯半径的大小还与车辆的悬挂系统和制动系统有关，需要综合考虑。

3.5 制动性能

低地板轻轨车辆的制动性能是保证列车安全运行的重要因素之一。列车应具有初速度高、制动距离短、制动平稳、对轨道和车轮的磨耗小等特点，在城市轨道交通中，由于列车运行线路较短，乘客数量较多，因此要求列车的制动性能更好，以保证列车的安全以及能够准时到达目的地。

3.6 安全性

低地板轻轨车辆的安全性也是乘客最关心的问题之一。低地板轻轨车辆的结构应该具有良好的安全性能，能够承受各种碰撞和故障等情况；低地板轻轨车辆的电气系统应该具有良好的安全性能，防止电击、火灾等事故发生；低地板轻轨车辆的信号系统应该具有良好的安全性能，能够防止列车出轨、误操作等情况发生；低地板轻轨车辆应该配备必要的安全设备，如安全带、安全门等，以确保乘客安全。

3.7 可靠性

低地板轻轨车辆应该具备高可靠性，能够在城市繁忙的交通环境中稳定运行。车辆应该能够承受各种复杂的交通环境，如交通拥堵、急刹车等；低地板轻轨车辆的可靠性也应该考虑车辆的维护成本和维护周期等。

4 低地板轻轨车辆的未来发展趋势

低地板轻轨车辆是一种适合中运量、大运量的轨道运输方式，具有运载能力大、运行速度高、能耗低等特点，能很好地适应现代城市交通的发展。近年来，全球许多国家都在大力发展低地板轻轨车辆。在我国“双碳”战略的背景下，如何发挥低运能系统的优势，提高公共交通服务品质、缓解地面交通拥堵、建设高质量可持续发展的低运能系统，是行业应思考的紧迫问题。

4.1 低地板轻轨车辆将成为未来城市轨道交通的主力车型

低地板轻轨车辆以低成本、高效率、大运量的特点，能够解决城市交通拥堵问题，低地板轻轨车辆与地铁相比更加灵活，可以适应不同的交通环境和地形。地铁需要隧道和桥梁等设施，更加依赖于地形和道路条件；低地板轻轨车辆的建造成本通常比地铁车辆低，且在运输乘客方面更高效。低地板轻轨车辆通常比地铁车辆更灵活，可以运输大量乘客；低地板轻轨车辆的建设成本相对较低，使用有轨电车的技术和设备，不需要像地铁那样建设地下隧道或像高速路那样建设路面道路；低地板轻轨车辆的轨道高度比地铁低，减少了投入。低地板轻轨车辆能够适应不同类型的地形和地貌，如山区、平原和水域等，使低地板轻轨车辆在建设过程中可以更好地适应当地环境，减少对生态环境的影响。长春是使用低地板轻轨最早的城市，该车具有节约成本、节约能源和方便乘客等方面的显著优点，是名副其实的“绿色”交通工具。因此，有望在我国新兴城市、大城市支线以及中小城市得到广泛推广，具有很大的发展空间和广阔的市场应用前景，未来批量生产的空间很大。低地板轻轨车辆可以更好地适应这些地区的交通需求，并提供更加便捷、高效的出行方式。随着城市人口不断增长和城市化进程不断加快，未来城市轨道交通的需求量将持续增长，低地板轻轨车辆也将越来越受到人们的关注和青睐，成为城市轨道交通中最重要的车型之一。

4.2 低地板轻轨车辆将逐步实现国产化

目前，我国低地板轻轨车辆的大部分核心技术还掌握在国外企业的手中，我国低地板轻轨车辆产业要想快速发展，就必须实现核心技术自主可控，实现低地板轻轨车辆国产化。中国中车股份有限公司从1999 年开始与北京交通大学、清华大学、西南交通大学等合作开发城市轨道交通车辆技术，先后成功研制城市轨道车辆的动力传动系统、转向架、制动系统以及车体等关键设备，为我国城市轨道交通车辆核心技术的国产化奠定良好的基础。

4.3 城市轨道交通行业的发展推动低地板轻轨车辆技术不断进步

近年来，随着中国城市经济的快速发展和城市化进程的加速，城市轨道交通得到快速发展，形成一大批规模较大的城市轨道交通网络。根据《中国城市轨道交通统计年鉴2022》的统计数据，截至2022 年12月，国内共有62 个城市开通运营轨道交通线路，运营总里程达到4773.7km，其中地铁1456.4km，城轨交通2684.2km。

4.4 低地板轻轨车辆将进一步拓展市场，满足更多城市需求

随着人们对交通系统的要求不断提高，为低地板轻轨车辆的发展创造了良好的市场环境。低地板轻轨车辆作为一种新型绿色环保客运工具，越来越多地被应用到城市公共交通中。特别是近年来，国内城市轨道交通建设发展迅速，尤其是在北京、上海、广州等一线城市，低地板轻轨车辆更是得到快速发展。

5 结语

综上所述，轻轨车辆因其独有的特点和优势，在城市轨道交通中发挥着不可替代的作用，尤其是低地板轻轨车辆，由于高度较低，对周边环境影响较小，在城市轨道交通中更具有适应性和灵活性。轻轨车辆技术也将随着城市发展而不断地发展和更新。目前，国内采用低地板轻轨车辆的城市有重庆、武汉、天津、北京、广州等地。未来随着低地板轻轨车辆在国内的不断应用和推广，相信会有更多的城市选择低地板轻轨车辆作为轨道交通系统的重要组成部分，并为国内轨道交通行业发展做出积极贡献。