試論城市軌道交通車輛的編組葉芹祿（鐵道第四勘察設(shè)計院，wuhan，china）摘要：文章闡述了確定地鐵車輛編組的主要原則，行車間隔的確定，以及改變編組的困難因素和合理的編組設(shè)計方案。特別是提出了應(yīng)該用列車超員載客量對設(shè)計的編組數(shù)進(jìn)行校核的新觀念，減少按照單向高峰小時客流量加以確定的編組數(shù)通常較大而造成列車在平時運(yùn)能的虛靡。關(guān)鍵詞：城市軌道交通 車輛 編組就城市軌道交通車輛的編組來說，有專家和學(xué)者曾經(jīng)提出一種新的思路，即：高密度小編組。這種編組的主要特點(diǎn)是：行車間隔小，服務(wù)水平較高，且可以降低車站建筑工程的造價[①]。就是這樣一種理念，也需結(jié)合工程的具體實際來加以靈活應(yīng)用。城市軌道交通線路敷設(shè)困難、坡度較大、運(yùn)營密度高、站間距離小、舒適性要求較高、安全可靠性高、工程投資較大等特點(diǎn)決定了城市軌道交通車輛的動力形式通常不再使用“動力集中式”，而普遍采用動力分散式（本文不再細(xì)述動力集中和動力分散的優(yōu)缺點(diǎn)）。動力分散式又隨著電力電子器件技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了全動車組（全分散式，我國北京20世紀(jì)60年代投入運(yùn)營的地鐵一號線列車就采用全動車形式）、有合適的動拖比例的動車組[②]（相對分散式）的不同發(fā)展變化歷程。動車組的特點(diǎn)之一就是其每輛車之間在電氣、風(fēng)管路、控制電纜等方面存在很多關(guān)聯(lián)，一般情況下不能解鉤，而是成組運(yùn)行，因此編組的靈活性較差。雖然動力分散式動車組相對動力集中式的優(yōu)點(diǎn)更多，但也正是其編組靈活性差的缺點(diǎn)，才使得工程設(shè)計中對車輛編組問題進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和研究顯得尤為重要。1. 確定車輛編組的主要原則(1) 必須滿足單向高峰小時斷面客流量的需要。(2) 兼顧信號系統(tǒng)設(shè)備所能達(dá)到的行車密度（或行車間隔），即系統(tǒng)設(shè)計能力。(3) 通常情況下，城市軌道交通客流呈現(xiàn)早、晚高峰期客流量很大而平時客流量不大，且高峰持續(xù)時間不長的明顯特征。如果僅用某一單向高峰最大斷面客流量來確定車輛的編組數(shù)量，雖然滿足了高峰時間的運(yùn)輸需要，但是，在平時列車滿載率就會很低。因此，編組數(shù)量還應(yīng)該用列車的超員載客量進(jìn)行校核，使得列車既能滿足高峰時的運(yùn)輸需要，又使得平時的車輛滿載率提高，以避免高峰時間過后的列車運(yùn)能虛糜，達(dá)到節(jié)能并降低運(yùn)營成本的目的。(4) 考慮編組對初、近、遠(yuǎn)期客流變化的適應(yīng)能力通常來說，由于客流有一個從發(fā)育到成長的過程，因此，工程投入運(yùn)營的初期，客流量肯定較少，僅需要較小的編組數(shù)量即可滿足運(yùn)營需要和舒適度的要求。而隨著客流的逐步增長和系統(tǒng)設(shè)計能力的限制，到了近期或者遠(yuǎn)期，通常又需要用較大編組的列車才能滿足運(yùn)營需要。譬如在工程設(shè)計的初期、近期、遠(yuǎn)期，車輛編組經(jīng)常會設(shè)計成可能3輛（“高密度小編組”在我國廣州地鐵3號線的設(shè)計中已經(jīng)應(yīng)用）、5、6輛，這樣的形式準(zhǔn)確反映客流增長的規(guī)律，也符合工程設(shè)計必須初近遠(yuǎn)期密切銜接、統(tǒng)一規(guī)劃、分期實施以降低投資的一般原則，但是，對車輛改編的困難程度有所低估。列車編組從3輛變成5輛、6輛，并不是簡單地加二三輛車的問題，尚需要考慮動拖車的合適比例、車輛總線（MVB）、列車總線（WTB）上各設(shè)備物理地址的預(yù)留和接口的預(yù)留等復(fù)雜問題，而且無論通過什么方式來實現(xiàn)，都會使列車動力配置、輔助系統(tǒng)、駕駛倉等在初期或編組改變后造成浪費(fèi)的情況。最不利的是，由新舊車重新編組而成的列車，由于新舊輪徑的差別造成列車防滑防空轉(zhuǎn)能力、坡道行駛能力、牽引功率等等性能大大下降，實在算不上是一種好的選擇。因此，這樣的編組設(shè)計方案應(yīng)該慎重選擇。比較理想的情況是，隨著客流的增長，車輛編組呈級數(shù)增加，譬如3、6、9輛，這樣的編組只要簡單地將以3輛（通常是2動1拖）為一個單元的編組拼合即可，但即便如此也會造成駕駛倉的浪費(fèi)。因此，筆者認(rèn)為需要通過改編來適應(yīng)客流增長的車輛編組設(shè)計方案是不可取的，而采用初近遠(yuǎn)期不同的車輛編組投入運(yùn)營是比較科學(xué)合理的。也就是說，車站按照6輛編組的長度預(yù)留，初期購置3輛編組的列車投入運(yùn)營，到了近期再購置5輛編組的列車，而遠(yuǎn)期則購置6輛編組的列車，遠(yuǎn)期線路上可能同時有3、5、6輛編組的列車在運(yùn)行。應(yīng)該注意的是，不同編組的列車數(shù)量應(yīng)該隨著設(shè)計年度有不同程度的增長。(5) 結(jié)合運(yùn)行交路的設(shè)計，對不同的車輛編組方案所需的運(yùn)用列車數(shù)量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，合理選擇。2. 行車間隔的確定……………………………………………………………（2-1）式中： L—運(yùn)營線路總長度，km； V—旅行速度，km/h； t1—折返時間，min； t2—行車間隔，min。 A—某一斷面每小時通過的列車數(shù)量，列。行車間隔的確定應(yīng)該以人們出行對候車時間的一般要求以及具備和其他交通出行方式進(jìn)行有效競爭為設(shè)計思路。同時，行車間隔還應(yīng)充分考慮信號系統(tǒng)設(shè)備的分步實施方案。行車間隔應(yīng)該達(dá)到一定的水平，以盡量提高運(yùn)營服務(wù)的質(zhì)量，這樣即便在運(yùn)營初期客流量小的情況下，也可以達(dá)到培育客流的目的，為近遠(yuǎn)期運(yùn)營的良好發(fā)展創(chuàng)造條件。但是，也不要盲目追求高密度，符合中國國情即可。高峰時間的行車間隔控制在2～5min之間應(yīng)該是合適的。在非高峰小時運(yùn)營時間內(nèi)，需要保持一定的服務(wù)水平，但也不能一味追求，而是應(yīng)該隨著人民生活水平、出行要求的提高，逐步改善。借鑒目前已運(yùn)營的上海地鐵、廣州地鐵的經(jīng)驗，在非高峰小時5：00～6：00、22：00～23：00時段行車間隔時間不宜大于10min，其余時段行車間隔初期、近期、遠(yuǎn)期分別不大于8、7、6min，均是可以接受的方案。值得注意的是，行車間隔雖然理論上可以通過式2-1進(jìn)行計算確定，但是實際上，行車間隔又取決于折返時間（即系統(tǒng)的折返能力）。若計算的行車間隔為2min，而系統(tǒng)折返能力為3min，那實際的行車間隔也只能是3min，不可能為2min。3. 編組車輛數(shù)的計算…………………………………………………………………………（3-1）式中： Z—編組輛數(shù)，輛； Q—單向高峰小時最大斷面客流量，萬人/h； N—列車額定載客量，人。4. 編組的不同形式在表示動車組的編組時，常用如下符號：M─動車；Mcp─帶受電弓、司機(jī)室的動車；Mc─帶司機(jī)室的動車；Mp─帶受電弓的動車；Tp─帶受電弓的拖車；Tc─帶司機(jī)室的拖車；Tcp─帶受電弓、司機(jī)室的拖車；T─拖車；+ ─密接式車鉤；*─半永久牽引拉桿；= ─自動車鉤或半自動車鉤（主要的區(qū)別就是半自動車鉤其電氣連接需要人工操作完成，價格較低）。“P”為受電弓英語單詞pantogrph的首字母。以4輛編組2動2拖動車組為例，其編組可以表達(dá)成“=Tcp+M*M+Tcp=”,也可以表達(dá)為“=Mcp+T*T+Mcp=”，兩種編組形式表面上看沒有太多區(qū)別。但是，由于列車在運(yùn)行中各軸的黏著情況呈現(xiàn)圖4-1所示的規(guī)律性，因此從動車的黏著情況看，第一種編組形式較為有利。圖4-1這種編組方式其受電弓和動車是分離的，雖然可以實現(xiàn)，但由于1500V高壓母線（其截面積約150～240mm2）必須在車輛之間貫通，需要考慮絕緣保護(hù)等問題，在本就緊張的車下空間內(nèi)較難處理。如果仍然將受電弓安裝在動車上，兩個受電弓之間的距離又太近，受接觸網(wǎng)運(yùn)動波的影響，難以達(dá)到最佳的弓網(wǎng)關(guān)系，列車受流質(zhì)量會受到一定程度的影響。若采取=Mcp+T*T+Mcp=的編組方式，由于動車軸重較大，再加上駕駛倉的重量，對動車的黏著利用有利。如果配之以1C2M的電機(jī)控制方式可以彌補(bǔ)因為線路狀況、天氣狀況有所降低的黏著系數(shù)。這樣的編組方式由于其受電弓之間距離較大，弓網(wǎng)關(guān)系得到較好的處理。理論上，1500V高壓母線不須在車輛之間貫通。上述兩種編組形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在工程設(shè)計選型時，宜謹(jǐn)慎選擇。在軌道交通車輛用戶需求書的技術(shù)協(xié)調(diào)會期間，應(yīng)該和車輛承建商詳細(xì)研究其他技術(shù)細(xì)節(jié)加以確定。葉芹祿 設(shè)備處車輛室Tel：027-62826010，02751155416E-mail：hbyekinglo@163.com
[①] 這一點(diǎn)，筆者認(rèn)為似乎有點(diǎn)牽強(qiáng)。雖然編組縮小可以減小車站站臺層的建筑長度，但是決定車站長度的因素是車站各設(shè)備用房以及運(yùn)營房屋的規(guī)模。也就是說，整個車站建筑長度并不因為車輛編組長度的減小而減小。[②] 相對分散式，由于減少了動車數(shù)量因而降低了整列車的造價。
[①] 這一點(diǎn)，筆者認(rèn)為似乎有點(diǎn)牽強(qiáng)。雖然編組縮小可以減小車站站臺層的建筑長度，但是決定車站長度的因素是車站各設(shè)備用房以及運(yùn)營房屋的規(guī)模。也就是說，整個車站建筑長度并不因為車輛編組長度的減小而減小。[②] 相對分散式，由于減少了動車數(shù)量因而降低了整列車的造價。
