试论城市轨道交通车辆的编组叶芹禄（铁道第四勘察设计院，wuhan，china） 摘要：文章阐述了确定地铁车辆编组的主要原则，行车间隔的确定，以及改变编组的困难因素和合理的编组设计方案。特别是提出了应该用列车超员载客量对设计的编组数进行校核的新观念，减少按照单向高峰小时客流量加以确定的编组数通常较大而造成列车在平时运能的虚靡。关键词：城市轨道交通 车辆 编组 就城市轨道交通车辆的编组来说，有专家和学者曾经提出一种新的思路，即：高密度小编组。这种编组的主要特点是：行车间隔小，服务水平较高，且可以降低车站建筑工程的造价[①]。就是这样一种理念，也需结合工程的具体实际来加以灵活应用。城市轨道交通线路敷设困难、坡度较大、运营密度高、站间距离小、舒适性要求较高、安全可靠性高、工程投资较大等特点决定了城市轨道交通车辆的动力形式通常不再使用“动力集中式”，而普遍采用动力分散式（本文不再细述动力集中和动力分散的优缺点）。动力分散式又随着电力电子器件技术的发展经历了全动车组（全分散式，我国北京20世纪60年代投入运营的地铁一号线列车就采用全动车形式）、有合适的动拖比例的动车组[②]（相对分散式）的不同发展变化历程。 动车组的特点之一就是其每辆车之间在电气、风管路、控制电缆等方面存在很多关联，一般情况下不能解钩，而是成组运行，因此编组的灵活性较差。虽然动力分散式动车组相对动力集中式的优点更多，但也正是其编组灵活性差的缺点，才使得工程设计中对车辆编组问题进行技术经济比较和研究显得尤为重要。1. 确定车辆编组的主要原则(1) 必须满足单向高峰小时断面客流量的需要。(2) 兼顾信号系统设备所能达到的行车密度（或行车间隔），即系统设计能力。(3) 通常情况下，城市轨道交通客流呈现早、晚高峰期客流量很大而平时客流量不大，且高峰持续时间不长的明显特征。如果仅用某一单向高峰最大断面客流量来确定车辆的编组数量，虽然满足了高峰时间的运输需要，但是，在平时列车满载率就会很低。因此，编组数量还应该用列车的超员载客量进行校核，使得列车既能满足高峰时的运输需要，又使得平时的车辆满载率提高，以避免高峰时间过后的列车运能虚糜，达到节能并降低运营成本的目的。(4) 考虑编组对初、近、远期客流变化的适应能力通常来说，由于客流有一个从发育到成长的过程，因此，工程投入运营的初期，客流量肯定较少，仅需要较小的编组数量即可满足运营需要和舒适度的要求。而随着客流的逐步增长和系统设计能力的限制，到了近期或者远期，通常又需要用较大编组的列车才能满足运营需要。譬如在工程设计的初期、近期、远期，车辆编组经常会设计成可能3辆（“高密度小编组”在我国广州地铁3号线的设计中已经应用）、5、6辆，这样的形式准确反映客流增长的规律，也符合工程设计必须初近远期密切衔接、统一规划、分期实施以降低投资的一般原则，但是，对车辆改编的困难程度有所低估。列车编组从3辆变成5辆、6辆，并不是简单地加二三辆车的问题，尚需要考虑动拖车的合适比例、车辆总线（MVB）、列车总线（WTB）上各设备物理地址的预留和接口的预留等复杂问题，而且无论通过什么方式来实现，都会使列车动力配置、辅助系统、驾驶仓等在初期或编组改变后造成浪费的情况。最不利的是，由新旧车重新编组而成的列车，由于新旧轮径的差别造成列车防滑防空转能力、坡道行驶能力、牵引功率等等性能大大下降，实在算不上是一种好的选择。因此，这样的编组设计方案应该慎重选择。比较理想的情况是，随着客流的增长，车辆编组呈级数增加，譬如3、6、9辆，这样的编组只要简单地将以3辆（通常是2动1拖）为一个单元的编组拼合即可，但即便如此也会造成驾驶仓的浪费。因此，笔者认为需要通过改编来适应客流增长的车辆编组设计方案是不可取的，而采用初近远期不同的车辆编组投入运营是比较科学合理的。也就是说，车站按照6辆编组的长度预留，初期购置3辆编组的列车投入运营，到了近期再购置5辆编组的列车，而远期则购置6辆编组的列车，远期线路上可能同时有3、5、6辆编组的列车在运行。应该注意的是，不同编组的列车数量应该随着设计年度有不同程度的增长。(5) 结合运行交路的设计，对不同的车辆编组方案所需的运用列车数量进行经济比较，合理选择。2. 行车间隔的确定 ……………………………………………………………（2-1）式中： L—运营线路总长度，km； V—旅行速度，km/h； t1—折返时间，min； t2—行车间隔，min。 A—某一断面每小时通过的列车数量，列。行车间隔的确定应该以人们出行对候车时间的一般要求以及具备和其他交通出行方式进行有效竞争为设计思路。同时，行车间隔还应充分考虑信号系统设备的分步实施方案。行车间隔应该达到一定的水平，以尽量提高运营服务的质量，这样即便在运营初期客流量小的情况下，也可以达到培育客流的目的，为近远期运营的良好发展创造条件。但是，也不要盲目追求高密度，符合中国国情即可。高峰时间的行车间隔控制在2～5min之间应该是合适的。在非高峰小时运营时间内，需要保持一定的服务水平，但也不能一味追求，而是应该随着人民生活水平、出行要求的提高，逐步改善。借鉴目前已运营的上海地铁、广州地铁的经验，在非高峰小时5：00～6：00、22：00～23：00时段行车间隔时间不宜大于10min，其余时段行车间隔初期、近期、远期分别不大于8、7、6min，均是可以接受的方案。值得注意的是，行车间隔虽然理论上可以通过式2-1进行计算确定，但是实际上，行车间隔又取决于折返时间（即系统的折返能力）。若计算的行车间隔为2min，而系统折返能力为3min，那实际的行车间隔也只能是3min，不可能为2min。3. 编组车辆数的计算…………………………………………………………………………（3-1）式中： Z—编组辆数，辆； Q—单向高峰小时最大断面客流量，万人/h； N—列车额定载客量，人。4. 编组的不同形式在表示动车组的编组时，常用如下符号：M─动车；Mcp─带受电弓、司机室的动车；Mc─带司机室的动车；Mp─带受电弓的动车；Tp─带受电弓的拖车；Tc─带司机室的拖车；Tcp─带受电弓、司机室的拖车；T─拖车；+ ─密接式车钩；*─半永久牵引拉杆；= ─自动车钩或半自动车钩（主要的区别就是半自动车钩其电气连接需要人工操作完成，价格较低）。“P”为受电弓英语单词pantogrph的首字母。以4辆编组2动2拖动车组为例，其编组可以表达成“=Tcp+M*M+Tcp=”,也可以表达为“=Mcp+T*T+Mcp=”，两种编组形式表面上看没有太多区别。但是，由于列车在运行中各轴的黏着情况呈现图4-1所示的规律性，因此从动车的黏着情况看，第一种编组形式较为有利。图4-1这种编组方式其受电弓和动车是分离的，虽然可以实现，但由于1500V高压母线（其截面积约150～240mm2）必须在车辆之间贯通，需要考虑绝缘保护等问题，在本就紧张的车下空间内较难处理。如果仍然将受电弓安装在动车上，两个受电弓之间的距离又太近，受接触网运动波的影响，难以达到最佳的弓网关系，列车受流质量会受到一定程度的影响。若采取=Mcp+T*T+Mcp=的编组方式，由于动车轴重较大，再加上驾驶仓的重量，对动车的黏着利用有利。如果配之以1C2M的电机控制方式可以弥补因为线路状况、天气状况有所降低的黏着系数。这样的编组方式由于其受电弓之间距离较大，弓网关系得到较好的处理。理论上，1500V高压母线不须在车辆之间贯通。上述两种编组形式各有优缺点，在工程设计选型时，宜谨慎选择。在轨道交通车辆用户需求书的技术协调会期间，应该和车辆承建商详细研究其他技术细节加以确定。 叶芹禄 设备处车辆室Tel：027-62826010，02751155416E-mail：[email protected]
[①] 这一点，笔者认为似乎有点牵强。虽然编组缩小可以减小车站站台层的建筑长度，但是决定车站长度的因素是车站各设备用房以及运营房屋的规模。也就是说，整个车站建筑长度并不因为车辆编组长度的减小而减小。[②] 相对分散式，由于减少了动车数量因而降低了整列车的造价。