上海軌道交通1、2號線列車編組“6改8”項目的技術對策及實施效果分析

朱滬生

（上海申通地鐵集團有限公司，201103，上海∥教授級高級工程師）

0 引言

基于當時的客流分析及城市的整體發展規劃，在建設上海軌道交通1、2號線時，車站的土建規模是按接發A型車8節編組列車的能力來確定的，車站一步建成到位。實際采購時，列車為6節編組，預留了今后擴編的可能性。

鑒于上海城市規模的快速發展及建成“四個中心”的需求，城市的人口規模日益膨脹，市民的出行總量日益增加，作為整個軌道交通骨干網絡的1、2號線，已遠遠不能滿足市民的出行需求及整個城市擴展的規模需求。尤其在早晚高峰時段，1、2號線運能與運量的矛盾更加突出，已到了超飽和的狀態。再加之原有信號系統的設計缺陷和折返系統的有限條件，已不能僅通過增加列車數量的方式來解決運能的問題。表1為2002—2011年上海軌道交通1、2號線日均客流變化情況和日均客流量。

在上海市政府主要領導的直接關心和過問下，明確提出了根本性解決軌道交通1、2號線運能與運量矛盾的主要手段，就是將原有列車的編組由6節擴大到8節。上海申通地鐵集團有限公司（以下簡稱“上海地鐵”）就此專題做了反復研討與技術論證，形成了以下3個方案。

方案1：將原有的軌道交通1、2號線列車全部移到其他線路，再為軌道交通1、2號線購置新的8節編組列車。此方案易操作，但涉及到上市公司的資產轉移、國外政府貸款的承諾條件，以及國家發改委的批準手續等問題，且投資較大。

表1 2002—2011年上海軌道交通1、2號線日均客流量 萬人次/日

方案2：根據原有軌道交通1、2號線列車車型的技術條件，增加與之相匹配的相同型式的2輛動車。此方案也較易實行，但原車型的技術相對落后，且許多零部件已經不再生產，如果完全按照原有的技術型式增配車輛將會花費較大的資金。

方案3：采用自擴編加增擴編的方法。所謂自擴編，就是在現有的6節編組列車的基礎上增加2輛動車，達到擴編目的；所謂增擴編，就是新購置6輛動車，再增配2輛經自擴編后剩余的拖車，組成編組為8節的列車。此方案的優點是，技術路線較為合理，同時可以借機改造原有的牽引系統和原有的設備系統；技術條件更為先進；車載信號改造較為方便；充分利用了擴編后剩余的拖車（A車），經濟成本較為合理，整體費用相對較低；此外，向國家發改委提交的審批手續較為簡便，也易于被批準。此方案的缺點是：整體改造技術較為復雜，同時要求邊改造邊運營，不能對運能產生較大影響，因此對運營組織的要求較為苛刻。

經過方案分析和專家論證，并報國家發改委批準同意，最后選用了自擴編加增擴編方案。

1 擴編項目的工程路線

1.1 擴編方案

上海軌道交通1、2號線配屬了DC01、AC01和AC02三種型式的列車，均為6節編組。經可行性分析認為：三種車型都具有擴編為8節編組列車的條件。其中DC01型為最早投運的直流牽引列車，技術已經落后，如果簡單地對該型列車進行擴編，費用高、難度大、周期長，具有較高的風險；AC01和AC02型列車歸屬于同一個采購合同，車型基本相同，配置在兩條線路運營，擴編難度相對DC01車型來說較低，風險基本可控。在可行性分析的基礎上，確定了擴編的總體工程路線：首先，對AC01和AC02型列車實施6節編組改為8節編組的擴編整改（簡稱，“6改8”項目）；然后，在項目取得成功經驗的基礎上，再著手對DC01型列車實施“6改8”。

對于AC01和AC02型列車的“6改8”項目，在開始時提出了2個擴編方案。擴編方案1為“6＋2”方案，即在既有的每列列車中增加2輛新購動車。擴編方案2為自擴編加增擴編方案，分別在每列AC01和AC02型列車中增加2輛原動車，組成編組為8節的列車，即為自擴編；在新購的6輛動車中加入2輛自擴編后剩余的拖車（A車），組成編組為8節的列車，即為增擴編。

上海地鐵多次組織專家對這兩個方案進行分析和論證。擴編方案1的優點是車型統一，缺點是須對每列車進行擴編改造，工作量大、周期長、成本較高。擴編方案2的優點是自擴編列車改造涉及面比較小，有能力自主完成，最重要的是對運營影響最小，而增擴編列車可委托車輛供貨商實施改造，整改周期較短，成本也較低；缺點是增加了一種新的車型，增加了維修保養的工作量。綜合各方面的分析和評估，認為采用擴編方案2進行擴編改造，是符合現實條件的理想方案。

1.2 擴編方案實施

上海地鐵根據擴編方案2制定了具體的實施步驟。AC01和AC02型列車共有37列，其中13列（暫留1列不參與擴編）在1號線上運營，24列在2號線上運營。實施時采用自擴編和增擴編工作同步、交替進行的辦法。從1號線的12列列車中調出4列，從2號線的24列列車中調出8列，將這12列列車進行拆分后形成24×2輛動車單元與12×2輛拖車單元；24×2輛動車單元分別與1號線的8列列車和2號線的16列列車進行自擴編；12×2輛拖車單元分別與新購的12×6輛動車單元進行增擴編，組成新的12列8節編組列車；并且對2號線的8列增擴編列車的車載信號系統進行調整，安排在1號線上運營。

AC01和AC02型列車“6改8”項目的成功實施，為1號線DC01型直流牽引列車的“6改8”項目提供了很好的基礎和經驗。由于DC01型列車采購較早，受當時條件的限制，技術性能較為落后，備件存在采購困難，維修成本高；且該車型長期超負荷運營，部件（尤其是牽引系統部件）出現不同程度的老化和損壞，可靠性也比較低。在對1號線DC01型直流牽引列車實施“6改8”擴編工作的同時，對牽引系統進行改造也非常有必要，因此該項目簡稱為“直改交，6改8”項目。

DC01型列車“直改交，6改8”項目借鑒了1、2號線交流列車自擴編及增擴編項目的經驗。具體擴編改造步驟為：1號線16列6節編組的DC01型列車，15列（暫留1列不參與擴編）直流列車實施“直改交，6改8”項目，改造為10列8節編組的自擴編交流列車，剩余的拖車和新購的30輛動車（5×6節）進行增擴編，組成新的5列8節編組的交流列車。

2 擴編項目的工作重點

由于AC01和AC02型列車“6改8”項目和DC01型列車“直改交，6改8”項目均涉及到已投運線路和已投運列車，因此該項目難度大、風險高。如何保證運營不受影響，保證列車檢修周期的連續，保證新老系統接口的銜接，保證改造周期和成本的可控，是上海地鐵各層面必須考慮并需要克服的難題。

在項目的實施過程中，上海地鐵面臨著一邊運營一邊改造，以及高峰客流持續不斷增加的客觀難題，而且改造所涉及的1、2號線是上海地鐵運營網絡中的主干線路，每天客流量超過百萬，壓力較大。為了保證改造期間運能不受影響，上海地鐵制定了細致嚴密的工作計劃，采用自擴編和增擴編并行的方案，保證在任一時間節點最多只有2列列車處于改造停用狀態。在改造過程中，從技術準備、備件供應、人員到崗、設備保障等各方面保證各項工作能按節點順利完成。由于各項措施到位，在4年多的項目執行期間，1、2號線的運營基本未受到影響。

由于增擴編列車存在新老系統共用的情況，如何實現新老兼顧，這對設計方提出了巨大的挑戰。從技術難度和復雜性來說，該改造項目甚至要超過設計一個全新的車型。上海地鐵和車輛供應商一起，認真分析各系統的技術特點，除了常規的設計要求外，還重點從系統接口、檢修周期、乘客界面等幾個方面對設計方案進行評估和調整。例如，在設計時，就考慮盡可能減少新老系統的接口，僅保留必須的接口；在技術方案的選擇上，盡可能采用成熟的技術，保證升級后系統的穩定性；在條件允許的前提下，考慮采用當前比較先進的技術，如動車采用了可四級調速的節能型空調，牽引系統采用了先進的多功能車輛總線（MVB網絡）控制技術。

3 擴編項目的主要技術方案

三種車型“6改8”項目的技術難點在于增擴編改造部分。現以AC01和AC02型列車“6改8”增擴編列車改造方案為例，簡要說明新購動車與原拖車（A車）在技術接口匹配上的一些技術解決方案。

3.1 機械部分

基于改造的必要性、可行性和成本等多方面的考慮，對于“6改8”項目列車的既有機械系統，僅更換了原有的貫通道，其它機械部件主要通過改造和調整來滿足接口方面的匹配要求。這樣不僅滿足了接口的需要，也大大節省了改造成本和周期。

3.1.1 車鉤

對原有A車的全自動車鉤不做任何改造。6節新動車上有5種車鉤，其中3種為半自動車鉤，2種為半永久車鉤。新B車與原A車相連仍使用與原來近似的半自動車鉤（既有機械頭又有電氣頭），新動車之間的半自動車鉤（C與B1車之間，C1與C車之間）采用了簡化型式的半自動車鉤。

3.1.2 貫通道

貫通道是“6改8”項目比較重大的機械改動。原有的貫通道較為狹窄，車體與車體之間連接風擋設計也有不足。借此機會將原有貫通道進一步改成與新車相匹配的型式，將原A車貫通道整體拆卸，并安裝定制的全新貫通道。拆下的貫通道可以作為自擴編列車的備件。

3.1.3 車門

原有A車的車門系統（氣動雙頁內藏門）不作任何改造，新動車則配備了電動雙頁塞拉門。在設計電動雙頁塞拉門時，充分考慮了車門開關時間、車門功能、車門指示燈等與拖車車門的匹配性，做到了基本一致，實際使用效果良好。

3.1.4 車體及內裝

拖車的車體采用的是ADtranz的設計方案。新動車車體雖然與拖車有所不同，但在做動車車體設計方案時，從車體顏色、座椅、扶手、內裝、照明等方面，充分考慮與既有車廂設計的一致性。盡管車廂內各部件的供貨商與拖車不同，但新動車在許多地方還是盡可能地做到了與原拖車相匹配，新老車廂看起來比較協調。

3.2 電氣部分

“6改8”項目的改造工作主要集中在電氣部分。為了使各種不同車型上的時間跨度超過10年的系統在一列車上完美地運行，列車的控制系統、牽引系統、輔助系統、制動系統等都需要進行改造。

3.2.1 網絡控制系統

改造所使用的控制系統仍然采用SIBAS32的稱謂，但意義已經不盡相同，雖然有部分部件與原有列車控制系統十分近似，如信號輸入輸出模塊（SKS），但采用了新的總線接口。總體而言，在“6改8”過程中，車輛網絡系統的設計并沒有過多糾結于原有系統，而是采用了世界各國地鐵列車較為通用的、相對比較先進的MVB網絡。例如，一個列車控制單元（VCU）管理全車的牽引控制，實現了真正意義上的列車網絡控制功能。“6改8”增擴編列車控制原理參見文獻［3］中的圖1。

動車上所有微機控制的子系統都突破性地采用了與MVB網絡直連的方式，包括空調、制動、車門、輔助供電和牽引設備等。其中空調、車門系統做到了每個控制器獨立與MVB網絡連接，通過MVB網絡甚至可以直接訪問、控制任意一扇車門，真正實現了列車全網絡控制，為子系統的控制和故障診斷提供了極大的便利。

與原有A車klip bus和Din bus的接口，采用了VCU網關的形式進行了完整過渡。原有列車的顯示功能、SKS的控制功能，以及原A車的空調、廣播、輔助系統的監控功能被平滑地過渡到新系統中，且車輛級的控制功能被整合到一套VCU中。

3.2.2 車輛控制單元

改造完成后的列車是由安裝在B車上的VCU控制的。它將原有系統中的中央控制功能（CCF）和牽引控制功能（TCF）合在一起，集中在VCU上。同時，新列車中有一個數據總線接口（DBI）。它能使A車的列車控制網絡（DIN總線，SIBAS Klip總線，以及一些通過SIBAS Klip的特殊列車線路）能夠適應中間的B、B1、C和C1車的MVB總線結構，通過這個接口的轉換使新動車與原拖車之間的信息可以互相傳遞。

3.2.3 司機顯示器

原有的司機顯示器在硬件上未作任何改動，但在軟件上更新了以下內容：更新了相應故障診斷的提示，增加了電動車門狀態顯示功能，實時顯示每節車制動施加和緩解的狀態，主頁面增加速度顯示等。

在完成以上功能升級后，顯示器功能更加完善，也更加人性化，可以滿足運營的需求，而且基本達到了新購車輛的技術標準。唯一比較缺憾的是顯示器硬件相對落后，而且采用了較老的 Windows3.2系統，與新一代的列車相比，存在一定的延時缺陷。

3.2.4 輔助供電系統

原有列車的供電系統采用的是交叉供電方式，即本車的輔助供電系統除給本車一半系統供電外還向鄰近車輛供電。而“6改8”項目的新動車都配有一個輔助逆變器，提供三相交流380V電壓。“6改8”增擴編列車輔助電源參見文獻［3］中的圖2。6節新動車的逆變器是并聯共網后給負載供電的，輔助逆變器的冗余性和功率的利用率大大增加，當某個輔助逆變器損壞時，其它的輔助逆變器可以一起補償因故障引起的供電缺口。這樣，在1個動車輔助逆變器發生故障的情況下，僅損失大約10%的負載；在2個動車輔助逆變器故障的情況下，損失約30%負載，但仍可以保證所有車至少有1臺空調機組工作；即便僅有1臺輔助逆變器在工作的情況下，關鍵的設備負載都可以得到保留，比如系統冷卻、供風系統等。

3.2.5 制動控制

A車繼續保留了原有的KBGM的制動控制系統。新動車的制動系統采用了新型的EP2002制動控制系統。這是該套系統首次運用在中國城市軌道交通的列車上。“6改8”項目采用了每輛動車一個網關閥和一個智能閥的配置方案，由于項目的特殊性，制動系統僅進行單車的制動管理，而列車級的制動管理完全由車輛VCU來控制。通過對A車相關電路的改造，將原有BECU的輸入指令從PWM編碼器巧妙地替代為SKS模擬量輸出裝置。

4 擴編項目的效果分析

整個擴編改造項目在一邊運營一邊改造的過程中進行，從項目審批到列車改造全部完成，歷時約4年左右的時間。在此期間，上海地鐵不僅克服了列車改造所遇到的眾多技術難題，而且還避免了因列車改造而引起運能下降的問題，項目運作平穩有序。

整個“6改8”項目完成后，1號線擁有自擴編列車18列，增擴編列車19列，加新增購的8節編組列車16列，總計達到53列；2號線擁有自擴編列車16列，加新增購的8節編組列車37列，總計達到53列。至此，1、2號線列車全部實現了原定8節編組的運營方式。其社會、經濟效益十分明顯，主要體現在以下幾方面：

1）1、2號線是整個上海軌道交通網絡中的骨干線路，運量呈現不斷攀升的現象。在擴編改造前的早晚高峰小時內，1號線超載量達到140%以上，2號線超載量達到127%以上。這不僅影響了地鐵服務質量，而且隱藏著很大的安全隱患。“6改8”任務完成后，1號線高峰小時斷面的列車運載量從3.72萬人次提升到4.96萬人次，2號線從3.43萬人次提升到4.58萬人次，高峰小時超載量分別下降了37%和28%。這有效地緩解了1、2號線高峰擁擠的狀況，初步滿足了1、2號線客流高峰的運營狀況，基本解決了目前運能與運量的矛盾，完全達到了預期的效果，乘客普遍反映良好。

2）在DC01型列車“直改交，6改8”項目中，安裝了株洲南車時代電氣股份有限公司生產的交流傳動系統。這是國內自主品牌首次在軌道交通車輛上批量裝車應用。在此之前，國內軌道交通列車的牽引系統清一色是由國外引進。株洲南車時代電氣股份有限公司生產的交流傳動系統裝車運營后，可靠性高、備件供應及時，打響了其在A型車市場的品牌。在接下來的幾年時間里，該公司獲得了多個軌道交通訂單。這也成功提升了我國軌道交通產業的國產化設計和制造能力，打破了國外產品壟斷國內軌道交通市場的格局。

3）“6改8”后的列車充分利用了原有車站站臺的長度，完成了原可行性研究報告中的最終列車運營目標。在整個擴編改造項目實施過程中，上海地鐵摒棄了為滿足運能而單純購買新車的傳統做法，而是創造性地在既有列車基礎上進行擴編整改，且在運能利用上達到了最大程度的發揮，列車運營能耗上也有了大幅度的降低。該項目不僅解決了1、2號線列車歷史遺留下來的問題，也解決了資產轉移、車載信號利用、政府審批及國產化開發等一系列重大問題，在社會效益、經濟效益等方面都具有較大的現實意義。

［1］上海申通地鐵集團有限公司.上海地鐵1號線車輛技術規格書（一期工程）［R］.上海：上海申通地鐵集團有限公司，1991.

［2］上海申通地鐵集團有限公司.上海地鐵1、2號線車輛技術規格書，1.2卷［R］.上海：上海申通地鐵集團有限公司，1996.

［3］戚婷婷，奚笑冬，余強.上海軌道交通車輛“6改8”項目的分析［J］.城市軌道交通研究，2008（10）：40.