匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場(chǎng)快線車(chē)輛選型分析

張也萌

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場(chǎng)快線是一項(xiàng)匈牙利政府與中國(guó)企業(yè)間的合作項(xiàng)目。2011年9月，中鐵建與匈牙利鐵路公司簽訂了“匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場(chǎng)快線項(xiàng)目合作意向書(shū)”，目前，該項(xiàng)目已進(jìn)入前期研究階段。作為軌道交通范疇的市域鐵路，在規(guī)劃前期做好車(chē)輛選型，直接關(guān)系到工程建設(shè)成本和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效益。車(chē)輛是軌道交通系統(tǒng)中最重要的運(yùn)營(yíng)設(shè)備，也是技術(shù)含量較高的機(jī)電設(shè)備，車(chē)輛選型除了要滿足客流需求、乘客的舒適度、安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保等一般性要求外，還需符合城市特點(diǎn)、線路技術(shù)特征(小半徑、大坡度、快速啟停)功能定位、系統(tǒng)制式、線網(wǎng)資源共享等要求。因此，在設(shè)計(jì)之初必須對(duì)車(chē)輛選型進(jìn)行專題研究。

1 布達(dá)佩斯機(jī)場(chǎng)快線概況

匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場(chǎng)快線是一條連接布達(dá)佩斯市內(nèi)綜合交通系統(tǒng)與李斯特機(jī)場(chǎng)的軌道交通快線，主要服務(wù)于機(jī)場(chǎng)客流并兼顧部分市郊客流。李斯特國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于首都布達(dá)佩斯東南郊，距離市中心約18 km，線路由市中心的火車(chē)站(東站)引出，沿途基本沿既有鐵路干線100a走行，最終到達(dá)機(jī)場(chǎng)2號(hào)航站樓。共設(shè)東站、小佩斯站、1號(hào)航站樓站和2號(hào)航站樓站4座車(chē)站，線路全長(zhǎng)約18.3 km，最大站距6.97 km，最小站距4.595 km，平均站距約6 km，最高運(yùn)營(yíng)速度120 km/h，高峰小時(shí)最大斷面客流量約1 900人。

機(jī)場(chǎng)快線具有較明顯的市域鐵路特征，站間距大、運(yùn)營(yíng)速度高、列車(chē)起停頻繁，以機(jī)場(chǎng)的客流為主，沒(méi)有明顯的潮汐現(xiàn)象，修建制式采用國(guó)鐵制式。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙線電氣化鐵路，最小曲線半徑350 m，最大坡度25‰。工程敷設(shè)方式為路基與橋梁。

2 車(chē)輛選型原則

目前，我國(guó)尚未建立市域線車(chē)輛選型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，車(chē)輛選型大多仍按市區(qū)線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車(chē)輛選型。通過(guò)對(duì)本線主要特征分析和比較，提出適合匈牙利國(guó)情的車(chē)輛選型原則。

(1)針對(duì)機(jī)場(chǎng)快線的功能定位、客流特點(diǎn)，滿足運(yùn)量需求，提供優(yōu)良的服務(wù)水平，選擇既適應(yīng)匈牙利國(guó)情，又符合世界軌道交通發(fā)展趨勢(shì)的車(chē)輛。

(2)充分考慮匈牙利國(guó)內(nèi)軌道交通路網(wǎng)中車(chē)輛資源和檢修設(shè)施資源，盡可能與路網(wǎng)車(chē)輛制式相協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)資源共享。

(3)技術(shù)成熟、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、乘坐舒適、造型美觀，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(4)選擇價(jià)格合理、運(yùn)用維修成本低的車(chē)型。

3 車(chē)輛選型

3.1 牽引動(dòng)力形式的確定

列車(chē)牽引的形式可以采用傳統(tǒng)的機(jī)車(chē)牽引和動(dòng)車(chē)組牽引。根據(jù)國(guó)內(nèi)外動(dòng)車(chē)組發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于市郊快速列車(chē)車(chē)輛的選擇，列車(chē)車(chē)底宜采用電動(dòng)車(chē)組。由于動(dòng)車(chē)組的軸重輕，加速、減速性能優(yōu)越，因此，目前國(guó)內(nèi)外鐵路在電氣化線路上采用電動(dòng)車(chē)組運(yùn)送中短途旅客已經(jīng)非常普遍，運(yùn)行速度可達(dá)120～200 km/h以上。如日本新干線各系動(dòng)車(chē)組、法國(guó)的TGV系列、德國(guó)ICE系列和我國(guó)的CRH系列都屬于此類電動(dòng)車(chē)組。動(dòng)車(chē)組是城際和市郊鐵路實(shí)現(xiàn)小編組、大密度的高效運(yùn)輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全、可靠、舒適為特點(diǎn)備受世界各國(guó)鐵路運(yùn)輸和軌道交通的青睞。因此，機(jī)場(chǎng)快線車(chē)輛宜選用具有牽引動(dòng)力、固定編組的電動(dòng)車(chē)組。

3.2 牽引動(dòng)力配置方式的確定

電動(dòng)車(chē)組牽引動(dòng)力的配置方式有動(dòng)力集中和動(dòng)力分散2種方式。目前世界各國(guó)動(dòng)車(chē)組技術(shù)發(fā)展都在向著動(dòng)力分散布置方向發(fā)展，一貫采用動(dòng)力集中方式的德國(guó)、法國(guó)，已經(jīng)分別并投入運(yùn)營(yíng)動(dòng)力分散型ICE3、ICE/VELARO動(dòng)車(chē)組和鉸接式動(dòng)力分散型TGV動(dòng)車(chē)組。由我國(guó)技術(shù)引進(jìn)并自主生產(chǎn)的CRH系列動(dòng)車(chē)組也是屬于動(dòng)力分散型電動(dòng)車(chē)組。

動(dòng)力分散型電動(dòng)車(chē)組與動(dòng)力集中型電動(dòng)車(chē)組相比具有下述優(yōu)點(diǎn):

(1)編組靈活，可提高牽引總功率，可根據(jù)客流變化增加編組輛數(shù)和定員;

(2)驅(qū)動(dòng)設(shè)備分散，軸重相對(duì)較輕，可降低對(duì)線路的沖擊力，可降低建設(shè)維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用;

(3)動(dòng)軸數(shù)量多，牽引黏著利用率高，啟動(dòng)加速性能、制動(dòng)減速性能好;

(4)部分動(dòng)力喪失后，仍可滿足故障運(yùn)營(yíng)要求。

機(jī)場(chǎng)快線采用地面和高架敷設(shè)方式，橋梁工程的比重占線路全長(zhǎng)30.5%，選用軸重較輕的動(dòng)力分散型電動(dòng)車(chē)組，可以降低建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)成本，結(jié)合本線服務(wù)頻率高的特點(diǎn)，從功率要求、黏著利用、動(dòng)力性能等多方面分析，本線動(dòng)車(chē)組牽引動(dòng)力配置宜優(yōu)先選擇動(dòng)力分散型。

考慮本線短編組列車(chē)可能由3～4輛車(chē)組成，如采用動(dòng)－拖－動(dòng)或動(dòng)－拖－拖－動(dòng)的編組形式，動(dòng)力分散和動(dòng)力集中的動(dòng)力配置類型區(qū)分模糊，待下一階段研究中具體車(chē)型和編組形式確定后明確其牽引動(dòng)力配置方式。

3.3 牽引供電制式的比選

電動(dòng)車(chē)組的供電制式有2種，在電氣化鐵路中普遍采用單相工頻交流25 kV交流制，城市軌道交通一般采用的是直流750 V、1 500 V供電制式。部分國(guó)家或地區(qū)的城郊快線鐵路或機(jī)場(chǎng)快線采用單相工頻25 kV交流制，如香港東鐵和西鐵路、曼谷機(jī)場(chǎng)快線、馬來(lái)西亞吉隆坡機(jī)場(chǎng)快線、韓國(guó)機(jī)場(chǎng)高速。而香港地區(qū)LAR機(jī)場(chǎng)快線采用直流1 500 V供電、北京首都機(jī)場(chǎng)線采用直流750 V供電。

可見(jiàn)，交流供電或直流供電均為匈牙利機(jī)場(chǎng)快線供電制式的可選方案，由于單相工頻交流25 kV供電在牽引變電所的設(shè)置數(shù)量、投資方面明顯優(yōu)于直流1 500 V供電方案，考慮機(jī)場(chǎng)快線運(yùn)用管理模式及檢修資源共享等因素，宜采用與既有鐵路相同的系統(tǒng)制式，單相工頻25 kV交流制，以便共享供電設(shè)施、統(tǒng)一調(diào)度和運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理。

3.4 車(chē)輛主要系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的選擇

(1)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)是電動(dòng)車(chē)組的關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響車(chē)輛的性能。從國(guó)內(nèi)外軌道交通車(chē)輛的發(fā)展來(lái)看，牽引系統(tǒng)經(jīng)歷了從直流牽引傳動(dòng)到交流牽引傳動(dòng)的發(fā)展過(guò)程。直流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)由于直流牽引電機(jī)體積大、維修工作量大等缺點(diǎn)，目前已經(jīng)逐步被淘汰。目前動(dòng)車(chē)組普遍采用交流傳動(dòng)牽引電機(jī)，交流電機(jī)的調(diào)速性能和節(jié)能效果十分理想，可以充分發(fā)揮和利用，幾乎做到免維修與保養(yǎng)。機(jī)場(chǎng)快線車(chē)輛宜采用性能優(yōu)良、技術(shù)成熟的VVVF交流牽引控制系統(tǒng)。

(2)車(chē)體材料

目前，可供選擇的輕量化車(chē)體材料有不銹鋼和鋁合金。輕量化車(chē)體會(huì)顯著節(jié)約能源，減少車(chē)輛和線路的維修費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。因此采用不銹鋼或鋁合金車(chē)體是發(fā)展方向。

從目前國(guó)內(nèi)外車(chē)體材料的應(yīng)用情況看，不銹鋼和鋁合金材料都有應(yīng)用。我國(guó)天津?yàn)I海輕軌是我國(guó)第一條采用不銹鋼車(chē)體材料的線路，它主要考慮該線路所處的特殊環(huán)境;其他城市軌道交通車(chē)輛和鐵路客運(yùn)專線動(dòng)車(chē)組更多采用鋁合金作為車(chē)體材料。日本、韓國(guó)和歐洲的一些公司都已經(jīng)不再生產(chǎn)不銹鋼車(chē)輛，鋁合金車(chē)體材料的應(yīng)用是一個(gè)趨勢(shì)。

機(jī)場(chǎng)快線由地面線路和高架線路構(gòu)成，車(chē)體必須耐腐蝕并輕量化，同時(shí)，為了運(yùn)行車(chē)輛的美觀，應(yīng)考慮采用鋁合金車(chē)體。

3.5 車(chē)輛選擇與網(wǎng)絡(luò)資源共享

匈牙利鐵路公司現(xiàn)配屬動(dòng)車(chē)約430輛，主要服務(wù)于布達(dá)佩斯市郊鐵路，其次是重要城市間的城際鐵路。最高運(yùn)行速度分別為120、140 km/h。個(gè)別國(guó)際列車(chē)采用160～200 km/h的動(dòng)車(chē)組。

匈牙利全國(guó)鐵路線總長(zhǎng)約7 500 km，已有非常完備的檢修設(shè)施，包括7個(gè)機(jī)車(chē)車(chē)輛維修中心，28個(gè)維修車(chē)間和1座大修工廠，負(fù)責(zé)全路機(jī)車(chē)、車(chē)輛、動(dòng)車(chē)的日常維保、定期維修。采用與現(xiàn)有車(chē)輛相同類型的國(guó)鐵制式的動(dòng)車(chē)組，可直接利用鐵路既有設(shè)施，不需要新建車(chē)輛停放、檢修設(shè)施，充分實(shí)現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)建設(shè)。而匈牙利地鐵線路總長(zhǎng)僅34.3 km，新建機(jī)場(chǎng)快線線路長(zhǎng)約18 km，采用地鐵制式車(chē)輛，既有的地鐵停放、檢修設(shè)施不能滿足新增機(jī)場(chǎng)快線的要求，需要新建車(chē)輛基地。

機(jī)場(chǎng)快線作為線網(wǎng)中的快速客運(yùn)通道之一，車(chē)型的選擇宜盡可能統(tǒng)一，有利于既有車(chē)輛運(yùn)用檢修設(shè)施的資源共享，從而降低建設(shè)成本。

4 車(chē)輛選型推薦意見(jiàn)

綜合本線客流需求、速度目標(biāo)值、行車(chē)密度、運(yùn)營(yíng)模式、線路條件、供電電壓、維修能力等方面，機(jī)車(chē)快線的車(chē)輛宜采用動(dòng)力分散型交流傳動(dòng)的電動(dòng)車(chē)組，車(chē)組可由1～2個(gè)動(dòng)力單元組成，AC25kV，接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)。適合本線運(yùn)行車(chē)輛的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 車(chē)輛主要技術(shù)參數(shù)

5 車(chē)輛來(lái)源

現(xiàn)已在我國(guó)干線鐵路、城際鐵路上投入運(yùn)營(yíng)的CRH系列動(dòng)車(chē)組，采用的是AC25kV供電制式，其主要技術(shù)特征是，速度等級(jí)高(200～300 km/h)，載客量大。目前中國(guó)還尚未研制出適合AC25kV受電的中低速車(chē)輛。用于城市軌道交通中的地鐵車(chē)輛速度等級(jí)雖已達(dá)到120 km/h(如上海地鐵11號(hào)線)，但均采用DC1500/750V供電制式，如采用AC25kV制式供電，需對(duì)車(chē)輛進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造。我國(guó)尚未有適合匈牙利機(jī)場(chǎng)快線的成熟車(chē)型。

目前歐洲及其他地區(qū)采用城際、市郊鐵路模式廣泛，相關(guān)車(chē)輛制造技術(shù)發(fā)達(dá)，可供選擇的車(chē)型較多。匈牙利鐵路公司在前期方案研究中提出4種車(chē)型，加拿大龐巴迪“TALENT”、法國(guó)阿爾斯通“CORADIA”、德國(guó)西門(mén)子“DESIRO”、瑞士施塔德?tīng)枴癋LIRT”列車(chē)，均在歐洲和歐洲以外地區(qū)已經(jīng)大量投入使用，見(jiàn)圖1，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖1 各種車(chē)型示意

表2 國(guó)外動(dòng)車(chē)組主要技術(shù)參數(shù)

這些車(chē)輛具有快速換乘反應(yīng)、空間寬敞、車(chē)門(mén)自動(dòng)啟閉、低底盤(pán)設(shè)計(jì)、可雙向行駛、提速減速能力出眾、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。這些車(chē)輛將通過(guò)國(guó)際招標(biāo)用于機(jī)場(chǎng)快線上。

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