理念與地鐵車輛技術的決策
——上海軌道交通車輛技術選擇回顧

王曰凡

（上海軌道交通技術研究中心，上海申通地鐵集團技術中心，201103，上海∥教授級高級工程師）

理念是對某種事物的觀點、看法，也是一種思想、一種觀念。在為地鐵車輛技術的決策中，理念起到了不可忽視的影響作用。本文僅以筆者從事地鐵車輛技術工作并參與上海軌道交通車輛技術的幾項選擇（均是國內首先采用的），來說明車輛工程師的理念對車輛技術決策的影響。文中的點滴體會愿與業內同仁交流和分享。

1 地鐵車型及列車編組的選擇

地鐵車輛的選型與列車編組系根據客流預測、設計運輸能力、線路條件、環境條件以及運營組織等要素確定。目前，國內主要的地鐵車型有A型和B型車。上海軌道交通從1號線開始就十分重視車型和列車編組的技術決策。車型及編組影響地鐵建筑限界及車站的規模，地鐵建設應從百年大計考慮，地鐵一旦建成幾乎沒有可能再改變它的幾何尺寸。上海城市仍處于發展期，因此地鐵建設的指導思想是大城市、大客流，并借鑒國外經驗應留有余地。上海建成的15條軌道交通線中除3條線路有特殊因素外，其余線路全部采用A型車輛。列車的編組按遠期考慮，例如1、2號線按8輛編組規模設計，但初期6輛編組可滿足客流要求，出于經濟運營考慮，初期按6輛編組實施。在車輛設計中電氣和機械部分預留了以后擴編成8輛編組的條件，以致于運營到近期后實施擴編非常順利，將老的列車中的部分列車解列，其中的動車加入到6輛編組列車擴編成8輛編組列車，無需調試即可上線運營。解列后剩余的拖車（帶駕駛室）加入6輛新的動車成新的8輛編組列車。

由于車輛采購周期的原因，在運營的過渡期存在6/8輛編組列車混合運營的階段，這在國外有許多先例，但在國內尚無此例，經過精心組織在上海軌道交通實現了。

上海的實踐證明，列車擴編、不同編組列車混合運營是完全可行的，無需害怕。

2 列車動拖比與最高運行速度的選擇

列車的最高運行速度選擇與列車的動力配置不無關系。列車的動拖比關系到起動加速度、制動減速度、平均速度、旅行速度、故障運營能力、車輛購置費用以及運營成本等。上海軌道交通遵循合理和經濟這2條來選擇列車的最高速度與動力配置。經分析、計算并借鑒國外的經驗，認為2比1的動拖比有利于車輛動力性能的發揮，可使故障運營能力顯著提高。因此，6輛編組的列車均采用4動2拖的動力配置，這樣還有利于簡化傳動系統的配置。

上海軌道交通列車最高運行速度的選擇不以線路的全長為前提條件，不設定全程旅行時間，更不刻意要追求高速。地鐵主要運行在市內，站間距不會太長，最高運行速度80 km/h應該可以滿足要求。筆者認為全線超過60%以上的線路可以運行的最高速度定為列車設計最高運行（持續）速度較為合理；若以為數不多的區間為依據決定列車最高運行速度，從而導致列車動力配置不能充分發揮，這是不可取的；為了縮短全程幾分鐘的時間而提高列車最高運行速度，會提高車輛全壽命的成本，故應謹慎考慮。

3 車輛客室布置的設計理念

城市軌道交通車輛技術的多樣性為車輛設計提供了多種選擇，合理和最佳的選擇取決于工程師的設計理念。在車輛客室布置設計中，下面舉的幾個例子同樣體現車輛工程師的設計理念。

3.1 座椅定員

對于座椅定員，有一種觀點認為盡可能多一些，以提高乘坐舒適性和服務質量。上海軌道交通在起初也是持有相同的觀點，因此1號線車輛的每個標準座椅定員按7人設計，以至于座椅兩端頭幾乎伸至兩客室門柱。由于一些乘客為方便下車喜好站立靠門框，兩側站立的乘客使客室車門的有效寬度減少，影響了乘客上下通行，以至于延長列車停站時間。為此，不少新車的每個標準座椅定員按6人設計，在座椅兩端部刻意留出1人的站立位置（如圖1所示），使客室車門的有效寬度滿足了設計要求。

圖1 座椅端部站立位

3.2 扶手設置

有一種觀點認為客室門區不應設置扶手，理論上讓乘客上車后往中間走，騰出門區空間，使乘客上下暢通，但事實并非如人意。由于較多的地鐵乘客乘距不長，即使高峰時段門區非常擁擠，也僅極少數乘客往中間擠，大部分乘客仍停留在門區，為的是到目的站時比較容易擠出去。既然這樣，還是應該尊重乘客的習慣，在門區設一些扶手，為乘客提供安全設施。于是，上海軌道交通車輛在國內率先設置三岔式立柱扶手（如圖2所示），可讓門區更多的乘客能扶上手。在4號線車輛的門區還特意設置較大的園形扶手（如圖3所示），可讓更多的乘客使用。這些措施都已得到乘客的肯定。

圖2 門區三岔式扶手

圖3 門區園形扶手

3.3 應急開門裝置的功能設置

應急開門裝置為列車發生應急情況時乘客拉動扳手即可讓車輛實施緊急制動后停車開門。那么當乘客拉動扳手讓列車實施緊急制動后停車開門好呢還是僅為通知駕駛員，由駕駛員決定是否實施制動停車開門或繼續開行列車到前方站處理。乘客拉動扳手的功能不同，其效果和結果就不一樣。為了乘客安全，到底怎樣更合理，這時理念起決定作用。

乘客一扳動扳手列車即刻實施緊急制動而后開門，若車停在區間隧道內，當門打開后乘客不知所措，有的會緊急跳下車，因地鐵列車人員僅駕駛員1人，會無法控制場面而造成次生災害。因此，該模式風險太大不宜采用。

由于地鐵在區間運行多數約2 min左右，若乘客一扳動扳手，僅起到告知駕駛員的作用，則駕駛員通常會堅持駕駛列車直至前方站停車，再決定是否疏散乘客或由車站工作人員協助共同處理事件。

上海軌道交通較早并且也是首先采用同時具有上述2種功能的模式。當列車剛起動后乘客扳動應急開門裝置扳手，只要列車起動運行在60 m以內，列車即刻實施緊急制動停車，打開在站臺區的門，此時既可疏散乘客，站臺人員也可參與救助處理；若列車已開出60 m，列車制動停車后已無車門在站臺位置，因此此時列車應直駛前方車站。

應急開門裝置的功能設置那一種模式好，不同理念可選擇不同的模式，但總有一種模式更為合理。

3.4 乘客信息系統

設置乘客信息系統最主要的目的是告示到站信息，使乘客及時做好下車準備。上海軌道交通首先在不同線路的車輛客室分別設置不同形式的裝置以提供乘客信息，包括列車廣播、LED（發光二極管）顯示和LCD（液晶顯示），以及列車運行動態顯示裝置，特別是4號線首次設置動態顯示裝置，不但給乘客告知到站信息，還顯示列車運行的方向，很受乘客歡迎。但是近幾年來，業內大部分列車每一客室上同時安裝4種裝置，感覺有點多了。其實利用車上進行商業廣告或某種宣傳其效果并不明顯。為了實現乘客信息的主要宗旨，只需設兩種裝置就可滿足要求：一種是有利多數乘客包括失明乘客獲取到站信息，此裝置當屬列車廣播系統；另一種是顯示裝置（雖然形式多種，但只需選擇一種足也），有利聾啞或聽覺遲鈍乘客獲息。除此以外設置的裝置都是錦上添花的，還增加了車輛的價格和維護成本。

現在不少乘客信息顯示裝置兼作娛樂和宣傳之用，侵占了顯示到站的信息顯示，往往乘客需要到站信息時，有的還在顯示其他信息。地鐵運營車輛的現狀是噪聲和視覺污染充徹客室，筆者認為應該給乘客一個安靜和舒適的乘車環境。

3.5 滅火器的安放位置

滅火器只是在發生火災應急時使用，是直接關系到安全的大事。滅火器安放的位置是安全意識的體現，應安放在易見易取的位置。上海軌道交通車輛上的滅火器安放在車輛客室兩端電器柜外側易見的位置（如圖4所示），應該說這是最佳的位置。現在不少地鐵車輛設計者為了美觀，將滅火器放在座位下面，既不易發現也不易取用，這樣的設計應該改進。

圖4 滅火器位置

3.6 車輛客室檔風玻璃（隔板）

上海是國內地鐵車輛上最先在座椅兩端安裝擋風玻璃的（如圖5所示）。車門旁座椅兩端站立乘客是常事，在列車起動和制動時會經常發生站立乘客的身體碰到端部座位上乘客的頭部，有時乘客之間還因此會發生矛盾和不愉快。因此，地鐵部門有責任采取措施，防止出現上述問題。于是從3號線開始在座椅兩端安裝了擋風玻璃，既可防止車輛制動時乘客滑出座椅，又可防止出現上述不愉快的情況，同時也改善了客室的氛圍。此舉已被業內同仁認可并效仿。

圖5 擋風玻璃

3.7 車輛客室設施的標準化

地鐵車輛是交通工具，將乘客安全地送到目的地是最根本的宗旨。地鐵的建設和運營方應建立本企業標準，將通過使用證明能滿足功能和可靠性要求的設計以標準的形式固定下來，以有利設計、使用、維保和降低成本。客室設施標準化應包括裝置的型號、功能、安裝位置等方面。比如駕駛臺的布置，一個城市的地鐵列車駕駛臺的布置應盡可能統一，至少幾個關鍵的部件如牽引手柄、按鈕、開關、顯示器等的型號、布置位置等在所有列車應一致，以有利于駕駛員的操作和駕駛員調配。又比如，對應急開門和應急對講裝置，假如所有的車輛對其配置相同的型號、相同的操作方法并且安裝在相同的位置，應急時就有利于乘客使用。近幾年來，上海軌道交通意識到制定本企業標準的重要性，設置了標準化部門，制定了包括客室設施標準化等的車輛標準，規范了設計、招標采購和運用，取得了較好的效果。

4 上海軌道交通全自動無人駕駛系統的提出

4.1 新的理念選擇了無人駕駛制式

2004年，上海申通地鐵集團有限公司新任董事長聽了筆者關于上海軌道交通采用全自動無人駕駛技術的必要性、可行性、經濟性，以及目前具備的基礎和條件的匯報后，指示上海應該在國內率先采用此新技術，在國內地鐵領域起引領作用，不但搞1條，要多搞幾條。這樣一種在國內尚無先例的先進地鐵制式，只有具有創新理念的領導才會當即拍板決定建造。筆者為自己大膽的想法得到領導的認可和支持，并參與了上海軌道交通10號線全自動無人駕駛的實施甚感欣慰。為了讓業內能了解、接受全自動無人駕駛系統制式，并支持這樣一種新技術，筆者曾在《城市軌道交通研究》期刊上撰寫了關于全自動無人駕駛制式的時評，并且發表了《全自動無人駕駛系統——全新理念的城市軌道交通模式》的文章。文章發表后引起了業內的共鳴。

2010年上海軌道交通10號線建成通車，目前是上海軌道交通車輛故障率最低、平均旅行速度最高、運輸效率最高的線路，同時也帶動了上海軌道交通的管理水平上了一個臺階。特別是最近業內掀起了擬建全自動無人駕駛的熱潮，說明人們認可這種新技術，接受了這種新的理念。

4.2 上海軌道交通選擇全自動無人駕駛的考量

全自動無人駕駛在國際上已得到廣泛的應用，并成功應用于大運量的城市軌道交通中。全自動無人駕駛是將列車駕駛員執行的工作，完全由高度集中控制的自動化系統完成。列車具有自動喚醒、出停車場、行駛、停站、開關門、故障檢測和恢復、入停車場、洗車、入庫、休眠等自動功能，同時具備常規運行、降級運行、運行中斷以及災害工況等多重運行模式。科技的進步使全自動無人駕駛系統具有高的安全性和可靠性，可實現列車高密度運行，適應大客流運營需要，并具備提高服務水平和管理水平及降低運營成本等優越性。全自動無人駕駛系統是一種采用全新理念的先進的城市公共客運交通模式，代表著城市軌道交通的發展方向。上海是國際性大都市，需要擁有國際先進的城市軌道交通，要不斷提高服務水平與之相匹配。上海從地鐵建設開始就有一種采用國際先進新技術的理念，推進技術進步。上海軌道交通已運營近20年，為改善上海的城市公共交通作出了突出的貢獻，但機電設備如車輛等不時會發生一些故障，其中也有一些是人為因素導致的，可以通過分享國際上全自動無人駕駛技術以改善上海軌道交通整體技術水準和管理水平。

4.3 上海選10號線作為首條采用全自動無人駕駛技術線路的思考

上海是要建一條實實在在能充分體現全自動無人駕駛優越性的，能滿足有迫切需要的地鐵線。上海有多條待建的郊區線，不在我們的選擇之中，按照我們的理念選擇10號線，在某種程度上具有代表性的。

上海軌道交通10號線由高鐵虹橋站至外高橋保稅區，線路全長45.6 km，設34座車站，包括1條5 km設3座站的支線，全線由地下、高架線組成，設主輔停車場各一座。線路所經之處為城市主要活動中心及城市副中心，沿線大型客流換乘點十分多，處在城市重要的客運走廊上。沿途經南京東路、城皇廟、新天地、上海圖書館、上海交通大學、動物園、虹橋國際機場和虹橋高鐵火車站。遠期高峰小時單向斷面客流為4.84萬人次，全日客流量為140萬人次。可以說10號線是比較典型的高運量地鐵線，最能體現全自動無人駕駛的優越性，因此是最佳的選擇。

無人駕駛列車運行自動化等級中GOA3級是有人值守的列車自動運行（DTO），GOA4級是無人值守的列車自動運行（UTO），10號線選擇最高等級的GOA4級以及UTO模式。

4.4 聘請專業項目咨詢的考慮

全自動無人駕駛對上海軌道交通來說是全新的，技術積累不多，尚有許多技術要研究、熟悉、掌握。諸如運營方案、運營模式、應急救援等眾多復雜的運行場景，有關各專業各系統的需求和技術規格，系統的集成方案、集成管理以及配置管理等。車輛是關鍵專業，具有特殊性，特別在安全性和可靠性方面有更高的要求需要全面研究，比如需要研究動力性能要求及其配置、列車的控制系統和監控系統、通信與乘客信息系統、排障裝置、故障存儲與處理、防災報警、應急疏散及引導、駕駛臺的設置以及與相關專業的技術接口等。受10號線工期的約束，不允許有長時間的研究、摸索，因此聘請咨詢顧問共同開展研究是一條捷徑，既可引進國外專家在全自動無人駕駛技術上的一些思維方式和理念，又可縮短技術準備的時間，盡快解決一些特殊的技術問題。

國際上全能型的咨詢公司不多，往往專注于某一個或幾個領域。為此，通過國際招標聘請針對系統總體構思、車輛及機電設備特殊性要求、運營方案以及項目計劃和管理等的專題研究咨詢顧問，解決項目前期的技術準備。當項目進入建設階段，又通過國際招標聘請具有豐富實踐經驗的業主咨詢顧問，主要針對提出專業技術需求、系統集成方案和協助進行項目管理等。

實踐證明，上海軌道交通的思路是正確的，針對需求和咨詢公司的特長聘請咨詢顧問是需要的。

4.5 列車設可覆蓋駕駛臺

上海軌道交通10號線是國內首次采用全自動無人駕駛的系統，其車輛的設計、制造、運營等方面尚缺少成熟的經驗，針對全自動無人駕駛首次采用的部件、子系統的可靠性還需通過實際運用來證明。10號線一旦投入運營是不允許停運的，為此考慮采取措施作兩手準備，以解除后顧之憂，確保列車投入運營。車輛專業在首批列車設可覆蓋駕駛臺（如圖6所示）、可拆卸的駕駛室后墻板，在運營初期采用有駕駛員值守的模式，一旦自動駕駛系統發生故障，即可用人工駕駛替代，以確保線路暢通；另一方面讓乘客也有一個心理適應的過渡過程，逐步接受無人駕駛模式。正如當初在3號線也是國內首次采用電動式塞拉門，初期經常發生由于乘客上車時只注意頭腳而身體未完全進入客室以至于車門難以關到位，經一段時間后乘客們注意了、習慣了，就很少再發生類似問題。采取過渡的可覆蓋的駕駛臺形式，是筆者在德國紐倫堡市參觀西門子公司為U2線改造為全自動無人駕駛調試的列車上看到的，是有先例的，于是就學過來了。這樣的過渡方案也被國內兄弟城市的同行所采納。

圖6 可覆蓋駕駛臺

5 結語

本文僅以筆者從事地鐵車輛技術工作并參與上海軌道交通車輛技術中的幾項決策選擇為例，用以說明車輛工程師的理念對車輛技術決策的影響。文中關于全自動無人駕駛的決策以及項目實施過程中的一些想法和做法，也是決策者和技術人員理念的體現。不同的理念選擇的車輛技術有全然不同的結果，合理和最佳的選擇取決于設計工程師的理念。科學的發展促使車輛技術的不斷進步，優秀的城市軌道交通車輛工程師的理念應與時俱進，關注車輛技術的發展，使我國的地鐵車輛技術能跟上時代的步伐與時俱進。

參考文獻

［1］ 上海申通軌道交通研究咨詢公司.上海軌道交通全自動列車運行系統研究［R］.上海：上海申通軌道交通研究咨詢公司，2006.

［2］ 王曰凡.全自動無人駕駛系統——全新理念的城市軌道交通模式［J］.城市軌道交通研究，2006（8）：1.

［3］ 上海申通軌道交通研究咨詢公司.上海市軌道交通10號線全自動列車運行系統研究報告 車輛［R］.上海：上海申通軌道交通研究咨詢公司，2005.