蕪湖軌道交通2號線一期工程車輛選型研究

汪毅明 胡江民

(1.蕪湖市軌道交通有限公司，安徽蕪湖 241000；2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

車輛是城市軌道交通工程中最重要的設備之一，也是控制國產化指標、工程造價和運營效益的關鍵設備。車輛選型及其主要技術參數是確定列車編組方案，制定主要工程技術標準，擬定工程方案和估算投資的基礎。

1 蕪湖軌道交通2號線一期工程概況

1.1 蕪湖軌道交通線網概況[1]

根據蕪湖市城市軌道交通線網規劃，蕪湖市市區軌道交通共規劃5條市區線路，總長度為137.7 km，遠景線網推薦方案見圖1，各條線路的遠景客流預測結果如表1。

表1 市區軌道交通線網客流預測結果

1.2 軌道交通建設規劃概況[2]

近期建設2號線一期工程(海事局站-育文學校站)及1號線(見圖2)，線路總長度46.895 km，車站36座(見表2)，系統制式采用跨坐式單軌[3]。

表2 近期建設項目一覽

圖1 遠景線網推薦方案

1.3 蕪湖軌道交通2號線一期工程概況[4]

蕪湖軌道交通2號線是一條東西向線路，主要作用為強化蕪湖市江南城區中心區、城東產業組團與江北新城之間的聯系。2號線一期工程起自北京路站，終至萬春湖路站，全長16.246 km，其中地下線長1.299 km，地面及高架線14.94 km，共設11座車站(高架站10座、地下站1座)，其中換乘站3座，分別為北京路站(與1號線換乘)、弋江路站(與R3線換乘)、政務中心站(與3號線換乘)；設車輛基地1處；遠期高峰小時最大斷面客流為2.05萬人次/h。

圖2 近期建設規劃線網示意

2 跨坐式單軌車型主要技術體系[5]

跨坐式單軌車型主要技術體系有：龐巴迪(Bombardier)單軌、日立(Hitachi)單軌、斯科米(Scomi)單軌、英特敏(Intamin)單軌、意大利FCF Spa(Furno Railway Construciton)、英國Metrail及Severn-Lamb Ltd.等。從應用范圍、技術穩定性、城市軌道交通適應性等方面出發，重點分析龐巴迪單軌車(以下簡稱MB1-1型車)和日立單軌車(以下簡稱MA型車)。

3 車輛選型原則及技術路線

3.1 選型原則[6]

(1)滿足客流需求，留有一定運能余量[7]；

(2)提供合理服務水平；

(3)線路條件及環境適應性[8-9]；

(4)滿足國產化要求；

(5)投資合理。

3.2 技術路線

車輛選型研究技術路線如圖3。

4 車輛選型研究

4.1 車輛選型的參數取值

(1)站席標準的選取

站席標準關系到列車的開行數量和列車編組數量，進而影響車輛長度、配屬車數、車站規模、車輛段規模等，兩種車型應統一標準，本文按照6人/m2[10]取值。

圖3 車輛選型技術路線

(2)系統運能及余量設定

2號線的遠期高峰小時客流量為2.05萬人次/h，客流域值為1.79～2.26萬人次/h，上下波動范圍為-12.68%～+10.24%[11]。考慮客流域值的波動幅度，系統運能對遠期高峰小時客流量的余量建議不小于10%，且兩種車型保持一致。

(3)車輛主要技術參數

MB1-1型車相較于MA型車寬度略大，高度與重心更低(MB1-1型車寬度為3 142 mm，MA型車為2 980 mm；MB1-1型車全高4 053 mm，MA型車為5 300 mm)。MA型車長14 800mm(頭車)、13 900 mm(中間車)，MB1-1型車長11 845 mm。從車輛尺寸可見，MA型車輛寬度較小，但長度較大。MB1-1型車廂地板底面距軌道梁頂面高度為450 mm，MA型為1 130 mm。

MA型車采用雙軸轉向架，軸重為11 t；而MB1-1型車采用單軸轉向架，軸重為14 t，MB1-1型車將轉向架設于車輛鉸接處附近，既提高了車輛的通透性，也減輕了車輛自重。MA型頭車自重為28 t或26.5 t，MB1-1型車輛自重為14 t。

兩種車型的主要技術參數見表3。

表3 車輛主要技術參數

(4)列車編組及載客量

根據不同車型對應的道岔類型和容許過岔速度，對適宜的車輛編組長度進行核算，結果表明，MA型車的系統能力為26對/h，MB1-1型車的系統能力為30對/h以上。

MA型單軌端頭車載客量為9.71人/延米，中間車為11.30人/延米；6輛編組時，車輛長89.400 m，定員962人，載客率10.76人/延米。系統能力26對/h，系統運能25 012人/h，運能余量18.1%。

MB1-1型單軌端頭車載客量為10.16人/延米，中間車為12.33人/延米；6輛編組時，車輛長74.164 m，定員856人/列，載客率11.54人/延米。系統能力30對/h，系統運能25 680人/h，運能余量20.2%。

MA型和MB1-1型車均采用6輛編組時，MB1-1型車系統運能略高，且車輛長度上較MA型車短15.236 m，但載客率較前者高。

4.2 車輛選型比選

(1)車輛總體技術比較

①車體主要構造尺寸

MB1-1型車車輛高度小，地板面高度和整體重心低，側傾力矩小，動力學性能和乘坐舒適度較優；且其采用單軸轉向架，所需的車輪數量少，轉彎半徑小，過彎阻力小，曲線通過能力強，彎道輪胎磨損小，噪聲低，能耗低。

②承載效率

對照兩種車型自重與定員載客量，MB1-1型車車輛自重約14 t，單位自重運輸乘客定員數為9.21人；MA型車車輛自重約28 t[13]，單位自重運輸乘客定員數為5.89人。從承載角度分析，MB1-1型車的機械效率高于MA型車，能耗的有效利用率更優；且較小的車輛自重有利于降低橋梁設計荷載和橋梁工程量，節省土建投資。

③車門寬度及車門間距

MA型單軌車車門寬1.3 m，間距7.3 m，6輛編組單側可利用上下車通道總寬15.6 m，每百人定員可用通過寬度約為1.62 m；MB1-1型單軌車車門寬1.6 m，車門間距4.175 m，6輛編組單側可利用上下車通道總寬19.2 m，每百人定員可用通過寬度約為2.24 m，更有利于乘客快速上下車，也可相應提高車廂利用率，縮短停站時間。

④裙板防護

MA型車僅在轉向架區域設置遮擋裙板；MB1-1型單軌車采用通長裙板方式，走行部分均被包裹在車體內部，其噪聲振動指標較MA型車更優，環保性能更好。

⑤救援疏散

MB1-1型車車廂地板距軌道梁頂面為0.45 m(MA型車≥1.13 m)，救援疏散較MA型車更為便捷。在應急疏散平臺面高度滿足疏散要求的前提下，MB1-1型車地板與軌道梁面的高差較小，有利于保證區間高架系統整體景觀的協調性，日常檢修、維護也比較方便。

⑥車廂利用率及停站時間

MB1-1型車車門較寬，車門間距較小(車門寬1.6 m，車門間距4.175 m)，有利于乘客快速上下車，也可相應提高車廂利用率，縮短停站時間。

⑦折返間隔

由于采用替換梁型道岔，且列車容許的離心加速度較高，MB1-1型車可滿足的系統能力不小于30對/h的要求；MA型車按照目前的最大行車計算過岔速度計算，可滿足的系統能力為26對/h。

(2)車輛具體構造技術比較

①轉向架車軸

MA型單軌車采用雙軸轉向架，固有的高沖角導致過彎阻力大、輪胎磨損大、能耗大；MB1-1型單軌車采用單軸轉向架，避免了高沖角，過彎阻力小、輪胎磨損小、能耗小。故在同樣線路條件下，MB1-1型車系統能耗更低，彎道輪胎磨損小，有利于減少運營成本。

②走行輪數量及輪載

MB1-1型車6輛編組，定員856人，承載軸為12軸24輪，定員工況下平均輪壓約為56 kN；MA型車6輛編組，定員962人，承載軸為24軸48輪，定員工況下平均輪壓約為48 kN。車長相近條件下，MA型車走行輪數量多，但輪壓小，MB1-1型車走行輪數量少，但輪壓大。軌道條件相同時，輪胎磨損與輪壓、彎道阻力等有關，兩種車型在輪胎磨損方面各有優劣。在使用壽命相近的條件下，MB1-1型車換輪作業量少，輪胎更換作業時間短，作業效率高，運維保養成本低。

③牽引系統

MA型單軌車采用傳統的三相電機、齒輪箱、聯軸節驅動方式，效率低、能耗高；MB1-1型單軌車采用永磁電機，電機與齒輪箱高度集成，電機軸直接驅動承載輪行走，體積小，牽引及制動性能好，牽引效率較傳統電機高15%左右。MB1-1型車有較高的牽引效率、輕量化車體、單軸轉向架，運營能耗更低。據初步計算，MB1-1型車能耗水平較MA型車低約20%。此外，MB1-1型車的啟動加速度高于MA型車，有利于提高列車折返能力和旅行速度。

④供電受流方式

MA型車系統供電軌在軌道梁兩側等高位設置，運營期車輛只能穿梭運行，無法調頭換向，易導致輪胎偏磨。MB1-1型車系統供電軌在軌道梁兩側按正極低位、零極高位設置，車輛每側分上下共4個集電靴與之對應，車輛可調頭換向運行，有利于減少偏磨。

(3)城市建設條件適應性分析

MA型單軌車采用雙軸轉向架，轉向架中心距為9.6 m，側面導向輪間距為2.5 m，相鄰兩輛車前后轉向架之間距離為5.0 m；MB1-1型車采用單軸轉向架，轉向架中心距為9.12 m，側面導向輪間距為1.473 m，相鄰兩輛車前后轉向架之間距離為2.725 m。單軸轉向架、較小的導向輪間距及相鄰轉向架間距，使得MB1-1型車輛能采用更小的曲線半徑。在同樣的小半徑曲線條件下，MA型單軌車輪胎的轉彎磨耗要大于MB1-1型單軌車，由此將增加運營及養護維修成本；若提高半徑，則會增加城市建成區的拆遷數量。由此可見，MB1-1型單軌車對城市建成區的適應性更好。

(4)主要工程差異性分析

①軌道梁

MB1-1型：軌道梁截面寬度為0.69 m。軌道梁多采用連續剛構體系，跨度在30 m左右，通常采用3跨一聯，變高度截面。

MA型：軌道梁截面寬度為0.85 m[14]。軌道梁多采用簡支體系，跨度一般不大于30 m，通常采用等截面。

連續剛構體系較簡支體系景觀效果更好，接頭更少，行車平順性和舒適性更好；同時可節省接頭配件、支座，減少架設安裝工作量，經濟效果較好。

②地下區間斷面

MB1-1型：凈空高度為不小于3.5 m，隧道斷面直徑為5.8 m。

MA型：凈空高度為不小于4.2 m，隧道斷面直徑為7.0 m。

③道岔

MB1-1型：正線主要采用替換梁型道岔，過岔速度高、舒適性高；制造和安裝成本低，投資小，機械裝置構造簡單，故障率低，維護成本低。

MA型：正線主要采用關節型及關節可撓型道岔[15]，過岔速度相對低、舒適性相對較差；制造和安裝成本高，投資大；道岔結構復雜[16]，故障率相對高，維護成本相對高。

④供電系統

MA型與MB1-1型單軌分別采用DC1500V和DC750V電壓制式。其接觸受流結構分別采用“匯流排+接觸線”方式及鋼鋁復合軌。電壓制式方面，MA型車型的電壓要求更符合目前國內軌道交通的發展趨勢，有利于減少牽引變電所的數量，供電系統工程投資較省。

(5)國產化及車輛購置費比較

MA型和MB1-1型車在技術先進性、技術穩定性，以及對城市軌道交通的適應性等方面均符合國內中運量城市軌道交通的需求特點。目前，MA型車已實現國產化，具備良好的產業基礎。根據市場調研，MB1-1型單軌車的國產化技術合作也在穩步推進，目前已具備車體及其內裝(車體材料及車體制造、裙板、司機室設備、車內設備、空調機組、客室和司機室內裝等)的國產化能力，但制動系統、輪胎的國產化成為制約因素。

綜上所述，兩種車型在技術成熟度、國產化技術基礎和產業化能力等方面均可滿足蕪湖軌道交通2號線一期工程需求，但MA型國產化率更高，在價格方面MA型單軌車也有一定優勢。

(6)救援疏散分析

日本單軌交通較發達，單軌線路較多，但多未設置緊急救援通道；馬來西亞的吉隆坡單軌、新加坡圣淘沙單軌也未設置疏散通道；美國早期的(龐巴迪)單軌也沒有設置疏散通道；杰克遜維爾(建成于1998年)及拉斯維加斯(建成于2004年)單軌系統為近期建成，都設置了疏散通道；重慶市軌道交通2號線未設置疏散通道，3號線一期工程于2011年建成，首次設置了疏散通道。車廂底板面到緊急疏散通道平臺面的垂直高差約3 m，需要車輛配備相應的緩降裝置，為確保人員的安全，同時需盡快切斷接觸軌的電源。龐巴迪單軌由于重心較低，車輛地板距疏散通道僅0.45 m，疏散容易。

無論MA型單軌車還是MB1-1型單軌車，在運行安全性方面都有保障。供電授流方式的不同造成兩種車型在區間應急疏散時的安全應對措施有所差異。MA型單軌車供電軌正極設于線路的同一側，總有一條供電軌正極位于鄰近疏散通道一側，疏散時需切斷供電軌電源。MB1-1型單軌兩線內側的接觸軌均為具有接地保護的回流軌，疏散時可不切斷供電軌電源，更便于快速疏散。

(7)綜合經濟性分析

①同等運能余量條件下的比較

②編組長度相近條件下的運能比較

在編組長度相近的情況下，MB1-1型車7輛編組(車長86 m)，30對/h，系統輸送能力為30 060人次/h；MA型車6輛編組(車長89.4 m)，26對/h，系統輸送能力為25 012人次/h。MB1-1型車是MA型車的1.2倍。

③投資比較

從投資構成分析，采用MA型車時土建工程(區間、車站及車輛段等)投資較高，車輛購置費較低；采用MB1-1型車時，土建工程投資較低，車輛購置費較高。此外，由于MB1-1型車接觸網供電電壓采用DC750V，導致牽引所數量較多，投資相應增加。

4.3 推薦意見

通過對MB1-1型和MA型單軌車從輸送能力、車輛條件、土建工程、道岔、供電系統、應急疏散、工程投資、國產化等方面的比較研究，MA型車具有國產化程度高、供電軌電壓符合國內軌道交通主流方向、單車價格便宜等優點；MB1-1型車在系統能力及環保方面更優，城市建成區適應性較強，應急疏散條件好，投資以及運營成本相對較小，綜合經濟效益較好。綜上，MB1-1型單軌車輛更適合蕪湖市軌道交通2號線一期工程。

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.蕪湖市城市軌道交通線網規劃[Z].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2013

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.蕪湖市城市軌道交通建設規劃(2016～2020)[Z].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2015

[3] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.國家發展改革委關于印發安徽省蕪湖市城市軌道交通一期建設規劃(2016～2020年)的通知[Z].北京：中華人民共和國國家發展和改革委員會，2016

[4] 中鐵工程設計咨詢集團有限公司.蕪湖市城市軌道交通2號線一期工程可行性研究報告[R].北京：中鐵工程設計咨詢集團有限公司，2016

[5] 中鐵工程設計咨詢集團有限公司.蕪湖城市軌道交通2號線車輛選型及車輛編組方案報告[R].北京：中鐵工程設計咨詢集團有限公司，2016

[6] 王曰凡.城市軌道交通車輛選型[J].城市軌道交通研究，2009，12(4):1-7

[7] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB50157—2013，地鐵設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013

[8] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB50458—2008，跨座式單軌交通設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008

[9] 張全福，翁夢熊.城市高架軌道交通的車輛選型[J].鐵道車輛，1995(10):39-44

[10] 中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家發展和改革委員會.建標104—2008 城市軌道交通工程項目建設標準[S].北京：中國計劃出版社，2008

[11] 中鐵工程設計咨詢集團有限公司.蕪湖市軌道交通2號線一期工程客流預測專題報告[R].北京：中鐵工程設計咨詢集團有限公司，2016

[12] 程燁，沈俊一.跨坐式單軌投融資模式研究[J].鐵道勘察，2018(1):136-139

[13] 仲建華.重慶跨座式單軌交通[J].都市快軌交通，2004，17(5):17-22

[14] 仲建華.重慶“較-新”線跨座式單軌車輛技術特征[J].現代城市軌道交通，2004(1):15-18

[15] 王省茜.跨座式單軌道岔技術分析[J].中國鐵路，2007(8):67-69

[16] 宮文平.跨座式單軌車輛特點及國內外應用情況[J].國外鐵道車輛，2013，50(1):5-7