城市軌道交通車輛技術創(chuàng)新與發(fā)展研究

呂娜璽

摘 要：本文紹了我國城市軌道交通及城軌車輛技術發(fā)展現(xiàn)狀，分別從車輛輕量化、智能化技術以及安全可靠性、節(jié)能環(huán)保、服務品質(zhì)提升等多方面指出了城軌車輛技術創(chuàng)新發(fā)展的方向。

關鍵詞：軌道交通;車輛技術;創(chuàng)新發(fā)展

1 引言

自1971年北京地鐵1號線開通以來，經(jīng)過了四十幾年的發(fā)展，城軌交通進入快速發(fā)展新時期，運營規(guī)模、客運量、在建線路長度、規(guī)劃線路長度均創(chuàng)歷史新高。城軌交通發(fā)展日漸網(wǎng)絡化、差異化，制式結構多元化，網(wǎng)絡化運營逐步實現(xiàn)。截至2018年底，中國內(nèi)地共計34個城市開通城市軌道交通并投入運營，開通城軌交通線路165條，運營線路長度達到5033公里。城軌車輛作為城市軌道交通運輸?shù)妮d體，發(fā)揮著重大的作用。

2 城市軌道交通現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

2.1 三網(wǎng)融合的格局初步呈現(xiàn)

從未來的趨勢上看，現(xiàn)在城市經(jīng)濟突飛猛進，軌道交通的發(fā)展非常迅速，高鐵、城際、城市軌道交通三種網(wǎng)絡融合的趨勢越來越明顯，在這個層面上考慮則需要在城市規(guī)劃時從國家交通網(wǎng)絡的全局角度出發(fā)，城市格局快速變化帶來城軌車輛功能需求的進一步拓展。一方面，前期主要以傳統(tǒng)的通行為主，但是現(xiàn)在需要要發(fā)展到通勤加站線的分流，對其他交通方式，如城際向航空、公路運輸?shù)绕鸬郊⒆饔谩Ａ硪环矫妫鞘忻娣e的不斷擴充，城市軌道交通必然要向市域的方向發(fā)展，服務領域?qū)⑦M一步擴大，逐漸形成都市的通行圈，到2020年，全國的城軌運營里程可能會達到7000公里，預計地鐵占現(xiàn)在2/3左右。

2.2 產(chǎn)品譜系化日臻完善

目前發(fā)展狀況對交通運輸工具的譜系化要求將會更加完善，在傳統(tǒng)地鐵各種車型技術基礎上需要大力的發(fā)展市域車輛、輕軌車輛、有軌電車、單軌、空軌等，這些系統(tǒng)相互補充、共同構建出城市交通網(wǎng)絡。在此基礎上，可以根據(jù)客流量、運營的里程、運營模式等需求，進行基于時間、成本和速度的配置化設計。從目前需求狀況來分析，大容量的軌道交通如地鐵更適合于市中心和市郊等區(qū)域有大客流密度的方向，中等容量的軌道交通如輕軌更適合于在市郊、市區(qū)以及中小城市市區(qū)，較低容量的軌道交通如有軌電車和單軌電車更適合于在路權的地區(qū)。

2.3城軌車輛技術發(fā)展迅速

從我國軌道交通的格局來講，目前的車輛技術主要以地鐵為主力，在我國的交通線路總里程中地鐵占82%的比重，絕大多數(shù)是以地鐵為主的構建城軌交通的網(wǎng)絡。2000年以后，其他的城軌交通形式諸如輕軌、跨坐式單軌、直線電機等相繼問世，未來將面臨軌道交通多元化發(fā)展趨勢。

城軌車輛技術可以分成兩代，第一代以直流技術為特征，1967年我國自主研發(fā)的第一代的地鐵車輛標志著我國初步掌握了車輛的設計技術，以碳鋼車體、直流方式、非網(wǎng)絡控制以及人工駕駛為主要的特征，這一代車為城市交通作出了巨大貢獻，但受制于當時的專業(yè)技術和基礎工業(yè)的限制，無論在安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適型和智能化等方面較為落后。第二代以交流技術為特征，從上世紀九十年代開始，我國城軌車輛技術的快速發(fā)展，在后續(xù)的國產(chǎn)化進程當中，我國逐步掌握了系統(tǒng)集成、車體、空調(diào)、貫通道、車門、廣播系統(tǒng)以及內(nèi)裝技術這些相繼的實現(xiàn)了國產(chǎn)化，此前一直被國外壟斷的牽引技術、制動技術，現(xiàn)在也都取得了很大的突破。

3城軌車輛技術創(chuàng)新研究

從目前城市軌道交通發(fā)展需求分析，城軌車輛技術將會發(fā)生更新?lián)Q代的變化，未來軌道交通的車輛研發(fā)將會遵循人性化的設計理念，注重節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟適用，要更加安全、更加可靠、更加智能，服務品質(zhì)要更加提高，同時技術上實現(xiàn)列車的譜系化技術。

3.1 車輛系統(tǒng)輕量化技術

從輕量化技術發(fā)展考慮，首先是車體，現(xiàn)在的車體是碳鋼、不銹鋼或者鋁合金，輕量化逐步在提升，但是輕量化一直是列車設計的一個永恒課題，研究部分或整體采用碳纖維以及復合材料等在車體主結構或部分結構的使用;其次，轉向架實現(xiàn)輕量化，一方面采用永磁同步電機的軸驅(qū)，取消變速箱及聯(lián)軸節(jié)，簡化轉向架動力驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)輕量化設計，另一方面采用空心車軸、波壁大斷面承載結構，降低轉向架部件重量，從新材料方面而言，研究鋁合金、高分子聚合材料等新材料在轉向架部分部件的結構設計技術。

3.2 車輛智能化技術

在信息化和智能化方面，利用工業(yè)以太網(wǎng)的技術，在目前已有的列控網(wǎng)技術上構建多網(wǎng)融合的一體化列車網(wǎng)絡，集成服務系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和實時響應。工業(yè)多網(wǎng)融合能夠有效的提升列車的控制和服務水平，采用基于4G網(wǎng)絡傳輸?shù)南到y(tǒng)，為乘客提供各種現(xiàn)代通訊服務，同時發(fā)展智能化檢修維護服務系統(tǒng)，實施在線的監(jiān)測、在線的診斷。

3.3 車輛安全可靠技術

從安全可靠性方面，首先要發(fā)展列車的在線預警技術，采用實時智能列車狀態(tài)感知、監(jiān)測和高精度定位追蹤技術，對列車各關鍵系統(tǒng)實時狀態(tài)監(jiān)測、診斷和預警，提高安全可靠性;另一個方面是關于列車的安全防護，把列車的防撞擊結構從傳統(tǒng)的依靠防爬器提升到車體結構參與性能變形的新理念，把現(xiàn)代的撞擊技術應用到城軌車輛上，以此來發(fā)展新的耐沖擊車體結構。

3.4 車輛節(jié)能環(huán)保技術

從節(jié)能環(huán)保方面，第一，在空調(diào)技術方面采用變頻控制的技術，采用熱循環(huán)、新風調(diào)節(jié)技術，通過這些技術來節(jié)省能量和能耗;第二，在牽引輔助供電系統(tǒng)方面，發(fā)展以永磁同步電機直接驅(qū)動，簡化驅(qū)動系統(tǒng)，降低傳動噪音和重量，提高能源利用率;第三，能量回饋技術，要解決目前城市軌道車輛制動能量的回收利用問題，研究車載再生能量儲存設備，吸收再生反饋剩余能量，降低能耗，另外發(fā)展新型的儲能系統(tǒng)，如超級電容電池等，研究制動能量回饋率和儲能率評價和實驗技術，優(yōu)化制動分配管理及電制動發(fā)揮至零速技術;第四，是開發(fā)智能光感照明控制技，在保證客室照度前提下，提高舒適性、降低能耗。

4 總結

我國的城市軌道交通正處在跨越式的發(fā)展階段，技術創(chuàng)新是實現(xiàn)城市軌道交通快速發(fā)展的必由之路。本文從車輛輕量化技術、信息智能化技術以及安全可靠性、節(jié)能環(huán)保、服務品質(zhì)提升等多方面指出了城軌車輛技術創(chuàng)新優(yōu)化設計思路，為城市軌道交通車輛技術發(fā)展指明了方向。

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