地鐵車輛現(xiàn)代化升級(jí)改造探討

法洪江 朱利 張東

青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司 山東青島 266300

1 我國地鐵車輛升級(jí)改造現(xiàn)狀分析

我國北上廣深等幾個(gè)一線城市車輛基數(shù)大，開通時(shí)間早，部分線路的車輛已面臨設(shè)計(jì)壽命到限的問題；但是上述城市運(yùn)營和維修經(jīng)驗(yàn)豐富，前期已開展車輛延長使用壽命或系統(tǒng)升級(jí)改造的研究，部分線路已經(jīng)開始執(zhí)行。

1.1 上海地鐵1號(hào)線案例

上海地鐵1號(hào)線于1993年開通運(yùn)營，是上海市開通的第一條地鐵線路，列車由西門子公司設(shè)計(jì)制造，前期共計(jì)16列列車，采用4動(dòng)2拖的編組形式，車體為鋁合金焊接型式，車輛設(shè)計(jì)壽命為30年。隨著上海城市建設(shè)進(jìn)程的加快，原6輛編組的1號(hào)、2號(hào)線列車日漸難以滿足快速增長的客流量，運(yùn)量的增長與運(yùn)能不足的問題逐漸凸顯。為提高線路的運(yùn)能，一方面追加列車配置數(shù)量，另一方面于2007年開始對(duì)原6輛編組的列車進(jìn)行改造，將列車由6輛編組改擴(kuò)為8輛編組。同時(shí)，上海地鐵于2017年前后開展對(duì)原1號(hào)線車輛延長使用壽命可行性的評(píng)估。目前，原1號(hào)線早期車輛的運(yùn)行時(shí)間已接近27年，逐漸接近30年的設(shè)計(jì)使用壽命。自2015年開始，車輛牽引梁加強(qiáng)筋、車鉤安裝座、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等部分位置的焊縫出現(xiàn)裂紋，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其主要原因?yàn)楹附尤毕莓a(chǎn)生的疲勞裂紋，因此工作人員對(duì)缺陷部位進(jìn)行了修復(fù)工作。但這些疲勞裂紋將成為車輛是否能夠延長使用壽命的重要制約因素。

1.2 廣州地鐵1號(hào)線案例

廣州地鐵1號(hào)線于1997年開通運(yùn)營，列車由西門子公司生產(chǎn)制造，前期共計(jì)21列列車，采用4動(dòng)2拖的編組形式，目前車輛已運(yùn)營近23年，為國內(nèi)較早使用鋁合金車體的項(xiàng)目之一。廣州地鐵于2016年開始研究探索鋁合金車體的服役壽命，為后續(xù)車輛的維護(hù)和采購策略提供重要的技術(shù)支撐。廣州地鐵首先對(duì)車體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢查、結(jié)構(gòu)件探傷、基于有限元的疲勞分析、強(qiáng)度和應(yīng)力試驗(yàn)、基于線路試驗(yàn)的疲勞壽命分析等，并對(duì)鋁合金車體服役壽命進(jìn)行了評(píng)估；在確認(rèn)車輛服役方案后，根據(jù)新的技術(shù)和運(yùn)營需求，研究并確定了整車改造范圍和壽命延長方案。廣州地鐵1號(hào)線的車輛將進(jìn)行整體的升級(jí)改造，改造范圍包括牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、列車控制與管理系統(tǒng)（TCMS）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、車門等重要子系統(tǒng)部件。升級(jí)改造后車輛的整體服役壽命將延長至 40年。

1.3 深圳地鐵3號(hào)線案例

深圳地鐵3號(hào)線于2010年開通運(yùn)營，列車的牽引系統(tǒng)和TCMS系統(tǒng)由韓國現(xiàn)代集團(tuán)（Hyundai Rotem）生產(chǎn)制造，列車共計(jì)43列，采用4動(dòng)2拖編組的不銹鋼車體。由于牽引系統(tǒng)性能和相關(guān)服務(wù)因素的影響，該項(xiàng)目的部分車輛將進(jìn)行升級(jí)改造，改造的范圍涉及牽引系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等。其中，原牽引系統(tǒng)將被替換為由國內(nèi)供應(yīng)商提供的先進(jìn)牽引系統(tǒng)；電機(jī)仍沿用原項(xiàng)目產(chǎn)品；列車網(wǎng)絡(luò)將取消絞線式列車總線（WTB）網(wǎng)絡(luò)，而采用整車多功能車輛總線（MVB）網(wǎng)絡(luò)；車輛的升級(jí)改造將結(jié)合車輛的大修同時(shí)進(jìn)行。

1.4 其他案例

國內(nèi)其他正在研究或執(zhí)行的較大地鐵車輛部件升級(jí)改造項(xiàng)目有：廣州地鐵 3號(hào)線空調(diào)國產(chǎn)化改造、廣州地鐵1號(hào)線車輛客室氣動(dòng)門改造、深圳地鐵1號(hào)線牽引系統(tǒng)改造、上海地鐵2號(hào)線基于通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（CBTC）改造等。

2 車輛升級(jí)改造中的問題探討

受運(yùn)行舒適度要求的提高、車輛壽命的延長、節(jié)能環(huán)保的要求、智能運(yùn)維的需求等因素影響，越來越多的地鐵車輛逐步進(jìn)入現(xiàn)代化改造階段，同時(shí)新技術(shù)的不斷應(yīng)用推廣，如無人駕駛、智能運(yùn)維、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)將是后續(xù)車輛升級(jí)改造的重要考慮因素和方向。隨著用戶對(duì)移動(dòng)帶寬的高需求，4G移動(dòng)通信技術(shù)已無法滿足用戶對(duì)低時(shí)延、大容量通信技術(shù)的需求趨勢，人們將關(guān)注的焦點(diǎn)已逐漸轉(zhuǎn)向5G技術(shù)，并急需將5G技術(shù)應(yīng)用到相關(guān)垂直行業(yè)中。由于地鐵中各功能場景復(fù)雜，導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋面臨一定挑戰(zhàn)，加之原有地鐵中傳統(tǒng)分布系統(tǒng)各不相同，與5G網(wǎng)絡(luò)頻段的兼容性等問題，也給5G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)覆蓋造成了不小的困難。同時(shí)，車輛升級(jí)改造過程中將面臨諸多問題，如車輛壽命延長的評(píng)估無成熟的規(guī)范和準(zhǔn)則、部分系統(tǒng)改造時(shí)與其他系統(tǒng)的接口匹配問題、升級(jí)改造項(xiàng)目執(zhí)行過程中的質(zhì)量管控與驗(yàn)證問題等。結(jié)合項(xiàng)目執(zhí)行過程的相關(guān)問題，本文提出以下建議。

（1）車輛的升級(jí)改造應(yīng)以乘客和運(yùn)營需求為目標(biāo)，確定存在的問題以及技術(shù)需求；同時(shí)以性能可靠為基本原則，并結(jié)合本地的具體情況，確定改造的目標(biāo)、方向和范圍。

（2）在前期，應(yīng)做好調(diào)研與準(zhǔn)備工作，如重要部件（車體和轉(zhuǎn)向架）的壽命評(píng)估、功能需求等；在實(shí)施時(shí)，應(yīng)做好過程管控，如相關(guān)的試驗(yàn)和認(rèn)證；在后期，應(yīng)做好調(diào)試、認(rèn)證、運(yùn)營的準(zhǔn)備工作。

（3）升級(jí)改造應(yīng)尋找合適的時(shí)間窗口，如結(jié)合車輛大修進(jìn)行，避免不必要的資源浪費(fèi)。

（4）應(yīng)盡可能采用成熟的技術(shù)保證升級(jí)后系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少與舊系統(tǒng)的接口，并確定新舊接口的關(guān)系；同時(shí)應(yīng)少變動(dòng)硬件，僅保留必須的接口。

3 結(jié)語

綜上所述，早期開通地鐵的城市已面臨車輛逐步接近設(shè)計(jì)壽命的問題，以及更加嚴(yán)苛的運(yùn)營要求，根據(jù)國內(nèi)外城市地鐵車輛的發(fā)展和管理經(jīng)驗(yàn)，隨著國內(nèi)地鐵市場的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，延長車輛使用壽命、功能升級(jí)改造將成為地鐵車輛市場長期健康發(fā)展的必然趨勢。無人駕駛、智能運(yùn)維、大數(shù)據(jù)、5G 技術(shù)等將是未來車輛改造的重要方向，因此應(yīng)盡早建立地鐵車輛升級(jí)改造和延長使用壽命的管理規(guī)范和準(zhǔn)則、有效的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和審核管理機(jī)制，以及車輛改造后的認(rèn)證管理規(guī)范。