試論城市軌道交通車輛的編組葉芹祿（鐵道第四勘察設計院，wuhan，china）摘要：文章闡述了確定地鐵車輛編組的主要原則，行車間隔的確定，以及改變編組的困難因素和合理的編組設計方案。特別是提出了應該用列車超員載客量對設計的編組數進行校核的新觀念，減少按照單向高峰小時客流量加以確定的編組數通常較大而造成列車在平時運能的虛靡。關鍵詞：城市軌道交通 車輛 編組就城市軌道交通車輛的編組來說，有專家和學者曾經提出一種新的思路，即：高密度小編組。這種編組的主要特點是：行車間隔小，服務水平較高，且可以降低車站建筑工程的造價[①]。就是這樣一種理念，也需結合工程的具體實際來加以靈活應用。城市軌道交通線路敷設困難、坡度較大、運營密度高、站間距離小、舒適性要求較高、安全可靠性高、工程投資較大等特點決定了城市軌道交通車輛的動力形式通常不再使用“動力集中式”，而普遍采用動力分散式（本文不再細述動力集中和動力分散的優缺點）。動力分散式又隨著電力電子器件技術的發展經歷了全動車組（全分散式，我國北京20世紀60年代投入運營的地鐵一號線列車就采用全動車形式）、有合適的動拖比例的動車組[②]（相對分散式）的不同發展變化歷程。動車組的特點之一就是其每輛車之間在電氣、風管路、控制電纜等方面存在很多關聯，一般情況下不能解鉤，而是成組運行，因此編組的靈活性較差。雖然動力分散式動車組相對動力集中式的優點更多，但也正是其編組靈活性差的缺點，才使得工程設計中對車輛編組問題進行技術經濟比較和研究顯得尤為重要。1. 確定車輛編組的主要原則(1) 必須滿足單向高峰小時斷面客流量的需要。(2) 兼顧信號系統設備所能達到的行車密度（或行車間隔），即系統設計能力。(3) 通常情況下，城市軌道交通客流呈現早、晚高峰期客流量很大而平時客流量不大，且高峰持續時間不長的明顯特征。如果僅用某一單向高峰最大斷面客流量來確定車輛的編組數量，雖然滿足了高峰時間的運輸需要，但是，在平時列車滿載率就會很低。因此，編組數量還應該用列車的超員載客量進行校核，使得列車既能滿足高峰時的運輸需要，又使得平時的車輛滿載率提高，以避免高峰時間過后的列車運能虛糜，達到節能并降低運營成本的目的。(4) 考慮編組對初、近、遠期客流變化的適應能力通常來說，由于客流有一個從發育到成長的過程，因此，工程投入運營的初期，客流量肯定較少，僅需要較小的編組數量即可滿足運營需要和舒適度的要求。而隨著客流的逐步增長和系統設計能力的限制，到了近期或者遠期，通常又需要用較大編組的列車才能滿足運營需要。譬如在工程設計的初期、近期、遠期，車輛編組經常會設計成可能3輛（“高密度小編組”在我國廣州地鐵3號線的設計中已經應用）、5、6輛，這樣的形式準確反映客流增長的規律，也符合工程設計必須初近遠期密切銜接、統一規劃、分期實施以降低投資的一般原則，但是，對車輛改編的困難程度有所低估。列車編組從3輛變成5輛、6輛，并不是簡單地加二三輛車的問題，尚需要考慮動拖車的合適比例、車輛總線（MVB）、列車總線（WTB）上各設備物理地址的預留和接口的預留等復雜問題，而且無論通過什么方式來實現，都會使列車動力配置、輔助系統、駕駛倉等在初期或編組改變后造成浪費的情況。最不利的是，由新舊車重新編組而成的列車，由于新舊輪徑的差別造成列車防滑防空轉能力、坡道行駛能力、牽引功率等等性能大大下降，實在算不上是一種好的選擇。因此，這樣的編組設計方案應該慎重選擇。比較理想的情況是，隨著客流的增長，車輛編組呈級數增加，譬如3、6、9輛，這樣的編組只要簡單地將以3輛（通常是2動1拖）為一個單元的編組拼合即可，但即便如此也會造成駕駛倉的浪費。因此，筆者認為需要通過改編來適應客流增長的車輛編組設計方案是不可取的，而采用初近遠期不同的車輛編組投入運營是比較科學合理的。也就是說，車站按照6輛編組的長度預留，初期購置3輛編組的列車投入運營，到了近期再購置5輛編組的列車，而遠期則購置6輛編組的列車，遠期線路上可能同時有3、5、6輛編組的列車在運行。應該注意的是，不同編組的列車數量應該隨著設計年度有不同程度的增長。(5) 結合運行交路的設計，對不同的車輛編組方案所需的運用列車數量進行經濟比較，合理選擇。2. 行車間隔的確定……………………………………………………………（2-1）式中： L—運營線路總長度，km； V—旅行速度，km/h； t1—折返時間，min； t2—行車間隔，min。 A—某一斷面每小時通過的列車數量，列。行車間隔的確定應該以人們出行對候車時間的一般要求以及具備和其他交通出行方式進行有效競爭為設計思路。同時，行車間隔還應充分考慮信號系統設備的分步實施方案。行車間隔應該達到一定的水平，以盡量提高運營服務的質量，這樣即便在運營初期客流量小的情況下，也可以達到培育客流的目的，為近遠期運營的良好發展創造條件。但是，也不要盲目追求高密度，符合中國國情即可。高峰時間的行車間隔控制在2～5min之間應該是合適的。在非高峰小時運營時間內，需要保持一定的服務水平，但也不能一味追求，而是應該隨著人民生活水平、出行要求的提高，逐步改善。借鑒目前已運營的上海地鐵、廣州地鐵的經驗，在非高峰小時5：00～6：00、22：00～23：00時段行車間隔時間不宜大于10min，其余時段行車間隔初期、近期、遠期分別不大于8、7、6min，均是可以接受的方案。值得注意的是，行車間隔雖然理論上可以通過式2-1進行計算確定，但是實際上，行車間隔又取決于折返時間（即系統的折返能力）。若計算的行車間隔為2min，而系統折返能力為3min，那實際的行車間隔也只能是3min，不可能為2min。3. 編組車輛數的計算…………………………………………………………………………（3-1）式中： Z—編組輛數，輛； Q—單向高峰小時最大斷面客流量，萬人/h； N—列車額定載客量，人。4. 編組的不同形式在表示動車組的編組時，常用如下符號：M─動車；Mcp─帶受電弓、司機室的動車；Mc─帶司機室的動車；Mp─帶受電弓的動車；Tp─帶受電弓的拖車；Tc─帶司機室的拖車；Tcp─帶受電弓、司機室的拖車；T─拖車；+ ─密接式車鉤；*─半永久牽引拉桿；= ─自動車鉤或半自動車鉤（主要的區別就是半自動車鉤其電氣連接需要人工操作完成，價格較低）。“P”為受電弓英語單詞pantogrph的首字母。以4輛編組2動2拖動車組為例，其編組可以表達成“=Tcp+M*M+Tcp=”,也可以表達為“=Mcp+T*T+Mcp=”，兩種編組形式表面上看沒有太多區別。但是，由于列車在運行中各軸的黏著情況呈現圖4-1所示的規律性，因此從動車的黏著情況看，第一種編組形式較為有利。圖4-1這種編組方式其受電弓和動車是分離的，雖然可以實現，但由于1500V高壓母線（其截面積約150～240mm2）必須在車輛之間貫通，需要考慮絕緣保護等問題，在本就緊張的車下空間內較難處理。如果仍然將受電弓安裝在動車上，兩個受電弓之間的距離又太近，受接觸網運動波的影響，難以達到最佳的弓網關系，列車受流質量會受到一定程度的影響。若采取=Mcp+T*T+Mcp=的編組方式，由于動車軸重較大，再加上駕駛倉的重量，對動車的黏著利用有利。如果配之以1C2M的電機控制方式可以彌補因為線路狀況、天氣狀況有所降低的黏著系數。這樣的編組方式由于其受電弓之間距離較大，弓網關系得到較好的處理。理論上，1500V高壓母線不須在車輛之間貫通。上述兩種編組形式各有優缺點，在工程設計選型時，宜謹慎選擇。在軌道交通車輛用戶需求書的技術協調會期間，應該和車輛承建商詳細研究其他技術細節加以確定。葉芹祿 設備處車輛室Tel：027-62826010，02751155416E-mail：hbyekinglo@163.com
[①] 這一點，筆者認為似乎有點牽強。雖然編組縮小可以減小車站站臺層的建筑長度，但是決定車站長度的因素是車站各設備用房以及運營房屋的規模。也就是說，整個車站建筑長度并不因為車輛編組長度的減小而減小。[②] 相對分散式，由于減少了動車數量因而降低了整列車的造價。
[①] 這一點，筆者認為似乎有點牽強。雖然編組縮小可以減小車站站臺層的建筑長度，但是決定車站長度的因素是車站各設備用房以及運營房屋的規模。也就是說，整個車站建筑長度并不因為車輛編組長度的減小而減小。[②] 相對分散式，由于減少了動車數量因而降低了整列車的造價。
