試論城市軌道交通車(chē)輛的編組葉芹祿（鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院，wuhan，china）摘要：文章闡述了確定地鐵車(chē)輛編組的主要原則，行車(chē)間隔的確定，以及改變編組的困難因素和合理的編組設(shè)計(jì)方案。特別是提出了應(yīng)該用列車(chē)超員載客量對(duì)設(shè)計(jì)的編組數(shù)進(jìn)行校核的新觀念，減少按照單向高峰小時(shí)客流量加以確定的編組數(shù)通常較大而造成列車(chē)在平時(shí)運(yùn)能的虛靡。關(guān)鍵詞：城市軌道交通 車(chē)輛 編組就城市軌道交通車(chē)輛的編組來(lái)說(shuō)，有專(zhuān)家和學(xué)者曾經(jīng)提出一種新的思路，即：高密度小編組。這種編組的主要特點(diǎn)是：行車(chē)間隔小，服務(wù)水平較高，且可以降低車(chē)站建筑工程的造價(jià)[①]。就是這樣一種理念，也需結(jié)合工程的具體實(shí)際來(lái)加以靈活應(yīng)用。城市軌道交通線路敷設(shè)困難、坡度較大、運(yùn)營(yíng)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(diǎn)決定了城市軌道交通車(chē)輛的動(dòng)力形式通常不再使用“動(dòng)力集中式”，而普遍采用動(dòng)力分散式（本文不再細(xì)述動(dòng)力集中和動(dòng)力分散的優(yōu)缺點(diǎn)）。動(dòng)力分散式又隨著電力電子器件技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了全動(dòng)車(chē)組（全分散式，我國(guó)北京20世紀(jì)60年代投入運(yùn)營(yíng)的地鐵一號(hào)線列車(chē)就采用全動(dòng)車(chē)形式）、有合適的動(dòng)拖比例的動(dòng)車(chē)組[②]（相對(duì)分散式）的不同發(fā)展變化歷程。動(dòng)車(chē)組的特點(diǎn)之一就是其每輛車(chē)之間在電氣、風(fēng)管路、控制電纜等方面存在很多關(guān)聯(lián)，一般情況下不能解鉤，而是成組運(yùn)行，因此編組的靈活性較差。雖然動(dòng)力分散式動(dòng)車(chē)組相對(duì)動(dòng)力集中式的優(yōu)點(diǎn)更多，但也正是其編組靈活性差的缺點(diǎn)，才使得工程設(shè)計(jì)中對(duì)車(chē)輛編組問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和研究顯得尤為重要。1. 確定車(chē)輛編組的主要原則(1) 必須滿足單向高峰小時(shí)斷面客流量的需要。(2) 兼顧信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備所能達(dá)到的行車(chē)密度（或行車(chē)間隔），即系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。(3) 通常情況下，城市軌道交通客流呈現(xiàn)早、晚高峰期客流量很大而平時(shí)客流量不大，且高峰持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)的明顯特征。如果僅用某一單向高峰最大斷面客流量來(lái)確定車(chē)輛的編組數(shù)量，雖然滿足了高峰時(shí)間的運(yùn)輸需要，但是，在平時(shí)列車(chē)滿載率就會(huì)很低。因此，編組數(shù)量還應(yīng)該用列車(chē)的超員載客量進(jìn)行校核，使得列車(chē)既能滿足高峰時(shí)的運(yùn)輸需要，又使得平時(shí)的車(chē)輛滿載率提高，以避免高峰時(shí)間過(guò)后的列車(chē)運(yùn)能虛糜，達(dá)到節(jié)能并降低運(yùn)營(yíng)成本的目的。(4) 考慮編組對(duì)初、近、遠(yuǎn)期客流變化的適應(yīng)能力通常來(lái)說(shuō)，由于客流有一個(gè)從發(fā)育到成長(zhǎng)的過(guò)程，因此，工程投入運(yùn)營(yíng)的初期，客流量肯定較少，僅需要較小的編組數(shù)量即可滿足運(yùn)營(yíng)需要和舒適度的要求。而隨著客流的逐步增長(zhǎng)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的限制，到了近期或者遠(yuǎn)期，通常又需要用較大編組的列車(chē)才能滿足運(yùn)營(yíng)需要。譬如在工程設(shè)計(jì)的初期、近期、遠(yuǎn)期，車(chē)輛編組經(jīng)常會(huì)設(shè)計(jì)成可能3輛（“高密度小編組”在我國(guó)廣州地鐵3號(hào)線的設(shè)計(jì)中已經(jīng)應(yīng)用）、5、6輛，這樣的形式準(zhǔn)確反映客流增長(zhǎng)的規(guī)律，也符合工程設(shè)計(jì)必須初近遠(yuǎn)期密切銜接、統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施以降低投資的一般原則，但是，對(duì)車(chē)輛改編的困難程度有所低估。列車(chē)編組從3輛變成5輛、6輛，并不是簡(jiǎn)單地加二三輛車(chē)的問(wèn)題，尚需要考慮動(dòng)拖車(chē)的合適比例、車(chē)輛總線（MVB）、列車(chē)總線（WTB）上各設(shè)備物理地址的預(yù)留和接口的預(yù)留等復(fù)雜問(wèn)題，而且無(wú)論通過(guò)什么方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，都會(huì)使列車(chē)動(dòng)力配置、輔助系統(tǒng)、駕駛倉(cāng)等在初期或編組改變后造成浪費(fèi)的情況。最不利的是，由新舊車(chē)重新編組而成的列車(chē)，由于新舊輪徑的差別造成列車(chē)防滑防空轉(zhuǎn)能力、坡道行駛能力、牽引功率等等性能大大下降，實(shí)在算不上是一種好的選擇。因此，這樣的編組設(shè)計(jì)方案應(yīng)該慎重選擇。比較理想的情況是，隨著客流的增長(zhǎng)，車(chē)輛編組呈級(jí)數(shù)增加，譬如3、6、9輛，這樣的編組只要簡(jiǎn)單地將以3輛（通常是2動(dòng)1拖）為一個(gè)單元的編組拼合即可，但即便如此也會(huì)造成駕駛倉(cāng)的浪費(fèi)。因此，筆者認(rèn)為需要通過(guò)改編來(lái)適應(yīng)客流增長(zhǎng)的車(chē)輛編組設(shè)計(jì)方案是不可取的，而采用初近遠(yuǎn)期不同的車(chē)輛編組投入運(yùn)營(yíng)是比較科學(xué)合理的。也就是說(shuō)，車(chē)站按照6輛編組的長(zhǎng)度預(yù)留，初期購(gòu)置3輛編組的列車(chē)投入運(yùn)營(yíng)，到了近期再購(gòu)置5輛編組的列車(chē)，而遠(yuǎn)期則購(gòu)置6輛編組的列車(chē)，遠(yuǎn)期線路上可能同時(shí)有3、5、6輛編組的列車(chē)在運(yùn)行。應(yīng)該注意的是，不同編組的列車(chē)數(shù)量應(yīng)該隨著設(shè)計(jì)年度有不同程度的增長(zhǎng)。(5) 結(jié)合運(yùn)行交路的設(shè)計(jì)，對(duì)不同的車(chē)輛編組方案所需的運(yùn)用列車(chē)數(shù)量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，合理選擇。2. 行車(chē)間隔的確定……………………………………………………………（2-1）式中： L—運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度，km； V—旅行速度，km/h； t1—折返時(shí)間，min； t2—行車(chē)間隔，min。 A—某一斷面每小時(shí)通過(guò)的列車(chē)數(shù)量，列。行車(chē)間隔的確定應(yīng)該以人們出行對(duì)候車(chē)時(shí)間的一般要求以及具備和其他交通出行方式進(jìn)行有效競(jìng)爭(zhēng)為設(shè)計(jì)思路。同時(shí)，行車(chē)間隔還應(yīng)充分考慮信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的分步實(shí)施方案。行車(chē)間隔應(yīng)該達(dá)到一定的水平，以盡量提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)的質(zhì)量，這樣即便在運(yùn)營(yíng)初期客流量小的情況下，也可以達(dá)到培育客流的目的，為近遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)的良好發(fā)展創(chuàng)造條件。但是，也不要盲目追求高密度，符合中國(guó)國(guó)情即可。高峰時(shí)間的行車(chē)間隔控制在2～5min之間應(yīng)該是合適的。在非高峰小時(shí)運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)，需要保持一定的服務(wù)水平，但也不能一味追求，而是應(yīng)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(yùn)營(yíng)的上海地鐵、廣州地鐵的經(jīng)驗(yàn)，在非高峰小時(shí)5：00～6：00、22：00～23：00時(shí)段行車(chē)間隔時(shí)間不宜大于10min，其余時(shí)段行車(chē)間隔初期、近期、遠(yuǎn)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(chē)間隔雖然理論上可以通過(guò)式2-1進(jìn)行計(jì)算確定，但是實(shí)際上，行車(chē)間隔又取決于折返時(shí)間（即系統(tǒng)的折返能力）。若計(jì)算的行車(chē)間隔為2min，而系統(tǒng)折返能力為3min，那實(shí)際的行車(chē)間隔也只能是3min，不可能為2min。3. 編組車(chē)輛數(shù)的計(jì)算…………………………………………………………………………（3-1）式中： Z—編組輛數(shù)，輛； Q—單向高峰小時(shí)最大斷面客流量，萬(wàn)人/h； N—列車(chē)額定載客量，人。4. 編組的不同形式在表示動(dòng)車(chē)組的編組時(shí)，常用如下符號(hào)：M─動(dòng)車(chē)；Mcp─帶受電弓、司機(jī)室的動(dòng)車(chē)；Mc─帶司機(jī)室的動(dòng)車(chē)；Mp─帶受電弓的動(dòng)車(chē)；Tp─帶受電弓的拖車(chē)；Tc─帶司機(jī)室的拖車(chē)；Tcp─帶受電弓、司機(jī)室的拖車(chē)；T─拖車(chē)；+ ─密接式車(chē)鉤；*─半永久牽引拉桿；= ─自動(dòng)車(chē)鉤或半自動(dòng)車(chē)鉤（主要的區(qū)別就是半自動(dòng)車(chē)鉤其電氣連接需要人工操作完成，價(jià)格較低）。“P”為受電弓英語(yǔ)單詞pantogrph的首字母。以4輛編組2動(dòng)2拖動(dòng)車(chē)組為例，其編組可以表達(dá)成“=Tcp+M*M+Tcp=”,也可以表達(dá)為“=Mcp+T*T+Mcp=”，兩種編組形式表面上看沒(méi)有太多區(qū)別。但是，由于列車(chē)在運(yùn)行中各軸的黏著情況呈現(xiàn)圖4-1所示的規(guī)律性，因此從動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)是分離的，雖然可以實(shí)現(xiàn)，但由于1500V高壓母線（其截面積約150～240mm2）必須在車(chē)輛之間貫通，需要考慮絕緣保護(hù)等問(wèn)題，在本就緊張的車(chē)下空間內(nèi)較難處理。如果仍然將受電弓安裝在動(dòng)車(chē)上，兩個(gè)受電弓之間的距離又太近，受接觸網(wǎng)運(yùn)動(dòng)波的影響，難以達(dá)到最佳的弓網(wǎng)關(guān)系，列車(chē)受流質(zhì)量會(huì)受到一定程度的影響。若采取=Mcp+T*T+Mcp=的編組方式，由于動(dòng)車(chē)軸重較大，再加上駕駛倉(cāng)的重量，對(duì)動(dòng)車(chē)的黏著利用有利。如果配之以1C2M的電機(jī)控制方式可以彌補(bǔ)因?yàn)榫€路狀況、天氣狀況有所降低的黏著系數(shù)。這樣的編組方式由于其受電弓之間距離較大，弓網(wǎng)關(guān)系得到較好的處理。理論上，1500V高壓母線不須在車(chē)輛之間貫通。上述兩種編組形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)選型時(shí)，宜謹(jǐn)慎選擇。在軌道交通車(chē)輛用戶(hù)需求書(shū)的技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)期間，應(yīng)該和車(chē)輛承建商詳細(xì)研究其他技術(shù)細(xì)節(jié)加以確定。葉芹祿 設(shè)備處車(chē)輛室Tel：027-62826010，02751155416E-mail：hbyekinglo@163.com

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[①] 這一點(diǎn)，筆者認(rèn)為似乎有點(diǎn)牽強(qiáng)。雖然編組縮小可以減小車(chē)站站臺(tái)層的建筑長(zhǎng)度，但是決定車(chē)站長(zhǎng)度的因素是車(chē)站各設(shè)備用房以及運(yùn)營(yíng)房屋的規(guī)模。也就是說(shuō)，整個(gè)車(chē)站建筑長(zhǎng)度并不因?yàn)檐?chē)輛編組長(zhǎng)度的減小而減小。[②] 相對(duì)分散式，由于減少了動(dòng)車(chē)數(shù)量因而降低了整列車(chē)的造價(jià)。