現(xiàn)代城市軌道交通車輛及其技術(shù)接口

摘　要　介紹現(xiàn)代城市軌道交通車輛的特點(diǎn)及其與其它相關(guān)專業(yè)的技術(shù)接口。從建設(shè)角度出發(fā),根據(jù)各專業(yè)建設(shè)周期和技術(shù)接口的要求,提出應(yīng)科學(xué)制定各專業(yè)的建設(shè)計(jì)劃和技術(shù)接口的協(xié)調(diào)計(jì)劃,為車輛設(shè)計(jì)、按時(shí)交貨創(chuàng)造條件。
關(guān)鍵詞　城市軌道交通,車輛技術(shù)接口,建設(shè)管理
城市軌道交通工程是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程,各專業(yè)之間,特別是現(xiàn)代城市軌道交通車輛與各專業(yè)之間存在著緊密的技術(shù)接口。
1 　現(xiàn)代城市軌道交通車輛的特點(diǎn)
現(xiàn)代城市軌道交通車輛是城市軌道交通工程中重要的設(shè)備,也是各個(gè)專業(yè)的主要服務(wù)對象。作為匯集現(xiàn)代新科學(xué)技術(shù)以及涉及機(jī)械、電氣(強(qiáng)電、弱電) 、計(jì)算機(jī)技術(shù)、聲學(xué)與光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)電一體化城市公共交通工具,它的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
·現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理念:輕量化、集成化、在講究性能優(yōu)良的同時(shí),更注重安全、舒適、以人為本,盡力追求低生命周期成本(LCC) 。
·現(xiàn)代的設(shè)計(jì)、制造手段:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造(CAD 、CAX 、CAE ?),三維立體設(shè)計(jì)、仿真計(jì)算、有限元應(yīng)力分析等。
·現(xiàn)代的檢測、試驗(yàn)手段:計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,全天候環(huán)境模擬試驗(yàn)、電磁兼容性(EMC) 試驗(yàn)等等手段。
·新材料、新工藝、新設(shè)備的應(yīng)用:大型中空鋁型材、薄型不銹鋼板材、高強(qiáng)度玻璃鋼、焊接鉚接新工藝;大量采用CNC 加工中心機(jī)床設(shè)備等。
·嚴(yán)密的質(zhì)量保證體系(RAMS) :滿足可靠性、可使用性、可維護(hù)性、安全性。
現(xiàn)代城市軌道交通車輛的具體技術(shù)特點(diǎn)包括: 交流異步傳動(dòng),變壓變頻控制,智能功率模塊,封閉式牽引電動(dòng)機(jī),電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)協(xié)調(diào)配合,大型中空鋁合金型材或薄型不銹鋼材料車體,鋼板壓型構(gòu)架,結(jié)構(gòu)簡單的輕型轉(zhuǎn)向架,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制(如TNC 標(biāo)準(zhǔn)的WTB 、MVB 總線),具有高性能的空轉(zhuǎn)與滑行保護(hù),完善的故障診斷與顯示及事件記錄等功能,模塊化集成化低噪聲結(jié)構(gòu),適用A TC 信號系統(tǒng)中自動(dòng)駕駛或無人駕駛等。
近年來,在日本和加拿大發(fā)展的線性電機(jī)車輛,采用非粘著驅(qū)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)高加、減速度,并適用于大坡道;它還采用徑向轉(zhuǎn)向架,適用于小曲線半徑,并能減少輪軌磨耗,噪聲較低;其低地板、低車輛高度的特點(diǎn),適用于小截面隧道,可減少土建投資。
2 　現(xiàn)代城市軌道交通車輛與相關(guān)專業(yè)的技術(shù)接口
　　隨著列車運(yùn)行間隔的縮短,以及城軌交通系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高,車輛與相關(guān)專業(yè)的技術(shù)接口范圍更加廣泛,技術(shù)要求更加復(fù)雜。車輛與相關(guān)專業(yè)的技術(shù)接口是相互的,涉及到相互接口的專業(yè)主要如圖1 所示。
車輛需從相關(guān)專業(yè)獲得技術(shù)接口的主要參數(shù)有:
·限界 有車輛限界、設(shè)備限界和建筑限界。車輛限界是一個(gè)限制車輛橫斷面的最大允許尺寸的輪廓圖形。車輛及軌道各尺寸在最不利磨耗時(shí), 以及各種要素引起車輛各部位的最大偏移后,車輛所有部分均應(yīng)在限界設(shè)計(jì)的輪廓之內(nèi),以防車輛與各種建筑物和設(shè)備發(fā)生接觸。
·接觸網(wǎng)———電壓值、高度、材料、拉出值、馳度、坡度、受側(cè)向風(fēng)的偏移量、拉力及最高允許溫度,以及每公里的電感、電容和電阻值等電氣機(jī)械技術(shù)參數(shù)。
·供電———整流器類型、功率、輸出電壓、斷路器電壓、電流鎮(zhèn)定值、時(shí)間常數(shù)、變壓器最大短路電流、重合閘時(shí)間、變電站電阻、電感等技術(shù)參數(shù)。
·土建、線路、軌道 隧道及高架橋的截面、站臺的高度及邊緣距線路中心的距離、線路平面曲線及豎曲線的半徑及長度、線路坡度、軌距、曲線軌距加寬、超高及軌底坡、鋼軌類型、軌道扭曲度、允許最大磨耗等技術(shù)參數(shù)。

圖1 　與車輛相關(guān)的專業(yè)技術(shù)
·信號 車-地信息傳輸、與車輛牽引及制動(dòng)特性的控制等電氣接口、廣播報(bào)站與門控制信息、車載設(shè)備的安裝條件接口等等電氣與機(jī)械技術(shù)參數(shù)。
·通信———列車與地面數(shù)據(jù)傳輸( 如車載CCTV 的圖像信號傳輸、故障信息傳至OCC) 、與列車管理系統(tǒng)及乘客信息系統(tǒng)的接口,設(shè)備的安裝條件接口等等電氣與機(jī)械技術(shù)參數(shù)。此外還有車輛與屏蔽門之間的接口關(guān)系,特別是幾乎涉及車輛與各個(gè)專業(yè)之間的電磁兼容(EMC) 接口。
3 　車輛及其相關(guān)專業(yè)的建設(shè)周期
車輛和相關(guān)專業(yè)的建設(shè)周期對于同一城市的不同項(xiàng)目存在一些差異,特別是在建設(shè)第一個(gè)項(xiàng)目時(shí),由于需要有一個(gè)熟悉的過程和技術(shù)積累的過程,因此用于技術(shù)交流、招投標(biāo)和簽訂合同的時(shí)間會(huì)長一些。對于不同城市的項(xiàng)目還會(huì)有各自項(xiàng)目的特殊情況,導(dǎo)致建設(shè)周期的差異。表1 的“建設(shè)周期參考表是綜合評估幾條在建和已建項(xiàng)目得出的參考值,而且僅指各個(gè)專業(yè)本身建設(shè)的周期。城軌交通建設(shè)工程各專業(yè)相互間有密切的聯(lián)系和制約。比如接觸網(wǎng)架設(shè),必須在軌道鋪設(shè)后才能獲得定位基準(zhǔn)而施工,因此可能使接觸網(wǎng)專業(yè)出現(xiàn)不能連續(xù)工作的現(xiàn)象,導(dǎo)致建設(shè)周期延長。
4 　問題和建議
車輛與機(jī)電設(shè)備、土建、線路、軌道之間有著密切的技術(shù)接口關(guān)系。車輛從初步設(shè)計(jì)階段開始,就需要獲得相關(guān)專業(yè)的技術(shù)參數(shù),隨著設(shè)計(jì)的深入, 需要更為詳細(xì)的技術(shù)接口參數(shù)。因此要求相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)與車輛設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。但是,評估已建或在建軌道交通工程,或多或少存在車輛生產(chǎn)與機(jī)電設(shè)備各相關(guān)專業(yè)及土建工程在建設(shè)進(jìn)度上不盡協(xié)調(diào)的情況。如:在車輛設(shè)計(jì)時(shí),往往不能及時(shí)得到需要的技術(shù)接口信息,造成設(shè)計(jì)進(jìn)度的延誤,甚至影響車輛交貨期;最終可能導(dǎo)致出現(xiàn)土建線路基本建成、供電系統(tǒng)竣工,具備了試運(yùn)營條件,但是由于車輛尚未供貨或尚未完成調(diào)試而導(dǎo)致無法如期通車。究其原因主要有:
·軌道交通建設(shè)一般較重視土建,在安排建設(shè)計(jì)劃時(shí),十分抓緊土建開工,對盾構(gòu)的日推進(jìn)環(huán)數(shù)指標(biāo)環(huán)環(huán)緊扣,對車站的施工周期也安排得十分周密。而對車輛、機(jī)電設(shè)備的招投標(biāo)和合同談判計(jì)劃,由于種種原因有時(shí)會(huì)安排得遲一些。
·機(jī)電設(shè)備特別是車輛,由于技術(shù)復(fù)雜,與各專業(yè)之間還有密切的技術(shù)接口關(guān)系,從技術(shù)交流到合同談判完成,持續(xù)時(shí)間較長。而車輛的供貨周期, 國際上通常在合同生效后24 個(gè)月,加上運(yùn)輸、現(xiàn)場調(diào)試到投入使用,一般要28 個(gè)月左右。

·車輛、機(jī)電設(shè)備目前尚需要進(jìn)口一部分部件
和子系統(tǒng),融外資的時(shí)間較長,對外合同談判涉及面廣,比國內(nèi)合同談判更為復(fù)雜,有時(shí)還牽涉到一些國際關(guān)系等等的不定因素,使建設(shè)周期無法控制。
國家計(jì)委(現(xiàn)國家發(fā)改委) 在總結(jié)軌道交通工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),也看到了目前存在的一些問題,下達(dá)了計(jì)產(chǎn)業(yè)[ 2001 ]564 號文。文件指出:
“ 項(xiàng)目業(yè)主要盡早進(jìn)行設(shè)備招標(biāo)工作,不得滯后于土建進(jìn)度,在線路開始試運(yùn)行26 個(gè)月以前車輛和信號系統(tǒng)的采購合同要生效”。2003 年工作,科學(xué)制定車輛、機(jī)電、土建等專業(yè)的建設(shè)計(jì)劃和技術(shù)接口的協(xié)調(diào)計(jì)劃,保證車輛能適時(shí)地、準(zhǔn)確地獲得與相關(guān)機(jī)電專業(yè)及土建專業(yè)的技術(shù)接口信息,為車輛能順利地進(jìn)行設(shè)計(jì)和按時(shí)供貨創(chuàng)造條件。對于表1 提出的參考建設(shè)周期評估,筆者以為車輛與機(jī)電設(shè)備的各項(xiàng)工作和土建施工同步啟動(dòng)是比較恰當(dāng)?shù)摹＿@樣能使建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)專業(yè)在進(jìn)度上得以協(xié)調(diào),避免或減少各專業(yè)之間在建設(shè)進(jìn)度上的影響,使建設(shè)項(xiàng)目盡快建成,從而盡早產(chǎn)生目前城市軌道交通建設(shè)有著良好的發(fā)展機(jī)遇。

參　考　文　獻(xiàn)
1 　董向陽. 地鐵建設(shè)中的技術(shù)接口管理. 城市軌道交通研究,2003 , (3) :16