廣州市軌道交通三號(hào)線列車編組方式研究

【摘 要】 本文以高峰小時(shí)單向最大斷面客流預(yù)測(cè)為主要已知條件，研究了廣州軌道交通三號(hào)線列車編組節(jié)數(shù)，實(shí)現(xiàn)形式及車輛結(jié)構(gòu)型式的選擇，得出了滿足客流預(yù)測(cè)需求的列車編組方式、座位布置與載客能力，并對(duì)車輛載客能力的標(biāo)準(zhǔn)提出了討論。
【關(guān)鍵詞】 列車編組 車輛結(jié)構(gòu)型式 客流預(yù)測(cè) 載客能力 行車間隔
1線路概況
1.1線路走向
廣州市軌道交通三號(hào)線(以下簡(jiǎn)稱：三號(hào)線)是貫通廣州市南北的快速交通主干線，為國(guó)內(nèi)第一條設(shè)計(jì)最高運(yùn)營(yíng)速度為120km／h的決線線路，線路全長(zhǎng)35．86KM，呈“Y”型線路，分為廣州東站主線和天河客運(yùn)站支線(如圖1)。正線沿線經(jīng)過(guò)天河中心區(qū)、珠江新城、海珠中心區(qū)城市繁華區(qū)域，瀝窖新客港、番禺大石、番禺區(qū)橋待發(fā)展的市郊區(qū)域。支線沿線經(jīng)過(guò)五山高校區(qū)、崗頂、天河金融區(qū)人口密集的區(qū)域。在列車編組方式上，要求從整體線路規(guī)劃出發(fā)，滿足初近遠(yuǎn)期規(guī)劃客流預(yù)測(cè)的需求。

圖1 線路走向圖
1.2客流預(yù)測(cè)
三號(hào)線早高峰小時(shí)單向最大斷面客流在線路的中部，為了適應(yīng)初近遠(yuǎn)期客流量逐步增長(zhǎng)的需求，降低初期建造與運(yùn)營(yíng)成本，列車編組應(yīng)滿足不同規(guī)劃年份的客流預(yù)測(cè)需求，具有靈活編組與解編的功能。三號(hào)線高峰小時(shí)單向最大斷面客流預(yù)測(cè)如表1歷示。

2列車編組方式
2.1載客量與列車編組節(jié)數(shù)的關(guān)系
高峰小時(shí)單向最大斷面客流量是決定車輛載客量大小的決定因素。根據(jù)三號(hào)線客流預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，按不同的發(fā)車間隔90s、105 s、120s、150s計(jì)算，每列車定員載客量按照站立人數(shù)為6 人／平方米計(jì)算。高峰小時(shí)單向最大斷面客流情況下的每列車需要滿足的最小載客量要求如表2所示。
表2 每列車滿足的暈小載客量需求

2．2 編組節(jié)數(shù)的選擇
遠(yuǎn)期客流量預(yù)測(cè)是列車編組長(zhǎng)度計(jì)算的依據(jù)。表3根據(jù)“A”、“B”兩種結(jié)構(gòu)型式車輛，計(jì)算分析了經(jīng)過(guò)比選后的三種座位布置初步方案下，滿足表2列車最小載客量需求的列車編組節(jié)數(shù)的要求。
表3 列車編組節(jié)數(shù)選擇方案

由于遠(yuǎn)期4節(jié)編組要求車站長(zhǎng)度較短，不利于客流組織，且90s的行車間隔將會(huì)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)提出較高的要求；7—8節(jié)編組要求較長(zhǎng)的車站長(zhǎng)度，增大土建施工造價(jià)，且150s的行車間隔將會(huì)降低運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平。因此，遠(yuǎn)期5—6節(jié)編組為可選的方案。又由于5節(jié)編組存在車輛動(dòng)力配置與初近遠(yuǎn)期編組不靈活的缺點(diǎn)，故遠(yuǎn)期6節(jié)編組為最適合的編組方式。從表3可以優(yōu)選出兩種方案。
(1)采用“A”型車，行車間隔為120s，初期3節(jié)編組載客量為774人，近期5節(jié)編組載客量為1 290人，遠(yuǎn)期6節(jié)編組載客量為1 548人。
(2)采用“B”型車，行車間隔為105s，初期3節(jié)編組載客量為690人，近期5節(jié)編組載客量為1 150人，遠(yuǎn)期6節(jié)編組載客量為1 380人。
這兩種方案在初近遠(yuǎn)期的列車編組節(jié)數(shù)均分SrJ為3節(jié)、5節(jié)和6節(jié)。為了滿足將來(lái)運(yùn)營(yíng)編組解編操作方便及與站臺(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不考慮近期5節(jié)編組的情況，采用初期列車編組為3節(jié)，近遠(yuǎn)期為6節(jié)的方案，且?guī)緳C(jī)室與不帶司機(jī)室的車輛車鉤連接面之間的距離相等。
2．3 列車編組實(shí)現(xiàn)形式的選擇
三號(hào)線列車編組以初期3節(jié)，近遠(yuǎn)期6節(jié)為與客流預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)及便于運(yùn)營(yíng)組織的最佳組合方式；在實(shí)現(xiàn)形式上以下兩種方案是不可取的：
(1)初期3節(jié)編組，近遠(yuǎn)期插人新車擴(kuò)編成6節(jié)編組。這種方案在技術(shù)上雖然可行，但由于車輛
設(shè)備技術(shù)進(jìn)步的因素，以及新舊車混合編組對(duì)運(yùn)營(yíng)和維修不利的原因，在實(shí)際操作上是不可能實(shí)現(xiàn)的。

(2)初期3節(jié)編組，近遠(yuǎn)期重新組合逐漸增加為4、5、6節(jié)編組。這種方案雖然最能適應(yīng)客流量
逐漸增加的需求，但由于地鐵車輛的設(shè)備是分布在—組車輛內(nèi)而形成一組動(dòng)車組。重新組合車輛必須滿足形成動(dòng)車組的前提，逐漸增加是較難實(shí)現(xiàn)的。
因此，可得出結(jié)論：三號(hào)錢(qián)在初近遠(yuǎn)期列車編組實(shí)現(xiàn)形式上，采用初期3節(jié)，近遠(yuǎn)期對(duì)接成6節(jié)，即初期為＝A+B+A＝，近遠(yuǎn)期為＝A+B+A＝A+B+A=的對(duì)稱形式。同時(shí)，在近遠(yuǎn)期對(duì)接的6節(jié)編組列車在低峰期可拆編為3節(jié)編組，重新購(gòu)置的6節(jié)編組列車則為非對(duì)接固定編組形式，即＝A+B+A-A+B+A＝的編組形式。(＝為全自動(dòng)車鉤、-為半自動(dòng)車鉤、+為半永久牽引桿)
2.4車輛結(jié)構(gòu)型式的選擇
目前國(guó)內(nèi)地鐵車輛有兩種結(jié)構(gòu)形式，即長(zhǎng)為22m，寬為3m的“A”型車，及長(zhǎng)為19m，寬為2．8m的“B”型車。在車休結(jié)構(gòu)大小僅與載客量有密切的關(guān)系，不會(huì)影響到功能的發(fā)揮。因此，在滿足客流需求的基礎(chǔ)上，“A”型車與“B”型車均可考慮采用。但針對(duì)三號(hào)線而言，有以下幾方面的差異。
(1)軸重的取值。與廣州地鐵一、二號(hào)線不同的是，三號(hào)線初期采用3節(jié)編組方式，采用“A”型車則帶司機(jī)室的A車將為配有牽引電機(jī)的動(dòng)車(或半動(dòng)車)，車輛軸重將會(huì)超過(guò)規(guī)定的16t，而有必要提高車輛整體動(dòng)力學(xué)性能，提高軌道運(yùn)行條件要求，較大地增大車輛的造價(jià)。若采用“B”型車，車輛軸重將在14-15t之間。
(2)車站建筑規(guī)模。“A”型車6節(jié)編組長(zhǎng)為1 400m，“B”型車6節(jié)編組長(zhǎng)為1 200m。采用“B”型車，車站站臺(tái)建筑長(zhǎng)度將大大減少，將有效地降低地下車站的建筑難度與土建投資。
(3)隧道限界。廣州地鐵—、二號(hào)線盾構(gòu)隧道直徑為5．4m，采用“A”型車隧道內(nèi)布置十分緊湊，幾乎沒(méi)有可再利用的剩余空隙。三號(hào)線最高運(yùn)行速度提高到120km/h，車輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線會(huì)有所增加，將對(duì)隧道直徑提出增大的要求。采用“B”型車，隨著車體寬度的減小，車輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線與“A”型車相比不會(huì)增大。
(4)行車阻力。在隧道斷面與一、二號(hào)線相同的情況下，車輛最高運(yùn)行速度增大到120km／h，采用“A”型車運(yùn)行是的阻塞比增大，隧道內(nèi)活塞風(fēng)將會(huì)對(duì)行車造成較大的阻力，列車能耗增大，采用“B”型車則可以通過(guò)車輛橫截面的減少加以抵消。
(5)隧道內(nèi)溫度。采用“A”型車，在采用屏蔽門(mén)的模式下，列車最高運(yùn)行速度提高到120km/h，隧道內(nèi)的溫度將有所提高，要達(dá)到車廂內(nèi)一定的適應(yīng)溫度，對(duì)列車空調(diào)的制冷能力將提出較高的要求。采用“B”型車，隧道內(nèi)通風(fēng)條件將有所改善，隧道溫度可在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。
(6)與一、二號(hào)線兼容。采用“B”型車，將會(huì)增加了廣州地鐵的車型品種數(shù)量，特別是機(jī)械結(jié)構(gòu)差異將會(huì)較大，一些部件不可通用，以后將增大總體維修成本。由于車站站臺(tái)邊緣與軌道中心線距離的減小，一、二號(hào)線車輛將不能駛?cè)肴?hào)線線路。
因此，可得出結(jié)論：三號(hào)錢(qián)選擇采用“B”型結(jié)構(gòu)的車輛。
2．5 座位布置方案
按照以上分析結(jié)果，三號(hào)錢(qián)初期采用三節(jié)編組列車，近遠(yuǎn)期采用六節(jié)編組列車，行車間隔為105s，采用“B”結(jié)構(gòu)的車輛，以車廂內(nèi)站立人數(shù)為6/平方米計(jì)算，可以設(shè)計(jì)出在滿足客流量的需求下的座位布置。
設(shè)帶司機(jī)室的A車車廂內(nèi)的客室有效長(zhǎng)度為17m，B車為19m，A、B車廂內(nèi)有效寬度為2．52m。設(shè)車廂內(nèi)電子電氣柜所占的面積與貫通通道處的相等，按一個(gè)座位所占面積為0．32m2，設(shè)3節(jié)編組車輛座位總數(shù)為Jo因此，3節(jié)編組車輛可站立乘客的面積為：(17+17+19)x2．52-0．32x
3節(jié)編組列車的最小載客量為：(133．56-0．3~)x 6+x=672
計(jì)算得出3節(jié)編組列車座位數(shù)量約為140座。由此設(shè)計(jì)出三種座位的布置方案，如圖2所示

2．6 載客量計(jì)算與分析
按照?qǐng)D2中三種方案的座位布置，每節(jié)車輛及一列列車在不同情況下的載客量女D表4比選后，選擇方案二為采用方案。
表4 不同座位布置的載客量

表4所示為站立人數(shù)按照67k／m2計(jì)算而得出的列車載客能力，而車輛在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，站立人數(shù)是按照9人/平方米計(jì)算的，列車實(shí)際的載客能力應(yīng)為按照此計(jì)算的結(jié)果。表5給出了站立人數(shù)按6、7、8、9人/平方米，行車間隔按105秒進(jìn)行計(jì)算，在高峰小時(shí)時(shí)單向載客量最大通過(guò)能力的計(jì)算結(jié)果。
表5 高峰小時(shí)單向最大斷面載客量通過(guò)能力計(jì)算

從表5中不難看出，按照站立人數(shù)為9人/平方米計(jì)算出的載客量超過(guò)按6人／平方米的客流預(yù)測(cè)的約40％。在國(guó)外，快線列車設(shè)計(jì)載客量一般比客流量預(yù)測(cè)富裕10％左占。富裕量過(guò)大將會(huì)造成車輛設(shè)計(jì)
載客量過(guò)大的長(zhǎng)期浪費(fèi)，解決這一問(wèn)題的辦法，一是增大行車密度，一是增加座位數(shù)量，而控制突發(fā)客流下極度超員情況的發(fā)生。
3 結(jié)論與討論
(1)三號(hào)線是一條從繁華城區(qū)通往城市郊區(qū)的‘陜速線路，既要滿足城區(qū)大客流量的需求，又要滿足郊區(qū)快捷方便的需要，運(yùn)營(yíng)初期采用3節(jié)列車編組，近遠(yuǎn)期可對(duì)接成6節(jié)列車編組，實(shí)現(xiàn)高密度，小編組的運(yùn)營(yíng)方式滿足了三號(hào)線線路設(shè)置與客流特性的需求。但在一般情況下，除非為專用線路，不宜采用城區(qū)與郊區(qū)混合貫通的線路設(shè)置，在國(guó)外一股莊大客流與次要客流交匯處，均采用分線路轉(zhuǎn)乘的方式。
(2)三號(hào)線采用“B”型結(jié)構(gòu)車輛綜合考慮了列車編組、隧道建筑及應(yīng)用范圍等因素，“B”型
結(jié)構(gòu)車輛是城市郊區(qū)線路與中大客運(yùn)量線路首先考慮的選擇方案。從降低建造投資與節(jié)省運(yùn)營(yíng)維
修成奉的角度出發(fā)，同一座城市不宜采用多種型式的城市軌道交通車輛，大型城市最多不能超過(guò)3
種，中型城市最多不能超過(guò)2種，但在基本車型基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改型，而大部分部件通用的方
式是可以的。
(3)以車廂內(nèi)站立人數(shù)按照6兒m2計(jì)算，考核客運(yùn)量的需求(定員)；以站立人數(shù)為9人/平方米計(jì)
算，設(shè)計(jì)車輛載客量的要求(超員)。這一標(biāo)準(zhǔn)適用于大型城市大客運(yùn)量的地鐵系統(tǒng)，而對(duì)于城市郊區(qū)線路與中大客運(yùn)量線路來(lái)講，應(yīng)降低車輛設(shè)計(jì)載客量的標(biāo)準(zhǔn)要求。