廣州市軌道交通三號線列車編組方式研究
【摘 要】 本文以高峰小時單向最大斷面客流預(yù)測為主要已知條件，研究了廣州軌道交通三號線列車編組節(jié)數(shù)，實現(xiàn)形式及車輛結(jié)構(gòu)型式的選擇，得出了滿足客流預(yù)測需求的列車編組方式、座位布置與載客能力，并對車輛載客能力的標(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 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線(以下簡稱：三號線)是貫通廣州市南北的快速交通主干線，為國內(nèi)第一條設(shè)計最高運營速度為120km／h的決線線路，線路全長35．86KM，呈“Y”型線路，分為廣州東站主線和天河客運站支線(如圖1)。正線沿線經(jīng)過天河中心區(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)測的需求。
圖1 線路走向圖
1.2客流預(yù)測
三號線早高峰小時單向最大斷面客流在線路的中部，為了適應(yīng)初近遠(yuǎn)期客流量逐步增長的需求，降低初期建造與運營成本，列車編組應(yīng)滿足不同規(guī)劃年份的客流預(yù)測需求，具有靈活編組與解編的功能。三號線高峰小時單向最大斷面客流預(yù)測如表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)三號線客流預(yù)測數(shù)據(jù)，按不同的發(fā)車間隔90s、105 s、120s、150s計算，每列車定員載客量按照站立人數(shù)為6 人／平方米計算。高峰小時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)測是列車編組長度計算的依據(jù)。表3根據(jù)“A”、“B”兩種結(jié)構(gòu)型式車輛，計算分析了經(jīng)過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)編組要求車站長度較短，不利于客流組織，且90s的行車間隔將會對信號系統(tǒng)提出較高的要求；7—8節(jié)編組要求較長的車站長度，增大土建施工造價，且150s的行車間隔將會降低運營服務(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)編組存在車輛動力配置與初近遠(yuǎn)期編組不靈活的缺點，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)。為了滿足將來運營編組解編操作方便及與站臺屏蔽門系統(tǒng)的對應(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 列車編組實現(xiàn)形式的選擇
三號線列車編組以初期3節(jié)，近遠(yuǎn)期6節(jié)為與客流預(yù)測數(shù)據(jù)及便于運營組織的最佳組合方式；在實現(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運營和維修不利的原因，在實際操作上是不可能實現(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)而形成一組動車組。重新組合車輛必須滿足形成動車組的前提，逐漸增加是較難實現(xiàn)的。
因此，可得出結(jié)論：三號錢在初近遠(yuǎn)期列車編組實現(xiàn)形式上，采用初期3節(jié)，近遠(yuǎn)期對接成6節(jié)，即初期為＝A+B+A＝，近遠(yuǎn)期為＝A+B+A＝A+B+A=的對稱形式。同時，在近遠(yuǎn)期對接的6節(jié)編組列車在低峰期可拆編為3節(jié)編組，重新購置的6節(jié)編組列車則為非對接固定編組形式，即＝A+B+A-A+B+A＝的編組形式。(＝為全自動車鉤、-為半自動車鉤、+為半永久牽引桿)
2.4車輛結(jié)構(gòu)型式的選擇
目前國內(nèi)地鐵車輛有兩種結(jié)構(gòu)形式，即長為22m，寬為3m的“A”型車，及長為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。但針對三號線而言，有以下幾方面的差異。
(1)軸重的取值。與廣州地鐵一、二號線不同的是，三號線初期采用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)的動車(或半動車)，車輛軸重將會超過規(guī)定的16t，而有必要提高車輛整體動力學(xué)性能，提高軌道運行條件要求，較大地增大車輛的造價。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)編組長為1 400m，“B”型車6節(jié)編組長為1 200m。采用“B”型車，車站站臺建筑長度將大大減少，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，幾乎沒有可再利用的剩余空隙。三號線最高運行速度提高到120km/h，車輛動態(tài)包絡(luò)線會有所增加，將對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，車輛動態(tài)包絡(luò)線與“A”型車相比不會增大。
(4)行車阻力。在隧道斷面與一、二號線相同的情況下，車輛最高運行速度增大到120km／h，采用“A”型車運行是的阻塞比增大，隧道內(nèi)活塞風(fēng)將會對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，在采用屏蔽門的模式下，列車最高運行速度提高到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、二號線兼容。采用“B”型車，將會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。由于車站站臺邊緣與軌道中心線距離的減小，一、二號線車輛將不能駛?cè)肴柧€線路。
因此，可得出結(jié)論：三號錢選擇采用“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，三號錢初期采用三節(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/平方米計算，可以設(shè)計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
計算得出3節(jié)編組列車座位數(shù)量約為140座。由此設(shè)計出三種座位的布置方案，如圖2所示
2．6 載客量計算與分析
按照圖2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計算而得出的列車載客能力，而車輛在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，站立人數(shù)是按照9人/平方米計算的，列車實際的載客能力應(yīng)為按照此計算的結(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)行計算，在高峰小時時單向載客量最大通過能力的計算結(jié)果。
表5 高峰小時單向最大斷面載客量通過能力計算
從表5中不難看出，按照站立人數(shù)為9人/平方米計算出的載客量超過按6人／平方米的客流預(yù)測的約40％。在國外，快線列車設(shè)計載客量一般比客流量預(yù)測富裕10％左占。富裕量過大將會造成車輛設(shè)計
載客量過大的長期浪費，解決這一問題的辦法，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，運營初期采用3節(jié)列車編組，近遠(yuǎn)期可對接成6節(jié)列車編組，實現(xiàn)高密度，小編組的運營方式滿足了三號線線路設(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)線路與中大客運量線路首先考慮的選擇方案。從降低建造投資與節(jié)省運營維
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3
種，中型城市最多不能超過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計算，考核客運量的需求(定員)；以站立人數(shù)為9人/平方米計
算，設(shè)計車輛載客量的要求(超員)。這一標(biāo)準(zhǔn)適用于大型城市大客運量的地鐵系統(tǒng)，而對于城市郊區(qū)線路與中大客運量線路來講，應(yīng)降低車輛設(shè)計載客量的標(biāo)準(zhǔn)要求。
