戚振宕
(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)
摘 要：结合乌鲁木齐轨道交通1号线车辆选型工程实际，提出符合乌鲁木齐轨道交通的车辆选型，并分析车辆选型对该市轨道交通线网网络化资源共享、联络线、车辆基地等影响，对乌鲁木齐城市轨道交通建设提出合理建议。乌鲁木齐轨道交通1号线采用4动2拖的A型车能够适应乌鲁木齐独特的单面长大坡道、气候、人文环境、安全防范等级、有限的地下交通资源等特点，乌鲁木齐全线网宜采用统一车辆制式，使得全线网大、架修取送车、生产运营管理更加高效、灵活。
关键词：地铁；车辆选型； 线网；资源共享
地铁车辆是直接为乘客服务的设备，是整个城市轨道交通系统的核心，其结构和技术性能对轨道交通工程的主要技术标准、行车组织方案、车辆检修设施、工程造价等产生很大的影响。因此，车辆选型是轨道建设标准中首要解决的问题之一。乌鲁木齐地铁1号线是乌鲁木齐市建设的第一条轨道交通线路，其技术标准合理与否不仅对本条线建设有着重要意义，而且对后续其他线路乃至整个城市的轨道交通线网也具有重要的引领作用。地铁作为一项百年民生工程，其建设标准不仅要满足本线各设计年度的客流需求及各种突发性客流需求，还需考虑一定的前瞻性和运能的适应性。
针对乌鲁木齐市轨道交通1号线车辆选型与列车编组的研究，制定出适宜乌鲁木齐市轨道交通1号线的车型、车辆编组型式及编组辆数，为确定系统规模和节省建设投资提供依据。
根据《乌鲁木齐市城市快速轨道交通线网规划修编》和《乌鲁木齐城市轨道交通建设规划(2011-2016)》，乌鲁木齐地铁线网由7条线路组成，其中1、2、5号线为骨干线，3、4、6、7号线为辅助加密线，线网全长211.4 km，全线网共设车站121座，其中换乘站18座。1号线是乌鲁木齐城市轨道交通的基本骨架线，南起三屯碑，北至国际机场站，全长27.6 km。乌鲁木齐轨道交通线网规划见图1[1-2]。
图1 乌鲁木齐市轨道交通线网规划方案
车辆选型及列车编组辆数的确定涉及轨道交通制式、线路条件、预测客流量、运输能力、服务水平、资源共享水平、系统规模和各组成部分容量及车辆信号系统制式等方面的内容，是一项复杂而重要的课题。车辆的选型涉及的几个主要技术参数是诸多因素反复比较和综合平衡的结果[7-12]。1号线车辆选型除了考虑以上几个主要技术参数外，还应充分考虑乌鲁木齐城市轨道交通的独特之处，从而选择出最适宜乌鲁木齐地铁车辆选型方案。
(1)线路单面坡：乌鲁木齐主城区空间结构呈南北狭长带状分布，整个城市为南北向“蜂腰”型城市，1号线全长27.6 km，起终点高差280余m，整体呈南高北低，地面自然坡度12‰～15‰，受地形条件限制，线路纵断面连续单向坡区段较多。这种特殊连续单向坡道，对车辆选型、编组、牵引、制动性能要求更为苛刻。车辆制动宜采用再生制动以节约能源，机械制动宜采用轮盘式制动以保证制动的可能性。
(2)不良地质：乌鲁木齐市属于8级烈度的地震区，1、2号线穿越采空区，采空区残留的瓦斯气体对于车辆通风空调监测系统提出了更高的要求；线路多次穿越活动断裂带，对于车辆应对运营期间突发情况的可靠性要求较高。
(3)公共安全需求高：由于乌鲁木齐所在的特殊地理位置和内外环境因素，公共安全问题尤为突出，因此，车辆设计应考虑“技防、物防、人防”等多种安全防范措施，以最大限度地确保运营安全。
(4)特殊的气候条件：乌鲁木齐属于大陆性干旱性气候，昼夜温差大，冬季寒冷漫长(11月～3月)，冬季平均温度-12 ℃左右，对车辆设计和制造提出了更高的要求。同时，由于昼夜温差大且冬季寒冷漫长，乘客大部分时间穿着较厚，占用公共空间较大，站立标准宜适当考虑。
(5)民族特色明显：乌鲁木齐属于多民族聚居的城市，具有多姿多彩的民族风情、神奇的魅力民族特色文化，各民族对风情习俗不尽相同，对私人空间要求较高，不宜过分拥挤。乌鲁木齐市地铁1号线按照4～5人/m2的拥挤度标准进行设计。
(6)1号线为乌鲁木齐市第一条建设的线路，也是线网主骨架线，客流属于大运量级，系统制式的选择需要站在线网的高度统筹考虑。乌鲁木齐线网规划7条线路，属于中型线网城市，从资源共享的角度宜采用相同的系统制式。
3.1 客运量分析
原建设规划预测的乌鲁木齐城市轨道交通线网1～7号线远期高峰小时单向断面客流量分别为3.6万人次/h、3.3万人次/h、3万人次/h、2.6万人次/h、3.5万人次/h、2.9万人次/h、2.9万人次/h[3]。根据2013年和2015年最新的客流预测报告：地铁1、2号线远期高峰小时单向断面流量分别为4.08万人次/h、4.04万人次/h[1，2]，客流较之前已有较大的增加，整体客流水平属于大运量级别。因此，适应于乌鲁木齐市轨道交通的车型应结合城市发展规模和人口增长情况而定。
3.2 车辆制式分析
城市轨道交通制式主要有普通轮轨系统、直线电机系统、中低速磁浮系统、单轨系统、AGT系统等。
由于AGT 系统为小运量系统，输送能力一般在1万人/h以下，只能作为城市轨道交通的辅助线路使用，明显不适用于乌鲁木齐市轨道交通线路应用。
中低速磁浮系统在我国尚处于新兴技术发展阶段，目前我国仅有少数几个城市开展中低速磁浮系统工程，如北京S1线和长沙机场线等，还未正式开通运营，缺少相关经验。1号线作为乌鲁木齐第一条城市轨道交通线路，宜采用成熟的车辆制式，不适宜采用中低速磁悬浮系统。
单轨系统属于中运量系统，采用橡胶轮，具有黏着力大，运行噪声较低适合于高架线等优点，但其运行阻力大，胶轮磨耗量大，因此存在运营成本较高，且单轨系统特点为跨座式(或悬挂式)高架梁走行系统，而乌鲁木齐市轨道交通在城区采用地下敷设方式，因此不宜采用单轨系统。
直线电机车辆载客量小，电机效率低，能耗大，且控制系统复杂，我国产业体系尚未完全形成，造价高。乌鲁木齐地铁线路南北高差大，线路单面坡对车辆牵引制动性能要求更高；此外，乌鲁木齐位于祖国的西北边陲，工业水平较东南沿海城市低，车辆维护技术难度较大，因此乌鲁木齐不宜采用直线电机车辆。
综上所述，适合乌鲁木齐轨道交通车辆制式为A、B型普通轮轨系统。
3.3 技术成熟程度分析
从制作技术和运营情况来看，A、B型车在国内外线路上已广泛使用，并有相当多的成功运营的范例，技术成熟、安全可靠，已成为国内轨道交通行业采用的主流车型。
3.4 车辆型式和编组选择
根据客流预测资料，乌鲁木齐市轨道交通1、2号线远期高峰小时单向断面流量分别为4.08万人次/h、4.04万人次/h，依据建设标准属于大运量，适应的车型有A、B型车[1，2]。
国内城市轨道交通采用较多的车型为 A、B型车，建成运营采用A型车的城市有北京、上海、广州、南京、深圳，采用B型车的城市有沈阳、长春、大连、天津、北京、广州、武汉、西安、成都、重庆等城市。正在建设和设计的城市采用A型车有北京、广州、深圳、石家庄、兰州等城市，采用B型车的有哈尔滨、青岛、大连、合肥、苏州、无锡、杭州、南昌、长沙、郑州、昆明、贵阳等城市。Lb、C型及跨座式单轨车型使用较少[5]。
城市轨道交通建设是百年工程，必须以发展的眼光看问题，目前客流预测的远景年一般为2050年，但城市轨道交通建设工程使用年限为100年，对100年以后的城市规模和交通特征目前难以预测。1、2号线全部为地下线路，地下空间受地面构筑物、地下管线、地质构造影响较大，要进行建筑物拆迁、道路改移、管线迁改、桩基托换、不良地质处理，建设难度巨大，且具有不可逆性，一次建成后不具备改扩建的条件，因此在车辆选型时也应考虑此因素，为未来留有足够的空间。
根据建设标准在站立密度采用6人/m2的定员标准情况下，B型车6辆编组开行30对/h，可适应客流需求，但站立人数达到了5.5人/m2，能力富余度仅为6.85%。在降低拥挤度，提高舒适度的情况下，B型车的适应性较差。此外，7辆编组的B型车虽然与6辆编组的A型车在运输能力大体相当，但7辆编组的B型车人均造价高于A型车，同时增加了车辆段检修任务量，对车辆段设备资源共享提高了难度，增加了不必要的投资。
通过对1号线各车站早晚高峰拥挤度(站立人数/m2)分析，采用6辆编组的A型车远期最大拥挤度为4.6人/m2，其中站立拥挤度4人以上/m2的区间仅有4处，占全部区间的20%，4～3人/m2的区间共5处，占全部区间的25%，3人/m2及以下的区间占全部区间的55%，拥挤度状况仍然良好，能够满足乌鲁木齐市气候特点、人文条件和特有的安防要求[1]。
1、2号线连接多个交通枢纽及大型客流集散点，结合乌鲁木齐的城市特点及线路自身的特征，乌鲁木齐轨道交通车辆的拥挤度应适当降低，车辆选型时应采用较为良好的拥挤度。A型车比B型车车体宽且长，车辆定员多，在客流一定的情况下乘客拥挤度下降，舒适度提高，客流适应性好。因此乌鲁木齐市轨道交通1号线推荐采用6辆编组(4动2拖)的A型车。
由于乌鲁木齐城市轨道交通线网规划车辆选型为B型车，通过目前对1、2号线客流预测和车辆选型研究，1、2号线宜采用6辆编组的A型车，跟原线网规划车辆选型已产生了变化。乌鲁木齐线网车辆基地及联络线布局见图2。
图2 乌鲁木齐线网车辆基地及联络线布局示意
4.1 对线网联络线设置的影响
根据线网规划，全网规划有2处大、架修基地，当全网采用同一车型时联络线的设置见表1，采用2种车型时联络线的设置见表2[3]。
通过表1、表2可以看出：
(1)车辆选型不同，线网大、架修作业车辆的取送车路径则不同，线网联络线和大、架修基地的设置均能满足各条线大、架修作业车取送要求。
表1 全网同一制式各线大、架修作业车辆取送路径
线路路 径2号线2号线→1、2号线联络线→百园路车辆基地3号线百园路车辆基地4号线4号线→1、4号线联络线→百园路车辆基地5号线5号线→1、5号线联络线→百园路车辆基地6号线百园路车辆基地7号线7号线→1、7号线联络线→百园路车辆基地7号线→6、7号线联络线→百园路车辆基地
表2 全网两种制式各线大、架修作业车辆取送路径
线路路 径2号线2号线→1、2号线联络线→百园路车辆基地3号线百园路车辆基地4号线4号线→1、4号线联络线→百园路车辆基地6号线6号线→6、7号线联络线→5、7号线联络线→华凌车辆基地7号线7号线→5、7号线联络线→华凌综合维修基地
(2)由于1～4号线车辆大、架修基地位于百园路车辆基地，因此两种情况下2、3、4号线取送车路径和效率是一致的。如果全网统一车辆制式，5、6、7号线大、架修车分别需经过1、0、1次联络线即可到达大、架修基地；如果全网为两种车辆制式，5、6、7号线大、架修车分别需经过0、2、1联络线才能到达大、架修基地。
因此，全线网统一车辆制式比两种车辆制式的大、架修车辆取送车效率更高、取送路径也更灵活、对各条线的生产运营干扰就更小。
4.2 对车辆基地的影响
4.2.1 线网规划及建设规划车辆基地情况
根据线网规划及建设规划中对辆基地布置规划详见表3[3]。
表3 乌鲁木齐线网规划车辆基地基本情况
线路长度/km1号线26.52号线44.43号线23.54号线20.75号线28.46号线26.97号线41.0合计211.4车场名称备注百园路综合基地全网厂架修基地燕儿窝停车场棉麻车辆段八户梁停车场五一停车场百园路车辆段与1号线共用仓房沟停车场二宫车辆段七道湾停车场华凌综合基地预留5～7号线厂架修基地三坪停车场百园路车辆段与1号线共用乌东停车场西山桥车辆段西山农场停车场古牧地停车场——
考虑线网实施的实际进程，兼容以下两种情况。
全网统一制式(即均采用A型车)：1号线百园路车辆基地为全网的综合维修基地，承担1～7号线配属车辆的大、架检修任务。
全网采用两种制式：近期修建的1～4号线采用同一制式(A型车)，远期建设的5、6、7号线采用独立制式(B型车或其他车型)，则5号线华凌车辆基地承担5、6、7号线配属车辆的大、架检修任务。
4.2.2 适应性分析
百园路车辆基地设置线网厂、架修基地的可行性分析如下。
(1)线网规模：乌鲁木齐城市轨道交通线网总规模7条线约211.9 km，属于中等规模的线网，根据估算远期全线网共需大、架修8.79列位，全线网设置1处大、架修基地可满足全线网使用要求。
(2)用地条件：1号线百园路车辆基地为规划线网中的1号线、3号线、6号线车辆段“三段共址”，规划面积约90 hm2，根据测算，1号线、3号线、6号线远期需在百园路车辆基地停车列检共计约90列位，周月检9列位，定、临修4列位，静调2列位，大、架修9列位，需要用地约63 hm2，规划用地满足工艺总平面布置需求。
(3)资源共享：大、架修所需要的走行公里数分别为120万km和60万km，即1条线开通约5年后车辆需要架修，约10年后需要大修，且大、架修检修库投资较大。如果每条线均设置大、架修基地势必会造成资源、资金的浪费。因而，全线网设1处大、架修基地，通过集约化管理，使检修设备、人员、土地等得到最大限度的资源共享。
(4)联络线条件：根据线网规划中各线间的联络线关系，无论全网采用一种系统制式还是两种系统制式，均可实现快速取送车的基本的功能需求，因此在线网中设置1处大、架修基地是可行的。
(5)检修条件：A型车、B型车车辆零部件没有本质区别，存在资源共享条件，综合考虑车辆结构、全线网大、架修规模、联络线设置条件、资源共享等因素，百园路车辆基地仍可作为整个线网的大、架修基地，只需在大、架修库内按A、B型车长度各设1条分解组装线条，大、架修总规模不变，其他生产厂房仍可共享。
乌鲁木齐市轨道交通1号线由于其特殊的蜂腰型走廊、单面长大坡道、气候、人文环境、安全防范等级、有限的地下交通资源等特点，从轨道交通系统制式选择上宜采用系统规模大、适应能力更强的4动2拖的6辆编组A型车辆。制动宜采用再生能力吸收装置和轮盘式制动以降低能耗和确保制动的可靠性。
通过对线网联络线和车辆基地分布的分析，乌鲁木齐城市轨道交通宜采用统一车辆制式，使得全线网车辆大、架修取送车、生产运营管理更加高效、灵活。
(1)车辆用户需求书的编制应充分考虑乌鲁木齐轨道交通连续单面长大坡道、不良地质、民族特色、安防、气候特征等综合因素对车辆牵引、制动特性、轮轨
关系、人员疏散、站立标准等进行专题研究，保证车辆安全可靠。
(2)针对乌鲁木齐车辆基地尤其是百园路车辆基地作为全线网大、架修基地，1、3、6号线车辆段“三段共址”的特点，建议开展“三段共址”综合研究专题，考虑不同的建设时序、出入段线接入方式、资源共享等因素，采取合理的检修模式，确定合理的初、近、远期建设规模，对车辆基地工艺总平面布置进行多方案比选，从而确定最合理的总平面布置方案，尽量减少重复建设项目，使资源共享最大化，又方便运营管理。
(3)从线网角度对车辆部件集中检修分线、分期实施进行专题研究。
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收稿日期：2015-07-24； 修回日期：2015-11-16
作者简介：戚振宕(1984—)，男，工程师，2010年毕业于西南交通大学车辆工程专业，工学硕士，E-mail：85513561@qq.com。
文章编号：1004-2954(2016)06-0151-05
中图分类号：U271
文献标识码：A
DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.031
QI Zhen-dang
(China Railway First Survey & Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi’ an 710043，China)
Abstract：In combination with the actual circumstances in the selection of vehicles for Urumqi urban rail transit line 1，the selection of right subway vehicles for Urumqi urban rail transit is proposed and its impacts on the resource sharing of urban rail transit network，connecting line and vehicle base are analyzed. Reasonable suggestions for the urban rail transit construction are presented. Type A train-set with 4 motor cars and 2 trailers for Line 1 adapts to the characteristics of the unique single-sided long heavy grade ramp，climate，humanistic environment，security protection，and limited underground traffic resources. Unified vehicles for the entire network guarantee effective and flexible fetching and delivering of shop and un-wheeling repair vehicles and production operation management．
Key words：Metro; Selection of vehicles; Network; Resource sharing
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