張也萌

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070)

匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場快線是一項(xiàng)匈牙利政府與中國企業(yè)間的合作項(xiàng)目。2011年9月，中鐵建與匈牙利鐵路公司簽訂了“匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場快線項(xiàng)目合作意向書”，目前，該項(xiàng)目已進(jìn)入前期研究階段。作為軌道交通范疇的市域鐵路，在規(guī)劃前期做好車輛選型，直接關(guān)系到工程建設(shè)成本和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營效益。車輛是軌道交通系統(tǒng)中最重要的運(yùn)營設(shè)備，也是技術(shù)含量較高的機(jī)電設(shè)備，車輛選型除了要滿足客流需求、乘客的舒適度、安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保等一般性要求外，還需符合城市特點(diǎn)、線路技術(shù)特征(小半徑、大坡度、快速啟停)功能定位、系統(tǒng)制式、線網(wǎng)資源共享等要求。因此，在設(shè)計(jì)之初必須對車輛選型進(jìn)行專題研究。

1 布達(dá)佩斯機(jī)場快線概況

匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場快線是一條連接布達(dá)佩斯市內(nèi)綜合交通系統(tǒng)與李斯特機(jī)場的軌道交通快線，主要服務(wù)于機(jī)場客流并兼顧部分市郊客流。李斯特國際機(jī)場位于首都布達(dá)佩斯東南郊，距離市中心約18 km，線路由市中心的火車站(東站)引出，沿途基本沿既有鐵路干線100a走行，最終到達(dá)機(jī)場2號航站樓。共設(shè)東站、小佩斯站、1號航站樓站和2號航站樓站4座車站，線路全長約18.3 km，最大站距6.97 km，最小站距4.595 km，平均站距約6 km，最高運(yùn)營速度120 km/h，高峰小時(shí)最大斷面客流量約1 900人。

機(jī)場快線具有較明顯的市域鐵路特征，站間距大、運(yùn)營速度高、列車起停頻繁，以機(jī)場的客流為主，沒有明顯的潮汐現(xiàn)象，修建制式采用國鐵制式。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙線電氣化鐵路，最小曲線半徑350 m，最大坡度25‰。工程敷設(shè)方式為路基與橋梁。

2 車輛選型原則

目前，我國尚未建立市域線車輛選型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，車輛選型大多仍按市區(qū)線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行車輛選型。通過對本線主要特征分析和比較，提出適合匈牙利國情的車輛選型原則。

(1)針對機(jī)場快線的功能定位、客流特點(diǎn)，滿足運(yùn)量需求，提供優(yōu)良的服務(wù)水平，選擇既適應(yīng)匈牙利國情，又符合世界軌道交通發(fā)展趨勢的車輛。

(2)充分考慮匈牙利國內(nèi)軌道交通路網(wǎng)中車輛資源和檢修設(shè)施資源，盡可能與路網(wǎng)車輛制式相協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)資源共享。

(3)技術(shù)成熟、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、乘坐舒適、造型美觀，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(4)選擇價(jià)格合理、運(yùn)用維修成本低的車型。

3 車輛選型

3.1 牽引動(dòng)力形式的確定

列車牽引的形式可以采用傳統(tǒng)的機(jī)車牽引和動(dòng)車組牽引。根據(jù)國內(nèi)外動(dòng)車組發(fā)展趨勢，對于市郊快速列車車輛的選擇，列車車底宜采用電動(dòng)車組。由于動(dòng)車組的軸重輕，加速、減速性能優(yōu)越，因此，目前國內(nèi)外鐵路在電氣化線路上采用電動(dòng)車組運(yùn)送中短途旅客已經(jīng)非常普遍，運(yùn)行速度可達(dá)120～200 km/h以上。如日本新干線各系動(dòng)車組、法國的TGV系列、德國ICE系列和我國的CRH系列都屬于此類電動(dòng)車組。動(dòng)車組是城際和市郊鐵路實(shí)現(xiàn)小編組、大密度的高效運(yùn)輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全、可靠、舒適為特點(diǎn)備受世界各國鐵路運(yùn)輸和軌道交通的青睞。因此，機(jī)場快線車輛宜選用具有牽引動(dòng)力、固定編組的電動(dòng)車組。

3.2 牽引動(dòng)力配置方式的確定

電動(dòng)車組牽引動(dòng)力的配置方式有動(dòng)力集中和動(dòng)力分散2種方式。目前世界各國動(dòng)車組技術(shù)發(fā)展都在向著動(dòng)力分散布置方向發(fā)展，一貫采用動(dòng)力集中方式的德國、法國，已經(jīng)分別并投入運(yùn)營動(dòng)力分散型ICE3、ICE/VELARO動(dòng)車組和鉸接式動(dòng)力分散型TGV動(dòng)車組。由我國技術(shù)引進(jìn)并自主生產(chǎn)的CRH系列動(dòng)車組也是屬于動(dòng)力分散型電動(dòng)車組。

動(dòng)力分散型電動(dòng)車組與動(dòng)力集中型電動(dòng)車組相比具有下述優(yōu)點(diǎn):

(1)編組靈活，可提高牽引總功率，可根據(jù)客流變化增加編組輛數(shù)和定員;

(2)驅(qū)動(dòng)設(shè)備分散，軸重相對較輕，可降低對線路的沖擊力，可降低建設(shè)維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用;

(3)動(dòng)軸數(shù)量多，牽引黏著利用率高，啟動(dòng)加速性能、制動(dòng)減速性能好;

(4)部分動(dòng)力喪失后，仍可滿足故障運(yùn)營要求。

機(jī)場快線采用地面和高架敷設(shè)方式，橋梁工程的比重占線路全長30.5%，選用軸重較輕的動(dòng)力分散型電動(dòng)車組，可以降低建設(shè)投資和運(yùn)營成本，結(jié)合本線服務(wù)頻率高的特點(diǎn)，從功率要求、黏著利用、動(dòng)力性能等多方面分析，本線動(dòng)車組牽引動(dòng)力配置宜優(yōu)先選擇動(dòng)力分散型。

考慮本線短編組列車可能由3～4輛車組成，如采用動(dòng)－拖－動(dòng)或動(dòng)－拖－拖－動(dòng)的編組形式，動(dòng)力分散和動(dòng)力集中的動(dòng)力配置類型區(qū)分模糊，待下一階段研究中具體車型和編組形式確定后明確其牽引動(dòng)力配置方式。

3.3 牽引供電制式的比選

電動(dòng)車組的供電制式有2種，在電氣化鐵路中普遍采用單相工頻交流25 kV交流制，城市軌道交通一般采用的是直流750 V、1 500 V供電制式。部分國家或地區(qū)的城郊快線鐵路或機(jī)場快線采用單相工頻25 kV交流制，如香港東鐵和西鐵路、曼谷機(jī)場快線、馬來西亞吉隆坡機(jī)場快線、韓國機(jī)場高速。而香港地區(qū)LAR機(jī)場快線采用直流1 500 V供電、北京首都機(jī)場線采用直流750 V供電。

可見，交流供電或直流供電均為匈牙利機(jī)場快線供電制式的可選方案，由于單相工頻交流25 kV供電在牽引變電所的設(shè)置數(shù)量、投資方面明顯優(yōu)于直流1 500 V供電方案，考慮機(jī)場快線運(yùn)用管理模式及檢修資源共享等因素，宜采用與既有鐵路相同的系統(tǒng)制式，單相工頻25 kV交流制，以便共享供電設(shè)施、統(tǒng)一調(diào)度和運(yùn)營維護(hù)管理。

3.4 車輛主要系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的選擇

(1)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)是電動(dòng)車組的關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣直接影響車輛的性能。從國內(nèi)外軌道交通車輛的發(fā)展來看，牽引系統(tǒng)經(jīng)歷了從直流牽引傳動(dòng)到交流牽引傳動(dòng)的發(fā)展過程。直流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)由于直流牽引電機(jī)體積大、維修工作量大等缺點(diǎn)，目前已經(jīng)逐步被淘汰。目前動(dòng)車組普遍采用交流傳動(dòng)牽引電機(jī)，交流電機(jī)的調(diào)速性能和節(jié)能效果十分理想，可以充分發(fā)揮和利用，幾乎做到免維修與保養(yǎng)。機(jī)場快線車輛宜采用性能優(yōu)良、技術(shù)成熟的VVVF交流牽引控制系統(tǒng)。

(2)車體材料

目前，可供選擇的輕量化車體材料有不銹鋼和鋁合金。輕量化車體會(huì)顯著節(jié)約能源，減少車輛和線路的維修費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。因此采用不銹鋼或鋁合金車體是發(fā)展方向。

從目前國內(nèi)外車體材料的應(yīng)用情況看，不銹鋼和鋁合金材料都有應(yīng)用。我國天津?yàn)I海輕軌是我國第一條采用不銹鋼車體材料的線路，它主要考慮該線路所處的特殊環(huán)境;其他城市軌道交通車輛和鐵路客運(yùn)專線動(dòng)車組更多采用鋁合金作為車體材料。日本、韓國和歐洲的一些公司都已經(jīng)不再生產(chǎn)不銹鋼車輛，鋁合金車體材料的應(yīng)用是一個(gè)趨勢。

機(jī)場快線由地面線路和高架線路構(gòu)成，車體必須耐腐蝕并輕量化，同時(shí)，為了運(yùn)行車輛的美觀，應(yīng)考慮采用鋁合金車體。

3.5 車輛選擇與網(wǎng)絡(luò)資源共享

匈牙利鐵路公司現(xiàn)配屬動(dòng)車約430輛，主要服務(wù)于布達(dá)佩斯市郊鐵路，其次是重要城市間的城際鐵路。最高運(yùn)行速度分別為120、140 km/h。個(gè)別國際列車采用160～200 km/h的動(dòng)車組。

匈牙利全國鐵路線總長約7 500 km，已有非常完備的檢修設(shè)施，包括7個(gè)機(jī)車車輛維修中心，28個(gè)維修車間和1座大修工廠，負(fù)責(zé)全路機(jī)車、車輛、動(dòng)車的日常維保、定期維修。采用與現(xiàn)有車輛相同類型的國鐵制式的動(dòng)車組，可直接利用鐵路既有設(shè)施，不需要新建車輛停放、檢修設(shè)施，充分實(shí)現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)建設(shè)。而匈牙利地鐵線路總長僅34.3 km，新建機(jī)場快線線路長約18 km，采用地鐵制式車輛，既有的地鐵停放、檢修設(shè)施不能滿足新增機(jī)場快線的要求，需要新建車輛基地。

機(jī)場快線作為線網(wǎng)中的快速客運(yùn)通道之一，車型的選擇宜盡可能統(tǒng)一，有利于既有車輛運(yùn)用檢修設(shè)施的資源共享，從而降低建設(shè)成本。

4 車輛選型推薦意見

綜合本線客流需求、速度目標(biāo)值、行車密度、運(yùn)營模式、線路條件、供電電壓、維修能力等方面，機(jī)車快線的車輛宜采用動(dòng)力分散型交流傳動(dòng)的電動(dòng)車組，車組可由1～2個(gè)動(dòng)力單元組成，AC25kV，接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)。適合本線運(yùn)行車輛的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 車輛主要技術(shù)參數(shù)

5 車輛來源

現(xiàn)已在我國干線鐵路、城際鐵路上投入運(yùn)營的CRH系列動(dòng)車組，采用的是AC25kV供電制式，其主要技術(shù)特征是，速度等級高(200～300 km/h)，載客量大。目前中國還尚未研制出適合AC25kV受電的中低速車輛。用于城市軌道交通中的地鐵車輛速度等級雖已達(dá)到120 km/h(如上海地鐵11號線)，但均采用DC1500/750V供電制式，如采用AC25kV制式供電，需對車輛進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造。我國尚未有適合匈牙利機(jī)場快線的成熟車型。

目前歐洲及其他地區(qū)采用城際、市郊鐵路模式廣泛，相關(guān)車輛制造技術(shù)發(fā)達(dá)，可供選擇的車型較多。匈牙利鐵路公司在前期方案研究中提出4種車型，加拿大龐巴迪“TALENT”、法國阿爾斯通“CORADIA”、德國西門子“DESIRO”、瑞士施塔德爾“FLIRT”列車，均在歐洲和歐洲以外地區(qū)已經(jīng)大量投入使用，見圖1，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

圖1 各種車型示意

表2 國外動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)

這些車輛具有快速換乘反應(yīng)、空間寬敞、車門自動(dòng)啟閉、低底盤設(shè)計(jì)、可雙向行駛、提速減速能力出眾、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。這些車輛將通過國際招標(biāo)用于機(jī)場快線上。

［1］中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路匈牙利布達(dá)佩斯機(jī)場線預(yù)可行性研究報(bào)告［R］.上海:中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012.

［2］李春陽.我國分散電動(dòng)車組的發(fā)展［J］.機(jī)車電傳動(dòng)，2002(2):1-4.

［3］雷磊，高飛.軌道交通市域線車輛［J］.鐵道車輛，2009(2):16-18.

［4］楊青林.城際軌道車輛設(shè)備的設(shè)計(jì)［J］.鐵道勘測與設(shè)計(jì)，2004(5):65-69.

［5］贠虎.城市軌道交通車輛選型及車輛段設(shè)計(jì)中值得注意的幾個(gè)問題［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004(1):93-94.

［6］馮黎，顧保南.國外典型大城市市郊軌道交通的發(fā)展及其啟示［J］.城市軌道交通研究，2008(12):49-53.

［7］周翊民，孫章，季令.城市軌道交通市郊線的功能及技術(shù)特征［J］.城市軌道交通研究，2007(8):1-5.

［8］徐志強(qiáng)，范忠勝.天津津?yàn)I輕軌工程軌道車輛選型分析［J］.城市軌道車輛，2003(7):22-26.

［9］徐瑞華，杜世敏.市域軌道交通線路特點(diǎn)分析［J］.城市軌道交通研究，2005(1):10-12.

［10］張金輝.城市軌道交通車輛制式選擇技術(shù)研究［D］.北京:北方交通大學(xué)，2008:1-73.