我國(guó)城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)研究綜述

向澤銳 ，支錦亦 ，李 然 ，徐笑非 ，徐 剛

（1. 西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，四川 成都 611731；2. 西南交通大學(xué)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究所，四川 成都611731；3. 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111）

城市軌道交通是城市公共交通的重要組成部分，包括市域快速軌道系統(tǒng)、地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、有軌電車系統(tǒng)、磁浮系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)，共7 種類型[1-3]. 城市軌道交通是解決擁堵的重要途徑，隨著城市軌道交通在我國(guó)的急速發(fā)展[4]，各型列車逐漸成為研究熱點(diǎn).

工業(yè)設(shè)計(jì)的核心是將文化要素導(dǎo)入工業(yè)生產(chǎn)體系，形成兼具功能與文化屬性的工業(yè)產(chǎn)品，并已被20 多個(gè)國(guó)家納入國(guó)家戰(zhàn)略[5]. 城市軌道列車的工業(yè)設(shè)計(jì)是要基于既有或前瞻性技術(shù)，從人-車-環(huán)境系統(tǒng)的角度，對(duì)列車外觀造型、車身涂裝、內(nèi)室環(huán)境、關(guān)鍵功能設(shè)備、照明、材料質(zhì)感及一切與駕乘人員相關(guān)的物件或環(huán)境進(jìn)行研究，使其更加符合人的安全、舒適宜人、審美、文化認(rèn)同等綜合需求[6]. 國(guó)外美觀并具文化特色的城市軌道列車主要有Siemens、Alstom、Bombardier 和Ansaldo-Breda 等公司的多型產(chǎn)品[7-8]. 同時(shí)，國(guó)外城市軌道列車主要從虛擬樣機(jī)研究預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)方案的客觀乘坐舒適度[9]；從司機(jī)心理測(cè)試評(píng)估來(lái)提升司機(jī)室環(huán)境質(zhì)量以降低司機(jī)誤操作，從旅客乘車滿意調(diào)查、行為觀察、人機(jī)工程對(duì)車內(nèi)座椅布局、車門(mén)、振動(dòng)、噪音和燈光等進(jìn)行研究來(lái)提升列車的綜合舒適度，以及從通用設(shè)計(jì)角度研究提升特殊旅客搭乘列車的便捷與舒適[10-14]. 由于重視工業(yè)設(shè)計(jì)，上述公司的城市軌道列車整體技術(shù)含量高，外觀極具藝術(shù)性、文化性和觀賞性，內(nèi)室環(huán)境界面友好宜人，能使列車與城市文化和景觀相融合，是提升城市形象的一張名片.

本文對(duì)我國(guó)城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)在車體特征、外觀設(shè)計(jì)、車內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)三方面的主要研究成果進(jìn)行了綜述，分析并總結(jié)提出了其發(fā)展趨勢(shì).

1 城市軌道列車車體主要特征

城市軌道列車通常由頭車、尾車與若干中車編組成列投入運(yùn)營(yíng). 在7 種城市軌道交通系統(tǒng)中，市域快速軌道交通系統(tǒng)既可采用速度在120～160 km/h的地鐵車輛或?qū)Ｓ密囕v，又可選用中低速磁浮列車[2,15]，因此該系統(tǒng)所采用的列車未作專門(mén)規(guī)定. 表1是根據(jù)調(diào)研和我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2,16-26]整理獲得的其余6 種類型城市軌道列車的主要外形尺寸及特征，以及基于調(diào)研整理獲得的6 種類型城市軌道列車的典型外觀.

表1 我國(guó)6 種類型城市軌道列車的主要外形、特征及對(duì)應(yīng)的典型列車Tab. 1 Main shapes, characteristics and corresponding typical vehicles for six types of urban rail vehicles in China

續(xù) 表1Continued Tab. 1

分析現(xiàn)有城市軌道列車設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)我國(guó)目前還未發(fā)布關(guān)于各種懸掛式單軌列車車體設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性文件，當(dāng)前設(shè)計(jì)該類型列車時(shí)缺少可參考的依據(jù). 在上述6 型城市軌道列車中，除高速磁浮列車最高運(yùn)行速度為500 km/h 外[22]，其余類型的列車最高運(yùn)行速度通常為80、100 km/h 或120 km/h[30].高速磁浮列車的外觀造型設(shè)計(jì)與高速列車相似，需要系統(tǒng)考慮空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)造型的約束[31]，整車流線型程度較高；而其余的城市軌道列車造型受空氣動(dòng)力學(xué)影響相對(duì)較小，外觀造型的自由度相對(duì)較大. 我國(guó)上述6 種類型城市軌道列車的主要外觀特征可概括為：高速磁浮列車的端車頭部流線型長(zhǎng)度大，整車流線型程度高；其余類型城市軌道列車的端車頭部總體上短而鈍，整車流線型程度相對(duì)較低.

2 城市軌道列車外觀設(shè)計(jì)

2.1 端車造型設(shè)計(jì)

列車車體外形的縱向?qū)ΨQ面型線和最大輪廓線是決定列車外觀造型的兩條最基本特征線，且變化集中在端車的司機(jī)室車體部分[32-33]，詳見(jiàn)圖1. 城市軌道列車車體造型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)該是基于標(biāo)準(zhǔn)性文件[16-26]、總體設(shè)計(jì)要求，聚焦于列車的端車頭型設(shè)計(jì)和車體造型設(shè)計(jì).

1） 頭部長(zhǎng)度L1. 列車的端車長(zhǎng)度是由頭部長(zhǎng)度L1與剩余部分車體的長(zhǎng)度L2組成，我國(guó)對(duì)除了懸掛式列車外的城市軌道列車端車長(zhǎng)度L均有規(guī)定. 盡管細(xì)長(zhǎng)的頭部有助于減阻降噪和流線型造型的設(shè)計(jì)[32-33]，但L1取值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致端車的載客空間減少.高速磁浮列車的L1取值宜為6.00～7.00 m[34]，地鐵列車的取值一般不大于3.00 m[33]，有軌電車的取值通常不大于1.95 m[7]. 其余列車的取值可結(jié)合最高運(yùn)行時(shí)速并參考上述數(shù)據(jù)加以確定.

2） 縱向?qū)ΨQ面型線前端角α和前窗傾角β. 頭部外形的縱向?qū)ΨQ面型線可簡(jiǎn)化成由圖1 中的頂點(diǎn)a、鼻錐頂點(diǎn)b、導(dǎo)流點(diǎn)c、底部點(diǎn)d和其他關(guān)鍵點(diǎn)有序圍合成的閉合線條；前端角α能夠反映端車頭部的基本形態(tài)，可簡(jiǎn)化為由點(diǎn)a、b、c有序圍合成的一個(gè)角；前窗傾角β也直接關(guān)系到頭車的氣動(dòng)性能、美觀程度和司機(jī)視野范圍[7,32-33]. 這4 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)直接影響到縱向?qū)ΨQ面型線中a—b和b—c之間的形態(tài).

現(xiàn)有各型城市軌道列車均將α設(shè)計(jì)成有助于使a—b或b—c之間形成一條或多條直線或圓弧平滑過(guò)渡的曲線形態(tài). 圖2 是3 種基本的城市軌道列車頭部外形縱向?qū)ΨQ面型線. 在具體設(shè)計(jì)中，高速磁浮列車和最高運(yùn)行速度不小于120 km/h 的城市軌道列車應(yīng)將端車頭型設(shè)計(jì)與空氣動(dòng)力學(xué)相結(jié)合，端車頭部宜設(shè)計(jì)成流線型以降低車頭阻力和氣動(dòng)噪聲[33-34]，其頭部外形縱向?qū)ΨQ面型線應(yīng)符合圖2 中的基本型1（圖1 中倒角弧線半徑R1和R7取值較大）；速度不大于100 km 的城市軌道列車造型呈多樣化，多數(shù)端車的α≥ 90°；通常β≤ 90°，但少數(shù)會(huì)略大于90°，圖2 中的基本型1 和基本型2 （圖1 中R1和R7取值較?。┚m用于該速度級(jí)別的城市軌道列車；由于懸掛式列車使用環(huán)境的不同，多數(shù)端車的α，β≥ 90°（圖1 中點(diǎn)b最大可上移至點(diǎn)b′ 處，點(diǎn)c最大可前移至點(diǎn)c′ 處），形態(tài)多為圖2 中的基本型3 （圖1 中R1和R7取值較?。?，甚至連俄羅斯有軌電車Russia one 的端車也采用了該顛覆性的形態(tài).

圖1 城市軌道列車車體外觀造型簡(jiǎn)化模型Fig. 1 Simplified shape model of urban rail vehicle body

圖2 3 種基本的城市軌道列車頭部外形縱向?qū)ΨQ面型線Fig. 2 Three basic outlines of longitudinal symmetrical surface for leading car of urban rail vehicles

前窗采用平面、單曲面或三維曲面玻璃也直接影響到端車頭型外觀. 圖2 中的基本型1 宜優(yōu)選三維曲面玻璃，基本型2 和基本型3 宜優(yōu)選平面或單曲面玻璃[7,32]；端車前窗玻璃的外形尺寸均呈增大的發(fā)展趨勢(shì).

3） 端車底部/頂部距軌面高度（H1/H1′）. 對(duì)于懸掛式列車，H1′ 是端車頂部與軌面間的距離；對(duì)于其余類型列車，H1是端車底部與軌面間的距離.H1/H1′的取值既影響列車的整體視覺(jué)效果，又影響車體下部/上部設(shè)備受氣流的沖擊大小. 端車的該值應(yīng)在滿足車限和安全間隙的前提下盡可能小，地鐵列車的該值可為0.20 m[33].

4） 大輪廓線前端角ε和側(cè)墻傾角γ. 列車頭部外形的最大輪廓線可簡(jiǎn)化成由圖1 中的關(guān)鍵點(diǎn)f1、e1、b、e2、f2和其他關(guān)鍵點(diǎn)有序圍合成的閉合線條，其形態(tài)也與列車的造型和氣動(dòng)性能密切相關(guān)[33]. 頭部外形的最大輪廓線前端角ε可簡(jiǎn)化為由點(diǎn)e1、b、e2構(gòu)成的一個(gè)角；司機(jī)室側(cè)墻與車身側(cè)墻傾角γ為圖1 中e1—f1或e2—f2的內(nèi)傾角，ε和γ均能夠反映端車流線型程度的高低. 通常在滿足司機(jī)室內(nèi)部功能空間和視野的要求下，采用圖2 中基本型1 的列車，點(diǎn)f1、e1、b、e2、f2有序圍合成的輪廓為一條過(guò)渡光滑的組合圓弧曲線，γ值一般小于10°，ε通常為一鈍角，圖1 中倒角弧線半徑R2和R3取值一般較大；采用圖2 中基本型2 和基本型3 的列車，這5 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)有序圍合成的輪廓為一條在點(diǎn)e1和e2處轉(zhuǎn)折明顯的線條，且γ值通常接近4°，ε接近或等于180°，圖1 中R2取值通常較大，R3取值通常較小.

5） 體橫截面形狀及側(cè)墻夾角δ. 車體在橫截面上投影的外形最大輪廓線也與列車的氣動(dòng)性能和外觀有直接關(guān)系. 如圖1 所示，城市軌道列車的車體可簡(jiǎn)化為由點(diǎn)h1、f1、g1、g2、f2、h2有序圍合成的閉合線條，其中點(diǎn)h1、f1、g1和點(diǎn)h2、f2、g2分別構(gòu)成了車體左側(cè)和右側(cè)的側(cè)墻形狀，δ就是車體側(cè)墻h1—f1和f1—g1或h2—f2和f2—g2所構(gòu)成的夾角. 按照該角度的不同，車體可分為3 種基本形態(tài)[7]，如圖3 所示：當(dāng)δ為一明顯的鈍角且倒角弧線半徑R5值較小，則構(gòu)成鼓形車體（基本型1）；當(dāng)δ為180°，則構(gòu)成平面車體（基本型2）；當(dāng)δ為一鈍角且R5值特別大，則構(gòu)成弧形車體（基本型3）. 3 種車體的側(cè)墻底部倒角弧線半徑R4和頂部倒角弧線半徑R6大小并無(wú)規(guī)律，其取值應(yīng)在符合車輛限界和相關(guān)技術(shù)要求前提下，根據(jù)造型需要來(lái)進(jìn)行設(shè)定. 跨坐式列車和EMS 磁浮列車結(jié)構(gòu)較為特別，車體下部存在“內(nèi)凹”形態(tài)，點(diǎn)i1、i1′、i2、i2′ 位置應(yīng)根據(jù)具體要求來(lái)確定. 通?；⌒诬圀w適合頭部長(zhǎng)度L1取值較大的流線型造型列車，而鼓形車體和平面車體適合頭部長(zhǎng)度L1取值較小的鈍頭造型列車.

圖3 3 種基本的城市軌道列車車體外形橫截面型線Fig. 3 Three basic outlines of cross sections for urban rail vehicle body

6） 關(guān)鍵參數(shù)對(duì)造型的總體影響. 基于上述研究成果總結(jié)可得：當(dāng)端車最大寬度W和高度H3/H3′ 一定：端車L1值越大，縱向?qū)ΨQ面型線前端角α、前窗傾角β、鼻錐高度H2和最大輪廓線前端角ε的值總體上越?。ǖ獺2′ 需越大），頭部造型趨于流線型；L1值越小，則α、β、H2和ε的值總體上越大，頭部造型趨于短而鈍.

2.2 司機(jī)室車體后部及中車車體設(shè)計(jì)

列車車體間通常由長(zhǎng)度500～800 mm 的風(fēng)擋連接. 車體的造型要素包括典型車輛編組、車體基本尺寸、車門(mén)和側(cè)窗的尺寸及布置、車體橫截面形狀.

城市軌道列車的車輛編組、端車和中車車體基本尺寸范圍、車門(mén)尺寸及單側(cè)車門(mén)數(shù)量參見(jiàn)表1，結(jié)合該表中的典型列車分析可得：端車和中車車體的最大橫截面形狀應(yīng)符合車體在橫截面上投影的外形最大輪廓線，且保持一致；最高速度不小于100 km/h的車型對(duì)車體氣密性和側(cè)墻剛度要求較高，通常側(cè)窗面積相對(duì)較小；最高速度不大于80 km/h 的地面或高架城市軌道列車通常采用面積相對(duì)較大的側(cè)窗，可增大旅客觀光的視野范圍和采光量.

2.3 車體涂裝設(shè)計(jì)

車體涂裝設(shè)計(jì)就是基于相關(guān)約束，充分考慮旅客心理感受和線路環(huán)境，通過(guò)涂裝使列車具有良好的安全性、可識(shí)別性、視覺(jué)美感、文化認(rèn)同感，甚至滿足商業(yè)廣告?zhèn)鞑サ男枰猍35-36]. 涂裝設(shè)計(jì)宜優(yōu)先選擇能夠反映目標(biāo)城市或線路文化特征的單一主調(diào)色，且主調(diào)色應(yīng)易于識(shí)別；宜優(yōu)先選擇主調(diào)色的補(bǔ)色或?qū)Ρ壬鳛檩o助色，且輔助色應(yīng)為單一輔助色，益于裝飾，形式可為色塊、色帶或圖形；采用大面積的色塊涂裝有助于側(cè)窗、車門(mén)等相對(duì)分散的細(xì)部在視覺(jué)上形成統(tǒng)一，采用色帶有助于增強(qiáng)列車各車廂之間的視覺(jué)聯(lián)系和統(tǒng)一，采用抽象或具象的圖形則可在統(tǒng)一的色彩中增加細(xì)節(jié)變化，增添裝飾美感，塑造文化氛圍[7].

此外，文獻(xiàn)[37]建議跨座式列車車身涂裝使用能讓視覺(jué)重力分布感覺(jué)均勻的元素，兼顧從左到右的視覺(jué)閱讀習(xí)慣，合理利用方位、大小、面積來(lái)協(xié)調(diào)平衡感，配合整體外觀造型傳遞出安全、穩(wěn)固、有力的視覺(jué)心理信號(hào). 文獻(xiàn)[38]提出設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到列車的整體性、環(huán)境性和功能性因素，先對(duì)客車特征、開(kāi)行環(huán)境、同類車型涂裝進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，再選取與之協(xié)調(diào)的主調(diào)色和輔助色.

2.4 外觀設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1） 設(shè)計(jì)程序. 列車造型設(shè)計(jì)程序有4 個(gè)重要階段[39]：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備→概念設(shè)計(jì)→計(jì)算機(jī)輔助外觀設(shè)計(jì)和氣動(dòng)仿真分析→計(jì)算機(jī)輔助內(nèi)室設(shè)計(jì)和人因仿真分析.

2） 設(shè)計(jì)應(yīng)遵循形式美法則. 造型方案既要體現(xiàn)列車的穩(wěn)定感又要體現(xiàn)動(dòng)態(tài)感，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循比例與尺度，均衡與穩(wěn)定，統(tǒng)一與變化，過(guò)渡與呼應(yīng)等形式美法則[7].

3） 設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)城市地域文化. 造型設(shè)計(jì)中常以目標(biāo)城市、線路的典型建筑、動(dòng)物、器物等物質(zhì)文化載體，或習(xí)俗、圖騰等非物質(zhì)文化載體為優(yōu)選元素，結(jié)合城市文化定位，通過(guò)形態(tài)仿生將提取的文化元素耦合到列車設(shè)計(jì)方案，文獻(xiàn)[8, 39-41]提供了參考案例.

2.5 小 結(jié)

上述研究側(cè)重于聚焦列車車體的外觀，相關(guān)成果奠定了城市軌道列車外觀設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，明確了車體外觀造型和涂裝是城市軌道列車外觀設(shè)計(jì)的兩大核心研究?jī)?nèi)容，同時(shí)也給出了可供各型城市軌道列車車體造型設(shè)計(jì)優(yōu)選的關(guān)鍵參數(shù)取值范圍、參考設(shè)計(jì)流程，以及車體外觀和涂裝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)等. 但是，城市軌道列車通常是在特定的城市、特定的線路上運(yùn)營(yíng)，列車外觀對(duì)旅客的影響較為直接，是決定旅客對(duì)列車整體滿意的重要因素，因此結(jié)合目標(biāo)運(yùn)營(yíng)城市的地域文化、運(yùn)營(yíng)線路和旅客審美，進(jìn)一步研究列車-線路-人文多要素耦合的城市軌道列車外觀設(shè)計(jì)理論與方法是今后亟待解決的問(wèn)題.

3 城市軌道列車車內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)

3.1 司機(jī)室駕駛界面設(shè)計(jì)

盡管我國(guó)部分城市軌道列車已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[17,21-23]提出在緊急或特殊情況下仍需司機(jī)人工駕駛，因此駕駛界面的設(shè)計(jì)和評(píng)估都應(yīng)以“司機(jī)”為中心，用以保證駕駛的安全性、提高操作的有效性、保障司機(jī)的職業(yè)健康. UIC 651[42]對(duì)機(jī)車司機(jī)室設(shè)計(jì)有詳細(xì)規(guī)定，但城市軌道列車車型多，司機(jī)室空間差異大，線路差異大、信號(hào)不統(tǒng)一，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)性文件對(duì)各型城市軌道列車的司機(jī)室車內(nèi)空間、信號(hào)視野要求、側(cè)窗逃生、座椅及操縱臺(tái)設(shè)計(jì)等內(nèi)容作統(tǒng)一規(guī)定，已有研究包括：

1） 以司機(jī)為中心的駕駛界面設(shè)計(jì)研究. 我國(guó)鐵路領(lǐng)域，除TB/T 3091[43]規(guī)定鐵路機(jī)車司機(jī)身高應(yīng)不小于160 cm 外，并無(wú)其他特殊要求. 司機(jī)生理特點(diǎn)、座椅、操縱臺(tái)、任務(wù)共同決定了司機(jī)的坐姿[44]，文獻(xiàn)[45]提出座椅水平距操縱臺(tái)368 mm、腳踏板高度為250 mm 時(shí)對(duì)司機(jī)損傷最少；文獻(xiàn)[46]可用于指導(dǎo)操縱臺(tái)操控器件、顯示屏和指示燈的布局設(shè)計(jì)；駕駛界面的色彩設(shè)計(jì)可參閱文獻(xiàn)[47]；照明與防眩光設(shè)計(jì)可參閱文獻(xiàn)[48].

2） 司機(jī)室人機(jī)適配評(píng)估研究. 人因仿真是用來(lái)評(píng)估列車設(shè)計(jì)方案人機(jī)適配合理性的常用方法，內(nèi)容包括司機(jī)室人-椅-操縱臺(tái)的人機(jī)適配仿真、單司機(jī)上/下肢可達(dá)域仿真、信號(hào)視野仿真、側(cè)窗逃生仿真等[39]，JACKTM、CATIATM和IC.IDOTM是我國(guó)列車人因仿真常用的工具[39,49-50]. 我國(guó)缺少各型城市軌道列車人機(jī)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，目前在進(jìn)行分析時(shí)僅有UIC 651[42]、GB/T 6769[51]、GB/T 5914.1[52]、TB 3264[53]可供參考，逃生側(cè)窗尺寸可參閱EN 45545-4[54]，信號(hào)視野仿真則無(wú)統(tǒng)一參考依據(jù).

3.2 客室旅客界面設(shè)計(jì)

1） 客室席位布局. 調(diào)研發(fā)現(xiàn)高速磁浮列車通常提供橫向布置的座席；多數(shù)地鐵列車提供縱向布置的座席和由立桿、橫桿或吊環(huán)拉手等構(gòu)成的立席；多數(shù)中低速磁浮列車、有軌電車、輕軌列車、自動(dòng)導(dǎo)向軌道列車和單軌車提供橫向布置的坐席和由立桿、橫桿或吊環(huán)拉手等構(gòu)成的立席. 坐席和立席的設(shè)置數(shù)量直接影響到客室席位的布局設(shè)計(jì)，文獻(xiàn)[17]規(guī)定立席密度應(yīng)為6 人/m2，文獻(xiàn)[55]提出了一種無(wú)輔助抓握件的扶手布置方案供設(shè)計(jì)參考.

2） 客室內(nèi)關(guān)鍵功能設(shè)備. 座椅、立桿、橫桿和吊環(huán)拉手是城市軌道列車客室的關(guān)鍵功能設(shè)備，關(guān)系著旅客乘車過(guò)程的安全、舒適和宜人體驗(yàn). 文獻(xiàn)[56]給出了縱向排布座椅的腰靠和座墊關(guān)鍵尺寸，文獻(xiàn)[57]總結(jié)了橫向排布座椅的關(guān)鍵參數(shù)，文獻(xiàn)[58]給出了吊環(huán)拉手的關(guān)鍵尺寸和造型形態(tài)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，文獻(xiàn)[56, 59-60]指出了乘客使用立桿和橫桿的行為特點(diǎn)并提出了設(shè)計(jì)參考，文獻(xiàn)[61]給出了通用車廂的設(shè)計(jì)要點(diǎn).

3） 車內(nèi)環(huán)境舒適性評(píng)價(jià). 西南交通大學(xué)針對(duì)軌道裝備設(shè)計(jì)建立了可視化人因綜合仿真分析平臺(tái)[62]，實(shí)現(xiàn)了集行為觀察→動(dòng)作分析→動(dòng)作捕捉→數(shù)字動(dòng)素生成→人因仿真評(píng)估為一體的功能，可用于列車人機(jī)適配評(píng)估. 此外，文獻(xiàn)[63]提出了一種具有文化氛圍的列車客室環(huán)境色彩設(shè)計(jì)方法，文獻(xiàn)[64]提出從燈光設(shè)計(jì)來(lái)營(yíng)造滿足情感化需求的地鐵內(nèi)飾環(huán)境.

3.3 小 結(jié)

城市軌道列車的車內(nèi)環(huán)境主要由司機(jī)室車內(nèi)駕駛界面和客室車內(nèi)旅客界面構(gòu)成，上述研究成果均是緊密圍繞這2 大環(huán)境界面來(lái)開(kāi)展研究. 在車內(nèi)駕駛界面設(shè)計(jì)方面，現(xiàn)有研究側(cè)重聚焦司機(jī)并從人因安全角度進(jìn)行研究，從而為駕駛界面的布局、色彩和人機(jī)尺寸設(shè)計(jì)提供依據(jù)；而在車內(nèi)旅客界面設(shè)計(jì)方面，側(cè)重以旅客為中心，從搭乘的舒適性、美觀性和文化氛圍營(yíng)造等角度進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，用以保證旅客在乘車過(guò)程中能夠體驗(yàn)到舒適、宜人、美觀、文化認(rèn)同等積極正面的綜合感受. 總結(jié)可知，城市軌道列車車內(nèi)環(huán)境既受相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和人因問(wèn)題的約束，又受到線路環(huán)境、車內(nèi)文化氛圍和旅客審美等問(wèn)題的影響，因此進(jìn)一步辨識(shí)技術(shù)-人因-文化-美學(xué)的構(gòu)成因素，從系統(tǒng)角度開(kāi)展列車車內(nèi)空間及界面優(yōu)化設(shè)計(jì)與綜合評(píng)價(jià)技術(shù)研究是未來(lái)需要研究的問(wèn)題.

4 結(jié)論與展望

城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)既受到列車自身系統(tǒng)技術(shù)特性的約束（車），又受到使用者（人）和使用環(huán)境（環(huán)）的約束. 城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)的核心任務(wù)就是要通過(guò)研究各類與列車相關(guān)人員的生理特性、心理特性、乘車（作業(yè)）任務(wù)和行為特點(diǎn)，列車自身的技術(shù)特性，列車使用環(huán)境的特性，以及三者間可能存在的相互作用特性，分別對(duì)各型城市軌道列車外觀、車內(nèi)旅客界面和車內(nèi)駕駛界面進(jìn)行設(shè)計(jì)并評(píng)估設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性. 技術(shù)、人因、文化、美學(xué)是影響城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)的核心要素，其中技術(shù)因素主要涉及列車類型、編組、車限、車體關(guān)鍵尺寸、車門(mén)參數(shù)、車內(nèi)功能設(shè)施、車內(nèi)照明、信息終端、緊急逃生和信號(hào)可見(jiàn)等，直接決定著列車外觀和車內(nèi)環(huán)境的基本功能形態(tài)；人的因素主要涉及旅客人體尺寸及百分位、典型駕乘行為及任務(wù)、駕乘動(dòng)素、駕乘負(fù)荷、乘車習(xí)慣與偏好、司機(jī)視野、應(yīng)急反應(yīng)等人-車適配問(wèn)題，主要影響各型列車設(shè)計(jì)中司機(jī)和旅客的安全、舒適宜人、減負(fù)等駕乘體驗(yàn)；文化因素主要包括文化元素載體的構(gòu)成、典型文化元素的提取、文化元素的視覺(jué)轉(zhuǎn)換、文化氛圍的營(yíng)造與表現(xiàn)等，關(guān)系著列車設(shè)計(jì)方案是否能夠體現(xiàn)目標(biāo)城市/線路的典型文化，影響著列車設(shè)計(jì)方案的文化認(rèn)同度；美學(xué)因素主要有列車的形式美則、涂裝配色、美學(xué)特性表現(xiàn)等，直接影響著列車設(shè)計(jì)方案的美觀度. 結(jié)合目標(biāo)城市/線路環(huán)境、列車、司機(jī)和旅客特點(diǎn)，進(jìn)一步挖掘拓展這些技術(shù)、人因、美學(xué)、文化構(gòu)成因素，從技術(shù)-人因-美學(xué)-文化多要素耦合角度開(kāi)展研究，有助于從系統(tǒng)角度提升城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)綜合質(zhì)量.

在我國(guó)，城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的現(xiàn)有研究主要集中在應(yīng)用較廣的地鐵列車，對(duì)于輕軌、有軌電車及其他新型城市軌道列車，大量的研究都集中在技術(shù)層面，在城市軌道列車造型設(shè)計(jì)、人機(jī)研究、乘坐舒適性研究、列車文化研究及評(píng)價(jià)方面還處于初期的摸索階段. 同時(shí)，我國(guó)對(duì)城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)理論還缺乏研究，未形成集城市軌道列車外觀設(shè)計(jì)、車內(nèi)界面設(shè)計(jì)和人機(jī)適配設(shè)計(jì)于一體的工業(yè)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)技術(shù). 隨著各型城市軌道交通系統(tǒng)在我國(guó)快速發(fā)展和建設(shè)，我國(guó)應(yīng)從戰(zhàn)略高度重視城市軌道列車的工業(yè)設(shè)計(jì). 如何從工業(yè)設(shè)計(jì)角度處理好列車與使用者、線路、相關(guān)環(huán)境及運(yùn)營(yíng)城市文化認(rèn)同等要素之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)出環(huán)境友好宜人、使用舒適便捷又具有典型線路或城市文化的列車成為了我國(guó)城市軌道交通領(lǐng)域目前亟待突破的一個(gè)發(fā)展方向. 今后，我國(guó)在城市軌道列車工業(yè)設(shè)計(jì)方面的進(jìn)一步研究展望如下：

1） 列車線路人文多要素耦合理論與設(shè)計(jì)方法研究. 針對(duì)城市軌道列車外觀設(shè)計(jì)，需要研究旅客搭乘列車過(guò)程中對(duì)列車外形的視覺(jué)關(guān)注點(diǎn)，列車運(yùn)行沿線主要旅客的審美偏好、習(xí)俗、生活方式、心理需求和價(jià)值取向，以及線路、現(xiàn)有列車及相關(guān)典型人文物質(zhì)載體、大地景觀和其他非物質(zhì)人文載體，構(gòu)建列車運(yùn)行沿線典型文化元素庫(kù)，提出文化元素的提取、轉(zhuǎn)化與設(shè)計(jì)重用方法，構(gòu)建列車-線路-人文多要素耦合設(shè)計(jì)方法，并形成基于該方法的列車外觀設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)技術(shù).

2） 列車車內(nèi)空間及界面優(yōu)化設(shè)計(jì)與綜合評(píng)價(jià)技術(shù)研究. 針對(duì)城市軌道列車車內(nèi)環(huán)境界面設(shè)計(jì)，需要研究城市軌道列車空間及界面涉及的技術(shù)、人因、美學(xué)和人文要素，構(gòu)建列車車內(nèi)環(huán)境界面設(shè)計(jì)要素約束模型，提出考慮“技術(shù)-人因-文化-美學(xué)”的列車空間界面設(shè)計(jì)或優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，建立環(huán)境友好的列車車內(nèi)空間與環(huán)境界面設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出主客觀相結(jié)合的城市軌道列車空間及界面綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)，用于列車設(shè)計(jì)方案的篩選或優(yōu)化設(shè)計(jì).

3） 列車車內(nèi)視覺(jué)環(huán)境評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究. 針對(duì)城市軌道列車車內(nèi)視覺(jué)環(huán)境設(shè)計(jì)，需要研究列車車內(nèi)環(huán)境與季節(jié)、地域、不同時(shí)間段人的主觀感受，以及列車的車內(nèi)照明系統(tǒng)構(gòu)成、車內(nèi)照明實(shí)況、視覺(jué)環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)，列車車內(nèi)照明燈具類型、照明方式、車內(nèi)空間布局、線路景觀及天氣對(duì)車內(nèi)照明影響、照明對(duì)旅客的主觀影響，明確影響列車車內(nèi)視覺(jué)環(huán)境的多因素集，構(gòu)建城市軌道列車車內(nèi)視覺(jué)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，形成城市軌道列車車內(nèi)視覺(jué)環(huán)境設(shè)計(jì)指導(dǎo)性文件.