城市軌道交通車輛技術創新與發展

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1引言

自1971年北京地鐵1號線開通以來，經過了四十幾年的發展，城軌交通進入快速發展新時期，運營規模、客運量、在建線路長度、規劃線路長度均創歷史新高。城軌交通發展日漸網絡化、差異化，制式結構多元化，網絡化運營逐步實現。截至2018年底，中國內地共計34個城市開通城市軌道交通并投入運營，開通城軌交通線路165條，運營線路長度達到5033公里。城軌車輛作為城市軌道交通運輸的載體，發揮著重大的作用。

2城市軌道交通現狀與發展趨勢

2.1三網融合的格局初步呈現

從未來的趨勢上看，現在城市經濟突飛猛進，軌道交通的發展非常迅速，高鐵、城際、城市軌道交通三種網絡融合的趨勢越來越明顯，在這個層面上考慮則需要在城市規劃時從國家交通網絡的全局角度出發，城市格局快速變化帶來城軌車輛功能需求的進一步拓展。一方面，前期主要以傳統的通行為主，但是現在需要要發展到通勤加站線的分流，對其他交通方式，如城際向航空、公路運輸等起到集散作用。另一方面，城市面積的不斷擴充，城市軌道交通必然要向市域的方向發展，服務領域將進一步擴大，逐漸形成都市的通行圈，到2020年，全國的城軌運營里程可能會達到7000公里，預計地鐵占現在2/3左右。

2.2產品譜系化日臻完善

目前發展狀況對交通運輸工具的譜系化要求將會更加完善，在傳統地鐵各種車型技術基礎上需要大力的發展市域車輛、輕軌車輛、有軌電車、單軌、空軌等，這些系統相互補充、共同構建出城市交通網絡。在此基礎上，可以根據客流量、運營的里程、運營模式等需求，進行基于時間、成本和速度的配置化設計。從目前需求狀況來分析，大容量的軌道交通如地鐵更適合于市中心和市郊等區域有大客流密度的方向，中等容量的軌道交通如輕軌更適合于在市郊、市區以及中小城市市區，較低容量的軌道交通如有軌電車和單軌電車更適合于在路權的地區。

2.3城軌車輛技術發展迅速

從我國軌道交通的格局來講，目前的車輛技術主要以地鐵為主力，在我國的交通線路總里程中地鐵占82%的比重，絕大多數是以地鐵為主的構建城軌交通的網絡。2000年以后，其他的城軌交通形式諸如輕軌、跨坐式單軌、直線電機等相繼問世，未來將面臨軌道交通多元化發展趨勢。城軌車輛技術可以分成兩代，第一代以直流技術為特征，1967年我國自主研發的第一代的地鐵車輛標志著我國初步掌握了車輛的設計技術，以碳鋼車體、直流方式、非網絡控制以及人工駕駛為主要的特征，這一代車為城市交通作出了巨大貢獻，但受制于當時的專業技術和基礎工業的限制，無論在安全、節能、環保、舒適型和智能化等方面較為落后。第二代以交流技術為特征，從上世紀九十年代開始，我國城軌車輛技術的快速發展，在后續的國產化進程當中，我國逐步掌握了系統集成、車體、空調、貫通道、車門、廣播系統以及內裝技術這些相繼的實現了國產化，此前一直被國外壟斷的牽引技術、制動技術，現在也都取得了很大的突破。

3城軌車輛技術創新研究

從目前城市軌道交通發展需求分析，城軌車輛技術將會發生更新換代的變化，未來軌道交通的車輛研發將會遵循人性化的設計理念，注重節能環保、經濟適用，要更加安全、更加可靠、更加智能，服務品質要更加提高，同時技術上實現列車的譜系化技術。

3.1車輛系統輕量化技術

從輕量化技術發展考慮，首先是車體，現在的車體是碳鋼、不銹鋼或者鋁合金，輕量化逐步在提升，但是輕量化一直是列車設計的一個永恒課題，研究部分或整體采用碳纖維以及復合材料等在車體主結構或部分結構的使用；其次，轉向架實現輕量化，一方面采用永磁同步電機的軸驅，取消變速箱及聯軸節，簡化轉向架動力驅動系統，實現輕量化設計，另一方面采用空心車軸、波壁大斷面承載結構，降低轉向架部件重量，從新材料方面而言，研究鋁合金、高分子聚合材料等新材料在轉向架部分部件的結構設計技術。

3.2車輛智能化技術

在信息化和智能化方面，利用工業以太網的技術，在目前已有的列控網技術上構建多網融合的一體化列車網絡，集成服務系統的功能，實現各個系統的數據共享和實時響應。工業多網融合能夠有效的提升列車的控制和服務水平，采用基于4G網絡傳輸的系統，為乘客提供各種現代通訊服務，同時發展智能化檢修維護服務系統，實施在線的監測、在線的診斷。

3.3車輛安全可靠技術

從安全可靠性方面，首先要發展列車的在線預警技術，采用實時智能列車狀態感知、監測和高精度定位追蹤技術，對列車各關鍵系統實時狀態監測、診斷和預警，提高安全可靠性；另一個方面是關于列車的安全防護，把列車的防撞擊結構從傳統的依靠防爬器提升到車體結構參與性能變形的新理念，把現代的撞擊技術應用到城軌車輛上，以此來發展新的耐沖擊車體結構。

3.4車輛節能環保技術

從節能環保方面，第一，在空調技術方面采用變頻控制的技術，采用熱循環、新風調節技術，通過這些技術來節省能量和能耗；第二，在牽引輔助供電系統方面，發展以永磁同步電機直接驅動，簡化驅動系統，降低傳動噪音和重量，提高能源利用率；第三，能量回饋技術，要解決目前城市軌道車輛制動能量的回收利用問題，研究車載再生能量儲存設備，吸收再生反饋剩余能量，降低能耗，另外發展新型的儲能系統，如超級電容電池等，研究制動能量回饋率和儲能率評價和實驗技術，優化制動分配管理及電制動發揮至零速技術；第四，是開發智能光感照明控制技，在保證客室照度前提下，提高舒適性、降低能耗。

4總結

我國的城市軌道交通正處在跨越式的發展階段，技術創新是實現城市軌道交通快速發展的必由之路。本文從車輛輕量化技術、信息智能化技術以及安全可靠性、節能環保、服務品質提升等多方面指出了城軌車輛技術創新優化設計思路，為城市軌道交通車輛技術發展指明了方向。