城市轨道交通车辆技术创新与发展研究

    吕娜玺

    摘 要：本文绍了我国城市轨道交通及城轨车辆技术发展现状，分别从车辆轻量化、智能化技术以及安全可靠性、节能环保、服务品质提升等多方面指出了城轨车辆技术创新发展的方向。

    关键词：轨道交通;车辆技术;创新发展

    1 引言

    自1971年北京地铁1号线开通以来，经过了四十几年的发展，城轨交通进入快速发展新时期，运营规模、客运量、在建线路长度、规划线路长度均创历史新高。城轨交通发展日渐网络化、差异化，制式结构多元化，网络化运营逐步实现。截至2018年底，中国内地共计34个城市开通城市轨道交通并投入运营，开通城轨交通线路165条，运营线路长度达到5033公里。城轨车辆作为城市轨道交通运输的载体，发挥着重大的作用。

    2 城市轨道交通现状与发展趋势

    2.1 三网融合的格局初步呈现

    从未来的趋势上看，现在城市经济突飞猛进，轨道交通的发展非常迅速，高铁、城际、城市轨道交通三种网络融合的趋势越来越明显，在这个层面上考虑则需要在城市规划时从国家交通网络的全局角度出发，城市格局快速变化带来城轨车辆功能需求的进一步拓展。一方面，前期主要以传统的通行为主，但是现在需要要发展到通勤加站线的分流，对其他交通方式，如城际向航空、公路运输等起到集散作用。另一方面，城市面积的不断扩充，城市轨道交通必然要向市域的方向发展，服务领域将进一步扩大，逐渐形成都市的通行圈，到2020年，全国的城轨运营里程可能会达到7000公里，预计地铁占现在2/3左右。

    2.2 产品谱系化日臻完善

    目前发展状况对交通运输工具的谱系化要求将会更加完善，在传统地铁各种车型技术基础上需要大力的发展市域车辆、轻轨车辆、有轨电车、单轨、空轨等，这些系统相互补充、共同构建出城市交通网络。在此基础上，可以根据客流量、运营的里程、运营模式等需求，进行基于时间、成本和速度的配置化设计。从目前需求状况来分析，大容量的轨道交通如地铁更适合于市中心和市郊等区域有大客流密度的方向，中等容量的轨道交通如轻轨更适合于在市郊、市区以及中小城市市区，较低容量的轨道交通如有轨电车和单轨电车更适合于在路权的地区。

    2.3城轨车辆技术发展迅速

    从我国轨道交通的格局来讲，目前的车辆技术主要以地铁为主力，在我国的交通线路总里程中地铁占82%的比重，绝大多数是以地铁为主的构建城轨交通的网络。2000年以后，其他的城轨交通形式诸如轻轨、跨坐式单轨、直线电机等相继问世，未来将面临轨道交通多元化发展趋势。

    城轨车辆技术可以分成两代，第一代以直流技术为特征，1967年我国自主研发的第一代的地铁车辆标志着我国初步掌握了车辆的设计技术，以碳钢车体、直流方式、非网络控制以及人工驾驶为主要的特征，这一代车为城市交通作出了巨大贡献，但受制于当时的专业技术和基础工业的限制，无论在安全、节能、环保、舒适型和智能化等方面较为落后。第二代以交流技术为特征，从上世纪九十年代开始，我国城轨车辆技术的快速发展，在后续的国产化进程当中，我国逐步掌握了系统集成、车体、空调、贯通道、车门、广播系统以及内装技术这些相继的实现了国产化，此前一直被国外垄断的牵引技术、制动技术，现在也都取得了很大的突破。

    3城轨车辆技术创新研究

    从目前城市轨道交通发展需求分析，城轨车辆技术将会发生更新换代的变化，未来轨道交通的车辆研发将会遵循人性化的设计理念，注重节能环保、经济适用，要更加安全、更加可靠、更加智能，服务品质要更加提高，同时技术上实现列车的谱系化技术。

    3.1 车辆系统轻量化技术

    从轻量化技术发展考虑，首先是车体，现在的車体是碳钢、不锈钢或者铝合金，轻量化逐步在提升，但是轻量化一直是列车设计的一个永恒课题，研究部分或整体采用碳纤维以及复合材料等在车体主结构或部分结构的使用;其次，转向架实现轻量化，一方面采用永磁同步电机的轴驱，取消变速箱及联轴节，简化转向架动力驱动系统，实现轻量化设计，另一方面采用空心车轴、波壁大断面承载结构，降低转向架部件重量，从新材料方面而言，研究铝合金、高分子聚合材料等新材料在转向架部分部件的结构设计技术。

    3.2 车辆智能化技术

    在信息化和智能化方面，利用工业以太网的技术，在目前已有的列控网技术上构建多网融合的一体化列车网络，集成服务系统的功能，实现各个系统的数据共享和实时响应。工业多网融合能够有效的提升列车的控制和服务水平，采用基于4G网络传输的系统，为乘客提供各种现代通讯服务，同时发展智能化检修维护服务系统，实施在线的监测、在线的诊断。

    3.3 车辆安全可靠技术

    从安全可靠性方面，首先要发展列车的在线预警技术，采用实时智能列车状态感知、监测和高精度定位追踪技术，对列车各关键系统实时状态监测、诊断和预警，提高安全可靠性;另一个方面是关于列车的安全防护，把列车的防撞击结构从传统的依靠防爬器提升到车体结构参与性能变形的新理念，把现代的撞击技术应用到城轨车辆上，以此来发展新的耐冲击车体结构。

    3.4 车辆节能环保技术

    从节能环保方面，第一，在空调技术方面采用变频控制的技术，采用热循环、新风调节技术，通过这些技术来节省能量和能耗;第二，在牵引辅助供电系统方面，发展以永磁同步电机直接驱动，简化驱动系统，降低传动噪音和重量，提高能源利用率;第三，能量回馈技术，要解决目前城市轨道车辆制动能量的回收利用问题，研究车载再生能量储存设备，吸收再生反馈剩余能量，降低能耗，另外发展新型的储能系统，如超级电容电池等，研究制动能量回馈率和储能率评价和实验技术，优化制动分配管理及电制动发挥至零速技术;第四，是开发智能光感照明控制技，在保证客室照度前提下，提高舒适性、降低能耗。

    4 总结

    我国的城市轨道交通正处在跨越式的发展阶段，技术创新是实现城市轨道交通快速发展的必由之路。本文从车辆轻量化技术、信息智能化技术以及安全可靠性、节能环保、服务品质提升等多方面指出了城轨车辆技术创新优化设计思路，为城市轨道交通车辆技术发展指明了方向。

    参考文献：

    [1]卢光霖.技术创新与广州城市轨道交通的发展[J].城市轨道交通研究，2016（08）.

    [2]李学峰.我国城市轨道交通车辆技术现状和发展趋势[J].铁道机车车辆，2017（03）.

    [3]司志强.我国轨道交通产业发展方向与建议[J].新材料产业，2017（02）.