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科普 | 为何市区地铁时速不设计成100公里以上 意耐枕木
编辑:苏州意耐实业有限公司   上传日期:2020-12-16   浏览:259 次

目前国内的地铁(或城轨)系统是有时速100以上的线路的,但大部分线路仍是设计时速80的类型,这一般是由于线路站距,列车性能,及整体造价的问题。

国内的地铁或城轨系统目前设计时速多为整数的80,100,120,140,乃至160。时速100的线路设计大致是近年来兴起的一种方案,目前有在中大城市推广开的趋势。而时速120的线路设计,是一种在市郊或近郊轨道交通系统中比较常用的方案,下面以设计时速120的方案作为重点。

先说结论。若线路设计的站距小,列车大部分时候加速不到100时就要减速进站,对整体而言是一种过度,是一种浪费,而非超前的设计;速度快,那么对列车的性能,以及线路的曲线半径要求就高,需要的钱也就越多,同时通达度降低,无法兼顾部分地区居民的出行需求。

总而言之,地铁(城轨)系统设计时速的快慢与否,就是由线路定位,资金以及环境条件所决定的。三者问题加起来,导致时速100及以上的地铁(城轨)系统比较少见。

站距问题:列车时速达到100甚至以上,需要线路大站距设计的支持。

在站立的乘客能够站得稳的范围内,列车的起动加速度及常用减速度都不能太高,两者高了则会使乘客站不稳,导致乘坐体验恶化。

即使紧急制动可以使列车很快的停下,但我相信很多人都体会过公车急刹的感觉,所以紧急制动并不会经常使用。早年间日本尝试过起动加速度4km/h/s以上的高性能通勤列车,但均因乘客站不稳的问题而放弃,或鲜有铁路公司有实际运用。某种程度上来说,列车加减速性能是有限制的,是一定的,不大可能通过增强加减速性能的方式做到速度又快站距又足够小的理想设计。

而选择大站距,显然的会使列车设站减少,使得线路总体通达度降低。而在人口密集的市区内,这是万万不可取的。

不过,如果某地铁(城轨)系统在车站内设置有供快车不停站直接通过的通过线。那么在此条件下,该线路要实现列车运行最高时速100及以上的设计,是有可能的。即使该线路可能会通过市区,但由于快车仅选择部分车站停车,相对站距加大,实现高时速是完全可行的。在城市轨道交通发达的日本,快慢车换乘是一种非常可行,能显著提高人们通勤效率的方法。然而对于大部分都在地面以下设置线路和站点的地下铁系统而言,在站点额外设置通过线,意味着又要多挖地,成本又变高不少,一般来说很少会有城市能承受得起规格如此豪华的地下铁线路。且该方法仍受到设计线位等其他线路因素的限制。高架或地面区段偏多的地铁(城轨系统)则可以考虑这种快慢车+高速线路设计的方法。

所以一般只有定位为近郊或者市郊(包括机场线)的城轨系统会选用时速100以上的列车。

造价:列车跑的越快,对列车及变电站的性能要求越高;线位要求高,选线不灵活,也就导致线路的建设成本越高。

一般而言,列车的电力牵引特性是影响列车总体性能的重点之一。在低速运行时,列车牵引力大,加速度就高;当运行速度越来越高时,牵引力就会慢慢变小,加速度随之变小,直至到达某个速度后,剩余加速度为0,列车速度不再增加。

若想保持较高起动加速度(不大幅度改变齿轮传动比),又要列车牵引力足够满足120km/h运营的条件,只能增大列车的总体牵引功率。

对于容量更大,载重也更多的A型车而言,若想做到最高时速100及以上的运营能力,对比起B型车,设计的功率又要进一步提升。

列车输出的功率越大,电力牵引系统(包括电机和逆变器等部分)规模也就越大,列车造价也就越高。一般设计时速80km/h的地铁,由于功率限制原因,基本不能满足时速120运营的要求。考虑到城轨或地铁线路需要频繁上坡,列车的输出功率也要作冗余设计。

典型的6编组B型列车,设计时速80的采购价为3600万人民币/列,设计时速120的采购价则为4300万人民币/列,后者在粗略相较之下仍高了20%。地铁(轨交)公司由于需要实现较短的发车间隔,一般初期就会采购20列以上,那么多出的20%就是一笔不小的钱。

线路设计方面,在单节列车长度一定的情况下(车轴的轴距相同),设计时速越高,要求的线路曲线半径越大,线位要求越高,土建成本也高,总体上的线路造价也就越高了。

以单节19m长的B型车为例,一般设计时速为80km/h的地下铁线路,其线路设计的曲线半径在R=300m~500m之间;满足设计时速120km/h的地下铁线路路段(部分120的城轨并不能全线都满足条件),设计曲线半径在R=800m以上。

从数值上就可看出:设计120时速的线路,在曲线设计上没有时速80的线路灵活。这意味着:满足运营时速120及以上的区段内无法在地理位置复杂的一些地方设站;由于线位要求高的原因,可能会难以避开某些地质恶劣的地区,或连接某个特殊的站点。在环境或选线条件有所限制的情况下,在土建上就要下功夫,其中最常见的就是在部分路段降低设计规格,对要求作出相应的妥协。

例如广州三号线的列车,虽然设计时速为120km/h,但三号线全线并非每一路段都能满足此运营速度要求,而网络盛传中只有几个区段能满足;五号线杨萁—动物园区间有一个很著名的急弯道,这样则是为连接某两个站点,而致使该区间设计线位较差的一个典例。

不过,广州地铁三号线虽然并非全段都能实现最高运营时速,但其还是做到了主线平均速度50km/h+(普通时速80的地铁一般均速都在40以下),成绩还是不错的。

在城区内,由于列车运行时产生的噪音、震动等因素,运行速度越快这方面的影响越大,会引发不少相关问题,所以也会导致列车在此区间跑不快。若线路中大部分存在“妥协”的情况,那么还不如降低整体设计要求,避免过度设计。

考虑到高时速下的安全性及舒适性,线路的部分系统的设计也要有所强化。例如:时速越高活塞效应越严重,通风系统需要更好的设计;时速越高,对于地基和轨道可能会有较大影响,可能需要额外的加固,或使用更好的材料;当运行时速100及以上时,因气压问题会让乘客感到不适,需要考虑列车气密(密封)性;高架线路区段若经过住宅区,需要设计隔音墙,甚至降低时速来降低对周边居民的影响………线路设计时速的提升,往往需要考虑更多的问题,若要一一解决,都会使土建成本不可避免的增高。

想要做到平均/最高时速高,又能做到站距小通达度高,又不多花钱。这种事基本是不存在的,有些城市是能做但没钱,有些城市却是有钱,但城市规模与环境又有所限制。

所以,与其追求最高速度,不如想着如何合理设计,来最大程度的发挥该线路的作用。从线路定位出发,市郊,近郊,及机场线系统最适合发展时速100及以上的轨道交通系统。市区通勤区段占比较高,站距又偏小的线路,老老实实跑最高80就好啦。

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