天津滨海新区Z4线新型有轨电车选型分析

张新芳，杨明涛

（1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222；2.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266111）

天津滨海新区Z4线新型有轨电车选型分析

张新芳1，杨明涛2

（1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222；2.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266111）

针对天津市城市轨道交通规划及滨海新区Z4线的实际情况，对有轨电车的走行部、车辆低地板及车辆供电系统的形式进行了分析。通过综合比较，选出适合Z4线的车型，并结合Z4线的客流预测结果进行了行车组织讨论；对车辆各部件的国产化进行分析，提出了具有可操作性的现代有轨电车车辆选型方案。

城市轨道交通；新型有轨电车；选型

随着经济发展，许多城市的道路交通已不堪重负，城市轨道交通以其节能、环保、安全、运量大等优势，已成为解决交通问题的重要途径。截至2015年，全国已有39个城市建设或规划建设轨道交通，每天投资超过7.8亿元。在城市轨道交通类型中，现代化、大容量、低地板、节能环保的现代有轨电车成为许多城市的首选[1]。目前，全球约500个现代有轨电车系统正在运营或建设中，我国现代有轨电车的建设也紧跟时代步伐。其中，正在运营或建设中的城市包括北京、天津、沈阳、南京等[2]。为适应城市空间布局结构的转变，支撑滨海新区的功能定位，带动区县经济快速发展并促进土地开发利用，天津市规划远景线网规模1 380 km，由4条市域线和24条城区线组成，其中4条市域线构成“两横两纵”的布局。“两横”为Z1和Z2线，与城市发展主轴一致，位于海河南北两岸。“两纵”为Z3和Z4线，与城市发展带协调互动，Z3线沿城市南北中轴方向布设，拓展城市未来发展空间；Z4线有效促进南北两翼与滨海核心区之间的协调，沿线主要经过宁河新城、汉沽辅城、开发区、于家堡、南北新城、大港新城及南港区等重要地区。本文结合天津市城市轨道交通规划及滨海新区Z4线的实际情况，对有轨电车的走行部、车辆低地板和车辆供电系统的形式进行分析。通过综合比较，选出适合Z4线的车型，并结合Z4线的客流预测结果进行行车组织的讨论；对车辆各部件的国产化进行分析，提出具有可操作性的现代有轨电车车辆选型方案。

1 车辆选型

按照天津市轨道交通建设计划，Z4线一期工程线路南起津晋高速公路北侧的新城一站，向北敷设，沿中央大道东侧，穿越大沽排污河和南疆铁路，经新村路，下穿海河，经堡东路和天碱厂，下穿津滨轻轨，上跨京津高速和永定新河，经中央大道和海韵路，穿越环渤海城际和津汉快速路，至终点汉蔡路站。一期工程正线全长44.115 km，其中高架线29.874 km，地下线14.241 km。

1.1 走行部选型

现代有轨电车按走行部形式可分为钢轮钢轨有轨电车和胶轮导轨有轨电车[3]。钢轮钢轨有轨电车的走行部即转向架，主要由车轮、构架、轴箱、悬挂、牵引部件等组成。车体重量通过转向架上的轮对传递到轨道上，转向架起到承重、驱动和导向的作用。胶轮导轨有轨电车的走行部主要由橡胶轮、构架、悬挂、导向轮等组成。橡胶轮走行于普通路面上，起承重和驱动作用；导向轮与道路上敷设的导向轨配合，起导向作用。钢轮钢轨车辆与胶轮导轨车辆的技术参数对比[4]如表1所示，两款车辆的路面对比如图1所示。

表1 钢轮钢轨与胶轮导轨车辆技术参数对比

图1 钢轮与胶轮路面对比

从表1可知，钢轮钢轨和胶轮导轨的技术特征均适应通常的线路条件，胶轮导轨在爬坡、转弯能力上相对较好，钢轮钢轨在单位车长的载客量上优于胶轮导轨。但从车辆来源、价格、后期维护、节能环保和安全舒适等方面考虑，钢轮钢轨车辆更具优势，且Z4线路相对比较直顺，最小曲线半径大于20 m，区间坡度小于9%。此外，胶轮导轨电车的价格约为钢轮钢轨电车的1.5倍。因此，推荐采用钢轮钢轨现代有轨电车。

1.2 低地板形式选型

70%低地板现代有轨电车在长春、大连等城市已有成熟的生产和运营经验，且车辆价格相对较低。100%低地板现代有轨电车人性化设计较好[5]，方便乘客，有利于提升公共交通的品质和城市形象[6]，国内新建线路如苏州高新区有轨电车1号线和2号线、珠海有轨电车1号线首期、淮安现代有轨电车一期等均采用100%低地板现代有轨电车。两款车辆的对比如图2所示。综合考虑，本文推荐该线路选用100%低地板钢轮钢轨现代有轨电车。

图2 70%低地板与100%低地板车辆对比

1.3 车辆供电系统的分类与选型

钢轮钢轨现代有轨电车系统通常采用的供电电压为直流750 V，其供电方式可分为接触网供电和无触网供电。其中，无触网供电包含Tramwave供电、APS供电、电磁感应供电、超级电容供电和电池包供电[7]。为适应城市建设的需求，在对传统接触网供电方案不断优化和精简的同时，设备的供应商（车辆供应商）推出了多种车辆供电技术。车辆供电技术方案对比如表2所示。

表2 车辆供电技术方案对比

Z4线沿线对景观要求较高，因此考虑全线采用无触网技术，供电方案综合比选如表3所示。

方案2、方案3和方案4的投资较高，且均为专利技术垄断，不利于降低车辆采购和供电设备后续维护的成本，不建议采用。方案5储能式车载供电系统是非专利技术，国内已有项目正在实施。该方案沿线景观效果较好，超级电容额定供电电压为DC750 V，能量密度较小，单次充电最大运行距离约2 km，可对其快速充电，一般15～30 s内即可充满。因此，可结合在车站设置充电设备，利用停站时间对超级电容充电，保证车辆长距离的连续运行。此外，超级电容相对于蓄电池而言，国产化率高，预期使用寿命长，维护成本相对较低。因此，建议该线路拟采用超级电容供电技术。

表3 供电方案综合比选

2 列车编组及载客量

钢轮钢轨现代有轨电车能够实现模块化设计[8]，可根据客流需求增加模块数，也可采用两列车联挂等方式增加系统运能[9-10]。一般情况下，现代有轨电车线路高峰小时发车间隔可达2.5 min，此时其运能如表4所示。Z4线客流预测总体指标如表5所示。

表4 钢轮钢轨现代有轨电车运能情况

表5 Z4线客流预测总体指标

从表4和表5可以看出，通过调整车辆模块数或组织车辆联挂运营，如初期高峰期采用5模块运行，近期和远期采用9模块运行，钢轮钢轨车辆可以满足天津滨海新区Z4线客流的需求。

3 车辆国产化方案

Z4线路选用100%低地板钢轮钢轨有轨电车，根据车辆技术特点，参考沈阳、苏州、淮安等地车辆国产化情况，提出该线路车辆国产化目标初期为不低于55%，后期车辆分批逐步提高国产化率，具体目标如下。

（1）可完全国产化的部分。车体、车体内装、乘客信息系统、照明系统和通风空调系统等部分，国内厂商的技术水平均能满足要求，可完全实现国产化。

（2）牵引传动系统。国内车辆制造行业已开发制造了用于电力、内燃、地铁等机车车辆的旋转电机，也一直跟踪国际地铁车辆电传动技术的新发展，具有一定的技术储备；有轨电车牵引传动在本质上与地铁车辆区别较小，可借鉴地铁车辆牵引传动的技术经验，逐步提高国产化程度。

（3）制动系统。有轨电车对制动部分的要求较高，国内仅有少量车辆制动系统实现国产化。因此，初期可采用进口模式，并加强与供应商的合作，吸取国外先进技术经验，逐步实现国产化。

4 结束语

本文结合天津市城市轨道交通规划及滨海新区Z4线的实际情况，对有轨电车的走行部、车辆低地板和车辆供电系统形式进行了分析，选出适合Z4线实际情况的车辆型式；结合Z4线的客流预测结果进行了行车组织的讨论；对车辆各部件的国产化进行分析，提出了具有可操作性的现代有轨电车车辆选型方案，对Z4线的车辆选型具有一定的参考意义。由于现代有轨电车主要技术参数最终的选择受诸多因素的影响，因此在决策时还需考虑投资及国产化能力等方面。

［1］ 余平.现代有轨电车发展浅谈［J］.黑龙江科技信息，2010（28）：268-269.

［2］ 黎东平.现代有轨电车在我国内地的应用实践与启示——以苏州为例［J］.交通与运输通：学术版，2013（2）：105-107.

［3］ 吴梦芹.新型轨道交通方式之现代有轨电车系统发展对策研究［D］.天津：天津大学，2013.

［4］ 薛美根，杨立峰，程杰.现代有轨电车主要特征与国内外发展研究［J］.城市交通，2008（6）：88-91.

［5］ 李元坤，苗彦英.国外现代有轨电车建设发展的启示［J］.城市轨道交通研究，2013（6）：29-32.

［6］ 沈继强.现代有轨电车车辆选型和供电方式［J］.中国市政工程，2012（5）：68-71.

［7］ 吴其刚.现代有轨电车系统发展的重难点及对策研究［J］.铁道工程学报，2013（12）：89-92.

［8］ 沈训梁，陆云，李俊，等.100%低地板有轨电车及其转向架发展现状［J］.都市快轨交通，2013，26（5）：21-24.

［9］ 黄振晖，张华，李虎，等.现代有轨电车应用模式及发展影响因素［J］.都市快轨交通，2014，27（4）：38-41.

［10］高继宇.现代有轨电车行车组织设计相关问题分析［J］.科技信息，2011（32）：653-654.

Modern tram composition scheme of line Z4 in Binhai New Area of Tianjin

ZHANG Xin-fang1，YANG Ming-tao2
（1.School of Automotion and Transportation，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China；2.CRRC SIFANG Co.，Ltd，Qingdao 266111，China）

In view of the actual situation of the planning for Tianjin urban rail transit and the Z4 line of the Binhai New Area，the form of the tram line，the vehicle low floor and the vehicle power supply system are analyzed in this paper.In comparison，the suitable Z4 line models are selected，and the passenger flow forecast of Z4 line is discussed according to the results of the traffic organization.The various components of the vehicle localization are analyzed and the feasible modern tram vehicle selection scheme is proposed.

urban rail transit；modern tram；model selection

U482.1

A

2095－0926（2016）04－0012－04

2016-09-08

国家级大学生创新创业训练项目（201510066036）.

张新芳（1986—），女，讲师，研究方向为城市轨道交通规划及车辆制动系统.