简析市域列车选型及应用场景.pdf
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1、技术装备DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.02.005简析市域列车选型及应用场景张弛,施晓芳,张揽月(中车南京浦镇车辆有限公司,江苏南京2 10 0 31)摘要:市域列车是专为城市和卫星城之间交通连接而设计的轨道交通工具,兼具城际动车组和地铁的诸多优势。文章深入分析市域列车在国内外的发展现状,并对其未来发展规划进行展望。这种列车在缓解城市交通压力、促进区域经济发展方面扮演着重要角色。市域列车通常包括市域A、B、C、D4种车型,供电制式分为AC25kV和DC1500V,列车运行速度为12 0 2 0 0 km/h。文章对比市域列车不同车型的主要参数,从速度等级及站间距
2、、供电制式、客流量、智能化、绿色低碳、数字化、安全性、舒适性、互联互通9 个方面详细阐述市域列车的选型依据,从而得出在不同应用场景下的选型建议,可为市域列车未来的规划与建设提供有价值的参考。关键词:市域列车;轨道交通;城际动车组;发展趋势;应用前景中图分类号:U1251引言随着城市化进程的加速和区域经济的快速发展,城市交通压力日益加大。为了更好地满足市民的出行需求,提高城市的交通效率和品质,以及满足城市间互通的需求,市域列车作为一种新型的交通工具应运而生。市域列车具有快速、高效、便捷的特点,能够连接城市中心和周边地区,促进城市空间的拓展和区域经济的发展。本文对市域列车的概念、特点、发展现状及未
3、来趋势进行探讨,通过分析,阐述市域列车在不同应用场景下的选型建议,可为其未来规划提供参考。第一作者:张弛,男,高级工程师引用格式:张弛,施晓芳,张揽月.简析市域列车选型及应用场景).现代城市轨道交通,2 0 2 4(0 2):2 7-34.ZHANG Chi,SHI Xiaofang,ZHANG Lanyue.A brief analysis of urban region train type selection and applicable scenariosJ.Modern UrbanTransit,2024(02):27-34.现代城市轨道交通2 12 0 2 4MODERNURBAN
4、TRANST272市域列车国内外现状分析市域列车是一种连接城市中心和周边地区的快速、高效、便捷的交通工具,主要服务于通勤和区域性快速客运,它具有以下特点。(1)速度快。市域列车通常采用高速列车技术,速度范围为12 0 2 0 0 km/h,运行速度高于普通地铁列车,能够大幅缩短乘客的出行时间。(2)班次多。与城际动车组相比,市域列车的发车频率更高,能够满足周边城市乘客的日常出行需求,带动核心城市及周边地区的迅速发展。(3)覆盖面广。市域列车通常连接城市中心和周边地区,能够覆盖更广泛的区域,方便乘客出行,服务更多的群体。目前,全球多个城市已经开通了市域列车,如上海、北京、广州、巴黎、纽约、伦敦、
5、莫斯科等。这些城市的市域列车服务在缓解城市交通压力、促进区域经济发展方面发挥了重要作用。市域列车的发展前景广阔。未来,市域列车将更加注重提高运行速度、扩大覆盖范围、增强列车智能化水平,并积极倡导绿色低碳节能理念,引人新能源技术,如在市域列车上采用氢能源。同时,随着技术的不断进步,市域列车的绿色化程度、智能化水平、低碳节能技术也将得到进一步提升。2.1市域列车国内现状截至2 0 2 3年9 月30 日,国内已开通城市轨道交通运营线路总长10 8 41.59km,其中市域线路长达2416.332km,占国内城市轨道交通运营线路总公里数技术装备简析市域列车选型及应用场景的2 2.2 9%。2 0 2
6、 3年国内已开通运营市域列车线路情况4市域(郊)列车主要参数类比如表1所示。2.2市域列车国外现状通过对巴黎、莫斯科、东京、伦敦、纽约5个国外典型城市市域线路的最新统计分析,这些城市的主要城市轨道交通线路均以市域线路为主,市域线路占整个城市轨道交通的8 0%以上,世界典型大都市圈的城市轨道交通占比如表2 所示。3国内市域(郊)铁路发展规划根据国家对市域(郊)铁路发展的规划,京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等经济发达地区具备条件的大城市要打造多层次、多模式、公交化的核心区域1h通勤圈。“十四五”规划和2 0 35年远景目标纲要中提出城市群和都市圈轨道交通新增城际铁路和市域(郊)铁路运营里程要达
7、到30 0 0 km,“十四五”期间预计新增车辆配置数量为90 0 0辆,每年平均18 0 0 辆。打造12 0 200km/h多种速度等级、多种载客能力、智能化、数字化、绿色低碳、安全舒适、互联互通的市域列车,如图1所示。截至2 0 2 3年年底,正在建设的市域线路总长为2 7 95.0 3km,新增开工的市域线路总长为56 2.32 km,未来市域线路的发展将继续保持上升趋势,如表3所示。京津冀经济区4.1市域A、B型车与地铁A、B型车参数对比市域A、B型车车辆设计基于地铁A、B型车设计理念,市域A型车断面及主要参数同地铁A型车,市域B型车断面及主要参数同地铁B型车。市域A、B型车可采用A
8、C25kV或DC1500V两种不同的供电制式(目前国内暂无AC25kV市域B型列车),地铁A、B型车车辆供电一般采用DC1500V供电。市域A、B型车表12 0 2 3年国内市域列车开通运营情况城市/地区线路京津冀8条长三角26条成渝3条粤港澳6条贵阳贵阳市域快铁西南环线西安西安西户铁路长株潭长株潭城际轨道交通西环线一期郑州郑州机场至许昌市域铁路工程(郑州段)表2世界大都市圈城市轨道交通分布统计都市圈面积人口地铁里程百分比市域(郊)铁路百分比都市圈/km2巴黎12.012莫斯科50000东京13400伦敦45000纽约138000长三角经济区线路长度/km882.31 118.96234.22
9、254.268326.317.2967.13/万人/km1113214.170038337003043650414.6500394粤港澳大湾区开通情况已开通运营2023年底开通/%里程/km11.11 71419.2200011.4236811.9307111.03 197成渝经济圈/%88.980.888.688.189.0速度16 0 2 0 0 km/h市域D型车;全自动运行、公交化运营;灵活编组,4/8 混跑;多信号厂家互联互通速度16 0 km/h市域C型车:公交化运营;灵活编组,4/8 混跑;信号兼容,与国铁互联互通图1国内市域(郊)铁路发展规划速度16 0 km/h市域C/D型车
10、;公交化运营,进入城市中心;灵活编组,4/8 混跑;信号兼容,兼顾既有车型成都:速度140 16 0 km/h市域A型车:四川:速度16 0 2 0 0 km/h市域D型车;公交化运营,大载客量;与既有地铁互联互通28MODERNURBANTRANSIT2/2024现代城市轨道交通简析市域列车选型及应用场景技术装备线路中心线A型地铁车辆设备限界(CJ96-2003)表3国内市域列车发展规划(截至2 0 2 3年)城市/地区线路/条京津冀8长三角29成渝6粤港澳14长沙长沙至宁乡市域(郊)铁路长三角6成渝2粤港澳2与地铁A、B型车参数对比如表4所示,市域A型车与A型地铁限界对比如图2 所示。4.
11、2市域C/D型车与CRH6型车参数对比市域C、D 型车车辆设计借鉴了城际动车组的设计理念,它们的车辆断面与城际动车组相同。市域车列车长度及其他主要尺寸与城际动车组相同,市域D型车车辆长度同市域A型车。市域C、D 型车与CRH6型车参数对比如表5所示,市域C型车与D型地铁限界对比如图3所示。项点供电制式车辆长度/mm车辆宽度/mm车顶高度/mm定距/mm地板面高度/mm轴重/车门数量车门宽度/mm定员载客(单车)/人超员载客客(单车)/人隧道内径/m限界执行标准Y1线路长度/km建设情况346.81 412.45250.24747.7437.8268.15139.57154.6表4市域A、B型车
12、与地铁A、B型车参数对比市域A型车A型地铁车AC25kV,DC1500VDC1500V22.000/2480022.000/236003000(30 8 8)3000(30 8 8)385037951570015700113011301716345130013004848336(横纵结合座椅)410(纵排座椅)7.16.1(宁扬城际铁路,(杭州地铁19号线,隧道内140 km/h)隧道内12 0 km/h)TB10624-2020CJJ 96-2003正在建设新增开工A型地铁车辆限界(CJ96-2003)市域A型车辆限界(TB10624-2020)市域A型车设备限界(TB106242020)图
13、2 市域A型车与A型地铁限界对比市域B型车B型地铁车DC1500VDC1500V19000/19000+19000/196002800(2 8 8 0)2800(2 8 8 0)3.76037601260012600110011001514344130013004038340(全纵排座椅)340(全纵排座椅)5.75.7(宁马城际铁路,(宁马城际铁路,隧道内12 0 km/h)隧道内12 0 km/h)TB10624-2020X0CJ96-2003现代城市轨道交通2/2024MODERNURBANTRANSIT29技术装备简析市域列车选型及应用场景表5市域C、市域D及CRH6型车参数对比项点市
14、域C型车供电制式AC25kV无司机室车辆25 000车体基本长度/mm单司机室车辆车体基本宽度/mm车辆落弓高度/mm地板面高/mm车辆定距/mm每侧车门数/对车门宽度/mm轴重/t定员载客量(单车)人超员载客量(单车)人Y线路中心线车辆中心线市域C型车车辆限界(TB10624-2020)市域C型车设备限界(TB10624-2020)市域D型车车辆限界(TB106242020)市域D型车设备限界(TB10624-2020)0图3市域C型车与市域D型车限界对比5市域(郊)列车选型依据市域D型车CRH6AC25kVAC25kV22.000245002525024.800330033004640(4
15、 6 40)46 40(46 40)1280175003110017553205.1速度等级及站间距根据TB10624-2020市域(郊)铁路设计规范规定,车辆选型应25450根据线路设计速度、客流量、运输3300组织、供电制式等因素综合比较选4620定A、B、C、D 4种车型。1280126015700175004231300110017174870346186列车能耗越高,基于宁扬城际铁路的牵引仿真计算结果如表6 所示。5.2供电制式根据对宁扬城际铁路的牵引能耗仿真计算结果可知,对于长度大于50 km的线路,AC25kV牵引能耗更低,且AC25kV再生制动反馈率远高于DC1500V再生制动
16、反馈率,如表7 所示。5.3客流量车辆的编组是以客流为依据,从运营经济性、运行可靠性、列车配置的合理性、乘客乘坐的舒适性等角度综合考虑的。根据客流适应性、服务水平与运营管理等方面比较结果,综合考虑故障救援能力,进行列车编组选型。市域线路客流需求明显小于地铁,且不同类型的线路客流需求差异较大。国外成熟市域线路网络化运营特征明显,市域列车应以2、3、4节短编组为主,局部大客流需求通过增加发车密度或连挂运营实现。因乘坐时间长,市域列车应以横排坐席为主,站立密度应为4 6人/m。X根据TB10624-2020标准要求,市域(郊)铁路各设计年度的列车运行间隔应符合:高峰时段不宜大于10min,平峰时段不
17、宜大于15min;远期高峰时段不宜大于4min,平峰时段不宜大于10 min。车辆的速度取决于线路条件、站停距离、旅行速度、能耗、最大站间距等因素,其中站停距离为主导因素,综合考虑能耗、旅行速度等,根据对实际线路的牵引仿真计算结果可知:车辆达速比大于1/2 以上较合适(达速比为车辆以最高速度运行距离与站间距离的比值),且当达速比同为1/2 时,速度等级越高,30MODERNURBANTRANSIT2/2024现代城市轨道交通简析市域列车选型及应用场景技术装备表6 车辆能耗与速度关系整车每公里能耗/kWh速度等级/kmh*!AC25kV市域A-3M1T16014.8214014.6612014.
18、41表7 车辆能耗与供电制式关系整车每公里能耗/kWh速度等级/kmh-lAC25kV市域A-3M1T12010561401269根据TB10624-2020标准要求,客室内有效空余地板面积和站立人数宜按定员(AW2)4人/m、超员(A W3)6 8 人/m计算,典型线路客流统计如表8 所示,典型编组市域列车载客量统计如表9所示。5.4智能列车从智能行车、智能监测、智能服务、智能运维等维度打造智能化市域列车,提高列车的安全性和可靠性。(1)智能行车。通过车辆与牵引、制动、信号、网络等系统的协同工作,运用列车的智能运行技术平台、多屏融合及多网融合等技术手段,在保证运行安全的同时,提升列车运行效率
19、。(2)智能监测。设置走行部监测、弓网监测、列车平稳性检测等系统,依托复合传感器、雷达、图形处理等技术,对大数据进行自主分析学习,具备自适应、自校正功能,保证车辆及系统的安全可靠。(3)智能服务。以乘客为中心,注重智能交互和人性化关怀,结合并应用当前汽车及行业内智能化前沿新技术,在智慧乘客信息系统(PIS)、智能空调及智能照明等方面进行环境友好研究。(4)智能运维。开展各系统核心部件故障预测与健康管理技术研究,提升列车运行效率,缩短检修时间,减少用户的备品备件储备种类。依托全生命周期数据驾驶舱建设智能运维平台,开展全生命周期的数字化运维。AC25kV市域A-2M2T5.5绿色低碳12.93在绿
20、色低碳方面,车辆主要从12.73轻量化、低碳节能、绿色环保等方12.48面进行设计。(1)轻量化。采用轻量化车体及转向架设计;采用永磁电机、高频辅助逆变器、碳化硅(SiC)材料AC25kV市域A-2M2T等轻量化牵引系统;司机室面罩、1121裙板、内装等部件采用轻量化材1355料,如碳纤维司机室面罩、聚碳酸酯(PC)侧墙板等;采用铝合金制动盘和齿轮箱设计等,降低整车重量。(2)低碳节能。计算市域列车的碳足迹,将排放量影响融入有关供货、材料、产品设计、制造等过程的决策。在供应链中推动更先进的减排技术,即采用氢能源与超级电容混合供电的氢能源市域列车。(3)绿色环保。采用可回收、可降解的环保材料,全
21、生命周期可回收率不低于95%;进行全供应链的绿色环保管控;设计、选型过程中采用Q/CRRCJ26-2008轨道交通装备产品禁用和限用物质和TB/T3139-2021机表8 典型线路客流统计表线路里程最高运行速度日均客流量线路名称/km南京地铁S9号线(2 M1T)52温州市轨道交通S1线(2 M2T)53东莞市轨道交通R2线(4M2T)38宁扬城际铁路(计划采用3M1T)58苏州市轨道交通10 号线(苏虞张段)(计划采用3M1T)89表9不同编组列车载客量统计表载客量(定员)每小时单向客流量(发车间隔5min)编组数/人2编组4003编组6004编组8006编组1200/kmh12014012
22、0160160/人次480072009.60014400/万人2101110(预测)32(预测)现代城市轨道交通2/2024MODERNURBANTRANSIT31技术装备简析市域列车选型及应用场景车车辆非金属材料及室内空气有害物质限量标准对材料进行双重管理;采用水性漆取代油性漆等环保设计方案,从而达到绿色环保低碳的目标,降低碳排放量。5.6数字化管理采用数字李生技术打造数字化列车,以车辆构型为数据基础,打造基于模型定义的数字化工厂(ModelBasedDefinition,M BD),建立电子数据仓库,实现全部数据统一管理,通过数字化手段,使全生命周期成本降低10%15%。5.7安全性列车采
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