地铁10号线车辆增购工程可行性研究Word格式文档下载.docx
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2.110号线概况
北京地铁10号线是北京地铁线网的第二环线，环线长度57.438km。
与地铁近期线网14条线路形成20处换乘站，串联起中关村、奥运公园、中央商务区、宋家庄公交枢纽、六里桥公交枢纽和五路公交枢纽等重要客运集散点，10号线是网络重要的联络线，具有直达、转乘、和缓解向心交通的功能。
一期西起海淀区巴沟，沿元代土城径直向东，在芍药居和亮马桥之间转了90度的大弯，然后向南经东三环路直到劲松站。
由西北至东南呈倒“L”形。
再向西南方向延伸，经过松榆南路、分钟寺、铁匠营路、成寿寺路，最终与5号线交会于宋家庄站并进行换乘。
二期工程是一期工程的延伸线，起于一期工程终点劲松站，终止于一期工程起点巴沟站西侧折返线，二期开通运营时将按环形运营。
10号线采用国家标准B型车，列车编组为6辆编组，二期开通后全线成环运营，基于预测客流规模，设计运营开通初期最小运行间隔为3分，一、二期工程共配属车辆84列/504辆。
其中一期工程配属车辆43列/258辆，已于2008年7月开通运营。
二期工程配属车辆41列/246辆，拟于2012年底正式运营。
2.2预测客流规模
根据地铁10号线全环客流预测成果，10号线二期开通后初期、近期和远期的客流量及断面流量如下表所示。
设计阶段客流预测规模表2-1
时期
指标
2015年
2022年
2037年
方案
年运量（亿人次）
3.06
5.32
7.06
年日均（万人次）
83.82
145.63
193.31
高峰小时断面流量（万人次/小时）
2.56
3.49
4.13
换乘客流量（万人次）
24.42
54.53
80.19
（1）客流预测结果显示，地铁10号线是市区内一条重要的交通干线。
初期全日客运量为83.82万人次，高峰小时最大断面客流量2.56万人次；
近期全日客运量为145.63万人次，最大断面客流量为3.49万人次；
远期全日客运量为193.31万人次，断面客流量为4.13万人次。
其在未来城市交通中发挥着重要作用，有较大的客流支持，未来本线运营效率较高。
（2）地铁10号线的网络效应比较明显。
几乎联络线网中所有的轨道交通线路，沿途与14条轨道交通线路交叉，在初、近、远期换乘站数分别为14、17、25个，这些线路给环线带来了丰富的换乘客流。
西、南段沿线用地随着时间的推移，开发强度逐渐提高，与几处公交枢纽接驳后，存在较大的客流潜力。
2.3运营现状客流规模
地铁10号线作为北京市轨道交通线网中的第二条环线，自2008年东北半环线开通运营以来，充分发挥了环线截流、客流疏散的功能，客流规模增长迅速，远超过了当初设计阶段的预测客流规模。
设计阶段预测地铁10号线环线全线成环后，初期2015年高峰小时最大断面客流规模为2.56万人；
近期2022年高峰小时最大断面客流规模为3.49万人；
现状（2012年4月数据）地铁10号线东北半环线高峰小时最大断面客流规模已经达到3.6万人，提前10年达到了设计阶段近期的预测客流规模。
随着2012年底地铁10号线环线全线贯通，10号线客流规模会进一步增加，且增长幅度、潜力较大，参照线网规划阶段客流预测规模，预计在2015年地铁10号线高峰小时最大断面客流规模将达到4.5万人，提前20年达到远期预测客流规模。
故从现状运营实际客流规模和环线贯通后客流增长预期判断，地铁10号线在短期内实现2分最小行车间隔是客流增长的必然需求。
2.4工程目标
落实市政府关于提高我市轨道交通运营能力，增购车辆32列/192辆，实现2013年底全线2分运营间隔的目标，满足日益增长的交通运输需求。
2.4.1行车交路、线路长度和最大列车对数
2.4.2配属车辆数
按照10号线一、二期设计文件，列车平均旅行速度为35km/h。
根据计算，10号线大交路全周转时间约为100分，最小运行间隔达到2分，需运用车100列，检修车8列、备用车8列，共计配属车116列。
由于现配车数量为84列，故实现2分运行间隔需要新增车辆32列/192辆。
2.5工程特点
增购车辆需2013年陆续进场，2013年底全部到位，时间紧，难度大，须抓紧实施。
为确保增购车辆投入运营后的安全、稳定、可靠，以及车辆维修、备品配件的一致性，降低运营成本。
增购车辆需与一、二期工程采购车辆系统在技术标准、设计内容、技术参数、实现功能等方面保持一致。
第3章车辆方案
车辆选型是地铁系统整体方案中的关键问题之一。
10号线一、二期初期车辆已完成采购并保持一致，为保证系统的适应性和车辆运用、维护、检修的便利性，以充分实现维修资源共享，节约工程投资，本工程车辆选型与一、二期初期采购车辆保持一致。
3.1车辆总体要求
（1）车辆设计制造基本原则：
应采用国际先进的设计、可靠的技术和成熟的产品；
节省能源，降低维护和使用成本，美观实用；
满足运行线路的环境保护要求；
最大程度地使乘客和乘务员舒适；
使车辆达到较高的技术水平。
（2）十号线具有地下、地面、高架线路区段，车辆应适应各种环境条件，并尽可能减小对周围环境的影响。
（3）在保证车辆性能条件下，车辆国产化率满足国家发改委要求。
（4）除维修手册中指出的易损易耗件以外，车辆结构设计寿命不低于30年。
（5）所有安装在车辆上的设备均应在安装环境中良好工作，且能耐强风、沙尘、高温、高湿、振动、噪声、腐蚀及清洁剂污染。
（6）尽量轻量化，减振、减噪、节约能源。
（7）造型和色彩要求简洁、流畅、明快、富有时代感。
3.2车辆使用条件
3.2.1自然环境
海拔：
不超过1200m
环境温度：
－25℃～＋45℃（年平均温度为11℃～12℃）
相对湿度：
最湿月份，平均最大湿度为90％，该月平均温度不大于25℃。
使用环境：
车辆在地下和高架线路运行，在地面库内检修和停放，库内温度不低于0℃。
3.2.2线路参数
轨距：
1435mm
最小曲线半径：
正线 300m
车场线 150m
最小竖曲线半径：
正线 3000m
车场线2000m
最大坡度：
正线 30‰
辅助线 35‰
3.2.3供电条件
供电电压：
DC750V
变化范围：
500V至900V
再生制动时不高于1000V
受流方式：
接触轨上部接触受流，接触轨中心线与走行轨道中心线距离为1417.5±
8mm，接触轨顶面高出走行轨顶面140±
6mm。
3.3列车编组及车辆主要特点
3.3.1列车编组及设备配置
10号线车辆按其设备配置的不同分为：
Tc车（带司机室的拖车）、T车（不带司机室的拖车）及M车（不带司机室的动车）三种车型，并由T、M两种车组成动拖比为1:
1的动车组单元。
10号线列车初、近、远期均为6辆编组，编组方式：
+Tc-M-T-M-M-Tc+
注：
+采用半自动车钩，-半永久棒式车钩。
地铁电动车辆车体端部用作司机室，并安装部分电气设备，其余大部分电气设备及辅助机组均安装在车体下面与车体顶面。
为了防尘、防雨雪的侵入，绝大多数电气设备均集中安装在箱体内。
3.3.2车辆总体布置的基本原则
（1）设备有良好的可接近性，易于安装和拆卸，便于维护和检修。
（2）保证车辆轴荷重均匀分布。
（3）保证电器设备有良好的工作环境，特别是保证安全的绝缘距离和良好的通风条件，良好的接地装置。
（4）尽量使电缆、空气管路和风道的长度最短，尽量减少风道弯曲，并使风量分配均匀。
（5）对于产生强磁场的设备要加装屏蔽，以免干扰其它电器设备、电子控制系统和通信信号系统的正常工作。
（6）使乘务人员有良好的工作环境，操作方便和安全；
保证乘客乘坐舒适和人身安全。
3.3.3主要技术参数
（1）主要结构尺寸
车体长度:
19000mm
1列车长度:
6×
19520mm+2×
△（△：
300~500mm）
车体宽度:
2800mm
车顶距轨顶面高度:
≤3800mm
车内高度：
2100mm（地板面到天花板中心最小高度）；
1900mm（客室内乘客站立区最小高度）；
车钩中心线距轨顶面高度:
660+10mm
地板面距轨顶面高度:
1100mm
车辆定距：
12600mm；
固定轴距：
2200mm；
轮对内侧距：
1353±
2mm；
车轮直径：
840mm（新轮）、805mm（半磨耗）、770mm（全磨耗）；
（2）自重和载客量
自重：
Tc车：
不大于30吨
M车：
不大于35吨
T车：
不大于29吨
载客量：
见表3-1。
载客量表3-1
车型
单车人（人）
列车人（人）
座席
站席
总载员
六辆编组
定员
Tc车
36
194
230
1460
M、T车
42
208
250
超员
258
294
1864
277
319
额定载员：
站立乘客按6人/m2计；
超员：
站立乘客按8人/m2计；
乘客人均重量按60kg计。
（3）运行参数
最高运行速度：
80km/h
起动平均加速度：
在超员载客情况下，列车速度从0～40km/h，不小于0.83m/s2；
从0～80km/h，不小于0.5m/s2。
平均制动减速度：
在额定载客情况下，列车从最高运行速度到停车。
最大常用制动 不小于1.0m/s2
紧急制动 不小于1.2m/s2
平均旅行速度不小于35km/h，技术速度不小于50km/h
牵引、制动冲击极限：
0.75m/s3
平稳性指标：
≤2.5
（4）电气参数
接触轨电压：
牵引电动机额定持续功率：
180kW
辅助系统电源：
AC三相380V
DC110V
3.3.4车辆机械和电气系统的特点
车体基础结构采用高强度、耐腐蚀性能好、不涂装的不锈钢型材、底架无中梁的整体承载焊接结构。
客室每侧为四扇大开度双叶电动门，司机室前端设紧急疏散门，整列车所有车辆的客室通过贯通道连接。
转向架为无摇枕外置式轴箱二轴结构形式。
构架为钢质压型焊接结构；
设二系悬挂装置，一系悬挂采用钢制圆簧或橡胶金属一体化弹簧；
二系悬挂采用空气弹簧。
采用微机控制的模拟制动机控制单元式基础制动装置的方式，实现无级制动。
车辆有良好的通风设施，并设有应急通风系统。
一体式空调装置使夏季客室内温度及湿度控制在一定的范围内。
电气传动系统采用VVVF交流逆变调速，实现无级调速。
列车具有再生制动和空气制动。
采用顺序制动的方式，优先采用电制动，减少空气制动。
为了充分利用粘着、保护轮轨、提高牵引与制动性能，设置较完善的空转与滑动保护系统。
静止逆变器为辅助系统提供三相交流电及直流控制电源。
列车诊断系统具有对主要车载设备的技术状态进行监测、诊断、评估、存储、显示和报警的功能。
列车运行自动控制（ATC）系统采用计算机控制的自动驾驶（ATO）、自动监控（ATS）和自动保护（ATP）等子系统。
噪声指标按GB14892—94《地下铁道电动车组司机室、客室噪声限值》执行。
列车在故障情况下的运行能力：
6辆编组列车在超员状态下，当损失1/3动力时，列车仍然可以在35‰（考虑新线车辆的通用性）的坡道上起动，并以正常运行方式完成一次单程运行。
6辆编组列车在空车状态下，当损失1/3动力时，列车仍然可以在35‰的坡道上起动，并返回车辆基地。
列车救援能力：
一列6辆编组的空车能将另一列停在35‰（考虑新线车辆的通用性）坡道上的6辆编组超员故障列车移至最近的车站（上坡）。
一列6辆编组的空车能将另一列停在35‰坡道上的6辆编组故障空车救援到车辆基地（上坡）。
3.4车体及车钩
3.4.1车体
（1）车体材料
地铁电动车辆对车体的主要要求：
第一，有足够的承载能力；
第二，足够长的使用寿命；
第三，尽量做到轻量化。
第四，技术成熟，国内制造。
车体结构材料选择的前提是能在安全运行和检修方便的基础上使车辆结构重量减轻，从而达到节约原材料及能源的目的。
目前国内外车辆的车体结构材料的选用基本上有耐候钢、铝合金和不锈钢三种。
①耐候钢车体（碳钢）
耐候钢车体具有良好的冲压性和焊接性，以及较好的强度和较高的韧性，同时车辆造价较低。
但耐腐蚀性较差，车体结构容易产生严重腐蚀，维修工作量也会相应增大。
②铝合金
铝合金车体外形美观，重量相当于耐候钢车体的1/3左右。
此外铝合金车体耐腐蚀性比耐候钢高得多，并且也具有与耐候钢相当的耐冲击性。
同时，铝合金易于挤压成型，可以制成所需各种断面形状，且无需二次加工，组装工艺省时、省力。
但也存在着耐燃烧性能较低，可修复性能差的缺点。
同时铝合金车体价格相对耐候钢车体要高得多。
③不锈钢车体
不锈钢车体强度最高、耐腐蚀性最好、耐火性能高于铝合金，也很容易达到车体薄壁化、轻量化。
这种车体外表面不用涂漆，因此易于维护，并可以减少喷漆工序和喷漆车间。
且价格低于铝合金。
综上所述，车体材料优化主要指高强度、耐腐蚀、重量轻。
目前，耐候钢车体虽在数量上占有一定的优势，但无论是机械强度还是使用寿命及外型美观等方面都无法与铝合金、不锈钢车体相媲美。
因此，采用铝合金、不锈钢作为车体材料应是今后的发展方向。
鉴于地铁10号线初期车辆选型情况，建议增购的车辆仍采用免涂装不锈钢车体。
（2）车体结构
车体由底架、侧墙、端墙、车顶四大部分组成。
车体的结构为底架无中梁的整体承载式。
采用强度大、重量轻、耐腐蚀性能好的大型不锈钢型材和板材拼焊而成。
Tc车司机室端部底架上设有能量吸收结构，当车体底架水平方向上的作用力超过正常受力时就会产生塑性变形，使传至挤压板块上的力得以吸收。
同时，在司机室端外侧（约地板面高度）设有防爬装置。
（3）总体布置
车体的总体布置除Tc车一端带有司机室外，其余基本相同。
每辆车的一侧各设有供乘客上下的四个门道，高阻燃性的玻璃钢座椅呈纵向布置（座椅高度距地板面430mm），车辆与车辆之间采用贯通道连接。
①内装饰
客室内部装饰包括地板、天花板和内墙板，整体结构应具有阻燃、无毒的特点，且不易损坏。
②立柱及扶手
客室内立柱为三列布置，扶手布置在座椅上方两个立柱之间。
立柱与扶手采用不锈钢或铝合金管制成，外观光洁。
③客室门
车门形式：
双开式电动内藏门
车门数量：
每辆车每侧4对门扇
净开宽度：
1300＋10mm
净开高度：
1800＋10mm
DC110V，波动范围：
77～121V
开门时间：
3±
0.5s
车门控制方式：
全列车门的开／闭集中控制，满足ATO自动驾驶和人工驾驶两种模式。
车门应有机械锁闭装置、故障隔离装置及门开关状态监视装置。
④客室窗
在不影响车体刚度和车门开度的条件下两侧车窗应尽量大。
大窗尺寸约为1600mm×
920mm。
⑤客室贯通道
贯通道由渡板、折叠式风挡（风雨棚）及内饰板等组成，Tc车后端和其它车辆两端设置贯通通道，其通过宽度为1300mm，通过高度1900mm。
⑥司机室
在司机室的每侧各设置一个司机室侧门，门打开时净宽度约560mm，净高度约1800mm。
司机室通往客室设置一个端门供司机出入客室，通常锁闭，防止乘客进入司机操作区。
在紧急状况时打开此门能使乘客通过司机室从紧急疏散梯离开列车。
门打开时净宽度为650mm，净高度为1800mm。
司机室前方设有疏散门和安全疏散梯，在紧急情况下能使乘客安全离开列车。
在车辆上加装电视监视设施，司机室内有相应的显示装置。
司机台设于司机室右侧，各操纵手柄、开关及显示信号、仪表应方便司机操纵、观察。
司机室设电笛开关，电笛设在司机室外部。
司机室内配置呼吸器。
⑦其它
设吊环，车内设置广播喇叭，车内设置紧急报警开关，设置适量的灭火器。
每列车中至少应设置一处轮椅专用位置并应由乘轮椅者适用的抓握或固定装置。
3.4.2车钩
车钩采用密接式车钩，连接安全可靠，设计紧凑，轻巧灵活。
根据车辆编排及列车组成的需要，车钩采用两种不同的形式，即半自动车钩和带缓冲装置的棒式车钩。
3.4.3车辆安全防护装置
车辆两端加装防爬器，以防止发生剧烈冲撞时与相邻车辆相互挤压车厢。
车体底架车钩下方加装能量吸收区，使列车在以25km/h的速度与另一静止列车相互撞击时吸收撞击能量而客室无损坏。
车钩设缓冲装置，车钩挂钩速度不大于5km/h；
3.5转向架
转向架是地铁车辆中最重要的部件之一。
转向架承受车架以上各部分的重量，保证必要的粘着以产生轮周牵引力和制动力，缓和冲击、保证运行的平稳性及曲线通过。
性能好的转向架，应具有良好的动力学性能、良好的曲线通过能力、粘着重量利用系数大以及结构简单、重量轻等。
目前国内外使用的常规转向架有两种结构：
有摇枕和无摇枕。
有摇枕转向架，车体是通过摇枕来支承，车体和转向架纵向力由心盘传递。
无摇枕转向架，车体直接坐在转向架上，由中心销实现车体转向,从国内外地铁车辆转向架的发展来看，无摇枕转向架是今后发展方向。
3.5.1主要技术参数
轨距1435mm；
最高运行速度80km/h；
轴距2200mm；
车轮直径840mm（新轮）/770（全磨耗）；
空气弹簧有效直径540mm；
轴重≤14t；
重量动车：
约7.0t；
拖车：
约4.6t；
轮重减载率≤0.6；
转向架同一轴的两轮（新轮）直径之差不得大于1mm，同一车辆的两轮（新轮）直径之差不得大于2mm。
3.5.2构架
构架是转向架的主体，承受和传递垂向力和水平力。
采用全封闭箱形钢板焊接结构，呈H形对称布置。
H形构架结构简单，由两根侧梁总成和两根中央横梁总成组成。
构架的设计寿命为30年。
3.5.3悬挂装置
车辆设置二系弹簧悬挂，可减少弹簧装置的合成刚度，增大总静挠度，改善车辆在垂直方向的运行平稳性，减少车辆对线路的动力作用。
一系悬挂系统的结构可采用轴箱顶置螺旋钢圆弹簧加橡胶垫的结构和垂向液压减振器或采用圆锥形金属橡胶弹簧。
二系悬挂由空气弹簧、横向油压减振器、横向缓冲器、水平杠杆、调整杆、安全钢索、自动高度调整阀、压差阀、调整垫等组成。
3.6牵引和电制动
牵引传动系统是轨道车辆的核心部分，车辆性能的好坏、投资的多少以及运行费用的高低和可靠性等重要技术经济指标，均与牵引传动系统密切相关。
确定车辆牵引传动系统的原则为：
安全、可靠，便于操作，技术先进成熟，节约能源，维修量小，成本低，乘坐舒适，有利于向国产化过渡。
目前国内外快速轨道交通车辆的牵引传动系统可分为两大类：
直流牵引传动系统和交流牵引传动系统。
直流牵引传动系统都是以直流牵引电机为动力，因此直流牵引电机体积大、占用空间较多、维修工作量大等缺点依然存在。
目前直流传动已逐渐被交流传动所取代。
交流牵引传动系统是以交流牵引电机为动力的牵引传动系统。
交流牵引电机结构简单，维修工作量小，但调速较直流电机困难。
所以在很长一段时间，大功率牵引领域一直是以直流电机为主。
但首先，随着电力电子器件的迅速发展，从不控型整流管到半控型晶闸管（SCR）、全控型晶闸管（GTO），从大功率晶体管（GTR）、场效应管（MOSFET）到绝缘栅极双极型晶体管（IGBT或IPM），以及电力电器器件从电流驱动型到电压驱动型全控器件等发展，使得实现交流传动的逆变器性能更加优良、工作更加可靠。
其次，微电子技术中CPU的发展日新月异，使其集成度高、功能强、运算速度快，更加适合交流传动的实时控制。
另外，随着现代电机控制理论的发展，已从最早的标量控制，到70年代的矢量控制，发展到80年代的直接转矩控制，使得交流电机的控制更加精确。
所以交流牵引传动系统已成为近代调速系统中最为优越的一种调速系统。
它具有如下的优点：
（1）实现无级调速，起、制动平稳。
（2）可方便实现再生制动，节省电能，降低运营成本，同时减少了摩擦制动，改善运营环境。
（3）列车可通过VVVF装置实现牵引、制动工况的转换，同时可通过相序的改变实现列车转向。
（4）列车在不同速度范围内采用不同的控制方式，特别是交流变频控制技术随微机技术的采用使得控制更加灵敏、准确，可充分利用与发挥牵引电机的功率与车辆的粘着性能，实现调节灵活，预防车轮空转与滑行，可提高列车的起动加速度，制动减速度。
（5）采用交流异步电动机，结构简单，尤其是取消了直流牵引电动机必须的换向器，运行可靠，过载能力强，可以实现几乎无维修与保养，这一点对于车辆的运用与
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