轨道交通国内技术状况.docx

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轨道交通国内技术状况

1．国内技术水平现状

从20世纪90年代建立的XX1号线和XX1号线地铁开场，我国城市轨道交通建立广泛开展学习和采用各国最新技术装备，建成具有世界一流技术水平的城轨交通系统，如具有综合监控能力的运营调度系统、自动售检票系统〔AFC〕、采用铝合金或不锈钢车体、VVVF交流传动系统车辆、具有列车自动控制〔ATC〕功能的信号系统、广泛采用数字通信技术、车站屏蔽门〔或平安门〕系统、具有集中控制无人值守的供电系统、车站和隧道火灾自动报警系统以及车站各种先进设备等。

〔1〕车辆技术水平

根据2005年日本地铁协会的统计，全世界有112个城市拥有8227公里地铁线路，地铁车辆共计64587辆，其中90%以上线路在20世纪90年代以前建成，车辆的车体、转向架、传动系统、制动系统等较落后。

我国近10年城轨道车辆均采用了国际上近十几年来最新技术。

采用交流传动技术。

20世纪90年代前，世界各国均采用切换电阻的有级调速直流电机系统或采用电力电子控制的无级斩波调压调速直流电机系统。

1990年，GTO元件、IGBT元件出现后，兴旺国家地铁开场采用直一交变频、变压调速交流电机的交流传动系统。

我国20世纪90年代开场，除XX1号线地铁采用直流斩波调速系统外，所有新建地铁线、单轨线、轻轨线、线性电机线均采用IGBT模块的交流传动系统。

交流传动车与直流传动车相比，用电量能降低40%；由于采用再生制动，闸瓦用量减少一半以上；车轮磨耗小，车轮更换周期延长；交流电机维修工作量很小。

采用铝合金和不锈钢车体。

20世纪60年代地铁车辆车体构造采用普通碳素钢。

我国新一代的地铁A型车辆、单轨车及线性电机车的车体均采用铝合金构造车体；地铁B型车辆大局部采用不锈钢车体，少局部采用铝合金车体。

根据铁道科学研究院专家的研究：

铝合金车体与不锈钢车体相比，其重量略轻〔B型铝合金车体自重约6～7t，不锈钢车体约重7～8t〕。

由于车辆自重达56t，在实际运行中，因车体重量差异带来的节能效果并不明显。

但从平安性角度比拟，车辆发生火灾时，温度大于850℃时铝合金车体将发生自燃，而不锈钢熔点高，不会自燃；铝合金车体变形后难以修复，不锈钢车体可修复；铝合金车体外表必须涂装，且外表易出现点蚀，不锈钢车体外表可以不涂装；在国际和国内市场上，不锈钢材料比铝合金材料更廉价；铝合金车体寿命周期本钱约是不锈钢车体的1.25倍。

综合比拟，我国地铁A型车应考虑采用不锈钢车体，以进一步降低采购和运营本钱。

转向架。

A型车和B型车均全面采用国际上普遍应用的无摇枕转向架。

这种转向架具有构造简单、零部件少、重量轻、维修工作量少等优点。

转向架采用两系悬挂减振构造，一系采用金属橡胶叠层构造，二系采用空气弹簧，并设有高度自动调整阀，通过排风和供风，自动调整车辆地板面高度，使之与站台面相匹配。

目前，地铁A型车、B型车、线性电机车、单轨车、低地板轻轨车等所有不同类型车辆的转向架均在我国国内生产。

列车自动控制及自动监控。

随着现代自动控制技术、计算机及网络技术、数字通信技术的开展，我国新一代的地铁与城轨列车采用这些新技术。

按照ATC系统的开展要求，地铁列车、线性电机、单轨列车上均装有相应的车载设备，可实现自动驾驶模式〔ATO〕。

在此模式下，列车启动、加速、运行、惰行、制动、准确停车等均由车载信号设备控制，不需司机操作。

关门控制可选择自动关门或人工关门。

列车也可在超速防护〔ATP〕模式〔ATP速度监控下的人工驾驶模式〕下运行，使列车实时地按照车载信号给定的速度运行〔由司机操作〕。

〔2〕信号系统

城市轨道交通信号系统是保证列车高密度平安运行的关键设备系统。

目前我国各城市已建成和在建的信号系统分别采用德国西门子、法国阿尔斯通和美国USSI等具有ATC功能的信号系统。

最近2年，随着无线数字通信技术的最新开展，一些城市新建线路开场招标采购基于无线数字通信传输的最新信号系统〔CBTC〕。

该系统可实现移动自动闭塞，其特点是没有闭塞分区概念，列车之间的运行间隔是按照后续列车与前行列车之间的实际距离来计算，在保证平安运行的条件下，可以进一步提高列车区间运行的密度。

〔3〕自动售检票系统〔AFC〕

AFC系统的水平是城市轨道交通运营管理现代化的一项重要标志，该系统集计算机技术、机电一体化技术、模式识别技术一体，实现售检票、票务管理和财务清算的全过程自动化，系统软硬件设备复杂、要求高。

21世纪初开场，我国新建各条地铁线路均把AFC系统纳入设计和建立范围。

原来没有AFC的线路，也在积极进展AFC系统的补建，过去磁卡系统开展到非接触式IC卡系统。

一些城市的AFC系统还与城市其他公共交通系统实现一卡通或留有接口。

目前，XX、XX、XX、XX等城市已建有较完善的AFC系统。

〔4〕屏蔽门、平安门

分析研究我国南方大城市车站空调通风的能耗情况以及多年来地铁车站时有旅客跌落到线路上造成人身伤亡的实际情况，新建线路的车站都增加了屏蔽门或平安门系统设计。

目前，XX、XX、XX、XX、XX的地铁屏蔽门和平安门系统均已投入使用，效果良好。

对于长江流域及其以南的大运量城市地铁车站均设置屏蔽门系统，北方城市不设空调的车站，一般设平安门系统。

屏蔽门、平安门系统要与ATO系统相接，以保证与列车门开闭的准确配合，同时要与线路中央调度、车站调度留有自动控制接口。

在特定条件下设有手动开闭门机构。

因此，屏蔽门系统也是一个自动控制、机电一体化较为复杂的系统。

〔5〕轨道交通运输装备制造能力

我国轨道交通运输装备的制造业经过50多年的开展已经形成自主研发、配套完整、设备先进、规模经营的制造体系。

在这个体系中有电力机车制造业、内燃机车制造业、铁道客车与动车组制造业、铁道货车制造业、城市轨道车辆机车制造业、机车车辆关键部件制造业、铁道信号设备制造业、牵引供电设备制造业、轨道工程机械设备制造业及城市轨道交通综合机电专用设备制造业等10个专业制造系统。

50年来，我国干线铁路运输装备95%以上均由我国制造。

目前，我国轨道交通技术装备年生产能力：

新造电力机车700台、内燃机车1000台、客车与动车组车辆4000辆、货车50000辆、城轨车辆近2000辆、大型养路机械180台、各型轨道工程机械780台。

牵引供电设备和信号设备产品能满足每年新建2000公里的需要。

而且，近几年我国轨道交通装备每年出口额达4亿～5亿美元。

目前，轨道交通装备业具备的生产能力大于市场的需求。

城轨交通装备产业的开展。

近10年城市轨道交通快速开展，政府制订政策，催生并加快了城市轨道交通装备产业的开展。

20世纪90年代前，我国城市轨道交通根本处于停滞阶段，根本没有城市轨道交通装备产业。

90年代开场，XX1号线、XX1号线均采用了国际最先进的技术系统，技术起点很高，但价格昂贵。

进口地铁A型车的价格在150万～180万美元/辆。

供电系统、信号系统等均很昂贵，使整个地铁造价大幅度提高。

XX、XX1号线地铁平均造价约为6亿～7亿元/公里。

地铁工程建立主要由各城市政府投资，造价格昂贵使政府财政能力难以承受，大大影响了城市轨道交通快速开展。

自1999年起，我国先后出台了一系列政策，鼓励采用先进技术装备的同时，大力推动技术装备国产化。

政策的核心是，地铁系统所有机电设备总采购价的70%。

必须是我国外乡企业制造，其余30%的进口设备可以免税。

其国产化的重点是车辆和信号系统。

对于承当国产化重点企业，安排国债工程支持等优惠政策。

由于具备干线铁路装备工业和机械、电气、电子工业的雄厚根底，经过努力，我国城市轨道交通技术装备的国产化取得了显著效果，催生并促使城市轨道交通产业的迅速开展，尤其是城轨车辆技术装备制造能力及其国产化率大大提高〔下表〕。

原来，仅有XX客车厂一家生产B型普通碳素钢车体的车辆，现在，我国已有5～6个工厂生产地铁车辆，另有2个合资组装生产企业。

其中铝合金车生产能力为1100辆，不锈钢车的生产部门能力为650辆。

我国南、北车集团公司是轨道交通装备制造业中最具代表性的企业，其下属几个车辆制造厂均进展了改造，并采购国际上最先进的各种加工设备，引进欧洲和日本的制造技术，培养大批优秀工程技术人才和管理人才。

目前，我国城轨车辆根本上停顿整车进口，地铁B型车由我国制造厂自行设计和制造；A型车也具备自行集成设计和制造能力；车辆设计与制造的关键部件和核心技术已经掌握，如铝合金和不锈钢车体的设计和制造工艺。

转向架设计和制造工艺。

车辆制造还带动材料工业，如大断面铝型材，从无到有，已有4家企业可提供车辆制造用材；VVVF交流传动系统技术已取得突破；具有我国自主知识产权的B型车已载客运营，A型车自主开发正在进展之中，城轨车辆国产化率可达70%以上。

2．国内外差距

城市轨道交通的开展得到了国家和各地方政府及相关主管部门的重视。

有相当多的设计、施工、车辆、设备制造企业和科研单位、院校积极参与城市轨道交通的建立。

国外的咨询公司和一些设计施工企业也开场参与和关注我国的城市轨道交通事业。

大量国内外交流和国外技术考察推动了我国城市轨道交通的开展。

国外先进的车辆设备和设计施工技术的引进，推动了城市轨道交通技术的不断提高。

〔1〕新型城市轨道交通系统开展研发

直线电机系统。

2003年，随着XX地铁4号线及首都机场线方案的论证，直线电机系统逐渐引起各方的关注。

根据XX市城市轨道交通建立规划，其中4号线已成功使用了直线电机系统；5号线、6号线、7号线将采用直线电机系统，至2021年，总长将到达107公里。

跨座式单轨系统。

跨座式单轨系统最多应用于日本，目前马来西亚、澳大利亚、美国也有应用。

在我国首次引进的跨座式单轨交通方式是XX市。

它具有占地面积小、爬坡能力强〔60‰〕、转弯半径小〔R=100〕等特点。

可以因地制宜，穿遂道、爬高坡、沿着江岸翻山越岭运行，非常适应山城的特殊地形。

单轨系统采用低噪声和低振动设备，车轮为充气体橡胶轮胎，运行时噪声远远低于城区交通干线噪声平均声级75.8分贝。

直线电机系统和跨座式单轨系统都属于中运量系统〔单向顶峰小时2万人〕，因其具有曲线半径小、爬坡大、噪音小、造价低的特点，在国内具有一定的推广应用前景。

快速轮轨系统。

因长三角、珠三角及京津塘地区快速交通网正在建立，那么速度大于120公里/小时的快速轮轨系统有大量需求。

目前，我国虽然已研制开发了许多应用于轨道交通的动车技术，如：

内燃动车系列、“中华之星〞高速动车组、“先锋号〞快速动车组、“中原之星〞动车组等动车技术，但由于国外的许多先进动车技术是国内目前无法替代的，因此，我国目前根本实行的是“引进消化〞之路，既主要进展合资生产。

对国外的轨道交通动车技术需求主要是：

德国的动车技术系列、加拿大的动车技术系列、法国的动车技术系列等。

这些系列动车技术目前都已与我国合资生产，合资企业有XX客车厂、四方机车车辆厂、株洲电力机车厂、XX机车车辆厂等企业。

〔2〕建筑水平

我国轨道交通的开展虽然只有40年的历史，与兴旺国家100多年的历史相比拟，设计、施工的许多方面并不落后，如明挖法、盖挖法、沉埋法、盾构法都已到达国际先进水平，大跨度暗挖法和平顶直墙暗挖法我国属国际领先水平。

但在综合交通规划与设计及一些关键技术设备和运营管理水平等方面尚有较大差距。

城市轨道交通的机械施工与国际先进水平存在一定差距。

地铁用的盾构机目前多靠进口。

兴旺国家的暗挖有了新的进展，其中有大跨度的预制块法、预切槽法、微气压法等，在日本、法国、德国等国家已有应用。

〔3〕装备技术水平

城市轨道交通用的设备技术水平需要进一步研制更新，尤其是通信及信号控制系统仍有差距。

建立管理水平与兴旺国家比拟存在差距，系统集成能力不强，缺乏具有对工程工程管理、设计咨询、施工、运行管理全过程管理的国际型工程公司。

〔4〕运营管理水平

运营管理方面我国与兴旺国家比拟差距较大，主要表现在人工较多，自动化、信息化水平较低，国外先进国家每公里地铁管理人员在50人以下，而我国那么要使用100～300人。

受大铁路检修工艺思路的影响，使车辆段与检修工艺设计落后，车辆段工艺流程不合理、确定的工艺、设备往往不能满足要求，造成浪费。