關(guān)于如何發(fā)揮直線電機系統(tǒng)優(yōu)勢的思考

1、關(guān)于如何發(fā)揮直線電機系統(tǒng)優(yōu)勢的思考             摘要  直線電機輪軌交通系統(tǒng)因其造價低、線路適用性強、養(yǎng)護維修簡單、噪音低等優(yōu)點，被業(yè)內(nèi)普遍認為是一種先進的交通方式。通過對世界各地不同國家不同線路運營情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)先進的直線電機系統(tǒng)必須與其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提出了對如何發(fā)揮直線電機系統(tǒng)優(yōu)勢并推廣的個人思考與建議。   關(guān)鍵詞  直線電機系統(tǒng)  軌道交通  思考直線電機輪軌交通系統(tǒng)因其造

2、價低、線路適用性強、養(yǎng)護維修簡單、噪音低等優(yōu)點，被業(yè)內(nèi)普遍認為是21世紀先進的交通方式。作者通過對世界各地不同國家不同直線電機線路運營情況的調(diào)研，及最近兩年來跟蹤首都機場線直線電機系統(tǒng)應用論證的體會，提出系統(tǒng)的先進性應體現(xiàn)在與其他系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)匹配，對于如何充分發(fā)揮其優(yōu)勢并推廣的提出了個人思考與建議。1 城建院對直線電機的認識過程   1) 1988年參與北京西頤線直線電機的論證工作，對直線電機有了初步的認識。1994年曾針對上海莘閔線進行過應用研究。   2) 2003年3月至5月，受北京市交通研究中心委托，課題組克服SARS期間的困難，完成北京市東直

3、門至首都機場線應用直線電機系統(tǒng)的可行性研究報告。   3) 2003.6直線電機課題研究在城建集團立項。   4) 2003.8.04 發(fā)改委組織機場線技術(shù)論證，直線電機方案在會上推出；   5) 2003.82004.6 多次參與北京機場線直線電機系統(tǒng)的方案論證；   6) 2003.11 美國紐約JFK機場線調(diào)研;   7) 2004.6 組織人員赴馬來西亞吉隆坡進行技術(shù)考察;   8) 2004.8 采用直線電機系統(tǒng)的重慶三號線可行性研究報告完成；  

4、; 9) 2004.9 加拿大直線電機技術(shù)考察；   10) 2004.10 “直線電機系統(tǒng)在首都機場線的應用可行性研究”獲北京市優(yōu)秀咨詢成果三等獎；   11) 2005.3 與加拿大LANVALIN公司顧問共同就直線電機系統(tǒng)在機場線的應用做技術(shù)論證；   12) 2005.5 日本直線電機考察。   隨著研究過程的深入，對采用直線電機的城市軌道交通輪軌系統(tǒng)的認識也從膚淺的表面優(yōu)點的認識，逐漸理性化，著眼點也更加關(guān)注實施的關(guān)鍵問題。2 首都機場線直線電機系統(tǒng)應用論證的反思   北京首都機場線系

5、統(tǒng)制式的論證從2000年開始，歷經(jīng)高速磁懸浮、城鐵13號線支線普通輪軌、低速磁懸?。℉SST）、高速輪軌、直線電機、普通輪軌的輪回，在我國城市軌道交通建設史上，無疑可以作為一個案例進行分析。   2003年經(jīng)過對直線電機系統(tǒng)的理論研究及對首都機場線的應用研究，結(jié)合實地考察實測的數(shù)據(jù)，城建院與北京交通大學的聯(lián)合課題組提出首都機場線采用直線電機系統(tǒng)的6大優(yōu)點，即：1)技術(shù)先進、安全可靠：在四個國家七條線路運營實踐證明技術(shù)成熟、安全可靠，初步論證說明在東直門至首都機場線上實施是完全可行的，沒有任何技術(shù)風險。2)造價較低：在線路標準、運能一致的前提下，直線電機系統(tǒng)造價較傳統(tǒng)輪軌可減

6、低造價約20%。3)養(yǎng)護維修簡單：直線電機系統(tǒng)無粘著牽引和制動，電機壽命長，其維修、養(yǎng)護、檢查工作量小且簡單、維修費用低。根據(jù)運營經(jīng)驗，直線電機車輛20年內(nèi)走行不到5億公里無需大修。4)環(huán)保：直線電機系統(tǒng)比普通輪軌系統(tǒng)噪音低810dB，最大噪音在73 dB左右，完全滿足國家規(guī)定的環(huán)保標準。5)使用靈活，易于推廣：直線電機系統(tǒng)相比磁懸浮系統(tǒng)具有更高的安全性，且斷電后，輪軌導向可用內(nèi)燃機車等拖動進行救援；更符合安全地鐵的理念。6)該系統(tǒng)在首都北京2008年開通，是體現(xiàn)科技奧運精神和提升都市形象的載體。   2003年8月的論證會直線電機方案被提出，獲得好評，但因其他原因沒有采納

7、。后經(jīng)過多輪論證，2005年1月確定采用直線電機系統(tǒng)，但從此時開始建設，要保證在2008年奧運之前開通，已是非常緊張，所以，2005年9月，方案被確定為普通輪軌方案。   通過如此輪回，個人認為專業(yè)人士應從中吸取如下經(jīng)驗和教訓：   1)前期對制式的論證過于膚淺，尤其總體單位對系統(tǒng)的整體掌控能力較弱。這一點值得業(yè)主單位在選擇總體單位時借鑒。   2)錯過最佳決策時間。現(xiàn)在看來，首都機場線30公里，基本勻速運行，應是直線電機發(fā)揮最佳效能的條件，決策時間過長，從而喪失了建設一個標志系統(tǒng)的機會。   3)對直線電機車輛這

8、一核心設備研究儲備不足，設備生產(chǎn)廠家僅限于加拿大和日本的2-3家公司，業(yè)主的選擇受制于人。   4)對于工期估算失誤。沒有考慮到這種新系統(tǒng)的設備制造周期和試驗、調(diào)試、與試運行的時間，從而工期成為系統(tǒng)選擇的障礙。   5)設計單純夸大了直線電機的優(yōu)點，而沒有從系統(tǒng)的整體匹配與后期維護方面綜合考慮。   6)在軌道交通網(wǎng)絡規(guī)劃方面沒有對采用直線電機系統(tǒng)進行充分論證，沒有形成規(guī)模支持。3 溫哥華SKYTRAIN成功的啟示    2004年10月，課題組對加拿大溫哥華直線電機系統(tǒng)（SKYTRAIN）進行了考察，深深的體會到

9、綜合交通系統(tǒng)的整體匹配的重要性。   啟示一：綜合交通系統(tǒng)的協(xié)調(diào)有組織與決策保障。大溫哥華地區(qū)的公共交通統(tǒng)一由地區(qū)交通管理局管理(Translink)，為整個地區(qū)提供人流和物流的高效運輸，支持大溫地區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展。負責全部公共交通系統(tǒng)、主要道路網(wǎng)的協(xié)作、規(guī)劃和區(qū)域道路網(wǎng)建設與管理、交通系統(tǒng)的整合、交通需求分析等。   啟示二：高架橋的設計充分發(fā)揮了直線電機車輛輕、尺寸小的特點，造價低且造型優(yōu)美。   高架橋采用單室雙箱梁，一線一箱。箱梁兩側(cè)設有約50厘米高的擋板，橋上人行步道巧妙的利用兩線箱梁擋板之間的搭板，整個橋面的布局看似

10、簡單，但功能齊全：隔音屏障、防脫軌護欄、疏散平臺。因線路曲線半徑小、坡度變化大，單室小箱梁能較好的適應線形的變化。與車站結(jié)構(gòu)的銜接也較容易。             高架橋斷面         圖1 高架橋斷面比較圖啟示三：車站的設計簡潔明快，與高架橋協(xié)調(diào)一致：A、簡潔明快，風格統(tǒng)一又各有特色。 B、車站體量小，站臺寬度沒有特別限制。C、車站布局、結(jié)構(gòu)與區(qū)間橋梁整體搭配，結(jié)構(gòu)合理，充分利用了橋下空

11、間。D、車站與周圍建筑相協(xié)調(diào)，地鐵廣場連接大型超市及購物廣場。E、各種交通方式合理銜接，公共交通換乘方便。                   圖2 新千年線車站示意圖   啟示四：噪聲控制效果良好，得益于SKYTRAIN的整體技術(shù)，從車輛、線路、橋梁、軌道等方面綜合采取措施，以降低噪音。          

12、  我們現(xiàn)場應用噪聲儀對SKYTRAIN新線、舊線；新車和舊車；車內(nèi)和車外進行了噪聲測試。具體數(shù)據(jù)見下表：表1：車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)（dB） 啟動運行(平均)停車EXPO線737883-63新千年線70（68）7383-63備注啟動時主要是電機的聲音，加速和減速時最大。運行平穩(wěn)時，較小，尤其是新車。但過岔時噪聲較大，最高能達到83 dB。 表2：車外噪聲數(shù)據(jù)（dB） 車站箱梁底部通道1米處（站臺）15米處數(shù)值80制動最大8673 以下是不同線路車內(nèi)噪聲的匯總表表3： 車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)匯總表（dB）地區(qū)系統(tǒng)車內(nèi)噪音車外噪音EXPO線1985年開通78dB(A

13、)73dB(A)新千年線2002開通73dB(A)73dB(A)吉隆坡2001年開通78dB(A)區(qū)間無法測多倫多1985年開通88dB(A)83dB(A)香港英國車78dB(A)84dB(A)   總體感覺，車內(nèi)噪聲低于傳統(tǒng)輪軌約5-10 dB，新車優(yōu)于舊車，新線優(yōu)于舊線。線外尤其是橋梁外的噪聲較小，比傳統(tǒng)輪軌低約10 dB。直線電機系統(tǒng)是其中的一項主要貢獻，但更重要的是應整體考慮。   啟示五：嚴格細致的實驗檢測技術(shù)   我們參觀了bombardier的金斯頓試驗工廠(Kingston)，對我們感觸較深的其一是嚴格的檢測制度，直線

14、電機的每一輛車均需經(jīng)過嚴格的系統(tǒng)測試，包括車輛的穩(wěn)定性、安全性、供電與信號和屏蔽門的測試等，測試時間最短2個月，長的多達半年。因此，一條線的車輛從定貨到交付大約需要4-5年的時間。雖然時間較長，但系統(tǒng)的可靠性是非常強的。其二實驗場采用了許多新技術(shù)，如寬感應板；軌道、道床、反應板的一體化安裝技術(shù)等，雖然有些技術(shù)有的最終沒有被采用，但這種不斷創(chuàng)新的理念對我們?nèi)院苡袉l(fā)。啟示六：有規(guī)律的預防性修理，取消大修。   加拿大溫哥skytrain直線電機系統(tǒng)車輛段20年來對直線電機車輛維修運行基本上采用預防性修理（互換修），即更換車輛有故障部件。其經(jīng)驗可以表明廣泛的故障診斷及有效的預防

15、性維修可以提高車輛的利用率，極大地降低維修成本。而且，這樣的檢修制度貫穿在車輛30年的壽命周期內(nèi)。且溫哥華車輛段車輛的檢修有部件生產(chǎn)制造廠作為依托，這也是在車輛段不安排大修設施的主要原因之一。其檢修修程和周期見表4表4   加拿大車輛檢修修程和周期表間隔（km）計劃性檢查及內(nèi)容日檢外部清洗、內(nèi)部清潔和日常檢查，如果有故障指示便下載和檢查車輛上存儲的數(shù)據(jù)20000一般檢查和維修40000一級安全檢查-自動保護單元、故障診斷系統(tǒng)、列車自動控制、蓄電池60000一般檢查和維修80000二級安全檢查-車門、車體100000一般檢查和維修120000三級安全檢查-制動器、電機、轉(zhuǎn)向架

16、140000一般檢查和維修160000四級安全檢查-集電器、車鉤、牽引桿180000一般檢查和維修200000五級安全檢查-空調(diào)、通訊設備4 對直線電機系統(tǒng)的再認識   2005年3月，我們邀請了LAVALIN公司的專家對首都機場線采用直線電機系統(tǒng)進行了詳細的系統(tǒng)論證，使得我們對直線電機輪軌系統(tǒng)有了一個再認識。即：LIM系統(tǒng)的設計約90%與傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)一致；有以下幾點應重視： 重點考慮輪軌的咬合關(guān)系； 結(jié)構(gòu)的受力可根據(jù)實際確定； 結(jié)構(gòu)斷面可根據(jù)實際確定； 車輛段的設計可更加緊湊，節(jié)約用地； 運營與維修的管理（通過經(jīng)常性的維修

17、可實現(xiàn)車輛無大修）； 多系統(tǒng)綜合考慮噪聲控制（如箱梁設計、浮置板道床、車輛設置裙邊、吸音屏障、車底板及橋梁檔板的吸音材料、軌道減振墊等措施，這些在傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)方面也可采用）。5 系統(tǒng)推廣及發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢的建議   直線電機系統(tǒng)確實存在很多優(yōu)點，這一點在最近美國、日本、韓國都有采用此系統(tǒng)的新線建設就足以證明，它應有很大的推廣應用空間，但為什么國內(nèi)沒有大規(guī)模的應用呢？這里有一個現(xiàn)象是不容忽視的，即同樣是直線電機系統(tǒng)，效果卻差異很大，加拿大溫哥華SKYTRAIN系統(tǒng)體現(xiàn)了上述技術(shù)特點，紐約肯尼迪機場線效果更好，而早期的多倫多Scarborough RT線，效果卻大相徑庭，日本的直線電機系統(tǒng)也沒有把直線電機系統(tǒng)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。因此一個先進的系統(tǒng)，其技術(shù)先進性的體現(xiàn)，要靠各項技術(shù)綜合協(xié)調(diào)，需要有豐富經(jīng)驗的設計和系統(tǒng)集成商，對細節(jié)設計和系統(tǒng)接口有一個周密細致考慮。   比如SKYTRAIN的先進性，得益于其整體的集成技術(shù)。§對于噪聲的控制，從