未来动车概念设计——双层地铁设计

刘杨千禧,伊力德

摘要：基于交通运输部发布的《2022 年 1 月城市轨道交通运营数据速报》数据，乘坐地铁出行需求量大的都市，其高峰期地铁路线客量持续增长至接近饱和的情况下，系统便出现需要增加容量的压力，解决此种状况的方案之一，就是加大相同线路的列车班次的密度，但是这种方法要采用更加繁复的信号系统，以及更强的刹车系统，以缩减制动器作用的距离。可是由于技术上存在一定困难，有须要寻求其他解决办法。于是双层车厢地铁的研发成为一种必然趋势。本文以概念设计、车辆总体设计、头形设计，3个方面提出自己的设计理念，车辆总体设计主要考虑高速下的安全运行，头形设计主要考虑减少空气阻力。

关键词：高效率；稳定性；流线型；空气动力学

1.发展背景

根据交通运输部发布的《2022 年 1 月城市轨道交通运营数据速报》，31个省级城市的51个城市已运行城市轨道交通，共开通交通线路270条。在2022年的第一个月，轨道交通接待乘客约10.8亿人次。

城市的客流数据显示，今年1月，轨道交通运输量超过2亿人的三座城市，上海28300万人，北京23200万人，广州22600万人，三大城市在运行线路数量、运行总路线和进站量上都遥遥领先于其他城市。成都和深圳的表现也不错，在月流量方面都达到1亿到2亿乘客，而深圳受疫情防控影响月客流量为1.4亿略低于成都1.48亿。武汉、南京、重庆和杭州这四个城市，轨道交通服务月客流量为5000万到1亿人次。单月超过千万客流的有27个城市上榜。福州市目前在运行两条地铁，总运行里程为58.4公里，厦门市现在有三条地铁，总运行里程为98.4公里。1月，福州居民消费地铁乘票1023.8万张，每天消费地铁乘票33.03万张;厦门居民消费地铁乘票1.673亿人次，每日平均52.82万人次。

基于以上数据及分析，在需求量大的城市其高峰期地铁路线客量持续增长至 接近饱和的情况下，地铁系统便出现容量增加的压力，解决此种状况的方案之一，就是加大相同线路的列车班次的密度，但是这种方法要采用更加繁复的信号系统，以及更强的刹车系统，以缩减制动器作用的距离。可是由于技术上存在一定困难，有须要寻求其他解决办法。于是双层车厢地铁的研发成为一种必然趋势。

2.基本要求

双层地铁主要服务于运输高峰阶段的乘客，旨在缓解高峰时期城市交通压力。因此对地铁整体结构和建设地区及运行时间进行了创新，为了提高运行效率，只在经常客流量过大的位置设置双层地铁线路，且运行时间仅在客流高峰时期。

为了减少站台建设压力，不对站台做特殊处理，与一般单层地铁站台相同，在每个站台上的停留时间为50秒，所有乘客由站台先进入地铁一层，由车辆内部的两座扶梯到达地铁的第二层，车辆及时广播到站信息，以便疏导车辆上的乘客。

3.概念设计

（1）、运行速度范围：70-80km/h。

（2）、单向的最大高峰期每小时客流量： 6 万-12 万人次

（3）、路线选择：客量大、流量饱和及高峰期客运问题严重的地铁线路

4.总体设计

对于双层地铁来说面临的最大问题就是高速下的运行安全，因此要在单层地铁的基础上，对双层地铁各个方面进行优化。

（1）结构优化 :双层地铁应该大量使用轻质、高强度、耐腐蚀的新型复合材料，并结合结构优化，使整车质量相对单层车仅增加10%左右。同时，采用悬空式座椅，提高有限空间的利用率，并配置1.8m宽的双开门，方便乘客快速上下车以及快速的移动到地铁二层。

（2）安全运行 :列车需要配置成熟并且可靠的系统部件,用来优化牵引系统的可靠性和可维护性;车底利用轴重大并且速度高的转向架，和采用两级减振系统，通过以上措施，保障列车运行的安全性和平稳性;双层地铁选用整体承载结构铝合金车体，使车体有更强的防撞性能。[1]

5.头形设计

对于双层地铁来说列车头形设计非常重要，对于车辆空气动力学进行验证的最主要目的，即是选择双层地铁车辆车体外壳的最佳形状。优良的双层地铁车头头形设计可以高效地缩减车辆运行空气阻力和解决好双层地铁车辆运行过程稳定性问题。[2]

对于双层地铁列车，因为其运行速度较慢且运行路况较好，所以结构设计的要求要比高速列车低很多，由此车窗倾角参数的选取主要从能使车辆更加美观的角度来考虑即可，不管对于车外的行人还是车内的乘客，宽阔且明亮的车窗都可以减小地下交通工具带给人的压抑感。综上双层地铁的车头头形设计主要从制造简便，并且车窗尽量大的角度来考虑，车头司机正视的车窗倾斜角度选取类似于45度，50度这样的整数而且比较常规的数值来进行设计。双层地铁车辆头部最前端面应比较平整，头部向后横截面积逐渐增大，其中头部后段的横截面积近似线性增加[3]。

参考文献

[1]《中国首列出口欧洲双层动车组下线》，2021.07.20

[2]李强，金新灿，《动车组设计》，中国铁道出版社，2008.1

[3]张伟，《地铁车头流线型设计与车头内部框架结构动态优化》，2008