第一章城市軌道交通1.1地鐵為鐵路運輸?shù)囊环N形式，對該詞有兩種理解：指在地下運行為主的城市軌道交通系統(tǒng)，即“地下鐵道”或“地下鐵”（Subway，tube，underground）的簡稱；許多此類系統(tǒng)為了配合修筑的環(huán)境，并考量建造及營運成本，可能會在城市中心以外地區(qū)轉(zhuǎn)成地面或高架路段。指涵蓋了都會地區(qū)各種地下與地上的路權(quán)專有、高密度、高運量的城市軌道交通系統(tǒng)（Metro），臺灣則稱為“捷運”（Rapidtransit）。地鐵是沿著地面鐵路系統(tǒng)的形式逐步發(fā)展形成的一種用電力牽引的快速大運量城市軌道交通模式，其線路通常敷設(shè)在地下隧道內(nèi)，有的在城市中心以外，從地下轉(zhuǎn)到地面或高架橋上敷設(shè)方式。除了上述的地下鐵以外，也包括高架鐵路（Elevatedrailway）或路面上鋪設(shè)的鐵路。因此，地鐵是路權(quán)專有的，無平交，這也是地鐵區(qū)別于輕軌交通系統(tǒng)的根本性的標(biāo)志。1.1.1定義在英文環(huán)境中，根據(jù)各城市類似系統(tǒng)的發(fā)展起源與使用習(xí)慣之不同，常稱為：Metro（法國巴黎、中國大陸地區(qū)）、MRT（新加坡、臺北、高雄等）、MTR（特指香港、北京的京港地鐵部分（4號線和14號線））、Overground（特指地上軌道）、Railway（特指地上軌道）、Subway（美國及周邊地區(qū)、北京的北京地鐵公司部分）、Tube（特指倫敦）或Underground（特指倫敦）。1.1.2用途客運：絕大多數(shù)的城市軌道交通系統(tǒng)都是用來運載市內(nèi)通勤的乘客，而在很多場合下城市軌道交通系統(tǒng)都會被當(dāng)成城市交通的骨干。通常，城市軌道交通系統(tǒng)是許多都市用以解決交通堵塞問題的方法。貨運：美國的芝加哥曾有用來運載貨物的地下鐵路；英國倫敦亦有專門運載郵件的地下鐵路。但兩條鐵路已先后在1959年及2003年停用。人防：在戰(zhàn)爭（如第二次世界大戰(zhàn)）時，地下鐵路亦會被用作工廠或防空洞。不少國家（如韓國）的地鐵系統(tǒng)，在設(shè)計時都有把戰(zhàn)爭可能計算在設(shè)計內(nèi)，所以無論是鐵路的深度、人群控制方面，都同時兼顧日常交通及國防的需要。避寒：有些地方的地下鐵路建筑在地底下為的不單是避開地面的繁忙交通及房屋，還有為避免鐵路系統(tǒng)受到戶外的惡劣天氣的破壞，負(fù)面教材有莫斯科地鐵地面線：4號及L1號線，受到極端寒冷天氣的肆虐導(dǎo)致維修費用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過地下線的建造及維修費用。擺設(shè)：城市軌道交通系統(tǒng)亦被用作展示國家在經(jīng)濟(jì)、社會以及技術(shù)上高人一等的指標(biāo)。例如前蘇聯(lián)的地下鐵路系統(tǒng)便以車站裝飾華麗出名，而朝鮮首都平壤的地下鐵路系統(tǒng)亦有堂皇的裝飾。1.1.3技術(shù)隧道：很多地下鐵路行走的隧道，都比在主要干線上的為?。凰砸话愣缘叵妈F路的列車體積一般比較小。有時隧道甚至能影響列車的形狀設(shè)計，例如倫敦地鐵的部分列車便是。動力：大部分的城市軌道系統(tǒng)都是使用動力分布式（即動車組），而不使用動力集中式。若果使用動力集中式，經(jīng)常會用推拉運作。系統(tǒng)：部分較為先進(jìn)的系統(tǒng)已開始引入列車自動操作系統(tǒng)。倫敦、巴黎、臺灣、新加坡和香港等地車長都毋需控制列車。更先進(jìn)的軌道交通系統(tǒng)能夠做到無人操控。例如世界上最長的自動化LRT（lightrapidtransitsystem）系統(tǒng)—溫哥華Skytrain，整個LRT所有的車站及列車均為“無人管理”。上海地鐵1號線、2號線、3號線、4號線、8號線已經(jīng)實現(xiàn)有司機(jī)全程監(jiān)控、控制開關(guān)門的半無人駕駛，10號線也將試行無人駕駛，屆時司機(jī)將僅僅進(jìn)行監(jiān)控。車輛：最初的城市軌道系統(tǒng)車廂是木制的，后來改為鋼制以減少一旦發(fā)生火災(zāi)造成的危險。自1953年開通的多倫多的地下鐵路，車廂開始再改良為鋁制，有效減少維修成本和重量。車型：地鐵車型是指地鐵（城市軌道交通）所用車輛的型號。一般而言，世界各地地鐵車型沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，往往是按照某個地方的地鐵所需量身定制，比如紐約地鐵的A系統(tǒng)和B系統(tǒng)。在中國大陸，地鐵車型往往被分為A、B、C三種型號以及L型1.2輕軌交通輕軌（LightRailTransit，簡稱LRT），中國應(yīng)用城市包括上海、重慶等。是在有軌電車的基礎(chǔ)上改造發(fā)展起來的城市軌道交通系統(tǒng)。輕軌是反應(yīng)在軌道上的荷載相對于鐵路和地鐵的荷載較輕的一種交通系統(tǒng)。輕軌是個比較廣泛的概念，公共交通國際聯(lián)會（UITP）關(guān)于輕軌運營系統(tǒng)的解釋文件中提到：輕軌是一種使用電力牽引、介于標(biāo)準(zhǔn)有軌電車和快運交通系統(tǒng)（包括地鐵和城市鐵路），用于城市旅客運輸?shù)能壍澜煌ㄏ到y(tǒng)。輕軌原來的定義是指采用輕型軌道的城市交通系統(tǒng)。當(dāng)初使用的是輕型鋼軌，輕軌已采用與地鐵相同質(zhì)量的鋼軌。所以，國內(nèi)外都以客運量或車輛軸重的大小來區(qū)分地鐵和輕軌。輕軌是指運量或車輛軸重稍小于地鐵的快速軌道交通。在中國《城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（試行本）中，把每小時單向客流量為0.6萬～3萬人次的軌道交通定義為中運量軌道交通，即輕軌。圖1-1輕軌交通輕軌一般采用地面和高架相結(jié)合的方法建設(shè)，路線可以從市區(qū)通往近郊。列車編組采用3～6輛，鉸接式車體。由于輕軌采用了線路隔離、自動化信號、調(diào)度指揮系統(tǒng)和高新技術(shù)車輛等措施，最高速度可達(dá)60km/h，克服了有軌電車運能低、噪聲大等問題。由于輕軌具有投資少（每公里造價在0.6億～1.8億元人民幣）、建設(shè)周期短、運能高、靈活等優(yōu)點，因此發(fā)展很快。無論是發(fā)達(dá)國家，還是發(fā)展中國家，輕軌方興未艾。各國紛紛根據(jù)自已的國情，制定相應(yīng)的輕軌發(fā)展戰(zhàn)略和模式?？v觀各國情況，大致有以下三類發(fā)展模式：一是改造舊式有軌電車為現(xiàn)代化的輕軌。這種模式以德國、前蘇聯(lián)及東歐各國為典型代表。二是利用廢棄鐵路線路改建成輕軌路線。這種方式以美國圣迭戈輕軌為代表，歐洲也有類似的情況，如瑞典的哥德堡、德國的卡爾·馬克思州也都采用這一方式。中國上海五號線、武漢軌道交通1號線一期工程也屬于這種方式。三是建設(shè)輕軌新線路的方式。對有些城市而言，修建輕軌比修建地鐵更經(jīng)濟(jì)實惠，因此，諸如馬尼拉、鹿特丹、中國香港等城市都相繼新修了輕軌線路。經(jīng)過100多年的發(fā)展，輕軌已形成3種主要類型：鋼輪鋼軌系統(tǒng)、線性電機(jī)牽引系統(tǒng)和橡膠輪輕軌系統(tǒng)。鋼輪鋼軌系統(tǒng)即新型有軌電車，是應(yīng)用地鐵先進(jìn)技術(shù)對老式有軌電車進(jìn)行改造的成果。線性電機(jī)牽引系統(tǒng)（LinearMotorCar）是曲線性電機(jī)牽引、輪軌導(dǎo)向、車輛編組運行在小斷面隧道及地面和高架專用線路上的中運量軌道交通系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，加拿大成功地開發(fā)了線性電機(jī)驅(qū)動的新型軌道交通車輛。它采用線性電機(jī)牽引、徑向轉(zhuǎn)向架和自動控制等高新技術(shù)，綜合造價節(jié)約近20%。它與輪軌系統(tǒng)兼容，便于維護(hù)救援，具有較大的爬坡能力。線性電機(jī)技術(shù)在加拿大、日本、美國都取得了較大的成功，由此研制的線性電機(jī)列車也投入了使用。線性電機(jī)列車在中國的廣州和北京也有應(yīng)用。由于線性電機(jī)列車具有車身矮、重量輕、噪聲低、通過小半徑曲線和爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點，可以輕便地鉆入地下，爬上高架，是地下與高架接軌的理想車型。以線性電機(jī)作動力，其意義還在于它引起了軌道車輛牽引動力。1.2.1輕軌建設(shè)歷程1939年，偽“滿洲國”《大“新京”都市計劃》規(guī)劃建設(shè)120公里的環(huán)城地鐵。長春是中國第一個有

地鐵規(guī)劃的城市。1981年，全國第一次輕軌工作會議后，長春市政府開始研究快速軌道交通建設(shè)的準(zhǔn)備工作。1985年，長春市政府組建“長春市輕軌籌備辦公室”。1986年，市政府向建設(shè)部申請實施“輕軌科研實路”并獲得建設(shè)部批準(zhǔn)。1994年，長春市軌道交通籌建辦公室正式成立。完成《長春市軌道交通線路走向方案》、《長春市快速軌道交通一期工程簡介》、《長春市快速軌道交通路網(wǎng)規(guī)劃》。1997年3月，長春市政府召開第30次專題會議，研究長春市軌道交通3號線一期工程方案，并決定把3號線一期工程列入九五計劃．此次會議后，長春市軌道交通籌建辦公室和長春市規(guī)劃設(shè)計研究院共同編制完成了《長春市軌道交通路網(wǎng)規(guī)劃說明》。與此同時，由北京城市設(shè)計研究院完成了環(huán)線工程的《可行性研究報告》。1997年10月，市政府召開第99次專題會議，聽取關(guān)于長春市軌道交通報告和可行性研究情況的匯報．會議確定長春市快速軌道交通進(jìn)入可實施階段．1998年7月，長春市軌道交通有限責(zé)任公司注冊成立，就是現(xiàn)在的長春輕軌，同月由吉林省環(huán)保科研所完成的《環(huán)境評估綱》通過了國家環(huán)?？偩趾铜h(huán)保評估中心的審查。1998年9月，在市政府召開的1998年第69次專題會議，把快速軌道交通工程作為重點項目列入工作目標(biāo)．宣告成立長春市軌道交通工程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組。時任市長李述任組長，時任副市長劉元俊任副組長．成立，長春市軌道交通建設(shè)指揮部，由劉元俊副市長任總指揮，指揮部下設(shè)長春市軌道交通籌建辦公室，由原公用局副局長王顯民任主任．至此全面啟動了長春市快速軌道交通環(huán)線工程的前期準(zhǔn)備工作。1999年1月，市長李述在長春市十一屆人大二次會議的政府工作報告中，把興建快速軌道，啟動綠色交通列入為市民做好的12件實事之一。1999年2月，副市長劉元俊主持召開市政府1999年第二次會議，全面布置快速軌道交通環(huán)線一期工程前期準(zhǔn)備工作。1999年3月，受國家計委委托，中國國際工程咨詢公司召開，長春市快速軌道交通環(huán)線一期工程項目建議書的評估會議。1999年6月，中國國際工程咨詢公司向國家計委發(fā)出對長春輕軌工程的評估報告。1999年9月，國務(wù)院正式批準(zhǔn)長春輕軌工程立項。1999年10月，建設(shè)部，國家環(huán)?？偩謱＜医M對長春輕軌環(huán)境影響報告和客流預(yù)測進(jìn)行評估。1999年11月，國家計委委托中咨公司對長春快速軌道交通環(huán)線一期工程的初步設(shè)計通過審查。1999年12月，長春快速軌道交通環(huán)線一期工程初步設(shè)計通過審查。2000年5月27日，長春輕軌一期工程試驗段開工建設(shè)．時任長春市委書記米鳳君，時任市長李述等領(lǐng)導(dǎo)為工程奠基。2001年12月28日，長春輕軌一期工程試車成功。至此，長春率先建成中國大陸第一條輕軌線路。2002年10月30日，長春輕軌一期工程長春站－衛(wèi)光街試運營。1.2.2輕軌建設(shè)情況1號線北環(huán)路至紅咀子段在建，預(yù)計2015年底完工。2號線勘探中，目前已獲國家批復(fù)，預(yù)計2012年年底開工。3號線建成通車，2002年1期通車，2006年2期通車，除一期工程延伸工程外至今已全線貫通，是中國大陸第一條輕軌線路。4號線一期建成，現(xiàn)處于試運營階段，運營初期東新路站。5號線規(guī)劃中。1.3低地板有軌電車1.3.1簡介2013年4月18日，中國北車唐車公司自主創(chuàng)新研制的一款一體化交通新產(chǎn)品——100%低地板現(xiàn)代有軌電車下線。低地板”現(xiàn)代有軌電車是長客股份承擔(dān)的國家科技部“十一五”重點科技支撐項目，2010年8月通過科技部專家驗收，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，填補了我國有軌電車與地鐵車輛間的運載技術(shù)空白，也為現(xiàn)代城市軌道交通提供了全新的選擇。圖1-2我國首條低地板有軌電車1.3.2特點“100%低地板”現(xiàn)代有軌電車最顯著的特點是造價低、節(jié)能環(huán)保。其軌道可直接在現(xiàn)有馬路上鋪設(shè)，車輛在地面?？?，現(xiàn)代有軌電車運行系統(tǒng)建造成本僅為地鐵的1/4到1/3，且工期短，污染少。由這種車輛構(gòu)建起的城市有軌電車運載系統(tǒng)，載客量、乘坐舒適感、穩(wěn)定性均高于公共汽車，且兼?zhèn)涑鞘杏^光功能。其車內(nèi)與地鐵相似，票價卻低于地鐵。低地板輕軌車是現(xiàn)代城市新型交通裝備，車輛地板距軌道面低于40厘米，按照車輛低地板區(qū)域占客室面積的百分比，低地板車輛分為多種類型，其中技術(shù)難度最大的就是“100%低地板”輕軌車。之前，此項列車技術(shù)只有阿爾斯通、西門子、龐巴迪等歐洲巨頭掌握，造價昂貴?！暗偷匕濉笔禽p軌車輛的一個專用語，指車輛地板距離軌道面小于40厘米的輕軌車輛。按照車輛低地板區(qū)域能夠達(dá)到客室面積的百分比，低地板車輛又分很多種類型，其中技術(shù)難度最大的就是100%低地板輕軌車。之前，100%低地板列車技術(shù)只有阿爾斯通、西門子、龐巴迪等歐洲巨頭掌握，列車造價昂貴。為了突破技術(shù)壟斷，作為國內(nèi)軌道交通行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，長客股份很早就投入對低地板輕軌車的研發(fā)，并在國內(nèi)率先研發(fā)成功70%低地板輕軌車。這一車型已在我市的輕軌線路上成功運營5年。在充分掌握70%低地板輕軌車研制技術(shù)的基礎(chǔ)上，長客股份經(jīng)過艱難的技術(shù)攻關(guān)，攻克了獨立輪轉(zhuǎn)向架、輕量化車體、牽引傳動及其控制系統(tǒng)、整車系統(tǒng)集成的難關(guān)，實現(xiàn)了100%低地板車的自主研制，為低地板系列輕軌車打上了“中國創(chuàng)造”的標(biāo)簽。常規(guī)軌道列車車廂都高高在上，牽引電機(jī)等復(fù)雜設(shè)備主要集納在車廂底部，因此車站站臺高度必須超過1米，以方便乘客上下車。而作為現(xiàn)代有軌電車的低地板列車，車廂地板僅高出地面35厘米至38厘米，與馬路牙子高度相當(dāng)，乘客抬腳就能上車，因此省去了建專用站臺的高昂費用。據(jù)測算，由于100%低地板車輕軌線路無需要封閉線路，轉(zhuǎn)彎半徑小，可在城區(qū)狹小地帶穿越。據(jù)測算，工程總體造價為每公里9000萬元至1億元，僅相當(dāng)于地鐵造價的1/4；每輛30米長列車的單價為1200萬元至1500萬元，也僅相當(dāng)于同類進(jìn)口列車的一半。由長客股份生產(chǎn)的100%低地板輕軌車長30米，載客量280多人，可以根據(jù)交通流量在高峰時期加掛車廂增加運力。低地板輕軌線路轉(zhuǎn)彎半徑小，可在城區(qū)狹小地帶穿越，考慮到運行線路不完全封閉，低地板車采用液壓制動，剎車比普通地鐵列車靈敏得多。1.4獨軌

1.4.1簡介

車輛行駛在架空單根軌道上的鐵路。其功能主要是解決地面交通擁擠和旅游地區(qū)的客運。世界上最早的獨軌鐵路于1820年在英國建成。此后在德國、美國和日本也相繼建成了獨軌鐵路，其線路長度均為10余千米。獨軌鐵路按其支承車輛的方式分為懸吊式和跨座式兩種。懸吊式獨軌鐵路的軌道架設(shè)于支柱上端，車輛的車輪在車廂的上方，并支承于懸空軌道的鋼軌上，車輛可以是對稱或非對稱布置，也可是單個或成雙布置；跨座式獨軌鐵路的軌道通常為支柱上端的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，其上敷設(shè)鋼軌，車輪自車廂的下部支承于鋼軌上。獨軌鐵路的車廂一般由鋁合金制造。驅(qū)動機(jī)構(gòu)為電動機(jī)機(jī)組組成，與動輪布置在一起。獨軌鐵路的優(yōu)點是技術(shù)較簡單、速度較快、不受地面交通干擾、占用土地少和運行平穩(wěn)等，在發(fā)達(dá)國家中得到一定采用。

1.4.2歷史

1820年英國在倫敦北部建成世界上最早的一條用于貨物運輸?shù)莫氒夎F路。1898年德國人E.朗根提出在伍珀塔爾市內(nèi)巴門和埃爾伯費爾德間建造用于旅客運輸?shù)莫氒夎F路，并于1901年建成和投入運營。20世紀(jì)50年代以來，一些國家由于城市交通量激增，交通污染等公害問題日趨嚴(yán)重，獨軌鐵路工程造價低廉，工期較短，技術(shù)簡單，線路用地少，行車速度高，不受地面交通干擾，運行平穩(wěn)安全。因此日本、聯(lián)邦德國、美國等國家重視獨軌鐵路研究，并取得了一定的成果。

獨軌鐵路的主要結(jié)構(gòu)是軌道梁，通常是由鋼或鋼筋混凝土制成。獨軌鐵路車輛在軌道梁上運行，一般是鋁合金制成的，由電動機(jī)驅(qū)動。

1.4.3分類介紹

獨軌鐵路按車輛的行車狀態(tài)，大致可分懸吊式獨軌鐵路和跨座式獨軌

獨軌鐵路鐵路兩類。不同類的獨軌鐵路，運行于其上的車輛結(jié)構(gòu)形式也不同。懸吊式獨軌鐵路軌道梁由一定跨距的鋼支柱或鋼筋混凝土支柱架在空中，車輛懸掛在軌道梁下運行。運行的車輛有非對稱式和對稱式兩種。非對稱式的車輛有吊鉤，吊鉤上有鋼制車輪，車輪在鋪設(shè)于軌道梁上的單根鋼軌上運行。這種形式的獨軌鐵路稱“朗根”型。聯(lián)邦德國伍珀塔爾市的獨軌鐵路即屬“朗根”型。這條獨軌鐵路的大部分線路架設(shè)在河流上空，在沿河兩岸架設(shè)人字形鋼架，鋼架上設(shè)軌道梁。這條獨軌鐵路于1901年建成，1903年延長，全長13.3公里，車站20個，最陡坡度45‰，每列車由兩輛車輛編組（每輛載80人，車輛長12.2米），最高速度每小時60公里。對稱式的車輛以一對橡膠車輪在軌道梁上的走行板上運行，軌道梁為箱形，懸吊于支柱的伸臂板下方。對稱式獨軌鐵路和車輛以“SAFEGE”型為代表,是法國企業(yè)管理研究公司（簡稱SAFEGE）研制的，并因此而得名。日本獨軌鐵道協(xié)會已將“SAFEGE”型獨軌鐵路作為懸吊式城市獨軌鐵路的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

獨軌鐵路跨座式獨軌鐵路，軌道梁一般是預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁（在跨越河流和其他交通線路時,因梁的跨度較大,有時也采用鋼制的軌道梁），車輛在軌道梁上運行。這種獨軌鐵路的車輛有動輪和導(dǎo)輪。車輛動輪以軌道梁頂面為走行面，車輛導(dǎo)輪以軌道梁的兩側(cè)面為走行面。車輛動輪承載車體,車輛導(dǎo)輪用于保持車體穩(wěn)定和導(dǎo)向。跨座式獨軌鐵路和車輛以“阿爾維格(ALWEG)”型為代表,是瑞典企業(yè)家A.L.W.格倫于1951年委托聯(lián)邦德國工程師研制的，并因此而得名。日本的獨軌鐵道協(xié)會已按“阿爾維格”型進(jìn)行了跨座式城市獨軌鐵路的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

跨座式獨軌鐵路于1959年在美國洛杉磯的迪斯尼游樂場首先被采用；1962年美國又在西雅圖博覽會上建成一條1英里長的跨座式獨軌鐵路;1964年日本在東京建成一條通到羽田機(jī)場、長13.1公里的跨座式獨軌鐵路。

第二章地鐵裝備體系在中國國家標(biāo)準(zhǔn)《城市公共交通常用名詞術(shù)語》中，將城市軌道交通定義為“通常以電能為動力，采取輪軌運轉(zhuǎn)方式的快速大運量公共交通的總稱。”根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會統(tǒng)計，2013年末，中國累計有19個城市建成投運城軌線路87條，運營里程2539公里。2013年實際新增2個運營城市、16條運營線路、395公里運營里程。在2539公里運營里程中，地鐵2074公里，占總里程的81.7%；輕軌192公里，占總里程的7.6%；單軌75公里，占總里程的3.0%；現(xiàn)代有軌電車100公里，占總里程的3.9%；磁浮交通30公里，占總里程的1.2%；市域快軌67公里，占總里程的2.6%。城市軌道交通（RailTransit）具有運量大、速度快、安全、準(zhǔn)點、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點。世界各國普遍認(rèn)識到：解決城市的交通問題的根本出路在于優(yōu)先發(fā)展以軌道交通為骨干的城市公共交通系統(tǒng)地下鐵道簡稱地鐵（Metro或UndergroundRailway或Subway或Tube），中國應(yīng)用城市包括北京、上海、重慶、廣州、深圳、南京等。地鐵是城市快速軌道交通的先驅(qū)。地鐵是由電力牽引、輪軌導(dǎo)向、軸重相對較重、具有一定規(guī)模運量、按運行圖行車、車輛編組運行在地下隧道內(nèi)，或根據(jù)城市的具體條件，運行在地面或高架線路上的快速軌道交通系統(tǒng)。地鐵的運能，單向在3萬人次/小時，最高可達(dá)6～8萬人次/小時。最高速度可達(dá)120km/h，旅行速度可達(dá)40km/h以上，可4～10輛編組，車輛運行最小間隔可低于1.5min。驅(qū)動方式有直流電機(jī)、交流電機(jī)、直線電機(jī)等。地鐵造價昂貴，每公里投資在3～6億元人民幣。地鐵有建設(shè)成本高，建設(shè)周期長的弊端，但同時又具有運量大、建設(shè)快、安全、準(zhǔn)時、節(jié)省能源、不污染環(huán)境、節(jié)省城市用地的優(yōu)點。地鐵適用于出行距離較長、客運量需求大的城市中心區(qū)域。一般認(rèn)為，人口超過百萬的大城市就應(yīng)該考慮修建地鐵。2.1工作原理城市軌道交通發(fā)展初期是老式的地面有軌電車，網(wǎng)壓制式為600VDC。在本世紀(jì)初，有軌電車是城市重要的公共交通工具。由于它與道路上的其他各種車輛共用路面，行駛速度緩慢，噪聲大，乘坐舒適性差，而且在狹窄的道路上妨礙汽車的行駛，所以在30，40年代紛紛被拆除。但是有軌電車也有其優(yōu)點，它可以在路面直接換乘，可以小單元頻繁發(fā)車，而且無污染，造價特別低廉，所以東歐和前蘇聯(lián)許多城市以及我國少數(shù)城市仍在繼續(xù)使用?；谟熊夒娷嚨哪承﹥?yōu)點，在70年代以后國外重新考慮這種運輸型式在城市公共交通中的作用，采用線路隔離，自動化信號調(diào)度系統(tǒng)和高新技術(shù)的車輛等改造措施，從而形成所謂城市快速輕軌運輸LRT和輕軌車輛LRV，它與一般的鐵路相比，其軌道和車輛都是輕型的，其運輸系統(tǒng)相對也比較簡單，較適宜于中等運量的城市交通客運系統(tǒng)。此時網(wǎng)壓制式為直流750VDC。由于向大城市發(fā)展，客流量也越來越大，為滿足大客流量的需要，在80年代后期，地鐵采用直流1500VDC供電方式。所以電網(wǎng)制式也是隨城市發(fā)展而發(fā)展的。同時隨著科技進(jìn)步，尤其電力電子裝置技術(shù)發(fā)展，全控型電力電子器件與功能強(qiáng)的微處理器芯片成功地開發(fā)應(yīng)用，加之少維護(hù)、結(jié)構(gòu)簡單又堅實牢固的交流異步牽引電動機(jī)的發(fā)展及其控制理論不斷完善，使90年代的中后期，在國外采用異步牽引電機(jī)的交流傳動已取代了直流牽引電動機(jī)的直流傳動；我國也將要在近幾年中，實現(xiàn)由直流傳動向交流傳動轉(zhuǎn)化的歷史任務(wù)。城市軌道車輛主要是指地鐵車輛和輕軌車輛，它是城市軌道交通工具的重要的設(shè)備，也是技術(shù)含量較高的機(jī)電設(shè)備，城市軌道車輛應(yīng)具有先進(jìn)性，可靠性和實用性，應(yīng)滿足容量大、安全、快速、舒適、美觀和節(jié)能的要求。2.1.1城市軌道交通的受流方式受流裝置或受流器主要是指從接觸導(dǎo)線(接觸網(wǎng))或?qū)щ娷?第3軌)將電流引入動車的裝置，目前上海地鐵主要用的是受電弓受流方式，是屬于上部受流，形狀如▽，弓可升可降，適用于列車速度較高的干線電力機(jī)車上。在受電制式上，目前世界上地鐵發(fā)展較早的城市大都采用直流750V，個別有采用600V的。北京地鐵為直流750V。上海地鐵采用直流1500V，它與直流750V比較有以下優(yōu)點：可以提高牽引電網(wǎng)供電質(zhì)量，降低迷流數(shù)值，增加牽引供電距離，從而可減少牽引變電所數(shù)量；便于地鐵線路實現(xiàn)地下、地面和高架的聯(lián)動.ONIXOCU152牽引系統(tǒng)組成阿爾斯通ONIXOCU驅(qū)動系統(tǒng)是一種標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動產(chǎn)品，主要包括IGBT功率模塊的ONIXOCU逆變單元，AGATE微處理器控制電子設(shè)備和ONIX交流電機(jī)。經(jīng)過特殊設(shè)計將3個部分組合在一起，以達(dá)到最大的牽引效率。例如運行于上海2號線的是阿爾斯通MetropolisTM列車。列車采用6動2拖編組方式，每輛動車裝備一套牽引逆變器。牽引系統(tǒng)每節(jié)動車有一個逆變器，安裝在車底。每個逆變器都受AGATE控制驅(qū)動4個交流電機(jī)。(1)進(jìn)線電抗器。每個逆變器帶一個電抗器，進(jìn)線電抗器安裝在OCU框架旁邊，采用自然冷卻方式，感應(yīng)系數(shù)為2.5mH，通過2根電纜連接。電抗器與主電容器組成

一個低通濾波器，以減少逆變器電機(jī)諧波，保護(hù)逆變器防止供電電源的突變，減小供電電壓波動對變頻器的影響。(2)逆變器.由VVVF3相逆變器和電阻制動載波器組成，采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷，開關(guān)設(shè)備包括IES，HSCB，CCC，LC。由受電弓引入的直流1500V電壓轉(zhuǎn)化成驅(qū)動電機(jī)的三相交流400V電源，通過接受駕駛員或ATC系統(tǒng)命令進(jìn)行牽引或制動。牽引控制電子裝置(PropulsionControlElectronics)AGATE3X牽引控制電子裝置由一個框架上的很多PCD板構(gòu)成，每個PCD板提供不同的功能。其中包括：電源板、主微處理器、I/O界面、網(wǎng)絡(luò)和通訊界面。2.1.2輔助電源系統(tǒng)上海地鐵2號線規(guī)定高壓為1500V直流，中壓為400/230V交流，低壓為110V直流。高壓通過架空線為整個列車提供電源，用于牽引裝置和通過靜態(tài)逆變器將其轉(zhuǎn)換為中壓(400/230VAC)然后再轉(zhuǎn)換為低壓(110VDC)。靜態(tài)逆變器配置在每個拖車和不帶受電弓的動車上。每一臺靜態(tài)逆變器產(chǎn)生一個相互獨立的三相電網(wǎng)。400V的中壓用于空壓機(jī)、空調(diào)、牽引設(shè)備的通風(fēng)，230V中壓用于正常照明。變壓器將中壓轉(zhuǎn)換為低壓，低壓用于車門、應(yīng)急照明、旅客緊急通風(fēng)、通訊、控制和數(shù)據(jù)處理。2.1.3電壓的產(chǎn)生和分配高壓電源來自接觸網(wǎng)并供給整個列車的用電設(shè)備，高壓電源用于牽引逆變器和輔助靜態(tài)逆變器，并由輔助靜態(tài)逆變器轉(zhuǎn)換成中壓電源并進(jìn)一步換成低壓電源。所有的牽引逆變器、高壓列車線、靜態(tài)輔助逆變器由高壓系統(tǒng)供電。靜態(tài)輔助逆變器通過高壓列車線供電，一旦列車供電有高壓電源并且該設(shè)備供有低壓電源、高壓列車線和靜態(tài)輔助逆變器就投入使用。高壓配電系統(tǒng)采用在線路的首端保護(hù)的方式，在每個受電弓后面，設(shè)有過載保護(hù)和過壓保護(hù)。整列車設(shè)六節(jié)編組三個1500VDC的車間電源插頭以代替受電弓向整列車輔助系統(tǒng)供電。任何一個車間電源接通時,均可向整列車輔助系統(tǒng)供電。車間電源供電與受電弓供電之間有聯(lián)鎖，以保證整列車任何時候只有一種供電。車間電源供電與牽引系統(tǒng)之間有聯(lián)鎖，以保證在任何時候，當(dāng)由車間電源供電時牽引系統(tǒng)不能得電。（1)中壓的產(chǎn)生和分配。中壓由一臺靜態(tài)逆變器提供。每一臺靜態(tài)逆變器提供一個相互獨立的三相中壓電網(wǎng)，中線是必備的。得到三相電壓，相應(yīng)的負(fù)載的電并按照下列的優(yōu)先級啟動?？諌簷C(jī)授權(quán)啟動并在啟動時通知TCMS(列車控制和管理系統(tǒng))，車輛運行速度高于零速時，牽引風(fēng)機(jī)和制動電阻風(fēng)機(jī)啟動。其他負(fù)責(zé)根據(jù)上一級負(fù)責(zé)的啟動狀況并由TCMS授權(quán)后允許啟動。阿爾斯通應(yīng)用于上海軌道交通車輛的CVS輔助逆變器的數(shù)量滿足了列車輔助系統(tǒng)供電的需要，選用小功率的輔助逆變器進(jìn)行分散式并網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)供電布置(優(yōu)先采用并網(wǎng)供電模式)，以減少輔助逆變器故障時的供電損失。功率元件采用IGBT或IPM，控制系統(tǒng)采用微處理器及PWM技術(shù)。（2）低壓的產(chǎn)生和分配。每臺靜態(tài)變換器和蓄電池輸出低壓。兩種低壓總線規(guī)定：永久低壓總線給休眠模式下的負(fù)載供電，預(yù)備電壓總線給其他低壓負(fù)載供電。在休眠模式下，預(yù)備電壓總線不供電。一組蓄電池能夠手動的和低壓電源分配斷開。在喚醒模式下，當(dāng)靜態(tài)變換器不工作時，蓄電池能給負(fù)載供電45分鐘。當(dāng)?shù)蛪弘娫吹陀谳^低值時，蓄電池和負(fù)載斷開。一臺靜態(tài)變換器只給一個蓄電池組供電，為了防止蓄電池向靜態(tài)變換器產(chǎn)生低壓回流，靜態(tài)變換器設(shè)有低壓回流保護(hù)。為了防止預(yù)備電壓表總線和永久低壓總線向靜態(tài)變換器和蓄電池組產(chǎn)生低壓回流，每一臺靜態(tài)變換器和蓄電池轉(zhuǎn)換器也設(shè)有低壓回流保護(hù)。客室緊急照明和蓄電池充電以外的其它所有直流負(fù)載都考慮供電冗余。低壓母線的供電電壓范圍滿足用電設(shè)備的工作電壓(DC110V+20%/-30%)。我國百萬以上人口的大城市有40座，50萬至100萬人口的城市有44座之多，還有像上海、北京等千萬人口的超大城市。目前除少數(shù)幾個大城市正在規(guī)劃建設(shè)地下鐵道外，城市的公共交通基本上還是依靠單一的路面的公共汽車和無軌電車。一條公共汽車或無軌電車線路最大客流一般僅為6000人次/h，而許多城市客運主流通道上，高峰期需要運送乘

客達(dá)1萬～3萬人次的運輸量的現(xiàn)象已屢見不鮮。以致在交通高峰期車上乘客密度高達(dá)每平方10人～12人，大批乘客滯留車站，許多城市交通處于半癱瘓狀態(tài)。目前我國城市人口占有道路面積僅2.8m2。快速建立城市軌道交通系統(tǒng)是解決我國大城市交通的根本途徑，對于特大城市正在著手規(guī)劃建設(shè)地下鐵路，但由于地下鐵道造價高昂，建設(shè)周期又長，許

多城市的經(jīng)濟(jì)實力還難以承受，這就給運量適中、造價低廉的輕軌交通的發(fā)展帶來良好的機(jī)遇。國外的經(jīng)驗也表明，對于百萬左右人口的城市，發(fā)展輕軌交通是為適宜的。展望我國城市公共交通發(fā)展前景，必將以快速軌道交通作為公共交通的骨干，配合常規(guī)的公共交通方式和其它輔助交通手段，形成一個包括地上、地面和地下多種交通模式的促進(jìn)城市發(fā)展良性循環(huán)的現(xiàn)代化公共交通網(wǎng)絡(luò)。這是我國城市公共交通發(fā)展的必由之路。城市軌道交通車輛采用交流傳動是科技發(fā)展與進(jìn)步的必然趨勢，對大城市地鐵辦(或輕軌)選用少量維護(hù)的先進(jìn)交流傳動方案的車輛也是必然的。城市軌道交通的站距較短，因此電動車組的調(diào)速及停車都比較頻繁。為了提高運行速度(尤其是對高架有軌交通車輛和地鐵列車)，必須使其啟動快，制動距離短。同時城市有軌交通車輛的旅客上下波動較大，對車輛載重有較大的影響。隨著電力電子技術(shù)發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)牽引逆變器的主器件，尤其在城市軌道交通車輛中，從上海明珠線進(jìn)口法國ALSTOM造的輕軌車輛或廣州、深圳地鐵將引進(jìn)國外的車輛上，都已采用電壓驅(qū)動全控型絕緣柵雙極型晶體管IGBT模塊，可看出這一趨勢。對于軌道交通車輛上的硬件系統(tǒng)，我國的自主研發(fā)技術(shù)還有待于提高，在軟件設(shè)計方面，例如PLC控制及現(xiàn)場總線技術(shù)，目前還無法擺脫國外的技術(shù)。實質(zhì)上，一種好的控制方法是在結(jié)合并分析各控制方法優(yōu)缺點基礎(chǔ)上互相滲透與互相借鑒而獲得的。對于今后進(jìn)一步應(yīng)該深入研究最新發(fā)展的交流牽引電動機(jī)采用變頻變壓控制(VVVF)的調(diào)速方式，它使用逆變器將直流換成交流，以電壓和頻率的變化來控制交流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)已被公認(rèn)為在調(diào)速性能和節(jié)能上是最為先進(jìn)的調(diào)速方式，它與交流電機(jī)配合，無換向部分，運行可靠，過載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，幾乎不須維修，現(xiàn)已在德國、日本等國已經(jīng)得到了應(yīng)用。它也是今后城市軌道交通車輛發(fā)展的趨勢。地下鐵道由于大部分線路在地下或高架通行，因此技術(shù)水平要求較高，可靠性和安全性要求也高。地鐵系統(tǒng)與國家干線鐵路一樣，主要由線網(wǎng)、軌道、車站、車輛、通信信號等設(shè)備構(gòu)成，要求各部門能夠有機(jī)結(jié)合，協(xié)同動作，最大限度地完成輸送任務(wù)。軌道交通系統(tǒng)中，采用了以電子計算機(jī)處理技術(shù)為核心的各種自動化設(shè)備，從而代替人工的、機(jī)械的、電氣的行車組織、設(shè)備運行和安全保證系統(tǒng)。如ATC（列車自動控制）系統(tǒng)可以實現(xiàn)列車自動駕駛、自動跟蹤、自動調(diào)度；SCADA（供電系統(tǒng)管理自動化）系統(tǒng)可以實現(xiàn)主變電所、牽引變電所、降壓變電所設(shè)備系統(tǒng)的遙控、遙信、遙測和遙調(diào)；BAS（環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)）和FAS（火災(zāi)報警系統(tǒng)）可以實現(xiàn)車站環(huán)境控制的自動化和消防、報警系統(tǒng)的自動化；AFC（自動售檢票系統(tǒng)）可以實現(xiàn)自動售票、檢票、分類等功能。這些系統(tǒng)全線各自形成網(wǎng)絡(luò)，均在OCC（控制中心）設(shè)中心計算機(jī)，實現(xiàn)統(tǒng)一指揮，分級控制。2.2地鐵的基本組成地鐵車輛是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是技術(shù)含量較高的機(jī)電設(shè)備。地鐵車輛應(yīng)具有先進(jìn)性、可靠性和實用性，應(yīng)滿足容量大。2.2.1地鐵車輛的分類安全、快速、美觀和節(jié)能的要求。地鐵車輛有動車（M，Motor）和拖車（T，Trailer）、帶司機(jī)室車和不帶司機(jī)室車等多種形式。動車本身帶有動力牽引裝置，拖車本身無動力牽引裝置；動車又分為帶有受電弓的動車和不帶受電弓的動車。

無論是大車還是小車，也無論是早期引進(jìn)的直流傳動車還是現(xiàn)在比較普遍使用的交流傳動車，列車所包含主要系統(tǒng)種類大致相同，但它們的技術(shù)水平、功能和性能有較大的差異，甚至它們的理論基礎(chǔ)都各不相同。地鐵車輛有動車和拖車、帶司機(jī)室和不帶司機(jī)室等多種形式，例如上海地鐵有帶司機(jī)室拖車(A型)、無司機(jī)室?guī)茈姽膭榆?B型)和無司機(jī)室不帶受電弓的動車(C型)共3種車型。編組時，其排列為：A—B—C—C—B—A；當(dāng)采用8節(jié)編組時，其排列為：A—B—C—B—C—B—C—A；這樣就能保證所編列車首尾兩節(jié)車(即全列車首尾兩端)均帶有司機(jī)室，中間各節(jié)之間均為貫通，以使乘客沿全列車可以隨意走動，使乘客在全列車中均勻分布，也有利于在列車發(fā)生意外事故時讓乘客有順序地沿此通道經(jīng)司機(jī)室前端安全門撤離。

地鐵車輛在運營時一般采用動拖結(jié)合、固定編組，形成電動列車組。由于它本身帶有動力牽引裝置，兼有牽引和載客兩大功能，因此和鐵路列車不同，不需要再連掛單獨的機(jī)車。2.2.2地鐵車輛的組成

（1）車體。車體是容納乘客和司機(jī)駕駛（對于有司機(jī)室的車輛）的地方，又是安裝與連接其他設(shè)備和部件的基礎(chǔ)。一般有底架、端墻、側(cè)墻及車頂?shù)取?/p>

（2）動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架。動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架裝置位于車體和軌道之間，用來牽引和引導(dǎo)車輛沿著軌道行駛，承受與傳遞來自車體及線路的各種載荷并緩沖其動力作用，是保證車輛運行品質(zhì)的關(guān)鍵部位。一般由構(gòu)架、彈簧懸掛裝置、輪對軸箱裝置和制動裝置等組成。

（3）牽引緩沖連接裝置。車輛編組成列安全運行必須借助于連接裝置。為了改善列車縱向平穩(wěn)性，一般在車鉤的后部裝設(shè)緩沖裝置，以緩和列車的沖動。

（4）制動裝置。制動裝置是保證列車安全運行所不可少的裝置。城市軌道車輛制動裝置除常規(guī)的空氣制動裝置外，還有再生制動、電阻制動和磁軌制動等。

（5）受流裝置。從接觸導(dǎo)線（接觸網(wǎng)）或?qū)щ娷墸ǖ谌墸㈦娏饕雱榆嚨难b置稱為受流裝置或受流器。受流裝置按其受流方式可分為以下幾種形式：a、桿形受流器；b、弓形受流器；c、側(cè)面受流器；d、軌道式受流器；e、受電弓受流器。

（6）車輛內(nèi)部設(shè)備。車輛內(nèi)部設(shè)備包括服務(wù)于乘客的車體內(nèi)的固定附屬裝置和服務(wù)于車輛運行的設(shè)備裝置。屬于前者的有車電、通風(fēng)、取暖、空調(diào)、座椅、拉手等。服務(wù)于車輛運行的設(shè)備裝置大多吊掛于車底架，如蓄電池箱、繼電器箱、主控制箱、電動空氣壓縮機(jī)組、總風(fēng)缸、電源變壓器、各種電氣開關(guān)和接觸器箱等。

（7）車輛電氣系統(tǒng)。車輛電氣包括車輛上的各種電氣設(shè)備及其控制電路。按其作用和功能可分為主電路系統(tǒng)、輔助電路系統(tǒng)和控制電路系統(tǒng)三個部分。2.2.3地鐵車輛的信號

信號設(shè)備的主要作用是保證行車的安全和提高線路的通過能力，包括信號裝置、聯(lián)鎖裝置、閉塞裝置等。信號裝置是指示列車運行條件的信號及附屬設(shè)備；聯(lián)鎖裝置是保證在車站范圍內(nèi)，行車和調(diào)車安全及提高通過能力的設(shè)備；閉塞裝置是保證在區(qū)間內(nèi)行車安全及提高通過能力的設(shè)備。

在車站上，鋪設(shè)有許多條線路，線路之間用道岔聯(lián)結(jié)。列車在車站內(nèi)運行的路徑，叫做進(jìn)路。進(jìn)路由道岔位置決定。進(jìn)路要有信號機(jī)防護(hù)，道岔位置不對，或者進(jìn)路上有車，防護(hù)此條進(jìn)路的信號機(jī)就不能開放，從而保證列車的運行安全。道岔、進(jìn)路和信號三者之間相互制約、相互依存的關(guān)系稱為聯(lián)鎖。實現(xiàn)聯(lián)鎖的設(shè)備叫做聯(lián)鎖設(shè)備。把許多道岔、進(jìn)路和信號機(jī)用電氣方法集中控制和監(jiān)督，并實現(xiàn)它們聯(lián)鎖的設(shè)備，叫做電氣集中設(shè)備。由車站向區(qū)間發(fā)車時必須確定區(qū)間內(nèi)無車，還要防止兩個車站在同一線路上向同區(qū)間發(fā)車。這種按照一定的方法組織列車在區(qū)間內(nèi)的運行，一般稱為行車閉塞，用來聯(lián)絡(luò)的設(shè)備稱為閉塞設(shè)備。常用的閉塞設(shè)備有自動閉塞、半自動閉塞及電氣路簽閉塞等。地鐵采用自動閉塞設(shè)備。2.2.4地鐵車輛的通信

地鐵通信是構(gòu)成地鐵各部門之間有機(jī)聯(lián)系、實現(xiàn)運輸集中統(tǒng)一指揮、行車調(diào)度自動化、列車運行自動化、提高運輸效率的必備工具與手段。

地鐵通信按其用途來分，可分為地區(qū)自動通信、地鐵專用通信、有限廣播、閉路電視、無線通信以及子母鐘報時系統(tǒng)、會議系統(tǒng)、傳真及計算機(jī)通信系統(tǒng)；按信息傳輸?shù)拿浇榭煞譃橛芯€通信和無線通信，有線通信又可分為光纜和電纜通信。地鐵通信是既能傳輸語言，又能傳輸文字、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息的綜合數(shù)字通信網(wǎng)。

2.2.5地鐵車輛的供電

地鐵的供電系統(tǒng)是為地鐵運營提供電能的。地鐵列車是電力牽引的電動列車，其動力是電能；此外，地鐵中的輔助設(shè)施包括照明、通風(fēng)、空調(diào)、排水、通信、信號、防災(zāi)報警、自動扶梯等，也都依賴電能。

地鐵供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送或變換，然后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃壒┙o地鐵各類設(shè)備

根據(jù)用電性質(zhì)的不同，地鐵供電系統(tǒng)可分為兩部分：由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主組成的動力照明供電系統(tǒng)。

2.2.6地鐵環(huán)境控制與車站設(shè)備

為了保證地鐵安全正常運行，應(yīng)在地鐵內(nèi)設(shè)置環(huán)境控制設(shè)備和各類必需的車站輔助設(shè)備，包括：通風(fēng)、空調(diào)、給排水、消防、自動扶梯、直升電梯、動力、照明、旅客引導(dǎo)等系統(tǒng)設(shè)備?，F(xiàn)代化程度較高的地鐵還配置了自動售檢票系統(tǒng)、車站設(shè)備自控系統(tǒng)、屏蔽門等。

給排水系統(tǒng)用來提供地鐵運營中生產(chǎn)、生活和消防用水，收集并排除地下滲透水和生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的廢水、污水。地鐵給水系統(tǒng)的水源一般取自城市自來水。

地鐵消防系統(tǒng)分中央和車站兩級。中央級的主要功能是：監(jiān)視全線消防設(shè)備狀態(tài)；火災(zāi)時，指揮全線消防搶險活動；控制全線有關(guān)消防設(shè)備的運行。車站級的主要功能是：監(jiān)視車站消防設(shè)備運行情況，接受各類報警信息；控制車站及相鄰區(qū)間內(nèi)消防設(shè)備的動作，實施滅火活動；與中央級間進(jìn)行必要的信息傳輸。

地鐵車站里的輔助設(shè)備包括：自動扶梯、直升電梯、卷簾門、防洪門、旅客引導(dǎo)、照明、售檢系統(tǒng)、車站設(shè)備自控系統(tǒng)等。根據(jù)需要還可設(shè)置屏蔽門和防核輻射門等。2.3牽引動力2.3.1軌道供電軌道供電，是鐵路電氣化的方法之一，常用于大眾運輸系統(tǒng)。第三軌在原有兩軌路線側(cè)邊新增軌道帶電，車輛則利用集電靴獲得電力；電流經(jīng)車輪和運行軌道回到發(fā)電廠。第四軌供電除了原有車輪支撐導(dǎo)引用軌道外，另外增設(shè)兩條軌道各供應(yīng)直流電正負(fù)兩極，或者供應(yīng)三相交流電，但不如第三軌式經(jīng)濟(jì)，故不常見。

軌道供電的概念就是在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的鐵軌。這條帶電鐵軌通常設(shè)于兩軌之間或其中一軌的外側(cè)。電動列車的集電裝置在帶電路軌上接觸并滑行，把電力傳到列車上。這種集電裝置在英語稱為“shoe”，中譯為“集電靴”。軌道供電系統(tǒng)的電壓較接觸網(wǎng)系統(tǒng)為小。接觸網(wǎng)一般能提供25000伏特或以上的交流電，但第三軌系統(tǒng)最多只能提供約1500伏特的直流電。一般而言，采用軌道供電系統(tǒng)的鐵路只設(shè)一條帶電路軌。這條帶電路軌稱為“第三軌”。從第三軌取得的電力一般都會經(jīng)列車的車輪及路軌傳回發(fā)電廠。但一些使用橡膠車輪的列車（如巴黎地鐵的部份列車）并不能讓電力經(jīng)路軌傳回發(fā)電廠，因此在這些列車行走的路段一般都會再增加一條額外的帶電軌道（亦即“第四軌”）以作回傳電力之用。有趣的是，基于第四軌的另外一些優(yōu)點（例如較高的可靠性以及減低信號系統(tǒng)的復(fù)雜性），一些使用普通金屬車輪列車的鐵路系統(tǒng)也會裝設(shè)第四軌，使供電用和行走用的路軌完全分開。倫敦地鐵是最大的第四軌鐵路系統(tǒng)。意大利米蘭市的地鐵A線則采用了更為特別的四軌系統(tǒng)。在該線部份路段上，兩線路軌中間設(shè)有一條帶電金屬條。列車的集電靴是設(shè)在“車廂”側(cè)，以配合帶電金屬條的位置。地上的第三軌則作電流回流之用。值得注意的是，該線北部的路段是采用接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的。阿爾斯通ONIXOCU驅(qū)動系統(tǒng)是一種標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動產(chǎn)品，主要包括IGBT功率模塊的ONIXOCU逆變單元，AGATE微處理器控制電子設(shè)備和ONIX交流電機(jī)。經(jīng)過特殊設(shè)計將3個部分組合在一起，以達(dá)到最大的牽引效率。例如運行于上海2號線的是阿爾斯通MetropolisTM列車。列車采用6動2拖編組方式，每輛動車裝備一套牽引逆變器。牽引系統(tǒng)每節(jié)動車有一個逆變器，安裝在車底。每個逆變器都受AGATE控制驅(qū)動4個交流電機(jī)。（1）進(jìn)線電抗器。每個逆變器帶一個電抗器，進(jìn)線電抗器安裝在OCU框架旁邊，采用自然冷卻方式，感應(yīng)系數(shù)為2.5mH，通過2根電纜連接。電抗器與主電容器組成一個低通濾波器，以減少逆變器電機(jī)諧波，保護(hù)逆變器防止供電電源的突變，減小供電電壓波動對變頻器的影響。（2）逆變器。由VVVF(VariableVoltageVariableFrequency)3相逆變器和電阻制動載波器組成，采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷，開關(guān)設(shè)備包括IES，HSCB，CCC，LC。由受電弓引入的直流1500V電壓轉(zhuǎn)化成驅(qū)動電機(jī)的三相交流400V電源，通過接受駕駛員或ATC系統(tǒng)命令進(jìn)行牽引或制動。（3）牽引控制電子裝。置(PropulsionControlElectronics)AGATE3X牽引控制電子裝置由一個框架上的很多PCD板構(gòu)成，每個PCD板提供不同的功能。其中包括：電源板、主微處理器、I/O界面、網(wǎng)絡(luò)和通訊界面。（4）高速斷路器(HSCB)。故障情況下，將牽引變頻器與供電電源快速隔離。斷開速度約15ms。斷開可以由控制回路控制或當(dāng)電流超過設(shè)定值時自動跳閘。當(dāng)AGATEControl檢測到HSCB斷開時，它將斷開LC和CCC，并且觸發(fā)撬棒回路使濾波器放電。（5）高壓供電開關(guān)(IESSwitch)。IES開關(guān)有三檔位置：位置P—牽引逆變器由接觸網(wǎng)供電；位置E—牽引逆變器完全接地；位置W—輔助逆變器由車間電源供電。（6）制動電阻(BrakeResistor)每個逆變器帶有一個制動電阻，當(dāng)列車制動時候，如果電網(wǎng)不能再吸收能量，由制動電阻將電能轉(zhuǎn)化為熱能，其中溫度傳感器用于檢測過溫并通知控制電子裝置。（7）牽引電機(jī)(TractionMotor)。3相交流感應(yīng)電機(jī)，每根軸的一個電機(jī)安裝于轉(zhuǎn)向架中部與齒輪箱相連，采用自冷，全封閉設(shè)計。電機(jī)上安裝有速度傳感器，半摩輪徑下，80kph時轉(zhuǎn)速3660rpm。2.3.2ONIXOCU152牽引逆變器較高的開關(guān)頻率。使交流波形平滑，降低諧波電流，減少體積及重量，更好的電機(jī)波形，降低電機(jī)損耗，更易于與信號系統(tǒng)兼容。簡化了功率電路。減少了器件數(shù)量，降低了成本;增加了可靠性，易于維護(hù)。簡化了驅(qū)動電路，易于控制。無需吸收回路。易于安裝在散熱器上。IGBT器件包含內(nèi)部絕緣介質(zhì)，散熱器直接接地，對冷卻空氣無過濾要求，每一個IGBT器件直接安裝于散熱器上；器件易于替換，無需特殊工具和方法。節(jié)約能量。ONIX牽引所產(chǎn)生的近乎完美的正弦波電流輸出減少了電機(jī)熱量，通過改進(jìn)的疊片封裝提供了優(yōu)良的磁性能，降低了渦流損耗。牽引系統(tǒng)及其控制基本概念組成列車的車輛有動車和拖車兩大種類，目前我們使用的列車司機(jī)室都設(shè)在拖車上，所以拖車都設(shè)在列車的兩端。所謂動車，就是帶牽引動力的，拖車是不帶牽引動力的。牽引系統(tǒng)分牽引主電路和牽引控制兩大部分。牽引主電路包含了牽引系統(tǒng)的主要強(qiáng)電設(shè)備、一些檢測設(shè)備和一些大功率的電路，屬強(qiáng)電部分，最高電壓可大于2000VDC，最大電流大于1000A。牽引控制是對牽引主電路及其設(shè)備的控制、檢測和保護(hù)，由計算機(jī)進(jìn)行的實時控制，是由硬件和軟件相結(jié)合的，屬弱電方面。牽引控制由計算機(jī)控制單元和控制電路組成。主要功能是對列車的運行方向的控制；對牽引、制動回路的控制；牽引加速度、制動減速度的控制；對主電路的檢測和保護(hù)；故障的檢測、判斷、處理、儲存；受電弓升弓、降弓控制和監(jiān)控；高速開關(guān)分、合控制和監(jiān)控等等。牽引、制動的最初命令來自司機(jī)室，司機(jī)通過駕駛室的主控制器和眾多開關(guān)、按扭發(fā)出各種控制命令，牽引、制動命令、及牽引制動加減速度都由司機(jī)室的主控制器的主手柄給出，列車運行方向由主控制器的方向手柄給出，通過控制回路一系列的電路、繼電器和牽引控制單元，最終控制主電路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)各種不同的功能。當(dāng)信號系統(tǒng)有ATO功能時，牽引、制動及相應(yīng)的加減速度來自信號系統(tǒng)。列車牽引系統(tǒng)工作原理：①供電部分。由受電弓提供1500VDC電源給列車供電，經(jīng)過主保險絲(MainFuses)進(jìn)入ONIXOCU152型牽引箱，另外還外接防止過載放電器對列車進(jìn)行過載保護(hù)。②逆變部分進(jìn)入ONIXOCU152型牽引箱的1500VDC經(jīng)過高速斷路器(HSCB)和預(yù)充電回路再連接到電抗器，預(yù)充電電路與隔離開關(guān)并聯(lián)，電抗器防止突入電流進(jìn)入逆變系統(tǒng)。③控制部分。由主控制器(MasterController)或者自動控制系統(tǒng)(ATC)發(fā)出牽引指令給列車控制和管理系統(tǒng)(TCMS)，經(jīng)過列車控制和管理系統(tǒng)(TCMS)處理后給牽引控制電子裝(PropulsionControlElectronics)一個允許的牽引信號，使得牽引電機(jī)驅(qū)動。④監(jiān)控部分。由列車控制和管理系統(tǒng)(TCMS)和牽引控制電子裝置(PropulsionControlElectronics)對發(fā)送和接受到的信號進(jìn)行監(jiān)控和管理。（3）牽引主電路。隔離和接地開關(guān)(Q-IES)提供了選擇高壓來自受電弓或是車間電源，線路電壓監(jiān)測裝置(LVMD)監(jiān)測線電壓，高速斷路器(HSCB)連接到充電電路。充電電路(K-CCC和R-CCZ)與隔離開關(guān)(K-IC)并聯(lián)，防止突入電流進(jìn)入逆變系統(tǒng)。即使高速斷路器(HSCB)有其內(nèi)部電流過載檢測電路，牽引系統(tǒng)仍然會通過濾波電流傳感器(FCMD)監(jiān)測輸入濾波電流。如接地故障，通過電流平衡繼電器(CBR)監(jiān)測，這些信號通過主牽引系統(tǒng)控制電子裝置(Supervisor)處理。進(jìn)線濾波電抗器(L-FL)是保護(hù)牽引系統(tǒng)防止電壓浪涌和提供穩(wěn)定直流電壓，確保逆變器穩(wěn)定運行，保證信號兼容。驅(qū)動控制裝置—AGATEControl。AGATEControl是一種先進(jìn)的電子控制裝置，專門用于控制四象限變流器及電壓源變頻器。大規(guī)模集成電路和雙32位微處理器的使用使ALSTOM牽引變頻器在可靠性及性能方面獲得改進(jìn)。處理器提供信號處理、快速計算和功率監(jiān)視功能。其中，Inteli960CA微處理器用于總體監(jiān)控，TexasIMS320C31信號處理器用于快速計算和精確的功率控制。2.3.2軌道供電的優(yōu)劣：一、軌道供電的優(yōu)點1.裝置帶電軌的成本往往比接觸網(wǎng)低，因為接觸網(wǎng)需要支架而帶電路軌不用。實際上，成本問題是很多軌道供電系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)用接觸網(wǎng)的主因。2.天災(zāi)對帶電軌的影響較接觸網(wǎng)少（洪水泛濫除外）。3.帶電軌比接觸網(wǎng)更適合安裝于凈空較小的隧道。4.有些乘客認(rèn)為接觸網(wǎng)有礙觀瞻，相比之下帶電軌的視覺效果較佳。二．軌道供電的缺點1.暴露戶外的帶電軌道構(gòu)成危險：有些企圖橫過路軌的人便因不幸踏在帶電軌道上而觸電致死。例如臺北捷運淡水線即有平面軌道供電路段，為防止民眾誤踏而加設(shè)嚴(yán)密的鐵絲網(wǎng)。2.電壓問題：帶電軌道的電壓不能太高，否則電流會在路軌間形成電弧。由于電壓不高，故在興建鐵路時每隔一小段便要設(shè)立一個電站，以確保電力供應(yīng)穩(wěn)定──但這樣也加重了成本，因此只適合用在短距離的地下鐵或都市內(nèi)的軌道運輸。另外，電壓問題亦使高速列車和貨運列車不適合于軌道供電系統(tǒng)，故一般速度較低、載重較小的列車（亦即通常用于大眾運輸?shù)囊活惲熊嚕┹^適合使用軌道供電系統(tǒng)（但英格蘭東南部的鐵路干線大規(guī)模地采用軌道供電）。3.限速：由于集電靴在高速之下難以準(zhǔn)確地抓緊帶電軌，故采用軌道供電系統(tǒng)的鐵路限速不能太高。一般而言，采用軌道供電系統(tǒng)的列車的時速上限是約130公里（70英里）4.電流流失：由于帶電軌道接近地面，故有時電流流失到地面。一些帶電軌道會加上鋁條以減少電流流失（因為鋁的傳電能力比鋼為佳）。然而，由于鋁對熱力的膨脹反應(yīng)與鋼有所不同，為避免損毀帶電軌，帶電軌的兩旁都必須有鋁條栓緊。5.縫隙問題：在轉(zhuǎn)轍器、平交道等處，帶電軌都必須留下空隙以容許其他路軌穿越其間。一般來說，使用軌道供電的列車都是動車組，列車幾乎一定擁有多于一個集電靴，所以空隙不會構(gòu)成什么問題。但在某些情況下，列車仍有可能因為全部的集電靴都在空隙之中，無法取得電力而不能行動。這時列車需要由其他機(jī)車推動、或接駁緊急用電纜到最近的帶電路軌上，以取得動力。由于這些事故多于繁忙的交匯處發(fā)生，故通常都會導(dǎo)致嚴(yán)重的擠塞及延誤。2.3.3架空電纜架空接觸網(wǎng)（又稱架空電纜）供應(yīng)電力，是電氣化鐵路常用的兩種供電網(wǎng)絡(luò)方式之一，也是無軌電車唯一的供電方式。在鐵路和城市軌道交通系統(tǒng)中，架空接觸網(wǎng)只有導(dǎo)線的一個電極，電力機(jī)車通過受電弓取電，再通過金屬輪軌回流到電網(wǎng)中。在無軌電車等使用膠輪的系統(tǒng)中，架空接觸網(wǎng)有一正一負(fù)兩根互相平行的接觸導(dǎo)線（簡稱觸線），通過兩個集電桿取電并形成通路。架空接觸網(wǎng)的懸掛類型大致為三種：簡單懸掛，鏈?zhǔn)綉覓?，剛性懸掛。其中簡單懸掛和鏈?zhǔn)綉覓於际菑椥詰覓?。相?yīng)的架空接觸網(wǎng)也根據(jù)懸掛類型分別稱為彈性接觸網(wǎng)和剛性接觸網(wǎng)。（1）簡單懸掛。簡單懸掛只有導(dǎo)線，沒有承力線，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，支柱高度低，支撐點承受的負(fù)荷較輕，一般運用于隧道等低凈空的場合。在城市輕軌和無軌電車中，也廣泛使用簡單懸掛。其缺點是跨度小，懸掛點有硬點，且在運行中導(dǎo)線會上下振蕩，不適用于高速鐵路。

（2）鏈?zhǔn)綉覓?。鏈?zhǔn)綉覓鞂?dǎo)線和承力線之間用懸索連接起來，解決了簡單懸掛中跨度小和硬點的問題，因此大量使用在長距離、高速度、大跨度的電氣化鐵路中。在城市地鐵中，如果使用鏈?zhǔn)綉覓欤\行速度有望達(dá)到120km/h以上。（3）剛性懸掛。剛性懸掛是以硬質(zhì)的金屬條（通常是銅條）代替軟質(zhì)的導(dǎo)線的新型懸掛方式。隨著材料科學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展，剛性懸掛利用了第三軌供電的接觸面積大的優(yōu)點，而克服了鋼軌過重?zé)o法懸掛的缺點。城市軌道交通從地下線路開到地上線路時，直接與彈性懸掛的線路無縫對接，不用更換機(jī)車。同時，由于剛性懸掛使用集電弓，沒有使用集電靴的第三軌容易脫落的缺點，可以達(dá)到更高的運行速度。但缺點是由于接觸軌與集電弓炭條的接觸面積接大，對集電弓炭條的損耗也較大。2.3.4架空電纜與第三軌供電的比較架空接觸網(wǎng)受到隧道凈空的限制比較大，在城市地鐵的運用當(dāng)中會受到土建成本的壓力。因此已有的城市軌道交通當(dāng)中，第三軌供電仍然占有較大的份額。然而部分城市軌道交通為了銜接現(xiàn)有的傳統(tǒng)鐵路，仍會采用架空接觸網(wǎng)（例如港鐵）。另外，架空接觸網(wǎng)可能會使部分人產(chǎn)生視覺—心理障礙，對景觀造成一定的負(fù)面影響。

但是由于第三軌有觸電的風(fēng)險，只能用于封閉線路，因此不適合用于與其他交通路線相交的鐵路運輸系統(tǒng)中。另一方面，地面重型鐵路系統(tǒng)為了高速客運和貨運重載的需要，會使用更高的電壓，如25千伏的供電系統(tǒng)，如果使用軌道供電會形成電弧，集電弓在列車高速運行的時候也能很好地與接觸網(wǎng)接觸，集電靴則有機(jī)會脫離供電軌。2.4性能評述2.4.1城市軌道交通有較大的運輸能力城市軌道交通由于高密度運轉(zhuǎn)，列車行車時間間隔短，行車速度高，列車編組輛數(shù)多而具有較大的運輸能力。單向高峰每小時的運輸能力最大可達(dá)到6萬～8萬人次（市郊鐵道）；地鐵達(dá)到3萬～6萬人次，甚至達(dá)到8萬人次；輕軌1萬～3萬人次，有軌電車能達(dá)到1萬人次，城市軌道交通的運輸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過公共汽車。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計，地下鐵道每公里線路年客運量可達(dá)100萬人次以上，最高達(dá)到1200萬人次，如莫斯科地鐵、東京地鐵、北京地鐵等。城市軌道交通能在短時間內(nèi)輸送較大的客流，據(jù)統(tǒng)計，地鐵在早高峰時1h能通過全日客流的17%～20%，3h能通過全日客流的31%。2.4.2城市軌道交通具有較高的準(zhǔn)時性城市軌道交通由于在專用行車道上運行，不受其他交通工具干擾，不產(chǎn)生線路堵塞現(xiàn)象并且不受氣候影響，是全天候的交通工具，列車能按運行圖運行，具有可信賴的準(zhǔn)時性。2.4.3城市軌道交通具有較高的速達(dá)性與常規(guī)公共交通相比，城市軌道交通由于運行在專用行車道上，不受其他交通工具干擾，車輛有較高的運行速度，有較高的啟、制動加速度，多數(shù)采用高站臺，列車停站時間短，上下車迅速方便，而且換乘方便，從而可以使乘客較快地到達(dá)目的地，縮短了出行時間。2.4.4城市軌道交通具有較高的舒適性與常規(guī)公共交通相比，城市軌道交通由于運行在不受其他交通工具干擾的線路上，城市軌道車輛具有較好的運行特性，車輛、車站等裝有空調(diào)、引導(dǎo)裝置、自動售票等直接為乘客服務(wù)的