3．2 車輛類型及列車編組
根據(jù)遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量和可能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)期最小列車運(yùn)行間隔可以計(jì)算出遠(yuǎn)期高峰小時(shí)每列車的載客量，并據(jù)此確定車輛類型及列車編組。
目前我國大城市已建、在建和擬建地鐵線(擬建地鐵線是指已經(jīng)國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)，即將開工建設(shè)的地鐵線)的遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量都比較大，一般在4—7萬人次／h，這一數(shù)值是根據(jù)客流預(yù)測(cè)結(jié)果并綜合各種因素后確定的，就我國城市地鐵建設(shè)30余年來的經(jīng)驗(yàn)看，這一遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量的取值均偏大，這主要是因?yàn)榭土黝A(yù)測(cè)方法上的不精確度，城市總體規(guī)劃和交通線網(wǎng)規(guī)劃的滯后度，取值時(shí)采用了偏高的冗余度，再加上客流量的波動(dòng)性和不確定性，因此而達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量。
可見，合理確定遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量在地鐵建設(shè)中的首要地位。
3．2．1 車輛類型的選擇
根據(jù)我國“地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范”的規(guī)定， 目前我國地鐵使用的車輛有兩種車型可供選擇，即A型車和B型車(將來不排斥還有其它車型)。滿定員狀況下A型車的最大載客量為310人／輛，B型車為240人／輛：在超員狀況下A型車最大載客量為410人／輛，B型車為290人／輛。
車輛類型選擇與限界、車站長(zhǎng)度、牽引供電制式等眾多參數(shù)有關(guān)，而這些參數(shù)一旦確定，在地鐵建成后無法更改，因此車輛類型選擇均以遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量作為依據(jù)，再根據(jù)不同車型每列車的最大載客量、結(jié)合列車編組的確定而進(jìn)行。
3．2．2 列車編組及動(dòng)力配置方案
我國地鐵列車編組可以采用由2輛、3輛、…直至8輛車組成的方案。列車的動(dòng)力配置也可有不同方案，如全部采用動(dòng)力車方案(北京地鐵)或采用動(dòng)力車與非動(dòng)力車(拖掛車)合掛的方案，究竟采用幾輛編組及何種動(dòng)力配置方案，均視設(shè)計(jì)要求的具體情況而定，但還必須滿足列車能自我救援的條件。所謂列車自我救援是指列車在運(yùn)行過程中，其編組中某一輛動(dòng)力車突發(fā)故障而喪失動(dòng)力時(shí)(兩輛及以上的動(dòng)力車同時(shí)突發(fā)故障而喪失動(dòng)力的概率極小)，能依靠其它動(dòng)力車使列車運(yùn)行到達(dá)前方車站的能力。據(jù)此，列車編組最少為兩輛動(dòng)力車，這樣方能實(shí)現(xiàn)自我救援。
3．2．3 固定編組與靈活編組
地鐵列車的編組有固定編組與靈活編組兩種。固定編組是指列車的編組在設(shè)計(jì)時(shí)已將其固定為若干節(jié)編組，這種編組在動(dòng)力配置、列車操縱控制端(司機(jī)室)的設(shè)置及各種設(shè)備的總體布置上可以綜合安排，并實(shí)現(xiàn)全列車前后貫通以利平衡各車廂乘員密度；但不足之處在于不論客流量大小如何，都必須開行固定輛數(shù)的列車，特別在平峰和低峰時(shí)段運(yùn)營(yíng)時(shí)，列車的載客率太低。若采用加大列車運(yùn)行間隔，以增加載客率，則必然會(huì)降低服務(wù)水準(zhǔn)。我國目前運(yùn)營(yíng)中的地鐵線均采用固定編組方式。
靈活編組是指列車的編組在設(shè)計(jì)時(shí)就未將編組固定，而是隨初、近、遠(yuǎn)期客流量的不斷增加而逐步擴(kuò)大編組并始終保持較小的列車運(yùn)行間隔，以實(shí)現(xiàn)較高的服務(wù)水準(zhǔn)。同時(shí)，也通過調(diào)節(jié)編組和行車密度來保證較高的載客率。國外不少地鐵線就采用這種靈活編組的方式，如維也納地鐵2號(hào)線的列車編組就采用可調(diào)方式，可由6輛編組快速解編為4輛編組。
采用靈活編組要有相應(yīng)的動(dòng)力配置予以保證，編組的減增，動(dòng)力配置也需按比例減增，以不影響列車的牽引動(dòng)力。從方便實(shí)現(xiàn)靈活編組出發(fā)，全動(dòng)力車編組最為有利，但勢(shì)必增加車輛購置費(fèi)的投入。
應(yīng)當(dāng)指出，靈活編組決不是隨時(shí)隨地可以解和編，解編必須在車輛段內(nèi)按一定的工序進(jìn)行，每環(huán)節(jié)均輔以嚴(yán)格的檢測(cè)診斷，以確保全列車機(jī)械、電氣聯(lián)接的安全可靠。
靈活編組也不是每天按高、平峰客流量來調(diào)節(jié)編組，而是通過事先按大、小編組及長(zhǎng)、短交路來解決高、平峰和高、低斷面客流量的需求來解編，而且必須有計(jì)劃、有序進(jìn)行。
從適合我國地鐵運(yùn)營(yíng)情況看，比較合理的靈活編組方式可以是：初、近期采用2動(dòng)1拖編組或2動(dòng)編組作為列車基本單元，在不同時(shí)段以不同的運(yùn)行間隔來滿足客流需求：隨著客流的增加，可以在高峰時(shí)段插入加發(fā)事先已在段內(nèi)編好的3動(dòng)2拖編組(或2動(dòng)2拖編組)列車并輔以短交路方式同時(shí)解決高斷面客流量的需求。這樣就實(shí)現(xiàn)了由2輛至5輛不同編組的靈活方案。
3．3 車輛類型和列車編組對(duì)地鐵主要系統(tǒng)的影響
(1)對(duì)土建工程規(guī)模的影響
土建工程規(guī)模是根據(jù)選定的車輛類型和列車編組并結(jié)合其他綜合因素而確定。由于土建工程，尤其是地下隧道和車站建筑在建成后往往很難改、擴(kuò)建，故而均按車輛類型和遠(yuǎn)期規(guī)模的列車編組所要求的限界及有效站臺(tái)長(zhǎng)度一步到位。
由于遠(yuǎn)期的目標(biāo)年限相對(duì)久遠(yuǎn)，因而預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量都比較大。在“規(guī)范”要求的最小列車運(yùn)行間隔不小于120s并略留有余地的前提下，必然選用車體較寬、載客量較大的A型車和較長(zhǎng)的列車編組。這就造成我國已建、在建和擬建的地鐵土建工程規(guī)模都比較龐大，尤其是車站建筑規(guī)模更為突出。車站長(zhǎng)度不少都在170m以上。再加上要考慮旅客集散及裝設(shè)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)，車站大都設(shè)計(jì)成雙層或多層。總之，行車密度低及隨之而來的大編組對(duì)土建工程規(guī)模的影響是最為明顯的。據(jù)測(cè)算，若以較高密度運(yùn)行縮減2輛編組，每座車站僅就壓縮規(guī)模一項(xiàng)(抵消隧道加長(zhǎng)所需的費(fèi)用)就可節(jié)約投資0．15億元(明挖)至0．25億元(暗挖)。
(2)對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響
牽引供電系統(tǒng)也是按車輛類型、遠(yuǎn)期規(guī)模的列車編組和最小列車運(yùn)行間隔來配置。牽引供電系統(tǒng)的設(shè)備用房原則上要求一次建成，也可采用初期部分建成遠(yuǎn)期預(yù)留的分期投資建設(shè)方案，牽引供電設(shè)備可以按初、近、遠(yuǎn)期需求分步到位。
應(yīng)當(dāng)指出，車輛類型、列車編組和行車密度的不同，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響不是很大，因?yàn)闋恳╇娤到y(tǒng)的規(guī)模歸根到底取決于遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量的大小，牽引供電系統(tǒng)的配置應(yīng)能確保完成高峰小時(shí)客流量的運(yùn)輸任務(wù)，即根據(jù)高峰小時(shí)內(nèi)需開行的總車輛數(shù)而確定規(guī)模，與列車編組的大小、行車密度的高低關(guān)系不大。由于完成相同的客運(yùn)量，因而耗電量也基本一致。相反“小編組、高密度”的運(yùn)行能耗還能降低，這是因?yàn)樵趨^(qū)間運(yùn)行中增加了再生制動(dòng)反饋電能的利用機(jī)會(huì)。
(3)對(duì)通風(fēng)空調(diào)、照明、中、低壓供配電、電梯、自動(dòng)扶梯、升降設(shè)備、給排水、消防等系統(tǒng)的影響。
這些系統(tǒng)的規(guī)模均隨車站規(guī)模而定，其設(shè)備用房的建設(shè)也是一步到位，設(shè)備的配置可以分步實(shí)現(xiàn)，但總的投資規(guī)模因車站規(guī)模增大而加大。此外，為確保這些系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及維修支出也將維持在較高水平。總之，大編組對(duì)這些系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。
(4)對(duì)車輛配置和車輛段規(guī)模的影響
由于車輛配置是根據(jù)完成遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流需求而定的，在某種特定情況下，“小編組”需配置的車輛總數(shù)可能還要比“大編組”略少一些。
在車輛段規(guī)模方面，采用“小編組”時(shí)，停車庫和檢修庫的長(zhǎng)度均比“大編組”要縮短，但停車庫要增加停車股道，檢修庫要增加檢修列位。由于總車輛數(shù)沒有多大差別，因而車輛段的規(guī)模也不相上下。總之，列車編組對(duì)這二者的影響不大。
(5)對(duì)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)的影響
運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括通信、信號(hào)、防災(zāi)報(bào)警、建筑設(shè)備監(jiān)控、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)等，其規(guī)模應(yīng)與車輛編組和運(yùn)營(yíng)方式相適應(yīng)。采用大編組列車運(yùn)行時(shí)，運(yùn)營(yíng)管理及維護(hù)費(fèi)用上升。理論上認(rèn)為：在初、近期運(yùn)營(yíng)階段，可以減小編組運(yùn)行，但實(shí)際上大多數(shù)地鐵線仍按遠(yuǎn)期的列車編組運(yùn)行。可是，為了保證必要的服務(wù)水準(zhǔn)，行車密度勢(shì)必不能太低，這就造成初、近期運(yùn)營(yíng)階段和每天平、低峰運(yùn)行時(shí)段的載客率低，運(yùn)營(yíng)成本提高。同時(shí)，為了維持一個(gè)龐大的運(yùn)營(yíng)監(jiān)控管理體系的正常運(yùn)行，日常的維護(hù)、檢修、管理人員的數(shù)量及費(fèi)用的支出均需保持在一定水平，從而進(jìn)一步增加了運(yùn)營(yíng)成本。可見列車編組對(duì)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)的影響也是十分明顯的。
綜上所述，選擇合理的車輛類型和縮小列車編組對(duì)于控制土建工程規(guī)模，特別是車站規(guī)模及其他相關(guān)設(shè)施的規(guī)模，從而達(dá)到降低地鐵建設(shè)造價(jià)和運(yùn)營(yíng)成本的目的。
根據(jù)遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量和可能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)期最小列車運(yùn)行間隔可以計(jì)算出遠(yuǎn)期高峰小時(shí)每列車的載客量，并據(jù)此確定車輛類型及列車編組。
目前我國大城市已建、在建和擬建地鐵線(擬建地鐵線是指已經(jīng)國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)，即將開工建設(shè)的地鐵線)的遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量都比較大，一般在4—7萬人次／h，這一數(shù)值是根據(jù)客流預(yù)測(cè)結(jié)果并綜合各種因素后確定的，就我國城市地鐵建設(shè)30余年來的經(jīng)驗(yàn)看，這一遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量的取值均偏大，這主要是因?yàn)榭土黝A(yù)測(cè)方法上的不精確度，城市總體規(guī)劃和交通線網(wǎng)規(guī)劃的滯后度，取值時(shí)采用了偏高的冗余度，再加上客流量的波動(dòng)性和不確定性，因此而達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量。
可見，合理確定遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量在地鐵建設(shè)中的首要地位。
3．2．1 車輛類型的選擇
根據(jù)我國“地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范”的規(guī)定， 目前我國地鐵使用的車輛有兩種車型可供選擇，即A型車和B型車(將來不排斥還有其它車型)。滿定員狀況下A型車的最大載客量為310人／輛，B型車為240人／輛：在超員狀況下A型車最大載客量為410人／輛，B型車為290人／輛。
車輛類型選擇與限界、車站長(zhǎng)度、牽引供電制式等眾多參數(shù)有關(guān)，而這些參數(shù)一旦確定，在地鐵建成后無法更改，因此車輛類型選擇均以遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量作為依據(jù)，再根據(jù)不同車型每列車的最大載客量、結(jié)合列車編組的確定而進(jìn)行。
3．2．2 列車編組及動(dòng)力配置方案
我國地鐵列車編組可以采用由2輛、3輛、…直至8輛車組成的方案。列車的動(dòng)力配置也可有不同方案，如全部采用動(dòng)力車方案(北京地鐵)或采用動(dòng)力車與非動(dòng)力車(拖掛車)合掛的方案，究竟采用幾輛編組及何種動(dòng)力配置方案，均視設(shè)計(jì)要求的具體情況而定，但還必須滿足列車能自我救援的條件。所謂列車自我救援是指列車在運(yùn)行過程中，其編組中某一輛動(dòng)力車突發(fā)故障而喪失動(dòng)力時(shí)(兩輛及以上的動(dòng)力車同時(shí)突發(fā)故障而喪失動(dòng)力的概率極小)，能依靠其它動(dòng)力車使列車運(yùn)行到達(dá)前方車站的能力。據(jù)此，列車編組最少為兩輛動(dòng)力車，這樣方能實(shí)現(xiàn)自我救援。
3．2．3 固定編組與靈活編組
地鐵列車的編組有固定編組與靈活編組兩種。固定編組是指列車的編組在設(shè)計(jì)時(shí)已將其固定為若干節(jié)編組，這種編組在動(dòng)力配置、列車操縱控制端(司機(jī)室)的設(shè)置及各種設(shè)備的總體布置上可以綜合安排，并實(shí)現(xiàn)全列車前后貫通以利平衡各車廂乘員密度；但不足之處在于不論客流量大小如何，都必須開行固定輛數(shù)的列車，特別在平峰和低峰時(shí)段運(yùn)營(yíng)時(shí)，列車的載客率太低。若采用加大列車運(yùn)行間隔，以增加載客率，則必然會(huì)降低服務(wù)水準(zhǔn)。我國目前運(yùn)營(yíng)中的地鐵線均采用固定編組方式。
靈活編組是指列車的編組在設(shè)計(jì)時(shí)就未將編組固定，而是隨初、近、遠(yuǎn)期客流量的不斷增加而逐步擴(kuò)大編組并始終保持較小的列車運(yùn)行間隔，以實(shí)現(xiàn)較高的服務(wù)水準(zhǔn)。同時(shí)，也通過調(diào)節(jié)編組和行車密度來保證較高的載客率。國外不少地鐵線就采用這種靈活編組的方式，如維也納地鐵2號(hào)線的列車編組就采用可調(diào)方式，可由6輛編組快速解編為4輛編組。
采用靈活編組要有相應(yīng)的動(dòng)力配置予以保證，編組的減增，動(dòng)力配置也需按比例減增，以不影響列車的牽引動(dòng)力。從方便實(shí)現(xiàn)靈活編組出發(fā)，全動(dòng)力車編組最為有利，但勢(shì)必增加車輛購置費(fèi)的投入。
應(yīng)當(dāng)指出，靈活編組決不是隨時(shí)隨地可以解和編，解編必須在車輛段內(nèi)按一定的工序進(jìn)行，每環(huán)節(jié)均輔以嚴(yán)格的檢測(cè)診斷，以確保全列車機(jī)械、電氣聯(lián)接的安全可靠。
靈活編組也不是每天按高、平峰客流量來調(diào)節(jié)編組，而是通過事先按大、小編組及長(zhǎng)、短交路來解決高、平峰和高、低斷面客流量的需求來解編，而且必須有計(jì)劃、有序進(jìn)行。
從適合我國地鐵運(yùn)營(yíng)情況看，比較合理的靈活編組方式可以是：初、近期采用2動(dòng)1拖編組或2動(dòng)編組作為列車基本單元，在不同時(shí)段以不同的運(yùn)行間隔來滿足客流需求：隨著客流的增加，可以在高峰時(shí)段插入加發(fā)事先已在段內(nèi)編好的3動(dòng)2拖編組(或2動(dòng)2拖編組)列車并輔以短交路方式同時(shí)解決高斷面客流量的需求。這樣就實(shí)現(xiàn)了由2輛至5輛不同編組的靈活方案。
3．3 車輛類型和列車編組對(duì)地鐵主要系統(tǒng)的影響
(1)對(duì)土建工程規(guī)模的影響
土建工程規(guī)模是根據(jù)選定的車輛類型和列車編組并結(jié)合其他綜合因素而確定。由于土建工程，尤其是地下隧道和車站建筑在建成后往往很難改、擴(kuò)建，故而均按車輛類型和遠(yuǎn)期規(guī)模的列車編組所要求的限界及有效站臺(tái)長(zhǎng)度一步到位。
由于遠(yuǎn)期的目標(biāo)年限相對(duì)久遠(yuǎn)，因而預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量都比較大。在“規(guī)范”要求的最小列車運(yùn)行間隔不小于120s并略留有余地的前提下，必然選用車體較寬、載客量較大的A型車和較長(zhǎng)的列車編組。這就造成我國已建、在建和擬建的地鐵土建工程規(guī)模都比較龐大，尤其是車站建筑規(guī)模更為突出。車站長(zhǎng)度不少都在170m以上。再加上要考慮旅客集散及裝設(shè)自動(dòng)售檢票系統(tǒng)，車站大都設(shè)計(jì)成雙層或多層。總之，行車密度低及隨之而來的大編組對(duì)土建工程規(guī)模的影響是最為明顯的。據(jù)測(cè)算，若以較高密度運(yùn)行縮減2輛編組，每座車站僅就壓縮規(guī)模一項(xiàng)(抵消隧道加長(zhǎng)所需的費(fèi)用)就可節(jié)約投資0．15億元(明挖)至0．25億元(暗挖)。
(2)對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響
牽引供電系統(tǒng)也是按車輛類型、遠(yuǎn)期規(guī)模的列車編組和最小列車運(yùn)行間隔來配置。牽引供電系統(tǒng)的設(shè)備用房原則上要求一次建成，也可采用初期部分建成遠(yuǎn)期預(yù)留的分期投資建設(shè)方案，牽引供電設(shè)備可以按初、近、遠(yuǎn)期需求分步到位。
應(yīng)當(dāng)指出，車輛類型、列車編組和行車密度的不同，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響不是很大，因?yàn)闋恳╇娤到y(tǒng)的規(guī)模歸根到底取決于遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流量的大小，牽引供電系統(tǒng)的配置應(yīng)能確保完成高峰小時(shí)客流量的運(yùn)輸任務(wù)，即根據(jù)高峰小時(shí)內(nèi)需開行的總車輛數(shù)而確定規(guī)模，與列車編組的大小、行車密度的高低關(guān)系不大。由于完成相同的客運(yùn)量，因而耗電量也基本一致。相反“小編組、高密度”的運(yùn)行能耗還能降低，這是因?yàn)樵趨^(qū)間運(yùn)行中增加了再生制動(dòng)反饋電能的利用機(jī)會(huì)。
(3)對(duì)通風(fēng)空調(diào)、照明、中、低壓供配電、電梯、自動(dòng)扶梯、升降設(shè)備、給排水、消防等系統(tǒng)的影響。
這些系統(tǒng)的規(guī)模均隨車站規(guī)模而定，其設(shè)備用房的建設(shè)也是一步到位，設(shè)備的配置可以分步實(shí)現(xiàn)，但總的投資規(guī)模因車站規(guī)模增大而加大。此外，為確保這些系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及維修支出也將維持在較高水平。總之，大編組對(duì)這些系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。
(4)對(duì)車輛配置和車輛段規(guī)模的影響
由于車輛配置是根據(jù)完成遠(yuǎn)期單方向高峰小時(shí)斷面客流需求而定的，在某種特定情況下，“小編組”需配置的車輛總數(shù)可能還要比“大編組”略少一些。
在車輛段規(guī)模方面，采用“小編組”時(shí)，停車庫和檢修庫的長(zhǎng)度均比“大編組”要縮短，但停車庫要增加停車股道，檢修庫要增加檢修列位。由于總車輛數(shù)沒有多大差別，因而車輛段的規(guī)模也不相上下。總之，列車編組對(duì)這二者的影響不大。
(5)對(duì)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)的影響
運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括通信、信號(hào)、防災(zāi)報(bào)警、建筑設(shè)備監(jiān)控、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)等，其規(guī)模應(yīng)與車輛編組和運(yùn)營(yíng)方式相適應(yīng)。采用大編組列車運(yùn)行時(shí)，運(yùn)營(yíng)管理及維護(hù)費(fèi)用上升。理論上認(rèn)為：在初、近期運(yùn)營(yíng)階段，可以減小編組運(yùn)行，但實(shí)際上大多數(shù)地鐵線仍按遠(yuǎn)期的列車編組運(yùn)行。可是，為了保證必要的服務(wù)水準(zhǔn)，行車密度勢(shì)必不能太低，這就造成初、近期運(yùn)營(yíng)階段和每天平、低峰運(yùn)行時(shí)段的載客率低，運(yùn)營(yíng)成本提高。同時(shí)，為了維持一個(gè)龐大的運(yùn)營(yíng)監(jiān)控管理體系的正常運(yùn)行，日常的維護(hù)、檢修、管理人員的數(shù)量及費(fèi)用的支出均需保持在一定水平，從而進(jìn)一步增加了運(yùn)營(yíng)成本。可見列車編組對(duì)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控系統(tǒng)的影響也是十分明顯的。
綜上所述，選擇合理的車輛類型和縮小列車編組對(duì)于控制土建工程規(guī)模，特別是車站規(guī)模及其他相關(guān)設(shè)施的規(guī)模，從而達(dá)到降低地鐵建設(shè)造價(jià)和運(yùn)營(yíng)成本的目的。
