關(guān)于如何發(fā)揮直線電機(jī)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的思考馮愛軍1 (1.北京城建設(shè)計(jì)研究總院 北京 100037)摘　要 直線電機(jī)輪軌交通系統(tǒng)因其造價(jià)低、線路適用性強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)單、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是一種先進(jìn)的交通方式。通過對(duì)世界各地不同國家不同線路運(yùn)營情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)先進(jìn)的直線電機(jī)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(shì)，提出了對(duì)如何發(fā)揮直線電機(jī)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)并推廣的個(gè)人思考與建議。關(guān)鍵詞 直線電機(jī)系統(tǒng) 軌道交通 思考The thought of how to develop the advantage of LIM Propulsion SystemFeng aijun 1 (1．Beijing urban engineering design & research institute, Beijing 100037)Abstract: Key words: linear motor system; rail transit; think直線電機(jī)輪軌交通系統(tǒng)因其造價(jià)低、線路適用性強(qiáng)、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)單、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是21世紀(jì)先進(jìn)的交通方式。作者通過對(duì)世界各地不同國家不同直線電機(jī)線路運(yùn)營情況的調(diào)研，及最近兩年來跟蹤首都機(jī)場(chǎng)線直線電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用論證的體會(huì)，提出系統(tǒng)的先進(jìn)性應(yīng)體現(xiàn)在與其他系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)匹配，對(duì)于如何充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)并推廣的提出了個(gè)人思考與建議。1 城建院對(duì)直線電機(jī)的認(rèn)識(shí)過程 1)1988年參與北京西頤線直線電機(jī)的論證工作，對(duì)直線電機(jī)有了初步的認(rèn)識(shí)。1994年曾針對(duì)上海莘閔線進(jìn)行過應(yīng)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，完成北京市東直門至首都機(jī)場(chǎng)線應(yīng)用直線電機(jī)系統(tǒng)的可行性研究報(bào)告。 3)2003.6直線電機(jī)課題研究在城建集團(tuán)立項(xiàng)。 4)2003.8.04 發(fā)改委組織機(jī)場(chǎng)線技術(shù)論證，直線電機(jī)方案在會(huì)上推出； 5)2003.8—2004.6 多次參與北京機(jī)場(chǎng)線直線電機(jī)系統(tǒng)的方案論證； 6)2003.11 美國紐約JFK機(jī)場(chǎng)線調(diào)研; 7)2004.6 組織人員赴馬來西亞吉隆坡進(jìn)行技術(shù)考察; 8)2004.8 采用直線電機(jī)系統(tǒng)的重慶三號(hào)線可行性研究報(bào)告完成； 9)2004.9 加拿大直線電機(jī)技術(shù)考察； 10)2004.10 “直線電機(jī)系統(tǒng)在首都機(jī)場(chǎng)線的應(yīng)用可行性研究”獲北京市優(yōu)秀咨詢成果三等獎(jiǎng)； 11)2005.3 與加拿大LANVALIN公司顧問共同就直線電機(jī)系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)線的應(yīng)用做技術(shù)論證； 12)2005.5 日本直線電機(jī)考察。 隨著研究過程的深入，對(duì)采用直線電機(jī)的城市軌道交通輪軌系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)也從膚淺的表面優(yōu)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，逐漸理性化，著眼點(diǎn)也更加關(guān)注實(shí)施的關(guān)鍵問題。2 首都機(jī)場(chǎng)線直線電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用論證的反思 北京首都機(jī)場(chǎng)線系統(tǒng)制式的論證從2000年開始，歷經(jīng)高速磁懸浮、城鐵13號(hào)線支線普通輪軌、低速磁懸浮（HSST）、高速輪軌、直線電機(jī)、普通輪軌的輪回，在我國城市軌道交通建設(shè)史上，無疑可以作為一個(gè)案例進(jìn)行分析。 2003年經(jīng)過對(duì)直線電機(jī)系統(tǒng)的理論研究及對(duì)首都機(jī)場(chǎng)線的應(yīng)用研究，結(jié)合實(shí)地考察實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，城建院與北京交通大學(xué)的聯(lián)合課題組提出首都機(jī)場(chǎng)線采用直線電機(jī)系統(tǒng)的6大優(yōu)點(diǎn)，即：1)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠：在四個(gè)國家七條線路運(yùn)營實(shí)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(jī)場(chǎng)線上實(shí)施是完全可行的，沒有任何技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。。2)造價(jià)較低：在線路標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)能一致的前提下，直線電機(jī)系統(tǒng)造價(jià)較傳統(tǒng)輪軌可減低造價(jià)約20%。3)養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)單：直線電機(jī)系統(tǒng)無粘著牽引和制動(dòng)，電機(jī)壽命長，其維修、養(yǎng)護(hù)、檢查工作量小且簡(jiǎn)單、維修費(fèi)用低。根據(jù)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，直線電機(jī)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(jī)系統(tǒng)比普通輪軌系統(tǒng)噪音低8－10dB，最大噪音在73 dB左右，完全滿足國家規(guī)定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。5)使用靈活，易于推廣：直線電機(jī)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(dǎo)向可用內(nèi)燃機(jī)車等拖動(dòng)進(jìn)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(yùn)精神和提升都市形象的載體。 2003年8月的論證會(huì)直線電機(jī)方案被提出，獲得好評(píng)，但因其他原因沒有采納。后經(jīng)過多輪論證，2005年1月確定采用直線電機(jī)系統(tǒng)，但從此時(shí)開始建設(shè)，要保證在2008年奧運(yùn)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(gè)人認(rèn)為專業(yè)人士應(yīng)從中吸取如下經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)： 1)前期對(duì)制式的論證過于膚淺，尤其總體單位對(duì)系統(tǒng)的整體掌控能力較弱。這一點(diǎn)值得業(yè)主單位在選擇總體單位時(shí)借鑒。 2)錯(cuò)過最佳決策時(shí)間?，F(xiàn)在看來，首都機(jī)場(chǎng)線30公里，基本勻速運(yùn)行，應(yīng)是直線電機(jī)發(fā)揮最佳效能的條件，決策時(shí)間過長，從而喪失了建設(shè)一個(gè)標(biāo)志系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。 3)對(duì)直線電機(jī)車輛這一核心設(shè)備研究儲(chǔ)備不足，設(shè)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(duì)于工期估算失誤。沒有考慮到這種新系統(tǒng)的設(shè)備制造周期和試驗(yàn)、調(diào)試、與試運(yùn)行的時(shí)間，從而工期成為系統(tǒng)選擇的障礙。 5)設(shè)計(jì)單純夸大了直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而沒有從系統(tǒng)的整體匹配與后期維護(hù)方面綜合考慮。 6)在軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方面沒有對(duì)采用直線電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)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(duì)加拿大溫哥華直線電機(jī)系統(tǒng)（SKYTRAIN）進(jìn)行了考察，深深的體會(huì)到綜合交通系統(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(gè)地區(qū)提供人流和物流的高效運(yùn)輸，支持大溫地區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。負(fù)責(zé)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(shè)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(shè)計(jì)充分發(fā)揮了直線電機(jī)車輛輕、尺寸小的特點(diǎn)，造價(jià)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(shè)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(gè)橋面的布局看似簡(jiǎn)單，但功能齊全：隔音屏障、防脫軌護(hù)欄、疏散平臺(tái)。因線路曲線半徑小、坡度變化大，單室小箱梁能較好的適應(yīng)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明快，與高架橋協(xié)調(diào)一致：A、簡(jiǎn)潔明快，風(fēng)格統(tǒng)一又各有特色。 B、車站體量小，站臺(tái)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，充分利用了橋下空間。D、車站與周圍建筑相協(xié)調(diào)，地鐵廣場(chǎng)連接大型超市及購物廣場(chǎng)。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。 我們現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用噪聲儀對(duì)SKYTRAIN新線、舊線；新車和舊車；車內(nèi)和車外進(jìn)行了噪聲測(cè)試。具體數(shù)據(jù)見下表：表1：車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)（dB）

	啟動(dòng)	運(yùn)行(平均)	停車
EXPO線	73	78	83-63
新千年線	70（68）	73	83-63
備注	啟動(dòng)時(shí)主要是電機(jī)的聲音，加速和減速時(shí)最大。運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)，較小，尤其是新車。但過岔時(shí)噪聲較大，最高能達(dá)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(tái)）	15米處
數(shù)值	80	制動(dòng)最大86	73

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)	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(cè)
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(jī)系統(tǒng)是其中的一項(xiàng)主要貢獻(xiàn)，但更重要的是應(yīng)整體考慮。 啟示五：嚴(yán)格細(xì)致的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù) 我們參觀了bombardier的金斯頓試驗(yàn)工廠(Kingston)，對(duì)我們感觸較深的其一是嚴(yán)格的檢測(cè)制度，直線電機(jī)的每一輛車均需經(jīng)過嚴(yán)格的系統(tǒng)測(cè)試，包括車輛的穩(wěn)定性、安全性、供電與信號(hào)和屏蔽門的測(cè)試等，測(cè)試時(shí)間最短2個(gè)月，長的多達(dá)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(shí)間。雖然時(shí)間較長，但系統(tǒng)的可靠性是非常強(qiáng)的。其二實(shí)驗(yàn)場(chǎng)采用了許多新技術(shù)，如寬感應(yīng)板；軌道、道床、反應(yīng)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(duì)我們?nèi)院苡袉l(fā)。 啟示六：有規(guī)律的預(yù)防性修理，取消大修。 加拿大溫哥skytrain直線電機(jī)系統(tǒng)車輛段20年來對(duì)直線電機(jī)車輛維修運(yùn)行基本上采用預(yù)防性修理（互換修），即更換車輛有故障部件。其經(jīng)驗(yàn)可以表明廣泛的故障診斷及有效的預(yù)防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(shè)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(jì)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(chǔ)的數(shù)據(jù)
20000	一般檢查和維修
40000	一級(jí)安全檢查---自動(dòng)保護(hù)單元、故障診斷系統(tǒng)、列車自動(dòng)控制、蓄電池
60000	一般檢查和維修
80000	二級(jí)安全檢查---車門、車體
100000	一般檢查和維修
120000	三級(jí)安全檢查---制動(dòng)器、電機(jī)、轉(zhuǎn)向架
140000	一般檢查和維修
160000	四級(jí)安全檢查---集電器、車鉤、牽引桿
180000	一般檢查和維修
200000	五級(jí)安全檢查---空調(diào)、通訊設(shè)備

4 對(duì)直線電機(jī)系統(tǒng)的再認(rèn)識(shí) 2005年3月，我們邀請(qǐng)了LAVALIN公司的專家對(duì)首都機(jī)場(chǎng)線采用直線電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)論證，使得我們對(duì)直線電機(jī)輪軌系統(tǒng)有了一個(gè)再認(rèn)識(shí)。即：LIM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約90%與傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)一致；有以下幾點(diǎn)應(yīng)重視：重點(diǎn)考慮輪軌的咬合關(guān)系；結(jié)構(gòu)的受力可根據(jù)實(shí)際確定；結(jié)構(gòu)斷面可根據(jù)實(shí)際確定；車輛段的設(shè)計(jì)可更加緊湊，節(jié)約用地；運(yùn)營與維修的管理（通過經(jīng)常性的維修可實(shí)現(xiàn)車輛無大修）；多系統(tǒng)綜合考慮噪聲控制（如箱梁設(shè)計(jì)、浮置板道床、車輛設(shè)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(shì)的建議 直線電機(jī)系統(tǒng)確實(shí)存在很多優(yōu)點(diǎn)，這一點(diǎn)在最近美國、日本、韓國都有采用此系統(tǒng)的新線建設(shè)就足以證明，它應(yīng)有很大的推廣應(yīng)用空間，但為什么國內(nèi)沒有大規(guī)模的應(yīng)用呢？這里有一個(gè)現(xiàn)象是不容忽視的，即同樣是直線電機(jī)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(diǎn)，紐約肯尼迪機(jī)場(chǎng)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(jī)系統(tǒng)也沒有把直線電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。因此一個(gè)先進(jìn)的系統(tǒng)，其技術(shù)先進(jìn)性的體現(xiàn)，要靠各項(xiàng)技術(shù)綜合協(xié)調(diào)，需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成商，對(duì)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)接口有一個(gè)周密細(xì)致考慮。 比如SKYTRAIN的先進(jìn)性，得益于其整體的集成技術(shù)?！鞂?duì)于噪聲的控制，從車輛、線路、橋梁、軌道等方面綜合采取措施，以降低噪音?！燔囕v采用彈性車輪；§采用小輪徑；§電機(jī)高度小，距軌面高度小，用橋梁的擋板（相當(dāng)于槽形梁）吸收噪聲；§非黏著牽引，輪軌噪聲相對(duì)較小；§細(xì)致、頻繁的維護(hù)，保持軌面平順?！炜茖W(xué)的運(yùn)營管理模式也是必不可缺的。 因此，在國內(nèi)要推廣直線電機(jī)技術(shù)，必須要充分發(fā)揮直線電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)越性，解決以下一系列關(guān)鍵技術(shù)，在前期設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮后期運(yùn)營管理與維護(hù)的實(shí)施，重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵技術(shù)：§系統(tǒng)的適用性；§系統(tǒng)集成及接口控制；§與之相匹配的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；§環(huán)保與節(jié)能研究；§車輛、感應(yīng)板、供電等關(guān)鍵技術(shù)；§車輛運(yùn)營維護(hù)及檢修模式分析；§車輛段合理布局；§感應(yīng)板安裝與氣隙控制技術(shù)；§系統(tǒng)施工與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；§運(yùn)營自動(dòng)化系統(tǒng)集成；§后期軌道維護(hù)保養(yǎng)實(shí)施細(xì)則；§安全運(yùn)營與防災(zāi)評(píng)估。參考文獻(xiàn)（5～10個(gè)）[1] 城市快速軌道交通直線電機(jī)客運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)用研究項(xiàng)目組，《直線電機(jī)系統(tǒng)在首都機(jī)場(chǎng)線的應(yīng)用研究報(bào)告》，2003年5月．[2] 城市快速軌道交通直線電機(jī)客運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)用研究項(xiàng)目組，《加拿大直線電機(jī)輪軌交通系統(tǒng)考察報(bào)告》，2004年10月.[3] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院，LAVALIN咨詢公司，《首都機(jī)場(chǎng)線應(yīng)用直線電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)咨詢報(bào)告》2005年3月。作者簡(jiǎn)介馮愛軍：北京城建設(shè)計(jì)研究院，副總工程師。中國土木工程學(xué)會(huì)隧道與地下工程分會(huì)地鐵專業(yè)委員會(huì)秘書長。