关于如何发挥直线电机系统优势的思考冯爱军1 (1.北京城建设计研究总院 北京 100037)
摘 要 直线电机轮轨交通系统因其造价低、线路适用性强、养护维修简单、噪音低等优点，被业内普遍认为是一种先进的交通方式。通过对世界各地不同国家不同线路运营情况的调研，发现先进的直线电机系统必须与其他系统协调匹配，才能充分发挥其优势，提出了对如何发挥直线电机系统优势并推广的个人思考与建议。
关键词 直线电机系统 轨道交通 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直线电机轮轨交通系统因其造价低、线路适用性强、养护维修简单、噪音低等优点，被业内普遍认为是21世纪先进的交通方式。作者通过对世界各地不同国家不同直线电机线路运营情况的调研，及最近两年来跟踪首都机场线直线电机系统应用论证的体会，提出系统的先进性应体现在与其他系统的综合协调匹配，对于如何充分发挥其优势并推广的提出了个人思考与建议。
1 城建院对直线电机的认识过程 1)1988年参与北京西颐线直线电机的论证工作，对直线电机有了初步的认识。1994年曾针对上海莘闵线进行过应用研究。 2)2003年3月至5月，受北京市交通研究中心委托，课题组克服SARS期间的困难，完成北京市东直门至首都机场线应用直线电机系统的可行性研究报告。 3)2003.6直线电机课题研究在城建集团立项。 4)2003.8.04 发改委组织机场线技术论证，直线电机方案在会上推出； 5)2003.8—2004.6 多次参与北京机场线直线电机系统的方案论证； 6)2003.11 美国纽约JFK机场线调研; 7)2004.6 组织人员赴马来西亚吉隆坡进行技术考察; 8)2004.8 采用直线电机系统的重庆三号线可行性研究报告完成； 9)2004.9 加拿大直线电机技术考察； 10)2004.10 “直线电机系统在首都机场线的应用可行性研究”获北京市优秀咨询成果三等奖； 11)2005.3 与加拿大LANVALIN公司顾问共同就直线电机系统在机场线的应用做技术论证； 12)2005.5 日本直线电机考察。 随着研究过程的深入，对采用直线电机的城市轨道交通轮轨系统的认识也从肤浅的表面优点的认识，逐渐理性化，着眼点也更加关注实施的关键问题。
2 首都机场线直线电机系统应用论证的反思 北京首都机场线系统制式的论证从2000年开始，历经高速磁悬浮、城铁13号线支线普通轮轨、低速磁悬浮（HSST）、高速轮轨、直线电机、普通轮轨的轮回，在我国城市轨道交通建设史上，无疑可以作为一个案例进行分析。 2003年经过对直线电机系统的理论研究及对首都机场线的应用研究，结合实地考察实测的数据，城建院与北京交通大学的联合课题组提出首都机场线采用直线电机系统的6大优点，即：1)技术先进、安全可靠：在四个国家七条线路运营实践证明技术成熟、安全可靠，初步论证说明在东直门至首都机场线上实施是完全可行的，没有任何技术风险。。2)造价较低：在线路标准、运能一致的前提下，直线电机系统造价较传统轮轨可减低造价约20%。3)养护维修简单：直线电机系统无粘着牵引和制动，电机寿命长，其维修、养护、检查工作量小且简单、维修费用低。根据运营经验，直线电机车辆20年内走行不到5亿公里无需大修。4)环保：直线电机系统比普通轮轨系统噪音低8－10dB，最大噪音在73 dB左右，完全满足国家规定的环保标准。5)使用灵活，易于推广：直线电机系统相比磁悬浮系统具有更高的安全性，且断电后，轮轨导向可用内燃机车等拖动进行救援；更符合安全地铁的理念。6)该系统在首都北京2008年开通，是体现科技奥运精神和提升都市形象的载体。 2003年8月的论证会直线电机方案被提出，获得好评，但因其他原因没有采纳。后经过多轮论证，2005年1月确定采用直线电机系统，但从此时开始建设，要保证在2008年奥运之前开通，已是非常紧张，所以，2005年9月，方案被确定为普通轮轨方案。 通过如此轮回，个人认为专业人士应从中吸取如下经验和教训： 1)前期对制式的论证过于肤浅，尤其总体单位对系统的整体掌控能力较弱。这一点值得业主单位在选择总体单位时借鉴。 2)错过最佳决策时间。现在看来，首都机场线30公里，基本匀速运行，应是直线电机发挥最佳效能的条件，决策时间过长，从而丧失了建设一个标志系统的机会。 3)对直线电机车辆这一核心设备研究储备不足，设备生产厂家仅限于加拿大和日本的2-3家公司，业主的选择受制于人。 4)对于工期估算失误。没有考虑到这种新系统的设备制造周期和试验、调试、与试运行的时间，从而工期成为系统选择的障碍。 5)设计单纯夸大了直线电机的优点，而没有从系统的整体匹配与后期维护方面综合考虑。 6)在轨道交通网络规划方面没有对采用直线电机系统进行充分论证，没有形成规模支持。
3 温哥华SKYTRAIN成功的启示 2004年10月，课题组对加拿大温哥华直线电机系统（SKYTRAIN）进行了考察，深深的体会到综合交通系统的整体匹配的重要性。 启示一：综合交通系统的协调有组织与决策保障。大温哥华地区的公共交通统一由地区交通管理局管理(Translink)，为整个地区提供人流和物流的高效运输，支持大温地区的战略发展和经济发展。负责全部公共交通系统、主要道路网的协作、规划和区域道路网建设与管理、交通系统的整合、交通需求分析等。 启示二：高架桥的设计充分发挥了直线电机车辆轻、尺寸小的特点，造价低且造型优美。 高架桥采用单室双箱梁，一线一箱。箱梁两侧设有约50厘米高的挡板，桥上人行步道巧妙的利用两线箱梁挡板之间的搭板，整个桥面的布局看似简单，但功能齐全：隔音屏障、防脱轨护栏、疏散平台。因线路曲线半径小、坡度变化大，单室小箱梁能较好的适应线形的变化。与车站结构的衔接也较容易。
高架桥断面图1 高架桥断面比较图 启示三：车站的设计简洁明快，与高架桥协调一致：A、简洁明快，风格统一又各有特色。 B、车站体量小，站台宽度没有特别限制。C、车站布局、结构与区间桥梁整体搭配，结构合理，充分利用了桥下空间。D、车站与周围建筑相协调，地铁广场连接大型超市及购物广场。E、各种交通方式合理衔接，公共交通换乘方便。
图2 新千年线车站示意图 启示四：噪声控制效果良好，得益于SKYTRAIN的整体技术，从车辆、线路、桥梁、轨道等方面综合采取措施，以降低噪音。 我们现场应用噪声仪对SKYTRAIN新线、旧线；新车和旧车；车内和车外进行了噪声测试。具体数据见下表：表1：车内噪声数据（dB）
| 启动 | 运行(平均) | 停车 |
| EXPO线 | 73 | 78 | 83-63 |
| 新千年线 | 70（68） | 73 | 83-63 |
| 备注 | 启动时主要是电机的声音，加速和减速时最大。运行平稳时，较小，尤其是新车。但过岔时噪声较大，最高能达到83 dB。 |
表2：车外噪声数据（dB）
| 车站箱梁底部通道 | 1米处（站台） | 15米处 |
| 数值 | 80 | 制动最大86 | 73 |
以下是不同线路车内噪声的汇总表表3： 车内噪声数据汇总表（dB）
| 地区 | 系统 | 车内噪音 | 车外噪音 |
| EXPO线 | 1985年开通 | 78dB(A) | 73dB(A) |
| 新千年线 | 2002开通 | 73dB(A) | 73dB(A) |
| 吉隆坡 | 2001年开通 | 78dB(A) | 区间无法测 |
| 多伦多 | 1985年开通 | 88dB(A) | 83dB(A) |
| 香港 | 英国车 | 78dB(A) | 84dB(A) |
总体感觉，车内噪声低于传统轮轨约5-10 dB，新车优于旧车，新线优于旧线。线外尤其是桥梁外的噪声较小，比传统轮轨低约10 dB。直线电机系统是其中的一项主要贡献，但更重要的是应整体考虑。 启示五：严格细致的实验检测技术
我们参观了bombardier的金斯顿试验工厂(Kingston)，对我们感触较深的其一是严格的检测制度，直线电机的每一辆车均需经过严格的系统测试，包括车辆的稳定性、安全性、供电与信号和屏蔽门的测试等，测试时间最短2个月，长的多达半年。因此，一条线的车辆从定货到交付大约需要4-5年的时间。虽然时间较长，但系统的可靠性是非常强的。其二实验场采用了许多新技术，如宽感应板；轨道、道床、反应板的一体化安装技术等，虽然有些技术有的最终没有被采用，但这种不断创新的理念对我们仍很有启发。 启示六：有规律的预防性修理，取消大修。
加拿大温哥skytrain直线电机系统车辆段20年来对直线电机车辆维修运行基本上采用预防性修理（互换修），即更换车辆有故障部件。其经验可以表明广泛的故障诊断及有效的预防性维修可以提高车辆的利用率，极大地降低维修成本。而且，这样的检修制度贯穿在车辆30年的寿命周期内。且温哥华车辆段车辆的检修有部件生产制造厂作为依托，这也是在车辆段不安排大修设施的主要原因之一。其检修修程和周期见表4：表4 加拿大车辆检修修程和周期表
| 间隔（km） | 计划性检查及内容 |
| 日检 | 外部清洗、内部清洁和日常检查，如果有故障指示便下载和检查车辆上存储的数据 |
| 20000 | 一般检查和维修 |
| 40000 | 一级安全检查---自动保护单元、故障诊断系统、列车自动控制、蓄电池 |
| 60000 | 一般检查和维修 |
| 80000 | 二级安全检查---车门、车体 |
| 100000 | 一般检查和维修 |
| 120000 | 三级安全检查---制动器、电机、转向架 |
| 140000 | 一般检查和维修 |
| 160000 | 四级安全检查---集电器、车钩、牵引杆 |
| 180000 | 一般检查和维修 |
| 200000 | 五级安全检查---空调、通讯设备 |
4 对直线电机系统的再认识 2005年3月，我们邀请了LAVALIN公司的专家对首都机场线采用直线电机系统进行了详细的系统论证，使得我们对直线电机轮轨系统有了一个再认识。即：LIM系统的设计约90%与传统轮轨系统一致；有以下几点应重视：重点考虑轮轨的咬合关系；结构的受力可根据实际确定；结构断面可根据实际确定；车辆段的设计可更加紧凑，节约用地；运营与维修的管理（通过经常性的维修可实现车辆无大修）；多系统综合考虑噪声控制（如箱梁设计、浮置板道床、车辆设置裙边、吸音屏障、车底板及桥梁档板的吸音材料、轨道减振垫等措施，这些在传统轮轨系统方面也可采用）。
5 系统推广及发挥其技术优势的建议 直线电机系统确实存在很多优点，这一点在最近美国、日本、韩国都有采用此系统的新线建设就足以证明，它应有很大的推广应用空间，但为什么国内没有大规模的应用呢？这里有一个现象是不容忽视的，即同样是直线电机系统，效果却差异很大，加拿大温哥华SKYTRAIN系统体现了上述技术特点，纽约肯尼迪机场线效果更好，而早期的多伦多Scarborough RT线，效果却大相径庭，日本的直线电机系统也没有把直线电机系统的优势充分发挥出来。因此一个先进的系统，其技术先进性的体现，要靠各项技术综合协调，需要有丰富经验的设计和系统集成商，对细节设计和系统接口有一个周密细致考虑。 比如SKYTRAIN的先进性，得益于其整体的集成技术。§对于噪声的控制，从车辆、线路、桥梁、轨道等方面综合采取措施，以降低噪音。§车辆采用弹性车轮；§采用小轮径；§电机高度小，距轨面高度小，用桥梁的挡板（相当于槽形梁）吸收噪声；§非黏着牵引，轮轨噪声相对较小；§细致、频繁的维护，保持轨面平顺。§科学的运营管理模式也是必不可缺的。 因此，在国内要推广直线电机技术，必须要充分发挥直线电机系统的优越性，解决以下一系列关键技术，在前期设计时要充分考虑后期运营管理与维护的实施，重点解决以下关键技术：§系统的适用性；§系统集成及接口控制；§与之相匹配的技术标准体系；§环保与节能研究；§车辆、感应板、供电等关键技术；§车辆运营维护及检修模式分析；§车辆段合理布局；§感应板安装与气隙控制技术；§系统施工与验收标准；§运营自动化系统集成；§后期轨道维护保养实施细则；§安全运营与防灾评估。参考文献（5～10个）[1] 城市快速轨道交通直线电机客运系统应用研究项目组，《直线电机系统在首都机场线的应用研究报告》，2003年5月．[2] 城市快速轨道交通直线电机客运系统应用研究项目组，《加拿大直线电机轮轨交通系统考察报告》，2004年10月.[3] 北京城建设计研究总院，LAVALIN咨询公司，《首都机场线应用直线电机系统的技术咨询报告》2005年3月。
作者简介冯爱军：北京城建设计研究院，副总工程师。中国土木工程学会隧道与地下工程分会地铁专业委员会秘书长。
