第2章 城市地鐵車輛及其設計概述

2.1 現代地鐵車輛產生及其特點

隨著經濟的發展和技術的進步，城市化進程加速，城市人口迅速增長，人們的出行成為一個重要的問題。城市交通是一個城市的命脈，關系著城市經濟的發展，也是生命安全的通道。經濟的發展使整個城市的生活節奏加快，人口流動增大。城市軌道交通由于其方便、快捷、準時的優點，成為城市主要交通運力之一，也是人們出行首要選擇的交通工具。

現代軌道交通工具中最具有代表性的就是地鐵車輛。地鐵，英文為Metro，通常指地下鐵路，亦簡稱為地下鐵，狹義上專指在地底運行為主的城市鐵路系統或捷運系統；但廣義上，由于許多此類的系統為了配合修筑的環境，可能也會有地面化的路段存在，因此通常涵蓋了都會地區各種地底與地面上的高密度交通運輸系統，是城市交通中運力最大的一種運輸方式。

1863年開通的倫敦大都會鐵路是世界上首條地下鐵路系統，是為了解決當時倫敦的交通堵塞問題而建。當時的地鐵車輛是木制車廂，后來為了減少火災危險改用鋼材。1953多倫多地鐵車輛，開始改善，使用鋁材料，從而有效地降低了車身重量。

地鐵車輛是用于運送乘客的現代城市快速軌道交通車輛，不僅需要保證車輛行駛的安全、準點、快速，而且要為乘客提供良好的服務條件，使乘客乘車舒適、方便，同時還考慮對城市的景觀和環境的影響。

現代地鐵車輛一般具有如下特點：

第一，車輛構造上采用分散的動力布置，由有動力或無動力的動車和拖車組合而成，形成固定編組，操縱臺設置在車輛兩頭，車體各種設備要盡量采用模塊化的設計以方便檢修。

第二，車輛整體重量輕，車輛通過良好的結構設計成為一個整體，主要采用大口徑中空擠壓鋁合金型材；具有良好減震性能的懸掛系統；制動方式采用的是電氣和空氣的混合制動；采用自動車鉤進行連接；車輛間采用通過量大的封閉式貫行通道。

第三，因為現代地鐵車輛承載的是高密度、大流量的城市人群，所以必須具備安全、正點、快捷的優點，而且提供乘客在乘坐時相對舒適、安靜的條件。

第四，車輛運行使用自動駕駛系統ATO，并采用世界先進的調頻壓交流變頻器作為主要推進力。

2.2 我國城市地鐵發展

近年來，隨著我國經濟的快速增長和城市化進程的不斷加快，城市人口和車輛不斷增加，這些都造成了城市交通擁堵、環境污染等問題，阻礙了城市的進一步發展。截至2012年人口普査，中國常住人口前十名的城市人口數目均超過1000萬，這樣龐大的城市人口數目還在不斷增長。

城市交通作為城市的命脈，如何讓這些城市的血管保持暢通，是一個城市發展的關鍵，它關系到如此龐大人群日常生活出行、城市建設、安全問題等。隨著中國經濟的高速增長，城市化進程的加劇，城市人口急劇增多，交通問題日益困擾著城市的發展。為了讓整個城市保持更加有序及良好的交通秩序，縱觀整個世界發達國家的城市建設，我們都可以看到城市軌道交通——地鐵的修建是城市發展的一個必然趨勢。

從20世紀80年代中期，國家就推出在百萬人口以上的大城市中逐步發展地鐵交通的政策，隨后在80年代末，國家制定的產業政策再次明確其在基本建設中的重要地位。2000年開始，國家首次把“發展地鐵交通”列入國民經濟“十五”計劃發展綱要，并作為拉動國民經濟持續發展的重大戰略，國內地鐵建設以大城市與省會城市為主。

據統計，2013年國內地鐵車輛招標數量達3137輛，而在2000年中國地鐵車輛采購量為698輛，增長達4～5倍之多。據業內專家表示，中國已經進入城市軌道交通快速發展期，預計建設熱潮至少持續10年以上。地鐵不再僅局限于北、上、廣那樣的特大型城市，為緩解交通壓力，內地城市也修建了地鐵，例如：成都、西安、武漢等。由于地鐵的運量大、速度快、準點等顯而易見的優勢，人們在出行中也更加傾向于選擇這種方便、快捷的交通工具，它與人們的日常出行關系越來越密切。

2.3 地鐵車輛類型和編組

2.3.1 地鐵車型

現代地鐵車輛型號是指地鐵所用車輛的型號。在全世界范圍內，現代地鐵車輛型號沒有統一的標準，都是按照每個地方標準定制的。在國內，現代地鐵車輛一般有A、B、C三種型號。三種車型的主要區分是車體寬度。（這里指的是普通的側面垂直的列車，不是鼓型車）。長度可以靠改變編組來隨時變化，高度差別不大。

A型車長22.8米，寬3米；B型車長19米，寬2.8米；C型車長19米，寬2.6米。

A型車具有寬敞、舒適的優點，但它也具有相對較高的造價以及對線路條件、限界、站臺、車輛段等要求都很高的缺點。所以目前只有上海、南京（全部為A型車）、深圳、廣州部分線路采用A型車。

B型車因為具有相對成熟的加工和制造技術，較低的成本以及維修方便的優點，被目前大部分城市采用。

下面圖表是A型車、B型車、C型車的交通等級表以及技術規格。

2.3.2 現代地鐵車輛編組方式

現代地鐵車輛有多種形式，主要有動車（M, Motor）和拖車（T, Trailer）、帶司機室車和不帶司機室車等。動車是帶有動力牽引裝置的車輛，拖車則是沒有動力牽引裝置的車輛；動車有帶受電弓的動車和不帶受電弓的動車兩種形式。

動車：帶司機室動車（Mc）、無司機室動車（M）。

拖車：帶司機室拖車（Tc）、無司機室拖車（T）。

現代地鐵車輛的運營方式是列車編組運行，編組形式有動車和拖車混合編組或者是全動車編組?，F代地鐵車輛本身帶有動力牽引裝置，所以既有牽引又有載客的功能。目前國內地鐵車輛的主要編組形式有六輛編組和四輛編組，這主要是結合線路以及客流量等因素確定的，六輛編組的編組形式有四動二拖、三動三拖，四輛編組采用的是兩動兩拖的形式。車輛根據需要采用自動、半自動車鉤或半永久牽引桿來連接。

2.4 地鐵車輛造型元素分析

現代地鐵車輛是由許多相對獨立的結構部件有機地結合在一起，互相配合來實現地鐵車輛安全可靠、高品質的運行。

現代地鐵車輛一般由七部分組成，如下：

1．車體

車體是安裝與連接其他設備和部件的基礎，主要包括底架、端墻、側墻及車頂等幾個部分。

2．動力轉向架和非動力轉向架

其包括框架、懸架、砂輪軸箱裝置和制動裝置等。

3．牽引緩沖連接裝置

現代地鐵車輛是編組運行的，車輛之間的連接需要借助連接裝置。為了改善列車縱向平穩性，一般在車鉤的后部裝設緩沖裝置，以緩和列車的沖動。

4．制動裝置

制動裝置是現代地鐵車輛安全運行的保證，主要的車輛制動系統有空氣制動系統、制動電阻及制動軌等。

5．受流裝置

受流裝置指的是將電流從接觸導線或導電軌引入動車的裝置。

6．車輛內部設備

固定裝置包括車輛電氣、通風、采暖、空調、座椅、把手等。

7．車輛電氣系統

車輛電氣包括車輛上的各種電氣設備及其控制電路。按其作用和功能可分為主電路系統、輔助電路系統和控制電路系統三個部分。

現代地鐵車輛車身造型設計元素一般分為車頭和車體兩部分。

車頭部分的基本造型元素有顯示裝置、前窗、逃生門、車燈、面罩、前立柱、司機室車門、雨刮器等。

車體部分的基本造型元素有側墻、側窗、車頂、車門和底架。

2.5 現代地鐵車輛設計

現代地鐵車輛主要是在城市及市郊運行，站與站之間的距離近，其最高運行速度一般設計為80～90 km/h，空氣阻力對車輛造型設計的影響并不那么明顯，所以在很長一段時間里國內外現代地鐵車輛的車頭造型一直是“四方鈍頭”的生硬設計。

現代地鐵車輛的設計要切實符合人們的使用，在滿足現代地鐵車輛系統功能的要求下最大限度地達到美觀、安全、健康、舒適的效果。在我國，地鐵建設事業起步較晚，直到20世紀50年代才開始起步，1999年以后，達到建設的高峰期，但是有很多先進技術直接從國外引進?，F在，雖然已經能夠掌握并獨立制造現代地鐵車輛，但大多集中在技術領域，在相關的工業設計方面卻是一片空白，造型設計一般從國外引進，或者直接買進現成的車輛進行修改。

現代地鐵車輛工業設計主要包括三個方面的內容：一是整車外觀設計，二是地鐵車廂內飾設計，三是駕駛室內部設計。

地鐵車廂內部是一個特殊的環境，由于它的客流量很大，運營時間長，在乘客乘坐過程中內部空間設施的一些問題便暴露出來，部分設施的設計不夠完善、考慮不夠周全，且容易磨損、不耐臟、不易清潔，空間的美感不足、人們獲取信息的渠道不順暢等，這樣的乘坐環境勢必會對乘客的乘坐體驗產生一定的影響。

此外，軌道交通工具駕駛室是軌道交通的控制中樞，是駕駛員獲取信息、做出決策，并對系統進行控制、完成各項任務的作業空間，其人機工程設計的合理性對軌道交通工具運行安全、駕駛員作業的高效性、舒適性以及身體健康起關鍵性作用。目前，我國軌道交通的發展已處于世界前列，并已掌握一些核心技術，但由于一方面軌道交通工具的技術引自國外，車內的各種設施包括駕駛室座椅、操縱臺等都是按照國外的人體尺寸和各種標準設計，導致軌道交通工具駕駛室的人機設計不能真正滿足我國駕駛員的要求；另一方面，列車運行控制技術已發生很大變化，越來越多的電子設備用于駕駛室內，顯示器和控制器增多，導致人機之間信息交流量急劇增加，駕駛員認知與操作負荷增大，在長時間的駕駛過程中，導致身體和精神疲勞，影響駕駛員的認知與作業績效，給列車運行安全帶來隱患。

不斷發展的科學技術以及人們不斷提高的審美觀，造成了產品的研發不僅要滿足功能的需求，更加需要符合大眾審美的造型。我們的社會里高技術越多，我們就越希望創造高情感的環境，用技術的軟性一面來平衡硬性的一面。縱觀體驗經濟、情感社會，都與后現代社會要抓住用戶的內心情感不謀而合。鑒于此，現代地鐵車輛的造型設計，已經逐漸從注重技術忽略造型的階段發展到現在的同時兼顧造型與技術的階段，從最初的機械生硬發展直到現在外觀平滑流線，樣式也變得多樣化?，F代地鐵車輛設計不僅需要完善的功能技術，更要求設計師按照大眾的審美需求結合科技的發展、時代精神來重視其工業設計。