摘 要：土耳其伊斯坦布爾新機(jī)場(chǎng)線地鐵列車(chē)由中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司自主研發(fā)，屬于中國(guó)首個(gè)交付伊斯坦布爾的地鐵列車(chē)項(xiàng)目。文章從車(chē)輛總體技術(shù)性能、關(guān)鍵系統(tǒng)及部件設(shè)計(jì)、防火安全設(shè)計(jì)三大方面對(duì)其總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行介紹，闡述其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和性能特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：地鐵列車(chē);土耳其伊斯坦布爾新機(jī)場(chǎng)線;總體技術(shù)性能;關(guān)鍵系統(tǒng)及部件;防火安全設(shè)計(jì)

　　1 概述

　　土耳其伊斯坦布爾新機(jī)場(chǎng)線地鐵列車(chē)由中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司自主研發(fā)，屬于中國(guó)首個(gè)交付伊斯坦布爾的地鐵列車(chē)項(xiàng)目。該車(chē)為重載高強(qiáng)度的全自動(dòng)駕駛地鐵列車(chē)，能夠適應(yīng)各種無(wú)人駕駛運(yùn)行場(chǎng)景和機(jī)場(chǎng)線路不同時(shí)段高峰客流量的需求。其總體性能特點(diǎn)如下。

　　(1)是首個(gè)出口海外的 120 km/h 速度等級(jí) 4 節(jié)編組地鐵列車(chē)，頭車(chē)采用半動(dòng)半拖(即一個(gè)轉(zhuǎn)向架為帶動(dòng)力的動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架，另一個(gè)轉(zhuǎn)向架為不帶動(dòng)力的拖車(chē)轉(zhuǎn)向架)B 型車(chē)輛，中間車(chē)采用全動(dòng)力 B 型車(chē)輛，滿(mǎn)足 15 t大軸重要求。(2)列車(chē)采用全自動(dòng)駕駛設(shè)計(jì)和全自動(dòng)車(chē)輛重聯(lián)技術(shù)，可適應(yīng)各種無(wú)人駕駛運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的需求和機(jī)場(chǎng)線路不同時(shí)段高峰客流量的需求。

　　(3)首次采用滿(mǎn)足安全完整性等級(jí) 2 級(jí)(SIL2)的全新地鐵列車(chē)控制系統(tǒng)，可使列車(chē)運(yùn)行更加安全。(4)裝配適應(yīng)大坡道、高牽引特性的列車(chē)牽引系統(tǒng)，滿(mǎn)足長(zhǎng)距離、大坡道、高加速度條件下的性能要求。(5)采用高速條件下的低噪聲技術(shù)，可滿(mǎn)足隧道內(nèi)客室最大噪聲不超過(guò) 78 dB(A)的要求。(6)采用可滿(mǎn)足歐洲最新 EN 45545《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛防火》系列標(biāo)準(zhǔn)要求的長(zhǎng)站間距(平均 4 km，最長(zhǎng) 10 km)防火技術(shù)。

　　2 車(chē)輛總體技術(shù)性能

　　2.1 列車(chē)編組及受流方式

　　列車(chē)采用 4 節(jié)編組，編組形式為 = A - B - B - A =，其中 A 車(chē)為帶司機(jī)室的半動(dòng)半拖車(chē)輛，B 車(chē)為無(wú)司機(jī)室?guī)�受電弓的�?dòng)車(chē)，= 為全自動(dòng)車(chē)鉤，- 為半永久式牽引桿。車(chē)體采用鋁合金 V 型斷面，受流方式為 DC1500V受電弓受流。

　　2.2車(chē)輛主要尺寸及參數(shù)

　　2.3 列車(chē)載客能力

　　列車(chē)載客數(shù)量為有座乘客與站立乘客數(shù)量的總和。每節(jié) A 車(chē)與 B 車(chē)的額定座位均為 30 個(gè)，因此 4 輛編組列車(chē)的總座位數(shù)為 120 個(gè)。對(duì)于站立乘客數(shù)量的計(jì)算，應(yīng)首先推算出站立區(qū)面積，再由此得出不同工況下的站立乘客數(shù)量。

　　歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 15663-2017《鐵路應(yīng)用 車(chē)輛參考質(zhì)量的定義》中規(guī)定，在計(jì)算列車(chē)載客量時(shí)，乘客在車(chē)內(nèi)停留的區(qū)域中地板與天花板之間的高度不應(yīng)小于1 850 mm，站立區(qū)面積為車(chē)廂面積減去座位面積及座位前方為乘客腳部預(yù)留的 300 mm 寬空間面積。根據(jù) EN15663-2017 規(guī)定進(jìn)行計(jì)算可得，本車(chē) A 車(chē)的站立區(qū)面積為 28.5 m2，B 車(chē)為 32.4 m2，整列車(chē)為 121.8 m2。

　　2.4 列車(chē)動(dòng)力性能參數(shù)

　　(1)列車(chē)運(yùn)行速度。列車(chē)最高運(yùn)行速度為 120 km/h，車(chē)輛構(gòu)造速度為 132 km/h。(2)特殊場(chǎng)景下的車(chē)輛限制速度。當(dāng)車(chē)輛反向行駛時(shí)，車(chē)輛速度自動(dòng)限制為不高于 5 km/h;在洗車(chē)模式下，車(chē)輛速度限制為不高于 3 km/h。(3)車(chē)輛加速度。在平直干燥軌道上，車(chē)輛在AW3 載荷下從靜止加速到 40 km/h 的加速度為 1.1 m/s2，從靜止加速到 100 km/h 的加速度為 0.5 m/s2。(4)制動(dòng)減速度。車(chē)輛最大常用等效制動(dòng)減速度為1.1 m/s2，緊急制動(dòng)等效減速度為 1.3 m/s2。

　　2.5 全自動(dòng)無(wú)人駕駛列車(chē)各系統(tǒng)及控制功能

　　滿(mǎn)足自動(dòng)化等級(jí) 4 級(jí)(GoA4)的全自動(dòng)無(wú)人駕駛要求，而且列車(chē)兼容開(kāi)通初期進(jìn)行有人駕駛操作、后期開(kāi)展全自動(dòng)駕駛所需的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在既有線路和新線全自動(dòng)無(wú)人駕駛、互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)的要求。

　　在全自動(dòng)無(wú)人駕駛模式下，列車(chē)可在運(yùn)營(yíng)控制中心(OCC)的統(tǒng)一監(jiān)控下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)喚醒、自動(dòng)整備、自動(dòng)自檢、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)故障診斷、遠(yuǎn)程控制及隔離、自動(dòng)對(duì)位停車(chē)、自動(dòng)休眠待機(jī)等功能。

　　2.6 全自動(dòng)車(chē)輛重聯(lián)運(yùn)營(yíng)

　　本車(chē)車(chē)頭最前方的車(chē)鉤采用全自動(dòng)車(chē)鉤，并配置重聯(lián)模塊，可實(shí)現(xiàn) 2 列 4 輛編組列車(chē)重聯(lián)運(yùn)營(yíng)。配置列車(chē)級(jí)網(wǎng)關(guān)的車(chē)輛支持動(dòng)態(tài)重聯(lián)(無(wú)需斷電)。車(chē)輛內(nèi)部所有數(shù)據(jù)通過(guò)車(chē)輛總線傳輸，車(chē)輛與車(chē)輛之間利用絞線式列車(chē)總線(WTB)交互數(shù)據(jù)，連接采用標(biāo)準(zhǔn) D-sub 連接器。WTB 具備如下特點(diǎn)：(1)介質(zhì)為屏蔽雙絞線;(2)波特率為 1 Mbps;(3)跨距 860 m;(4)最多掛接 22 輛車(chē)或 32 個(gè)節(jié)點(diǎn);(5)過(guò)程數(shù)據(jù)基本周期為 25 ms;(6)為雙通道冗余。

　　3 關(guān)鍵系統(tǒng)和部件設(shè)計(jì)

　　3.1 主電路及牽引系統(tǒng)

　　4 節(jié)編組列車(chē)設(shè)置有 2 臺(tái)受電弓。正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)受電弓升起，受電弓母線隔離裝置斷開(kāi)，接觸網(wǎng)中的DC1500V 電壓經(jīng)過(guò)受電弓接入車(chē)輛，并各自通過(guò)相應(yīng)高壓設(shè)備箱中的三位置選擇開(kāi)關(guān)接入高速斷路器與輔助逆變器熔斷器，再經(jīng)過(guò)高速斷路器接入牽引逆變器。受電弓可在列車(chē)電壓過(guò)低時(shí)自動(dòng)升弓，為列車(chē)取電。

　　在GoA4 全自動(dòng)無(wú)人駕駛模式中，當(dāng)單個(gè)受電弓故障時(shí)，列車(chē)向 OCC 發(fā)送報(bào)警，此時(shí)列車(chē)可以利用 1/2 牽引動(dòng)力繼續(xù)運(yùn)行;若需要維持全部牽引動(dòng)力，則由 OCC 控制列車(chē)停車(chē)，此時(shí)列車(chē)將自動(dòng)隔離故障受電弓，并自動(dòng)閉合母線隔離裝置，使母線貫通，從而實(shí)現(xiàn)全動(dòng)力運(yùn)行。列車(chē)牽引系統(tǒng)包括高壓電器設(shè)備、高速斷路器、牽引電機(jī)、牽引逆變器、避雷器、制動(dòng)電阻等部件。列車(chē)的每個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架均配備牽引逆變器和單獨(dú)的控制系統(tǒng)。

　　為適應(yīng)本線路坡道大、所需牽引力強(qiáng)的特性，列車(chē)牽引動(dòng)力配置為頭車(chē)采用半動(dòng)半拖車(chē)輛、中間車(chē)采用全動(dòng)力車(chē)輛，可滿(mǎn)足長(zhǎng)距離、大坡道、高加速度條件下的性能要求。此外，牽引系統(tǒng)還負(fù)責(zé)實(shí)施列車(chē)的電制動(dòng)并對(duì)電制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的再生能量進(jìn)行回收。回收的能量通過(guò)高速斷路器、三位置選擇開(kāi)關(guān)及受電弓優(yōu)先反饋給電網(wǎng)，剩余的輸入制動(dòng)電阻。

　　3.2 輔助變流系統(tǒng)

　　輔助變流系統(tǒng)的功能是為列車(chē)各電氣設(shè)備提供AC380V、DC110V 電源。其中，輔助逆變器將接觸網(wǎng)DC1500V 電壓通過(guò) DC/AC 隔離轉(zhuǎn)換為 AC380V 電壓，為列車(chē)的空氣壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等負(fù)載供電;充電機(jī)將輔助逆變器轉(zhuǎn)換的部分 AC380V 電壓轉(zhuǎn)換成 DC110V 電壓，為列車(chē)照明、控制等系統(tǒng)供電。

　　列車(chē)控制級(jí)系統(tǒng)采用 WTB 控制，具備動(dòng)態(tài)重聯(lián)功能，可實(shí)現(xiàn)編組與編組之間的數(shù)據(jù)交換。車(chē)輛控制級(jí)系統(tǒng)采用多功能車(chē)輛總線(MVB)，4 節(jié)車(chē)輛為 1 個(gè)編組(= A - B - B - A=)，每個(gè)編組內(nèi)的各車(chē)載系統(tǒng)，如中央控制單元(CCU)、事件記錄儀(ER)、中繼器(REPs)、輸入輸出單元(IOM)、人機(jī)接口(HMI)、能耗記錄儀等，均通過(guò) MVB 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

　　本車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)采用在世界范圍內(nèi)有良好運(yùn)行業(yè)績(jī)及成熟運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的 EP2002 架控制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可滿(mǎn)足 120 km/h 速度等級(jí)下的制動(dòng)性能要求。該系統(tǒng)由 VV120 型活塞壓縮機(jī)、EP2002 制動(dòng)控制閥及輪式盤(pán)形制動(dòng)器、輔助控制模塊、空簧控制裝置、升弓控制裝置等組成。其電空制動(dòng)系統(tǒng)為模擬式制動(dòng)系統(tǒng)。此外，牽引系統(tǒng)還可實(shí)施電制動(dòng)(包括再生制動(dòng)與電阻制動(dòng))，并將再生制動(dòng)產(chǎn)生的能量?jī)?yōu)先反饋給電網(wǎng)。

　　為適應(yīng)無(wú)人駕駛場(chǎng)景，每扇車(chē)門(mén)均設(shè)置了具有遠(yuǎn)程解鎖請(qǐng)求功能的緊急解鎖裝置，以便在緊急情況下開(kāi)啟車(chē)門(mén)。其操作受到 OCC 和司機(jī)的監(jiān)控。具體操作步驟如下：先拆下緊急解鎖裝置罩板，拉下手柄，發(fā)出解鎖請(qǐng)求;在獲得 OCC 或司機(jī)許可(此時(shí)緊急解鎖裝置自帶的指示燈會(huì)點(diǎn)亮)且車(chē)速為 0 時(shí)，再次拉下手柄，解鎖車(chē)門(mén)，手動(dòng)開(kāi)門(mén)。

　　包含列車(chē)以太網(wǎng)總線、備用音頻總線。其廣播、顯示、視頻監(jiān)控等功能由以太網(wǎng)總線實(shí)現(xiàn)，若以太網(wǎng)總線發(fā)生故障，則啟動(dòng)備用音頻總線，用于實(shí)現(xiàn) OCC 對(duì)列車(chē)的廣播。列車(chē)配置的車(chē)載廣播電視系統(tǒng)可用于播放廣告、新聞等視頻。此外，每節(jié)車(chē)配置 6 塊獨(dú)立于 PIS 組網(wǎng)的 18.5 寸高清顯示器;每列車(chē)配置 1 臺(tái)數(shù)字信息播放設(shè)備及天線，其可輸出 M12接口形式的視頻流信息，以便顯示屏接入并流暢播放。

　　4 列車(chē)防火安全設(shè)計(jì)

　　火災(zāi)是威脅地鐵列車(chē)運(yùn)行安全的重要風(fēng)險(xiǎn)因素之一，包括意外疏忽引起的火災(zāi)和技術(shù)缺陷引起的火災(zāi) 2類(lèi)。地鐵列車(chē)防火是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，貫穿于其全壽命周期內(nèi)。防火安全設(shè)計(jì)的目的是降低列車(chē)起火的概率，并在火災(zāi)發(fā)生后迅速控制住火勢(shì)蔓延，保護(hù)乘客及工作人員的人身安全。列車(chē)防火安全設(shè)計(jì)應(yīng)從火災(zāi)預(yù)防和火災(zāi)控制 2 方面展開(kāi)。

　　4.1 防火設(shè)計(jì)及其依據(jù)

　　土耳其伊斯坦布爾新機(jī)場(chǎng)線地鐵列車(chē)設(shè)計(jì)人員依據(jù)各種相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行了如下防火安全設(shè)計(jì)。(1)防火措施操作類(lèi)別(OC)。根據(jù) EN 45545-1-2013《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛防火 第 1 部分：總則》將本車(chē)的 OC 定義為 OC2。(2)車(chē)輛材料火災(zāi)危害等級(jí)。根據(jù) EN 45545-2-2020《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛防火 第 2 部分：材料和零件的防火性能要求》確定本車(chē)材料火災(zāi)危害等級(jí)為 HL2。

　　(3)非金屬材料防火等級(jí)。根據(jù)所應(yīng)用材料的不同，分別對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行防火性能設(shè)定，各種材料均須滿(mǎn)足 EN 45545-2-2020 中 HL2 等級(jí)的要求。(4)耐火結(jié)構(gòu)性能。本車(chē)車(chē)輛結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足 EN 455453-2013《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛防火 第 3 部分：防火隔板的耐火要求》中表 1 防火隔板的要求，車(chē)內(nèi)大功率電氣柜(功率大于 20 kW)、地板結(jié)構(gòu)等的耐火性能達(dá)到 E15、I15 等級(jí)要求。

　　(5) 火災(zāi)初期車(chē)輛防火安全性。 本車(chē)符合 EN45545-4-2013《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛防火 第 4 部分：鐵路車(chē)輛設(shè)計(jì)防火安全性要求》中對(duì)于車(chē)輛防火安全性的要求。(6)電氣設(shè)備防火安全性。本車(chē)符合 EN 45545-5-2013+A1-2015《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛的防火保護(hù) 第 5 部分：無(wú)軌電車(chē)、有軌電車(chē)和磁懸浮列車(chē)電子電氣設(shè)備的防火安全要求》中對(duì)于車(chē)輛電氣設(shè)備防火安全性的要求。(7)滅火措施。本車(chē)司機(jī)室、客室內(nèi)均配置 ABC 干粉滅火器。

　　(8)火災(zāi)控制和管理系統(tǒng)。本車(chē)符合 EN45545-6-2013《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛防火 第 6 部分：火焰控制和管理系統(tǒng)》中對(duì)于車(chē)輛火災(zāi)控制和管理系統(tǒng)要求。(9)應(yīng)急設(shè)備及其功能維持性。根據(jù) EN45545《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛防火》標(biāo)準(zhǔn)系列和EN 50553-2012+A1-2016《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)輛火災(zāi)條件下的運(yùn)行能力要求》，對(duì)本車(chē)與疏散安全和應(yīng)急處置相關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行完整性設(shè)計(jì)，包括通信(含乘客緊急報(bào)警裝置、客室廣播系統(tǒng)，以及與 ATC 或 OCC 通信的設(shè)施等)、牽引、制動(dòng)、車(chē)門(mén)、列車(chē)總線、緊急照明、火災(zāi)探測(cè)、應(yīng)急供電(蓄電池在壽命期限內(nèi)應(yīng)滿(mǎn)足 45 min 緊急負(fù)載供電要求)等系統(tǒng)，以保證其具有足夠的耐火完整性或冗余度。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　土耳其伊斯坦布爾新機(jī)場(chǎng)線地鐵列車(chē)采用多種先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，可滿(mǎn)足長(zhǎng)距離、大坡道、高加速度條件下的性能要求。列車(chē)已于 2021 年 11 月投入使用，最高運(yùn)行速度達(dá)到 120.75 km/h，在運(yùn)行過(guò)程中展現(xiàn)出安全、高速、舒適的優(yōu)異性能，獲得土耳其交通部長(zhǎng)及當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的高度贊譽(yù)。在未來(lái) 30 年內(nèi)，這條地鐵線路將在道路維護(hù)、節(jié)能減排等方面為土耳其節(jié)省約 301 萬(wàn)美元(2920 萬(wàn)土耳其里拉)的費(fèi)用支出。

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　　作者：尚江傲1，2，趙小軍1，蔣百威1