摘  要 以国际上首次采用大运量等级直线电机运载系统的广州地铁 5 号线为例，从工程设计、运营客流及运能、牵引能耗等方面进行分析，介绍该工程的创新点及直线电机系统的适应性，以提高大家对大运量直线电机系统的认识，并给出直线电机系统车辆的改进建议。

关键词 直线电机系统; 客运量; 牵引能耗; 广州地铁 5号线

 

      广州地铁 5 号线首期工程( 滘口至文冲) 线路长约 32 km，22 座车站，线路横贯广州东西两翼，为城市东西向的骨干线，是广州地铁迄今为止建设完成的最复杂、最困难的一条线。5 号线 ( 见图 1 ) 从 2004年开工至 2009 年 12 月建成，历时 5 年多，2009年 12 月 28 日开通试运营，总投资约 132 亿元。5 号线首期工程共有 10座 车 站 与 其 他 线 路 换乘，系统采用了直线电机运载系统，为 6 辆编组的 L 型车。

 

      5 号线线路经过芳村区、荔湾区、越秀区、东山区、天河区和黄埔区，沿线的客流属于交通需求型: 滘口—大坦沙、珠江以西段，线路主要沿城市交通走廊布设，将对外交通要道滘口和待开发的大坦沙及已发展成熟的荔湾区连成一体，有利于缓解珠江大桥交通紧张情况，同时促进大坦沙地区的发展。中山八—珠江新城段，线路沿城市主要交通走廊布设，并经过广州火车站，重点解决客流的运送，缓解客运交通紧张的情况。珠江新城以东段，将东部的天河区、黄埔区和城区中心直接连接起来，带动广州市中心尤其是珠江新城中央商务区( CBD) 的发展，对促进东部地区健康发展起到巨大的导向作用。

      5 号线与其他地铁线路有 10 座换乘站: 杨箕站与已运营的 1 号线换乘，广州火车站与已运营的 2 号线换乘，珠江新城站与已运营的 3 号线换乘，车陂南站与 4 号线换乘，坦尾站、区庄站与 6 号线换乘，西村站预留与 8 号线换乘条件，鱼珠站、大沙地站预留与其他线换乘条件，滘口站预留与佛山市轨道线网的换乘条件。

      其中，西场站、西村站、广州火车站、小北站、区庄站、动物园站为 6 座明暗挖结合的岛式车站; 滘口站、坦尾站为 2 座高架车站。

      5 号线的环境条件非常复杂，2 次穿越珠江，该区域岩溶发育，全线 7 次穿越断裂，施工极其困难。该线经过的主要交通繁忙道路有: 内环路、环市路、花城大道、黄埔大道和大沙东路。5 号线在环市路下约4．1 km的线路与内环路高架桥并行，此路段交通非常繁忙，车站的布置及施工非常困难。全线约 5． 4 km 的线路需穿越房屋，处理房屋桩基础给工程实施带来很大的困难。5号线沿线周边受影响的建筑物共有 465 栋，这些建筑形式各异，地质条件及其基础形式各不相同，地铁结构与之的相互关系也各不相同。经过的构筑物主要有: 既有铁路线、高架桥、既有地铁车站、人行天桥、下穿隧道、电力隧道、高压电线塔和跨河涌桥等，共约 65 处。

      5 号线创造了在繁忙道路下不影响地面交通而进行暗挖的车站设计技术，采取创新型站隧分离、暗挖车站的设计方案; 使用了国内第 1 条使地铁盾构成功穿越溶洞的隧道设计技术; 在国内第 1 次开挖了最小曲线半径只有200 m 的盾构隧道; 在国内第1 次成功采用最大坡度为 5．5%的线路设计; 在国内第 1 次采用矿山法进行洞内桩基托换设计; 在国内地铁中首次采用上下重叠暗挖站台的车站设计( 动物园站上下重叠隧道净高达 21 m，隧道层高最高) ; 在广州首次采用先挖隧道后开挖车站的设计( 五羊邨站) 等创新技术。

       5 号线线路西段和中段位于城市的中心区，选线困难，线路具有曲线多、半径小、坡度大的特点。首期工程曲线长度占线路总长度的 41% ，其中半径为200 m 的曲线有 2 处，总长度 660 m，占总曲线长度的5% ; 半径为 250 ～ 300 m 的曲线有 3 处，总长度 1． 6 km，占总曲线长度的 12% ; 半径 350 m 及以上的曲线有47 处，总长度 11 km，占总曲线长度的 83% 。正线最大坡度 55‰，坡道长度 520 m; 40‰ ＜ i ＜ 50‰的坡道长度 1． 3 km; 30‰ ＜ i≤40‰的坡道长度 2． 2 km; 20‰＜ i≤30‰的坡道长度 4 km; 车辆段出入段线最大坡度 58‰。

      5 号线采用 6 辆编组大运量等级直线电机运载系统( 见图 2) ，直线电机车宽 2． 8 m，6 辆编组长度约106． 36 m，最高运行速度为 90 km / h。牵引供电系统采用直流 1 500 V 供电，正线采用接触轨受流，车辆段采用柔性架空接触网。按 6 辆编组载客量( 定员) 1 402人、最大行车密度 33 对/h 设置系统能力。

      2009 年 12 月 28 日，5 号线首日运营 10 h，运客达 28 万人次，当日广州 5 条地铁线共运客 232 万人次。5 号线开通使广州地铁步入真正的网络时代，线网效应非常显著，1 ～ 3 号线客运量平均各增长 10 万 ～ 15 万人次。目前广州地铁开通运营 8 条线路共 236 km，日均客运量超过 480 万人次，形成以 1、2、3、5 号线为骨干组成的放射线网，广州地铁运营线网见图 3。

      2010 年 1 月，5 号线工作日客流量最高达 50 万人次，最低也接近40 万人次; 回顾3 号线从2007 年开通，用了 1 年多时间，日均客运量才达到 30 人次万，而刚刚开通的5 号线，开通次日就跨越了3 号线运营1 年才达到的客流量大关，且增长趋势明显。5 号线 2010 年全年日均客流量在 60 万人次左右，2011 年日均客运量已增长到 70 万人次左右，其中 2011 年元旦日客流量达 78 万人次、5 月 1 日 86． 9 万人次、10 月 1 日客运量已达到了 94．1 万人次。

      广州地铁随着 2、8 号线、3 号线北延段的开通运营，客流迅猛增长，5 号线的运能也越来越难以满足客流的需求，部分车站客流拥挤并有较多乘客滞留。拥堵基本是发生在重要换乘站之前，如上行方向基本发生在 5 号线与 3 号线的换乘站———广州火车站之前，下行方向则发生在 5 号线与 3 号线的换乘站———珠江新城站之前。

      目前，5 号线高峰小时发车间隔 4． 5 min，旅行速度35． 6 km / h，平均运距 7． 8 km，配属列车 30 列，最大运能1．7 万人次/h。由于客运量的迅猛增长，运能已经难以满足客流需求。以2011 年3 月7 日早高峰为例，高峰小时最大客流断面位于下行猎德站—珠江新城区间，为 2． 21 万人次/h，上行方向最大断面为 1． 65 万人次/h，位于西村—广州火车站区间，高峰小时客流断面见图 4。

      从图4 可以看出，5 号线车陂南—杨箕站段运能严重不足，导致了大量乘客的滞留。为缓解运能紧张，广州地铁 2009 年开展了 5 号线列车增购项目，2010 年《广州地铁 5 号线增购列车项目建议书》获得国家发改委的批复，5 号线增购 32 列，列车到位后高峰小 时 发 车 间 隔 可 低 于2． 5 min，基本缓解了目前的拥挤现象。

      5 号线采用一个交路运营，理论上全日平均满载率 26%，其中: 牵引能耗约占 49%，动力照明等约占 51%。5 号线每车公里的 牵 引 能 耗 平 均 为3． 518 kW·h，同期的广州地铁 1、2 号线 6 辆编组 A型 车 分 别 为 2． 475、2． 393 kW·h( 1、2 号线的日均客流量己超 100 万人次) ，广州地铁主要线路2011 年车公里平均牵引能耗见图 5。

      5 号线每人公里的牵引能耗为约 0． 06 kW·h，相对常规轮轨的1、2 号线，5 号线的能耗明显偏大，其主要原因是广州地铁直线电机车辆的轴重大( 达 13 t) ，且直线电机系统本身能耗偏大，另外5 号线的线路条件较差。

 

      5 号线是广州地铁迄今为止建设完成的最复杂、最困难的一条线，在国内外地铁建设中也罕见。行走于广州繁华城区，穿越上千栋房屋、7 次穿越断裂带、2 次过珠江、6 次穿越广茂铁路。5 号线线路所经之处，把广州的“地质博物馆”“逛”了一遍: 红层、花岗岩地层、灰岩地层、混合岩地层、淤泥砂层，穿越了断裂带、富水破碎地层、溶洞等。5 号线在土建设计施工技术方案上综合考虑了安全性、合理性、可实施性，具有很多技术创新点。

      从 5 号线的建设和运营情况可以看出，5 号线的建设和运营支持了广州“东进、西联”战略，大力疏解了东西向的交通，带动了沿线的发展，客流量的迅猛增长说明市民对 5 号线的认可，建成后充分发挥了其轨道交通骨干线的作用。

      5 号线列车最高运行速度为 90 km / h，平均站间距约为 1．5 km，设计平均旅行速度 42 km/h，由于直线电机车辆的启动和制动加速度小，实际正常运营时旅行速度仅为 35．6 km/h，而且 6 辆编组定员 1 402 人与实际运营载客量相差甚远。从 5 号线运营和能耗来看，系统选择应慎重，直线电机车辆应向轻量化、小型化发展，大客运量线路应尽量采用常规轮轨系统。