城市軌道交通系統(tǒng)選型研究

城市軌道交通系統(tǒng)選型研究

目前，中國對城市公共交通的分類方法和標(biāo)準(zhǔn)很多，名稱也不統(tǒng)一，統(tǒng)計數(shù)據(jù)相對混亂，對城市公共交通的規(guī)劃、選擇和合理發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響。因此,有必要對城市軌道交通的分類與特點進(jìn)行闡述,以便對城市軌道交通系統(tǒng)有一個清晰認(rèn)識,并為城市軌道交通的選型等提供理論基礎(chǔ)。1城市軌道交通的分類城市軌道交通基本類型通常包括地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、城市鐵路、線性電機(jī)車系統(tǒng)、磁浮系統(tǒng)和新交通系統(tǒng)等8類,為了能夠在不同的目標(biāo)下合理地選擇軌道交通形式,可以依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對城市軌道交通基本類型進(jìn)行分類。1.1市鐵路系統(tǒng)組成交通容量即運(yùn)送能力,指單方向每小時的斷面乘客通過量。按照不同的交通容量范圍,軌道交通可分為特大、大、中、小容量等4種系統(tǒng),如表1所示。其中,特大容量系統(tǒng)一般指市郊鐵路,其單向小時斷面流量可達(dá)到6～8萬人;大容量軌道交通通常指常規(guī)地鐵;中容量軌道交通包括輕軌、單軌、線性電機(jī)車系統(tǒng)、新交通系統(tǒng)和磁浮系統(tǒng);小容量軌道交通則多指有軌電車系統(tǒng)。1.2大水面、大直徑軌道交通根據(jù)不同的敷設(shè)方式,軌道交通系統(tǒng)可分為隧道(包括地下、水下)、高架和地面3種形式。特大、大容量軌道交通在交通較為繁忙的地區(qū)多采用隧道和高架形式,在市郊則可采用全封閉的地面形式;中容量也可兼有3種敷設(shè)形式,且通常不與機(jī)動車混行;小容量軌道交通系統(tǒng)一般采用地面形式,可與機(jī)動車混行,運(yùn)輸效率較低,相對于普通公交優(yōu)勢并不明顯。1.3開放式系統(tǒng)b類路權(quán)是指軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行線路與其他交通的隔離程度,即運(yùn)行線路的專用程度。以此為依據(jù),軌道交通系統(tǒng)可分為“A、B、C”3種基本類型。C類即開放式系統(tǒng),代表地面混合交通,不具有實體分隔,軌道交通或與其他交通混合出行,在路口按照信號規(guī)定駛停;也可享有一定的優(yōu)先權(quán),諸如用道路標(biāo)線或特殊信號等保留車道;B類即半封閉系統(tǒng),沿行車方向采用緣石、隔離柵、高差等措施與其他交通實體隔離,但在交叉路口仍與橫向的人車平交混行,受信號系統(tǒng)控制;A類即全封閉系統(tǒng),與其他交通完全隔離,不受平交道和人車的干擾,因此這種系統(tǒng)的車輛具有較高的運(yùn)行速度,可以保持較高的準(zhǔn)時性和安全性。1.4輪軌導(dǎo)向方式導(dǎo)向方式是軌道交通重要的特性之一,影響著系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行和建設(shè)費(fèi)用。根據(jù)不同的導(dǎo)向方式,軌道交通系統(tǒng)可分為輪軌導(dǎo)向及導(dǎo)向輪導(dǎo)向。市郊快速鐵道、地鐵、輕軌、線性電機(jī)車系統(tǒng)和有軌電車等均屬于輪軌導(dǎo)向方式,單軌及新交通系統(tǒng)等采用膠輪車輛屬后一類型。1.5軌道交通系統(tǒng)輪軌支撐形式,即車輛與轉(zhuǎn)移車重的行駛表面之間的垂直接觸與運(yùn)行方式。從這一標(biāo)準(zhǔn)出發(fā),軌道交通系統(tǒng)可分為鋼輪鋼軌系統(tǒng)、膠輪混凝土軌系統(tǒng)以及特殊系統(tǒng)。鋼輪鋼軌系統(tǒng)包括市郊鐵路、地鐵、輕軌、有軌電車等,膠輪混凝土軌系統(tǒng)主要指單軌及新交通系統(tǒng),而特殊系統(tǒng)則包括支撐面置于車輛之上的懸掛式單軌系統(tǒng)、磁浮式軌道系統(tǒng)等。1.6地鐵系統(tǒng)的組成牽引動力是城市軌道交通完成運(yùn)輸?shù)幕驹瓌恿?其技術(shù)水平的高低、能耗和運(yùn)價的大小,一直在軌道交通的發(fā)展中占主導(dǎo)地位,影響著軌道交通運(yùn)輸成本、運(yùn)行安全和其發(fā)展。最早的地鐵采用的是蒸汽機(jī)車牽引。隨著科技的發(fā)展,大功率電力電子器件和電子計算機(jī)的出現(xiàn),很快出現(xiàn)了電氣牽引的地鐵。當(dāng)前地鐵和其他城市軌道交通普遍采用直流牽引的饋電方式,只在客流較少的非電氣化市郊鐵道線路上為節(jié)省投資費(fèi)用而采用內(nèi)燃動車組,目前又出現(xiàn)了利用磁浮原理驅(qū)動的新型軌道交通車輛。1.7車輛分組編碼車輛編組形式影響到軌道交通系統(tǒng)的規(guī)模、設(shè)備容量、車輛檢修用地面積及建設(shè)費(fèi)用,是軌道交通系統(tǒng)的重要特性之一。車輛編組形式通常有全動車編組、動拖車混合編組和單元車組3種方式。全動車編組形式要求每節(jié)車廂都有獨(dú)立的牽引控制系統(tǒng),可靈活調(diào)整車輛編組輛數(shù),軸重分布均勻。動拖車混合編組由動車和拖車組成,可以根據(jù)具體情況,適當(dāng)?shù)卦黾觿榆嚭屯宪?但由于車輛種類增加,全列車重量分配不均勻。單元車組是將幾輛動車和拖車通過半永久式車鉤固定連接成為一個車組,根據(jù)客流量確定列車單元個數(shù)的多少。2城市軌道交通主要形式在縱覽世界各國現(xiàn)有的城市軌道交通形式的基礎(chǔ)上,基于其各自不同的特點,可將現(xiàn)有的城市軌道交通形式分為以下8類。一些特殊型式的城市軌道交通(例如纜車和索道等),由于使用范圍不廣,故此處沒有涉及。2.1地面運(yùn)行、高架線路上的速度結(jié)構(gòu)地鐵(英語用Metro,UndergroundRailway,Subway等表示)是由電氣牽引、輪軌導(dǎo)向、車輛編組運(yùn)行在全封閉的地下隧道內(nèi),或根據(jù)城市具體條件,運(yùn)行在地面或高架線路上的大容量快速軌道交通系統(tǒng)。通常根據(jù)城市環(huán)境條件的情況,地鐵列車主要在城市地下空間修筑的隧道中運(yùn)行,當(dāng)條件允許的時候,也可以穿出地面,在地面或者高架橋上鋪軌運(yùn)行。為了降低工程費(fèi)用,目前地鐵系統(tǒng)中地面和高架線路所占的比重越來越大。2.2市軌交通線網(wǎng)輕軌發(fā)展概述公共交通國際聯(lián)會(UITP)關(guān)于輕軌運(yùn)輸系統(tǒng)(LightRailTransit,簡稱LRT)的解釋文件中提到:輕軌是一種使用電力牽引,介于標(biāo)準(zhǔn)有軌電車和快運(yùn)交通系統(tǒng)(包括地鐵和城市鐵路),用于城市旅客運(yùn)輸?shù)能壍澜煌ㄏ到y(tǒng)。輕軌是從新式有軌電車逐步發(fā)展到路權(quán)專用、自動化程度較高及車輛在地下或高架軌道上運(yùn)行的城市軌道交通形式。輕軌發(fā)展的某一階段也許是最終階段,但也許可以進(jìn)一步發(fā)展到更高階段。因此,輕軌是一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋范圍較寬的城市軌道交通形式,低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的輕軌接近于現(xiàn)代有軌電車,而高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的輕軌則接近于輕型地鐵。2.3單軌系統(tǒng)的景觀性單軌系統(tǒng)(Monorail)是指通過單一軌道梁支撐車廂并提供導(dǎo)引作用而運(yùn)行的軌道交通系統(tǒng),其最大特點是車體寬度比承載軌道寬。以支撐方式的不同,單軌一般包括跨座式和懸掛式兩種類型。由于單軌系統(tǒng)的單方向小時運(yùn)量為5000～20000人次,故單軌常常被認(rèn)為是輕軌系統(tǒng)的一種。但實際上,單軌車輛的輪軌支撐形式以及走行方式與輕軌列車有很大的不同。從嚴(yán)格意義上來說,單軌應(yīng)該獨(dú)立列為一種城市軌道交通形式。單軌系統(tǒng)大多數(shù)情況下采用高架方式,其景觀性較好。根據(jù)需要,單軌列車也可在地面或地下運(yùn)行。2.4城市路面線路的低消耗量軌道交通系統(tǒng)有軌電車(Tram或StreetCar)是使用電力牽引、輪軌導(dǎo)向、單輛或兩輛編組運(yùn)行在城市路面線路上的低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。有軌電車的歷史比較久遠(yuǎn),其前身是19世紀(jì)初期的有軌馬車。由于科技的不斷進(jìn)步,到了19世紀(jì)末又逐漸由蒸汽驅(qū)動過渡到電力驅(qū)動,形成了近代有軌電車的雛形。有軌電車運(yùn)量小,且在街道路面上與其他交通混合行駛,其安全性和準(zhǔn)時性較差。2.5大培育快速軌道交通系統(tǒng)城市鐵路(UrbanRailway)是由電氣或內(nèi)燃牽引,輪軌導(dǎo)向,車輛編組運(yùn)行在市區(qū)、市郊以及衛(wèi)星城之間,以地面專用線路為主的大運(yùn)量快速軌道交通系統(tǒng)。城市鐵路實際是從干線鐵路發(fā)展而來,只是城市鐵路更多地具有通勤和公交性質(zhì)的運(yùn)營特征。按照城市鐵路運(yùn)行區(qū)域的不同,可以分為市區(qū)鐵路、市郊鐵路和機(jī)場聯(lián)絡(luò)鐵路等。2.6上海磁浮試運(yùn)營線圖16磁浮系統(tǒng)(MaglevSystem)是一種運(yùn)用“同性相斥、異性相吸”的電磁原理,依靠電磁力來使列車懸浮并走行的軌道運(yùn)輸方式。它是一種新型的沒有車輪、采用無接觸行進(jìn)的軌道交通系統(tǒng)。磁浮交通系統(tǒng)是20世紀(jì)一項偉大的技術(shù)發(fā)明,相對于其他形式的軌道交通來說,它投入實際使用的歷史并不長。上海磁浮試運(yùn)營線是目前唯一投入商業(yè)運(yùn)營的線路。目前世界上許多國家都在對磁浮技術(shù)進(jìn)行積極的研究,其中主要以德國和日本的技術(shù)較為成熟。2.7u3000組成獨(dú)立的中發(fā)揮軌道交通系統(tǒng)線性電機(jī)車系統(tǒng)(LinearMotorCarSystem)是由線性電機(jī)牽引,輪軌導(dǎo)向,車輛編組運(yùn)行在小斷面隧道、地面和高架專用線路上的中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。將線性電機(jī)牽引的軌道交通系統(tǒng)列為獨(dú)立的系統(tǒng),是因為該系統(tǒng)與地下鐵道、城市鐵路、輕軌等有明顯的區(qū)別。它是利用線性電機(jī)在磁場相互作用下,直接產(chǎn)生牽引力,屬于非粘著驅(qū)動,車輪只起到支承和導(dǎo)向作用。其使用在地鐵中可稱為小斷面地鐵,也可用在高架線路上。目前投入運(yùn)營的線性電機(jī)車系統(tǒng)主要集中在加拿大、日本和美國等國家。2.8新交通方式的總總離對于新交通系統(tǒng)(AutomatedGuidewayTransit,簡稱AGT),目前還沒有統(tǒng)一和嚴(yán)格的定義,從廣義上來講,是那些與現(xiàn)有運(yùn)輸模式不同的各種短距離新交通方式的總稱。狹義的新交通系統(tǒng)則定義為:由電氣牽引,具有特殊導(dǎo)向、操縱和轉(zhuǎn)折方式的膠輪車輛,單車或數(shù)輛編組運(yùn)行在專用軌道梁上的中小運(yùn)量軌道運(yùn)輸系統(tǒng)。新交通系統(tǒng)從系統(tǒng)運(yùn)行特征上來分析,也可以稱為導(dǎo)軌式交通系統(tǒng)。各國對其有不同的稱呼:日本稱為新交通系統(tǒng),英文為NewTransportationSystem;法國稱為LightAutomatedTransitSystem(簡稱VAL系統(tǒng)),是自動駕駛的輕型交通系統(tǒng);美國稱為PeopleMover,是指大眾運(yùn)輸系統(tǒng)。3城市公共交通系統(tǒng)的建設(shè)和組成3.1城市軌道交通建設(shè)條件要滿足極限值,以一個城市是否需要建設(shè)軌道交通,應(yīng)從城市自身發(fā)展的需求、經(jīng)濟(jì)技術(shù)能力和社會經(jīng)濟(jì)效益等三方面來綜合考慮。鑒于此類項目的社會效益和國民經(jīng)濟(jì)效益已十分明顯,在項目評價中難以做到客觀、合理的量化評價,在此不作深入分析。此處借鑒極限評定法,從市場需求和建設(shè)能力兩個方面選取了10個有代表意義的指標(biāo),進(jìn)行綜合分析和評價,提出關(guān)于城市軌道交通建設(shè)的基本條件(見表2)。極限評定法是給出每個指標(biāo)的最低或最大限值,作為評定城市軌道交通建設(shè)的必備條件。項目只有同時滿足10個指標(biāo)的極限值,城市才具備建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)的條件。這種方法的優(yōu)點是簡單和明確,便于操作,缺點是難于完全真實地反映城市綜合情況。3.2量化城市軌道交通選擇城市軌道交通系統(tǒng)種類繁多,特點各不相同,故每種城市軌道交通形式的適用范圍也不一樣。此處考慮了以下幾