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叶芹禄:论城市有轨电车及其系统的技术特性

发布时间:2014-11-13 10:14:22 编辑:guoxining
本文摘要:城市轨道交通模式种类繁多,分类方法也较多。目前,世界上大体有如下分类方法:按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置可划分为地下、地面和高架轨道;按列车服务范围划分为传统的城市轨道交通、区域快速铁路和市郊铁路;按运能等级(大运量、中运量、小运量)可分为重轨交通(Heavy Rail)、轻轨交通(Light Rail),小运量系统大体有独轨交通、胶轮地铁、有轨电车、直线电机车辆、磁悬浮等类型;按照列车驱动方式可以分为轮轨黏着力驱动系统和磁悬浮力驱动系统两大类,直线电机车辆就其驱动原理来说也属于磁悬浮系统一类。

  城市轨道交通模式种类繁多,分类方法也较多。目前,世界上大体有如下分类方法:按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置可划分为地下、地面和高架轨道;按列车服务范围划分为传统的城市轨道交通、区域快速铁路和市郊铁路;按运能等级(大运量、中运量、小运量)可分为重轨交通(Heavy Rail)、轻轨交通(Light Rail),小运量系统大体有独轨交通、胶轮地铁、有轨电车、直线电机车辆、磁悬浮等类型;按照列车驱动方式可以分为轮轨黏着力驱动系统和磁悬浮力驱动系统两大类,直线电机车辆就其驱动原理来说也属于磁悬浮系统一类。
 
  城市铁路、地铁、轻轨、独轨、胶轮地铁、磁悬浮等交通形式在我国城市均有应用,如被称为国内第一条城市铁路的北京13 号线;世界上第一条投入商业运营的上海浦东磁悬浮线路;重庆的独轨;台北木栅线的胶轮地铁;广州地铁四号线的直线电机运载系统等等,各城市轨道交通模式的选择正趋于多样化。目前国内城市除了大连外,还没有新型的有轨电车运输系统投入运营服务,为了城市轨道交通工程设计从业人员以及相关读者能够更多地了解有轨电车系统,笔者将从以下几方面对其进行论述。
 
  1. 城市有轨电车的兴衰
 
  自1832 年在美国纽约市的普林斯大街和著名的第14 大街之间修建世界第一条铁轨上行驶的城市新型马车线路起,其间经历了蒸汽机车牵引到电缆绳牵引的变革,发展到现在先进的有轨电车系统,是城市有轨电车交通形式的鼻祖。1899年,有轨电车技术传入中国,并先后于1906年在天津、1908年于上海、1909年于大连、1921年于北京、1924年于沈阳、1927年于哈尔滨、1935年于长春等城市相继建成了有轨电车交通系统。直到20世纪50年代末,有轨电车依然是国内许多城市的重要公共交通工具。随着无轨电车和公共汽车的不断发展,早期的电车系统逐渐消失,目前仅我国的大连、长春等少数城市保留了为数不多的几条有轨电车交通线路。然而,随着其运载量、舒适度、运行速度、自动控制技术的不断发展和进步,世界范围内,有轨电车这种古老的交通形式似乎又焕发了青春,具备了与地铁轻轨交通系统分庭抗礼的魅力。
 
  进入21 世纪以来,我国相继有大连、天津、苏州、北京等城市规划、实施地面有轨电车运载系统。而大连市轨道交通试验线路工程则是我国第一个利用既有有轨电车线路改扩建的城市轨道交通工程,也是我国第一个采用低地板轻轨车辆的城市轨道交通工程,该工程是《大连市城市轨道交通总体规划》1 号线的南段工程,于 1999 年10 月15 日开工建设,2002 年12 月1 日建成通车。2005 年07 月25 日,天津开发区新交通项目(建设一个合资车辆厂、三条有轨电车线路)合同正式签订,由法国劳尔公司承建的新型城市公共交通系统正式登陆中国。一号线即新交通试验线工程,线路全长8.8公里,购置8 列3 辆编组的列车,全列额定载客量约501 人,从津滨轻轨的泰达站出发,沿洞庭路向北止于学院区。图1-1 为天津开发区新交通项目一号线的Translohr 车辆。
 

图1-1 为天津开发区新交通项目一号线的Translohr 车辆
 
  2. 城市有轨电车系统的技术特性
 
  我国修订后即将出版的《城市快速轨道交通工程项目建设标准》(以下简称“标准” ),对各类交通方式对应的运量进行了界定,见表2-1。《标准》将车辆类型分为如下几类:“一、按车体宽度和驱动方式,分为A、B、C、D、L、单轨等六种车型。A、B、C 三类车型为不同车体宽度的钢轮钢轨系列,D 型车为低地板车,单轨车型为胶轮系列,以上均为黏着力牵引系统;L 型车型为直线电机系列,为非黏着力牵引系统。”
 
  我们且不论新标准所采用的符号是否和国际惯例接轨(如国际上通常用MRV、LRV、LIM、LFV 等符号分别表示地铁车辆、轻轨车辆、直线电机车辆、低地板车辆),单凭这一修编,就表明我们在轨道交通方式的选择上已经正视多样性需求和趋势,在选择轨道交通方式时,宜从客流量、轨道交通规划网络中不同线路的定位及其扩展的容易程度、投资大小、运营维护成本等方面认真进行比选。事实上,一个城市的轨道交通网络规划,不一定非要在某两种或几种交通方式之间做出选择,地铁、轻轨、有轨电车、单轨、胶轮地铁等系统完全可以在一个城市中共存,形成综合性的城市公共交通体系。

  注: ①半封闭型线路系指当地面线路为专用道,其中部分路口设平交道口。
             ②“适用城市市区人口规模”,系指人口规模能达到或超过此限的城市,其快速轨道交通线网中的主干线,可能达到相应的运量等级。
 
  表 2-1 中所称“街面电车”概念可分成无轨电车和有轨电车。无轨电车有逐步淘汰之趋势,而有轨电车正在更多地得到青睐。从表中可以看出,各种运量等级之间车辆类型的选择具有重叠性,图2-1 可以帮我们很好地理解地铁、轻轨、有轨电车、公共汽车四种交通类型的适应性、运能、站间距离之间的关系,图中可见,有轨电车系统是介乎轻轨和公共汽车之间的一种低运量系统。
 

图 2-1 不同系统的运能、站间距比较示意图
 
  有轨电车系统主要的技术特点有:
 
  (1) 系中小运量系统。
 
  (2) 有轨电车系统一般都铺设于街面,并与地面道路交通较少地隔开,没有专有的路权(ROW,Right-of-Way),因此可以把有轨电车系统认为是地面交通的一种。
 
  (3) 有轨电车列车的编组较少,长度也较小。
 
  (4) 信号系统的投资较少。
 
  (5) 一般不适合采用自动驾驶模式。
 
  (6) 通常需要设置低站台设施或者在车辆上装设跳板,以方便乘客。
 
  3. 城市有轨电车的分类
 
  现代有轨电车系统(Tram system)最常见的就是低地板车辆系统,属低运量系统,流行于西欧,具有经济、快捷等优点。因受传动系统和电气设备布置的限制,又分50%~70%低地板、100%低地板和超低地板(Ultra Low Floor LightRail Vehicle)之分,其直观的区别在于其地板面距轨面的高度,通常地板面高度处于350~450mm 间称为部分低地板,处于200~350 间称为100%低地板,而把200mm 以下的称为超低地板。然而,真正的定义是以低地板部分的面积和客室面积之比值而论,如果小于1.0,称为部分低地板(partial low floor),如表3-1 所示,范围宽至9%~100%,而常见的是50~70%这个比例;如果等于1.0 则称为100%低地板。图3-1 系名古屋铁道美浓町线70%低地板有轨电车示意图,图3-2 为法国斯特拉斯堡100% 低地板有轨电车,图3-3 为澳大利亚的超低地板有轨电车。
 
 

图3-1 名古屋铁道美浓町线70%低地板有轨电车示意图
 

图3-2 为法国斯特拉斯堡100% 低地板有轨电车
 

图3-3 为澳大利亚的超低地板有轨电车
 
  由于ULF车辆地板超低,如图3-4所示,给车辆传动系统、悬挂系统、电气设备布置的设计带来很多困难,形式上也将完全区别于50%~70%低地板车辆,制造成本也将会有较大增加,应该谨慎选择。
 
图 3-4 ULF 车辆横断面示意图

   (作者 叶芹禄 高级工程师)
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