國外快速有軌電車系統(tǒng)特征

李 猛 徐成永 賀 鵬 夏贊?jì)t

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100037)

國外快速有軌電車系統(tǒng)特征

李 猛 徐成永 賀 鵬 夏贊?jì)t

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100037)

選取國外4條典型快速有軌電車線路，對其線路、車輛技術(shù)、供電及運(yùn)營服務(wù)等系統(tǒng)特征進(jìn)行描述。快速有軌電車采用與常規(guī)有軌電車類似的鉸接式低地板車輛，最高運(yùn)行速度達(dá)100 km/h，通常運(yùn)行于城市中心與市郊衛(wèi)星城鎮(zhèn)之間，具備有軌電車的靈活性和市域快線的快速性雙重特征；與常規(guī)的市域列車相比，快速有軌電車低地板高度通常在350 mm左右，最小轉(zhuǎn)彎半徑可達(dá)25 m，能有效降低站臺高度、更靈活地避開障礙物以降低工程造價(jià)；此外，其單向運(yùn)能在0.3～1.2萬人/h之間，更適合于中小城市的市域通勤；更加靈活的選線與敷設(shè)方式，使其能很好地與市內(nèi)有軌電車線網(wǎng)互聯(lián)互通，擴(kuò)大服務(wù)范圍，增強(qiáng)客流吸引力；與常規(guī)的有軌電車相比，其速度更高，以適應(yīng)于市郊大站間距的特點(diǎn)并縮短旅行時(shí)間。對該系統(tǒng)制式的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，提出可供我國借鑒的技術(shù)特點(diǎn)。

快速有軌電車；輕軌；市郊鐵路；車輛技術(shù)

1 現(xiàn)代有軌電車與市域快線列車

另一方面，市域快線列 車 通 常 具 備 絕 對 的 獨(dú) 立 路權(quán)。一般采用地面或高架敷設(shè)，列車運(yùn)行采用完全獨(dú)立的信號控制，因此其安全性得到了路權(quán)和信號的絕對保證。最高運(yùn)行速度在100～160 km/h，平均站間距在3 km以上，因此其加、減速度較低[3]。同時(shí)由于平均運(yùn)距一般較長，其車輛座椅通常采用橫排布置且站立定員標(biāo)準(zhǔn)較高，為乘客創(chuàng)造足夠的乘坐舒適度。

現(xiàn)代有軌電車與市域快線列車無論從路權(quán)、車輛技術(shù)還是運(yùn)營服務(wù)等方面皆存在明顯區(qū)別，因此一般不存在交集。但在西方，有“Tram-Train”(快速有軌電車)這樣一個(gè)概念[4]1。其一般采用現(xiàn)代有軌電車的車輛，既可運(yùn)行在市內(nèi)的有軌電車線網(wǎng)上，也可運(yùn)行于郊區(qū)快速鐵路或國鐵重軌上。其系統(tǒng)特點(diǎn)是兩者的融合，但也具備一些獨(dú)特的特征。筆者選取了國外4條典型Tram-Train的線路，對其線路和功能定位、車輛技術(shù)、供電及運(yùn)營服務(wù)等系統(tǒng)特征進(jìn)行了描述。

2 國外快速有軌電車概況

Tram-Train模式，最早由德國卡爾斯魯厄提出并得到實(shí)際應(yīng)用。1992年，卡爾斯魯厄城市有軌電車(Stadtbahn)與德國國鐵(DB)連通，這一舉措使卡爾斯魯厄城市中心與布雷滕(Bretten，離卡爾斯魯厄西北部約23 km)間的旅行時(shí)間縮短了15 min，帶來有軌電車乘坐人數(shù)400%的增加[5]。

圖1 卡爾斯魯厄—布雷滕線路示意

圖2 卡爾斯魯厄運(yùn)行于市中心及市郊的有軌電車

盡管這種模式有效解決了換乘對客流的影響，且利用了既有鐵路的軌道以降低工程造價(jià)，但城市中心的有軌電車運(yùn)行于市郊鐵路至少存在以下問題：

1) 系統(tǒng)制式的兼容性。城市有軌電車與市郊鐵路在供電制式、軌道、車輛強(qiáng)度、限界等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上完全是兩套系統(tǒng)，系統(tǒng)需考慮雙制式等兼容性。

2) 法律法規(guī)的兼容性。運(yùn)營于該線路的有軌電車必須符合2種法律法規(guī)，即有軌電車運(yùn)營法及市郊鐵路運(yùn)營法。

3) 運(yùn)行于市郊鐵路線上的有軌電車會在沿線增加站點(diǎn)，這可能會對原本存在的市郊列車運(yùn)營計(jì)劃產(chǎn)生影響。

卡爾斯魯厄模式的成功使得歐洲許多城市紛紛效仿，如南特、卡塞爾、桑德蘭等地。盡管Tram-Train模式取得了較大成功，但由于其特殊性國際上并未對此有標(biāo)準(zhǔn)的定義。對于這種系統(tǒng)，主要存在2種定義，一種是德國定義，一種是法國定義[7]。

德國定義：城市輕軌(LRT)鐵路與國鐵上運(yùn)行的混合運(yùn)輸系統(tǒng)，通常采用雙制式系統(tǒng)。

法國定義：最高運(yùn)行速度大于70 km/h的輕軌列車(通常是100 km/h)。

德國定義與法國定義最明顯的區(qū)別在于后者并未限定雙制式及輕軌與重軌的混行，將近郊快速輕軌也包含在內(nèi)。

由于國內(nèi)輕軌與國外輕軌定義的明顯區(qū)別，筆者將Tram-Train譯為快速有軌電車，以上兩種定義皆在本文探討范圍之列。國外部分典型快速有軌電車線路如表1所示。

表1 國外部分典型快速有軌電車線路

注：①表中城市人口數(shù)取自維基百科2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；②卡爾斯魯厄有軌電車是長達(dá)260 km以上的線網(wǎng)，表中只選取了其中1條。

表1中4條典型線路包含了快速有軌電車的2種類型：一是利用既有國鐵或市域列車線路，采用雙制式供電的車輛；二是新建線路，采用常規(guī)有軌電車的車輛和供電技術(shù)。但兩者具備一些共同點(diǎn)：既服務(wù)于城市內(nèi)部的常規(guī)客流，也服務(wù)于城市中心與市郊城鎮(zhèn)之間的市域客流，后者使其功能定位與常規(guī)有軌電車存在明顯區(qū)別。車輛采用常規(guī)鉸接式低地板現(xiàn)代有軌電車，最高運(yùn)行速度在100 km/h以上。

3 國外快速有軌電車系統(tǒng)典型特征

3.1 線路與功能定位

快速有軌電車與常規(guī)城市有軌電車主要區(qū)別在于最高運(yùn)行速度較高，線路不僅服務(wù)于中心城，通常連接城市中心與市郊其他城鎮(zhèn)。但與市郊列車相比，其車輛形式與路權(quán)存在較大不同，這與快速有軌電車特殊的功能定位有關(guān)。

1) 通常服務(wù)于城市人口密度不高的城市中心及附近城鎮(zhèn)之間的通勤客流。功能定位可以看作是常規(guī)有軌電車與市郊列車的結(jié)合或互聯(lián)互通，省去中間的換乘以提高乘坐便捷性和減少旅行時(shí)間。

現(xiàn)代有軌電車客流服務(wù)等級為中低運(yùn)量，這與這些城市的人口密度相關(guān)。建設(shè)者或許會考慮有軌電車的運(yùn)量足以滿足這些城市與市郊城鎮(zhèn)之間的通勤客流，采用像東京私鐵或巴黎RER那樣的市域快線是明顯存在浪費(fèi)的，因此才選擇這樣的模式。這4條線的服務(wù)范圍及城市人口密度如表2所示。

表2 快速有軌電車線路功能定位與人口密度

注：作為對比，北京城六區(qū)人口密度為7 687人/km2，東京為6 000人/km2

2) 城市內(nèi)部通常采用混合路權(quán)，站間距較短；市郊通常采用獨(dú)立路權(quán)，站間距較長。

有軌電車通常運(yùn)行于城市混行路段，但這些線路通常在市郊具備獨(dú)立或半獨(dú)立的路權(quán)，如圖3所示。

圖3 快速有軌電車的路權(quán)

3) 市郊段一般利用既有線敷設(shè)軌道或既有線改造而來，采用地面敷設(shè)方式為主。經(jīng)過改造連通的快速有軌電車，市郊一般利用既有線或廢棄鐵路，如卡爾斯魯厄和南特；新建線路雖然沒有利用既有線，但一般皆采用隔離的地面敷設(shè)方式以節(jié)省工程造價(jià)，如波爾圖和休斯頓輕軌。

3.2 車輛技術(shù)

3.2.1 尺寸與定員

快速有軌電車盡管功能定位與常規(guī)有軌電車有區(qū)別，但車輛整體構(gòu)架及尺寸基本與常規(guī)有軌電車保持一致。由于平均運(yùn)距較長，車輛一般采用橫排座椅布置居多，站立定員標(biāo)準(zhǔn)小于4人/m2。例如最新龐巴迪和阿爾斯通的Tram-Train車輛尺寸及定員如表3所示。為進(jìn)行對比，將常規(guī)有軌電車最高運(yùn)行速度為70 km/h的Flexity2也列入其中。

表3 快速有軌電車車輛尺寸與定員[89]

注：站席定員為4人/m2

可見，快速有軌電車車輛坐席比例較常規(guī)有軌電車有所提升。座椅布置如圖4所示。

圖4 快速有軌電車的座椅布置

3.2.2 轉(zhuǎn)向架

快速有軌電車最高運(yùn)行速度一般達(dá)100 km/h，其轉(zhuǎn)向架布置與常規(guī)有軌電車主要有2個(gè)區(qū)別：1)不存在懸浮車體，即每個(gè)模塊皆有轉(zhuǎn)向架支撐，甚至部分模塊有2個(gè)轉(zhuǎn)向架支撐，以提高車輛的穩(wěn)定性；2)一般采用有軸轉(zhuǎn)向架。例如，龐巴迪3模塊Flexity Swift為70%低地板布置，所有轉(zhuǎn)向架皆為有軸轉(zhuǎn)向架，其中中間模塊采用了2個(gè)轉(zhuǎn)向架支撐。為提高列車性能，全都為動車轉(zhuǎn)向架。阿爾斯通的Citadis-Dualis盡管實(shí)現(xiàn)了100%低地板，但所有轉(zhuǎn)向架仍采用有軸轉(zhuǎn)向架，這也使得其轉(zhuǎn)向架上有一個(gè)小斜坡，與國內(nèi)沈陽100%低地板車輛類似，如圖5所示。為進(jìn)行對比，將常規(guī)有軌電車最高運(yùn)行速度為70 km/h的Flexity2也進(jìn)行了示意。

圖5 快速有軌電車的轉(zhuǎn)向架布置模塊

可以看出100 km/h的車輛轉(zhuǎn)向架數(shù)/模塊數(shù)較多，圖5中3種車型的轉(zhuǎn)向架數(shù)/模塊數(shù)如表4所示。

表4 快速有軌電車車輛轉(zhuǎn)向架/模塊數(shù)

3.2.3 碰撞強(qiáng)度與緊急制動減速度

車輛的碰撞強(qiáng)度被認(rèn)為是車輛被動安全中不可或缺的措施，而提高緊急制動減速度為主動安全措施?？焖儆熊夒娷囉捎谒俣鹊奶嵘安糠志€路與大鐵共軌，其車體碰撞強(qiáng)度存在特殊性。根據(jù)UIC標(biāo)準(zhǔn)，普通大鐵列車耐撞強(qiáng)度至少應(yīng)滿足1 500 kN，而普通有軌電車耐撞強(qiáng)度一般為200 kN[4]3。德國將其Tram-Train的碰撞強(qiáng)度提升為600 kN，但這與大鐵仍相差較大。

有2個(gè)根本原因使得有軌電車車輛無法與大鐵車輛碰撞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為一致：一是為確保有軌電車司機(jī)能看清楚前方及周邊的狀況，二是兩者在車輛尺寸和地板高度上存在較大差異。

歐洲目前正在努力使Tram-Train碰撞強(qiáng)度提升至800～1 000 kN，但在目前看來，仍主要依靠有軌電車緊急制動減速度較大的特點(diǎn)來確保主動安全。除快速有軌電車可能運(yùn)行于市中心混合路權(quán)段外，這也是其緊急制動減速度一般在2.0 m/s2的原因之一。

3.2.4 地板與站臺高度

新建線路統(tǒng)一采用了與低地板車輛配套的站臺，故不存在兩者匹配的問題?？査刽敹蛴熊夒娷囉捎诶昧耸薪剂熊囓壍狼疫B接了大鐵的火車站，其站臺與車輛匹配存在2個(gè)問題：一是站臺高度與地板高度不一致，二是與市郊列車車輛寬度不同導(dǎo)致站臺間隙不同。

德國大鐵車站的站臺高度有380、550、760 mm三種規(guī)格，而低地板有軌電車站臺高度一般為200 mm。為解決此問題，一方面有軌電車盡量避免與大鐵車站共站臺，另外采用同一個(gè)車站設(shè)置不同高度站臺的辦法來滿足不同車輛的上下乘客，但這一般只適用于規(guī)模較大的大鐵車站，如圖6所示。此外，車上會配備伸縮踏步以滿足不同高度站臺及車輛與站臺之間的間隙等需求[10]85。

圖6 卡爾斯魯厄有軌電車在大鐵車站

3.3 供電

圖7 卡爾斯魯厄電車的供電裝置

在直流供電線路和交流供電線路之間，存在一個(gè)中性區(qū)域。當(dāng)車輛運(yùn)行于此區(qū)域時(shí)，司機(jī)操作屏?xí)ㄟ^電壓表和文字的形式提醒司機(jī)按下一個(gè)按鈕，從而車輛完成交流—直流或直流—交流的自動轉(zhuǎn)換。由于在中性區(qū)域車輛靠慣性惰行行駛，因此中性區(qū)域設(shè)計(jì)一般遠(yuǎn)離車站、信號燈及交叉路口處。

4 結(jié)論

快速有軌電車在歐洲一些小城市得到較好的應(yīng)用，其將有軌電車在城市運(yùn)營的靈活性、便捷性與市域列車在郊區(qū)運(yùn)營的快速性相結(jié)合，可減少換乘，在承擔(dān)人口密度不高的城市與其衛(wèi)星城之間的通勤客流方面，具有一定優(yōu)勢。

快速有軌電車建設(shè)存在兩種模式，一是利用既有市郊鐵路敷設(shè)降低工程造價(jià)，但會帶來雙制式等問題，另一種是全新建設(shè)。它一般采用最高運(yùn)行速度達(dá)100 km/h的低地板鉸接車，車輛尺寸、性能參數(shù)等與常規(guī)有軌電車類似，但坐席比例一般較高。國外這種從乘客角度出發(fā)而出現(xiàn)的特殊軌道交通制式，對我國建設(shè)有軌電車等軌道交通系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。

[3] 李媛媛.市域軌道交通快線的合理站間距研究[D].北京:北京交通大學(xué),2011.

[7] Sintropher. Nordhessischer VerkehrsVerbun:Comparison of European Tram Train-Projects with the Kassel Regio Tram[R].Blackpool,2010.

(編輯：曹雪明)

System Features of Interurban Fast Tramways Abroad

Li Meng Xu Chengyong He Peng Xia Zanou

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

Four classical "tram-train" lines abroad are selected to get their system features including lines, vehicle technology, power supply and operation service. Tram-train vehicle adopts low-floor articulated mode similar to normal tramcar, and the speed can reach 100km/h. It runs between downtown and suburb towns, and combines tramcar's flexibility and train's rapidity. Different from conventional trains, tram-train with about 350mm low-floor height can pass the small curve with the minimum radius of 25m. The construction cost can be much lower because of the corresponding lower platform height and the ability to avoid the obstacles easily. Besides, the one-way capacity of tram-train is 3,000～12,000 passengers per hour, so it is more suitable to commute service in small and medium sized cities. The convenient interconnection of tramway network is more attractive to passengers with flexible line location and laying mode. Compared with regular tramcars, higher maximum speed of tram-train can make longer station spacing feasible and reduce travel time. At last, the so-called tram-train or fast tramways' technical characteristics are summarized for future application in China.

tram-train; LRT; suburban railways; vehicle technology

李猛，男，助理工程師，從事城市軌道交通車輛與工藝設(shè)計(jì)及相關(guān)研究工作，lemonlmlm@126.com

U482.1

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