烏魯木齊至南山旅游快線系統(tǒng)制式選擇

青云毅

摘 要：系統(tǒng)選型是軌道交通前期設(shè)計(jì)中重要的基礎(chǔ)性工作，需要長(zhǎng)期深入地調(diào)查研究才能做好。功能定位對(duì)系統(tǒng)制式的選擇有重要的指導(dǎo)作用。系統(tǒng)選型從滿足功能定位角度出發(fā)，針對(duì)項(xiàng)目特殊外部環(huán)境，結(jié)合烏魯木齊至南山磁浮鐵路項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)實(shí)踐，先分析中低速磁浮系統(tǒng)的特點(diǎn)與適應(yīng)性，再將各中低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行綜合比較，最終確定項(xiàng)目采用中低速磁浮系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：中低速磁??；旅游快線；功能定位；系統(tǒng)選型

中圖分類號(hào)：U239.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）11-0105-02

1 概述

烏魯木齊至南山旅游快線項(xiàng)目線路起于中心城區(qū)南部的三屯碑綜合交通樞紐，在中心城區(qū)與地鐵1、3號(hào)線形成多點(diǎn)換乘，經(jīng)城南經(jīng)貿(mào)區(qū)至烏魯木齊縣南山旅游基地。正線全長(zhǎng)38.52km，其中高架線長(zhǎng)36.3km，低置線長(zhǎng)2.22km，設(shè)高架車站8座，一段一場(chǎng)分別位于城南經(jīng)貿(mào)區(qū)和烏魯木齊縣[1]。

2 項(xiàng)目功能定位

功能定位是軌道交通設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)性工作，對(duì)系統(tǒng)制式的選擇有重要的指導(dǎo)作用[1]。明確功能定位要全面地分析上位規(guī)劃對(duì)本項(xiàng)目的需求。本項(xiàng)目主要的上位規(guī)劃包括國(guó)家政策、烏魯木齊市城市總體規(guī)劃、烏魯木齊市旅游規(guī)劃、烏魯木齊市綜合交通規(guī)劃和軌道交通網(wǎng)規(guī)劃。通過對(duì)上述上位規(guī)劃的全面分析，以及結(jié)合本項(xiàng)目客流需求和特征的預(yù)測(cè)分析，烏魯木齊至南山旅游快線項(xiàng)目定位為：中心城區(qū)經(jīng)城南經(jīng)貿(mào)區(qū)至南山國(guó)際旅游區(qū)的全天候、快捷、準(zhǔn)點(diǎn)、環(huán)保、中低運(yùn)量、符合南山旅游區(qū)國(guó)際級(jí)定位的高品質(zhì)的公共旅游軌道交通系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)選型

系統(tǒng)選型是本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。系統(tǒng)制式的選擇應(yīng)從“功能、安全、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)”四個(gè)方面進(jìn)行論證和抉擇[2]，選擇符合功能定位、適合城市地形和環(huán)境條件、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的系統(tǒng)[3]。根據(jù)客流規(guī)模和出行特點(diǎn)，本項(xiàng)目為中低運(yùn)量的公共旅游交通系統(tǒng)，兼顧中心城區(qū)和城南經(jīng)貿(mào)區(qū)的通勤。國(guó)內(nèi)目前正在推廣的中低運(yùn)量軌道系統(tǒng)有輕軌、跨座式單軌、中低速磁浮和有軌電車。限于篇幅本文重點(diǎn)討論中低速磁浮系統(tǒng)，再將主流的中低運(yùn)量軌道系統(tǒng)進(jìn)行橫向比較。

3.1 中低速磁浮交通簡(jiǎn)介

磁浮列車是一種新型的非接觸式地面軌道交通運(yùn)輸工具求[4]。其最大特點(diǎn)是磁浮車輛上無(wú)傳統(tǒng)車輛上的車輪，而是通過電磁力將列車懸浮于軌道上，以線性電動(dòng)機(jī)牽引列車，實(shí)現(xiàn)了非粘著牽引和無(wú)接觸運(yùn)行。列車速度和定子線圈布置形式相關(guān)，高速磁浮屬于長(zhǎng)定子，中低速磁浮屬于短定子。

我國(guó)從上世紀(jì)80年代開展磁浮有關(guān)技術(shù)研究，2016年長(zhǎng)沙中低速磁浮線建成通車。該線是世界上最長(zhǎng)的中低速磁浮運(yùn)營(yíng)線，標(biāo)志著我國(guó)掌握了中低速磁浮系統(tǒng)的核心技術(shù)，設(shè)計(jì)、制造、安裝、車輛、軌道等具備全產(chǎn)業(yè)鏈完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，降低了建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本。系統(tǒng)利用科技創(chuàng)新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)城市軌道交通多制式、城市軌道交通網(wǎng)多層次[5]，特別適合作為中低運(yùn)量、中速的城市軌道交通，在城市交通發(fā)展中極具潛力。

3.2 中低速磁浮系統(tǒng)的特點(diǎn)

中低速磁浮交通系統(tǒng)與傳統(tǒng)輪軌制式相比，具有多種特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，能最大限度地滿足本項(xiàng)目的功能定位。

3.2.1 經(jīng)濟(jì)性較好

工程造價(jià)相對(duì)較低。中低速磁浮工程每公里工程造價(jià)約在2～3億元，長(zhǎng)沙磁浮線指標(biāo)為2.2億元/公里，本項(xiàng)目現(xiàn)階段投資預(yù)估算為2.6億元/公里，相比于其它軌道交通制式，具備一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低。輪軌交通的年運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本約占總投資的4.4%。中低速磁浮列車運(yùn)行具有無(wú)輪軌接觸和震動(dòng)沖擊等特點(diǎn)，其年運(yùn)營(yíng)維修費(fèi)約為總投資的1.2%。

3.2.2 選線靈活

中低速磁浮系統(tǒng)爬坡能力強(qiáng)，普通輪軌系統(tǒng)最大坡度30‰，中低速磁浮系統(tǒng)最大坡度可達(dá)70‰，適合南山自然坡度較大的地形。

中低速磁浮系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎半徑小，普通輪軌系統(tǒng)最小曲線半徑300m，磁浮系統(tǒng)最小可達(dá)100m，在建筑物擁擠的中心城區(qū)可減少拆遷和征地，節(jié)省工程投資。

3.2.3 速度快

本項(xiàng)目沿線客流點(diǎn)較少，站間距較大，服務(wù)對(duì)象為旅游客流，需要較高的列車運(yùn)行速度，縮短旅行時(shí)間，增加客流吸引力。目前中低速磁浮列車的最高速度可達(dá)110km/h，旅行速度可達(dá)50km/h，高于大部分城市軌道交通系統(tǒng)。

3.2.4 性能安全可靠

安全是烏魯木齊市民和游客最關(guān)心的問題，各級(jí)政府均高度關(guān)注，而中低速磁浮系統(tǒng)是軌道交通的安全典范。列車與軌道采用“抱軌”方式成為一體，是唯一可以做到運(yùn)行中不發(fā)生脫軌顛覆事故的交通方式。列車運(yùn)行的動(dòng)力來自固定在路軌兩側(cè)的電磁流，同一區(qū)域內(nèi)的電磁流強(qiáng)度相同，不會(huì)出現(xiàn)多輛列車速度不同或相向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，從而排除了列車追尾或相撞的可能[6]。即使遇到突發(fā)事件，高架線路的應(yīng)急救援也非常方便。

3.2.5 綠色環(huán)保

中低速磁浮系統(tǒng)具備噪聲低、無(wú)污染、低碳節(jié)能、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。磁浮列車是城市“超靜交通”的代表。磁浮列車運(yùn)行時(shí)7.5米遠(yuǎn)的噪聲值實(shí)測(cè)值約65dB左右，明顯低于輪軌系統(tǒng)。磁浮列車不會(huì)在運(yùn)行中產(chǎn)生鐵粉或橡膠粉塵，有利于環(huán)境保護(hù)，適合生態(tài)環(huán)境較脆弱、環(huán)保要求高的南山。

3.2.6 發(fā)展態(tài)勢(shì)好

筆者認(rèn)為中低速磁浮有其一定優(yōu)勢(shì)，但也不必過分夸大，還有很多有待改善和創(chuàng)新的地方。所幸以長(zhǎng)沙磁浮線通車運(yùn)營(yíng)為契機(jī)，我國(guó)中低速磁浮系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)良好的態(tài)勢(shì)，期望修建中低速磁浮系統(tǒng)的城市逐漸增多，各大科研單位和廠家正進(jìn)行積極的技術(shù)創(chuàng)新。目前中低速磁浮列車的最高速度可達(dá)到110km/h，第二代磁浮列車速度將達(dá)到140-160km/h，可望進(jìn)一步提升系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 與本項(xiàng)目適應(yīng)性分析

在滿足項(xiàng)目功能定位的前提下，各類系統(tǒng)選擇和評(píng)價(jià)的基本原則是：“現(xiàn)在——可實(shí)施性，未來——可持續(xù)發(fā)展”[7]。每一個(gè)城市和每一條線路都有其特殊性，系統(tǒng)制式需要結(jié)合外部環(huán)境因地制宜選擇，并從技術(shù)方案和后期運(yùn)營(yíng)角度分析，保證工程實(shí)施和將來的可持續(xù)發(fā)展。烏魯木齊和南山的特殊環(huán)境對(duì)系統(tǒng)制式提出了以下苛刻的要求：

3.3.1 爬坡能力

南山海拔較高，由烏魯木齊至南山地面高程由930m逐漸拔高至1645m，高差約700m，呈單面坡，全線平均自然坡度為22‰，局部起伏較大，其中后15km自然坡度達(dá)40‰。中低速磁浮系統(tǒng)最大坡度為70%，對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)。本線設(shè)計(jì)縱斷面坡度大于30‰的共有10處，長(zhǎng)約6.5km，約占全線總長(zhǎng)的17%，其中60‰的坡度用到2處。常規(guī)系統(tǒng)制式最大坡度僅30‰，較難適應(yīng)烏魯木齊至南山的地形。

3.3.2 雨雪天氣無(wú)故障運(yùn)行

烏魯木齊市冬季長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，由于天山屏障，冷空氣往往滯留在盆地內(nèi)，冰雪天氣一直持續(xù)，道路上車輛行駛安全性受路面積雪影響較大，市民需要更為安全和準(zhǔn)點(diǎn)的交通方式。同時(shí)南山國(guó)際景區(qū)大力發(fā)展冰雪運(yùn)動(dòng)，冬季旅游需求旺盛。因此，列車要確保在大雪天氣下能無(wú)故障運(yùn)行。

輪軌系統(tǒng)在雪天黏著系數(shù)不同程度下降，要進(jìn)行限速來保證行車安全。磁浮列車不是通過摩擦力提供前進(jìn)動(dòng)力，不會(huì)出現(xiàn)雨雪天氣車輪打滑無(wú)法運(yùn)行或降低旅速的情況，在暴雪天氣下也可正常運(yùn)營(yíng)。2008年雪災(zāi)時(shí)期，上海所有地面交通系統(tǒng)全部癱瘓，只有高速磁浮正常運(yùn)營(yíng)，直至無(wú)旅客乘車后才停止。

3.3.3 抗風(fēng)能力

烏魯木齊三面環(huán)山，在冷空氣入侵時(shí)容易出現(xiàn)大風(fēng)，風(fēng)力強(qiáng)大持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，例如2016年5月，烏魯木齊城區(qū)持續(xù)刮了20多個(gè)小時(shí)的大風(fēng)，極大風(fēng)速達(dá)到27.1米/秒，南郊則達(dá)到35.7米/秒，平均風(fēng)力6級(jí)。本項(xiàng)目正好經(jīng)行烏市南郊風(fēng)口區(qū)域，高架線路運(yùn)營(yíng)安全將受到大風(fēng)氣候的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

輪軌系統(tǒng)高架及地面線路，在運(yùn)營(yíng)中最容易出現(xiàn)的安全問題是大風(fēng)刮下的異物侵入導(dǎo)致列車出軌，或颶風(fēng)引起側(cè)翻，接觸網(wǎng)也易出現(xiàn)故障造成停運(yùn)。中低速磁浮列車采用“抱軌”運(yùn)行方式，車與軌道成為一體，抗風(fēng)能力強(qiáng)，不會(huì)發(fā)生脫軌和翻車事故。

3.4 中低運(yùn)量軌道系統(tǒng)綜合比較

對(duì)各中低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的主要指標(biāo)以及與本項(xiàng)目適應(yīng)性進(jìn)行橫向比較，見表1、表2。

綜上，本項(xiàng)目選擇快捷、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、舒適、安全和適應(yīng)南山特有環(huán)境的中低速磁懸浮系統(tǒng)。系統(tǒng)能最大限度地滿足項(xiàng)目的功能定位，工程具備可實(shí)施性，后期運(yùn)營(yíng)能夠得到保障，其他制式均存在一定缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)選型要以滿足項(xiàng)目的功能定位為基本原則，要遵循可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律。每一個(gè)城市和每一條線路都有其特殊性，系統(tǒng)制式還需要結(jié)合外部環(huán)境因地制宜選擇。中低速磁浮系統(tǒng)最大限度地滿足了本項(xiàng)目的功能定位，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、適應(yīng)性、速度優(yōu)勢(shì)和綠色環(huán)保等特點(diǎn)均得到了全方位的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，烏魯木齊至南山磁浮鐵路可行性研究總說明[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2016.9.

[2]易思蓉.城市軌道交通線路規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2013.8.

[3]沈景炎.城市軌道交通多種制式的特征與評(píng)價(jià)大綱（續(xù)）[J].城市軌道交通研究，2003，（6）：7-16.

[4]翟婉明，趙春發(fā).磁浮車輛/軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（Ⅰ）——磁/軌相互作用及穩(wěn)定性[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005，（7）：1-10.

[5]施仲衡.依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)城市軌道交通事業(yè)發(fā)展[C].北京：高速鐵路與軌道交通，2016.

[6]佟力華，馬沂文，胥刃佳.適用于城市交通的中低速磁懸浮技術(shù)[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2003，（5）：4-6.

[7]劉遷，許雙牛，等.我國(guó)城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃實(shí)踐與思考[M].北京：人民交通出版社，2015.07.