膠輪導(dǎo)軌電車對廈門市快速公交1線運能改造的適應(yīng)性分析

周小斌

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司430063，武漢∥教授級高級工程師）

廈門市快速公交（BRT）系統(tǒng)全程為專用車道，不受紅綠燈影響，平均運行速度達到了38 km/h（相當于當?shù)爻Ｒ?guī)公交運行速度的3倍），發(fā)車準點率高達99.5%，現(xiàn)已成為市民出行的重要交通工具。廈門市BRT系統(tǒng)客流增長速度非?？欤?］，客運量從2008年開通時的單日2.5萬人次，發(fā)展到如今日均32萬人次，年均客運量超過1億人次。BRT系統(tǒng)以占廈門全市不到8%的公交車輛，承擔了近15%的公交客運量，具有高效、準點、安全、便捷、舒適等優(yōu)勢。

1 廈門市BRT系統(tǒng)運營現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有運營線路

廈門市BRT系統(tǒng)已開通運營6條快線（見圖1），其中：快1線由第一碼頭站到廈門北站，長度35.7 km；快2線由第一碼頭站到同安樞紐站，長度44.9 km；快3線由第一碼頭站到前埔站，長度10.8 km；快5線由前埔站到廈門北站，長度29.3 km；快6線由前埔站到同安樞紐站，長度38.5 km；快7線由洪文站到開禾路口站，長度9.0 km［2］。

圖1 廈門市BRT系統(tǒng)線網(wǎng)示意圖

1.2 既有車輛及定員

廈門市BRT系統(tǒng)目前主要有兩種型式車輛：12 m長車型和18 m長車型。這兩種車型均為廈門金龍客車廠生產(chǎn)的內(nèi)燃車輛，使用柴油。其中：12 m長BRT車輛尺寸（長×寬×高）為11 980 mm×2 550 mm ×3 190 mm，最大額定載客量95人（含駕駛員）；18 m長BRT車輛尺寸為17 900 mm×2 550 mm×3 030 mm，最大額定載客量160人（含駕駛員）［3］。截至2018年10月，廈門市BRT系統(tǒng)配置247輛（含備用）BRT車輛，其中12 m長為144輛，18 m長為103輛。每輛車標配2名司售，整個運營配置司售約500人。

1.3 現(xiàn)狀客流及運能測算

根據(jù)2010年—2015年客流統(tǒng)計數(shù)據(jù)，廈門市BRT系統(tǒng)的年客流量從2010年的7 607.8萬人次增加到2015年的1.2億人次，年平均增長率為9.8%。目前，廈門市BRT系統(tǒng)的日均客流量約為32萬人次，單日最大客流量達到38萬人次；最大客流出現(xiàn)在工作日早高峰時段，高峰最大斷面客流達到1.44萬人次/h，出現(xiàn)在龍山橋站—臥龍曉城站區(qū)間下行方向。在此區(qū)間內(nèi)有BRT 1、2、3、7等4條線同時運行，根據(jù)各線最大運能測算，在龍山橋站—臥龍曉城站區(qū)間BRT運能合計為1.37萬人次/h，已不能滿足乘客出行需求。

廈門BRT 1線（以下簡為“快1線”）的客流量最大，2018年1～10月快1線共運送旅客7 845萬人次，占BRT總運送旅客人數(shù)的80%?？?線客流高峰時段潮汐現(xiàn)象明顯。高峰時段部分區(qū)段由于車輛到站時已經(jīng)滿載或趨近滿載，站臺及車廂內(nèi)過度擁擠，乘客上下車困難，從而導(dǎo)致車輛停站時間延長，大量乘客滯留站臺，甚至出現(xiàn)車輛超員載客仍不能滿足客流出行需求的情況。因此，急需提高廈門快1線的運能。

2 快1線改造方案探討

2.1 快1線的線路條件

快1線線路條件為：正線最小平面曲線半徑150 m，正線最大坡度34‰，設(shè)計速度60 km/h。

2.2 系統(tǒng)制式選擇

根據(jù)快1線建設(shè)時預(yù)留的條件，結(jié)合線路客流現(xiàn)狀，若進行線路改造，可選有軌電車、地鐵（B型車）、直線電機系統(tǒng)、跨坐式單軌、自動導(dǎo)向軌道（APM）等系統(tǒng)制式。各種系統(tǒng)制式具體參數(shù)見表1。

表1 各種系統(tǒng)制式基本指標比較表

從既有改造工程工作量、車輛能耗、噪聲振動、設(shè)備國產(chǎn)化、工程造價、社會影響等進行研究，快1線如要升級成直線電機系統(tǒng)、地鐵（B型車）、跨坐式單軌及APM等系統(tǒng)制式，均需進行既有橋梁改造、部分房屋拆遷、站臺改造等工作，投資量大、工期長，改造期間既有線路必須停運，且審批流程復(fù)雜，因而升級成上述系統(tǒng)制式的可操作性不高［4］。

與常規(guī)的BRT相比，現(xiàn)代有軌電車屬于低中運量公共交通，在運能及運營速度方面更具優(yōu)勢［5-6］，可以填補大運量軌道交通和常規(guī)道路公交之間的空白。快1線若采用有軌電車系統(tǒng)，則改造工作量小、對既有線路運營影響低、投資少，可操作性強。因此，快1線改造擬采用現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)制式。

2.3 車輛選型

從世界范圍的應(yīng)用來看，有軌電車車輛主要分為兩類：一類是單導(dǎo)向軌式膠輪導(dǎo)軌電車（以法國Translohr膠輪車輛為代表），另一類是雙走行軌式鋼輪有軌電車。

2.3.1 膠輪導(dǎo)軌電車

膠輪導(dǎo)軌電車系統(tǒng)由類似道路的行車道和一條引導(dǎo)車輛運行的特殊導(dǎo)軌組成。車輛走行系統(tǒng)與汽車一樣為橡膠輪胎，導(dǎo)向輪在導(dǎo)軌的限制下引導(dǎo)車輛運行［7］。法國勞爾公司的Translohr系列單導(dǎo)向軌式膠輪導(dǎo)軌電車的第一條線路于2006年在法國投入運營，目前已在法國克萊蒙費朗、圣德尼-撒塞雷，意大利帕多瓦、威尼斯-美斯特、拉蒂納，以及我國天津、上海等多個城市已投入使用［8］。勞爾有軌電車的導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)向軌、導(dǎo)向單元（V形導(dǎo)輪）等組成。導(dǎo)向軌采用特殊斷面形狀鋼軌固定在混凝土道床內(nèi)。導(dǎo)向單元由兩個傾斜的導(dǎo)輪組成，與導(dǎo)軌成45°角接觸。圖2 a）和圖2 b）為青島四方公司生產(chǎn)的有軌電車的導(dǎo)向系統(tǒng)，由導(dǎo)向軌、導(dǎo)向輪等組成。

圖2 單導(dǎo)向軌式膠輪導(dǎo)軌電車的導(dǎo)向系統(tǒng)

2.3.2 鋼輪有軌電車

鋼輪有軌電車采用獨立旋轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向架作為走行部分，靠走形鋼軌導(dǎo)向，類似地鐵。鋼輪有軌電車在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。

2.3.3 制式比選

膠輪導(dǎo)軌電車和鋼輪有軌電車的主要指標對比詳見表2。

表2 鋼輪有軌電車和膠輪導(dǎo)軌電車的主要指標對比分析

通過比較兩種有軌電車可知：鋼輪有軌電車車內(nèi)空間、載客量比膠輪導(dǎo)軌電車大；鋼輪有軌電車受轉(zhuǎn)向架、鋼輪鋼軌摩擦性能限制，在爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速、減速等方面的性能不如膠輪導(dǎo)軌電車；兩種電車的車內(nèi)、外噪聲比較接近。

對于膠輪導(dǎo)軌電車，膠輪承擔整個車輛的質(zhì)量，中間導(dǎo)軌為車輛運行時提供導(dǎo)向，對運行道路的路面厚度要求僅30 cm；而鋼輪有軌電車則需鋪設(shè)兩條鋼軌，其道床厚度一般為500～700 cm［9］。因而，采用膠輪導(dǎo)軌電車對廈門市BRT既有線路路面的改造量更小。

廈門市為國內(nèi)知名旅游城市，尤其是島內(nèi)風景更為優(yōu)美。根據(jù)相關(guān)要求，島內(nèi)段不可采用架空接觸網(wǎng)供電。因此，鋼輪有軌電車與膠輪導(dǎo)軌電車均需采用超級電容、蓄電池等車載供電方式，以滿足需求。

2.3.4 造價比選

從土建、電氣、控制中心、車輛段、車輛購置費等方面對改造費用進行估算。膠輪導(dǎo)軌電車在軌道、路面及基層加固等方面與鋼輪有軌電車相比有著較大的優(yōu)勢，改造費用低，具體對比見表3。

2.3.5 比選結(jié)論

綜上，從動力性能、改造工程量、投資等方面考慮，膠輪導(dǎo)軌電車在最小曲線半徑、最大坡度、運行加速度、緊急減速度等方面具有優(yōu)勢，改造路面工程量小，在改造工程施工時不需要中斷BRT運營，是廈門市BRT系統(tǒng)改造制式選型的優(yōu)選方案。

表3 膠輪有軌電車和鋼軌有軌電車的投資估算對比分析

3 改造適應(yīng)性分析

3.1 道路改造

以既有的快1線為基礎(chǔ)，在既有道路和橋梁路面下挖深度30 cm內(nèi)進行小幅路面開槽，并安裝預(yù)制混凝土塊及軌道（見圖3）。改造不會影響道路和橋梁原有的承載能力、耐久性、舒適性、安全性、穩(wěn)定性等性能［9］。

圖3 膠輪導(dǎo)軌電車道路及軌道敷設(shè)示意圖

改造工程可采用倒邊施工，分為左側(cè)道路施工、右側(cè)道路施工、中間道路施工3個階段。非施工道路可容納2輛BRT車輛同時行駛，同時為BRT車輛劃分臨時雙向車道。

路面改造工程包括：路面開槽、安裝混凝土預(yù)制塊等。采用在夜間空窗期路面施工，改造速度可達到110 m/d，改造工期約為10個月。

3.2 車站改造

6模塊導(dǎo)軌電車長度為46 m，4模塊導(dǎo)軌電車長度為32 m。車站長度為60 m，可滿足高峰時段2輛4模塊車輛連掛運行，前后車門最大間距小于58 m。因此，車站只需在原有BRT車站基礎(chǔ)上進行簡易改造，無需加長站臺，施工量小，改造過程對現(xiàn)有公交系統(tǒng)影響也很小。

3.3 供電系統(tǒng)改造

針對快1線的改造，推薦2種供電模式。島外段、島內(nèi)段擬分別采用接觸網(wǎng)供電、無接觸網(wǎng)供電。

（1）接觸網(wǎng)供電：膠輪導(dǎo)軌電車供電系統(tǒng)采用10 kV分散式供電，牽引網(wǎng)采用750 V架空接觸網(wǎng)，牽引降壓混合變電所采用箱式牽引降壓混合變電所。

（2）無接觸網(wǎng)供電：利用超級電容+蓄電池的儲能系統(tǒng)，能夠保證膠輪導(dǎo)軌電車在接觸網(wǎng)斷電或者無接觸網(wǎng)的路段正常行駛3 km。BRT線路的站間距較小，可將充電裝置設(shè)置于改造后的車站內(nèi)，對站內(nèi)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施影響小，在乘客上下車期間即可完成車輛充電。