中小運(yùn)量城市軌道交通車輛選型分析

王亞麗

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，200070，上海//高級(jí)工程師)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市交通狀況日益惡化。2012年，政府提出“城市要優(yōu)先發(fā)展公共交通”的戰(zhàn)略方針，指明了大力發(fā)展公共交通系統(tǒng)是解決城市交通困境的有效方法，城市軌道交通以其快速、準(zhǔn)點(diǎn)、安全、無污染等優(yōu)點(diǎn)在中國(guó)各大城市得到快速發(fā)展。從最初僅北上廣3個(gè)城市，到目前30多個(gè)城市，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展呈現(xiàn)出線路增多、客流增多、服務(wù)水平增高、在建線路規(guī)模增大等特點(diǎn)。而目前我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展主要集中在各直轄市和省會(huì)城市，且大多為地鐵制式。隨著城市軌道交通從大城市逐步向中小城市及周邊城鎮(zhèn)拓展，地鐵系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)不能完全發(fā)揮，加上其巨大的投資和較長(zhǎng)的施工周期，將出現(xiàn)運(yùn)量浪費(fèi)大、投資運(yùn)量比不合理等突出問題。必須因地制宜，按照不同的交通需求提出與之適應(yīng)的運(yùn)輸模式，彌補(bǔ)城市軌道交通系統(tǒng)中大運(yùn)量地鐵系統(tǒng)單一制式的不足。因此,中小運(yùn)量軌道交通作為一種介于公共汽車與大運(yùn)量地鐵系統(tǒng)之間的運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 中小運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1. 1 城市軌道交通系統(tǒng)制式的多元化

國(guó)內(nèi)外城市軌道交通的技術(shù)裝備水平及建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理水平都處于不斷提高的階段，從根本上使得軌道交通建設(shè)發(fā)展越來越快。人們對(duì)軌道交通制式的理解也越來越廣泛，國(guó)家管理部門已經(jīng)意識(shí)到當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通領(lǐng)域建設(shè)的制式單一問題。從世界軌道交通發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)來看，一般情況下地鐵制式占城市軌道交通的30%左右，而我國(guó)目前達(dá)到了75%左右，相對(duì)偏高。因此,城市軌道交通制式呈多元化協(xié)調(diào)發(fā)展已成為必然趨勢(shì)。

1. 2 發(fā)展中小運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)的必要性

與大運(yùn)量地鐵系統(tǒng)相比，中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)總體上施工周期有所縮短，投資有所降低，環(huán)境適應(yīng)性有所增強(qiáng)。我國(guó)在面對(duì)存在的嚴(yán)峻交通問題時(shí)，意識(shí)到大多數(shù)大城市公共交通系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中，大運(yùn)量、低線網(wǎng)密度的軌道交通模式和低運(yùn)量公共汽車之間出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。在借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)積極探索發(fā)展符合中國(guó)國(guó)情的中小運(yùn)量軌道交通，漸漸用于大城市軌道交通系統(tǒng)的加密線和接駁線。另一方面，我國(guó)中小城市的規(guī)模越來越大，經(jīng)濟(jì)水平越來越高，私家車擁有率快速上升，同樣開始出現(xiàn)城區(qū)高峰期交通堵塞現(xiàn)象和停車矛盾問題。相對(duì)大運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)和低運(yùn)量常規(guī)公共汽車，中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)以其中低運(yùn)量、布設(shè)靈活、經(jīng)濟(jì)合理、建設(shè)周期短的優(yōu)勢(shì)承擔(dān)中小城市的公共交通客流運(yùn)輸任務(wù)，并引導(dǎo)城鎮(zhèn)化以及提升城市發(fā)展形象。因此，根據(jù)中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)車輛的適用性特點(diǎn)，理性化選擇車輛，并且落實(shí)在各城市軌道交通項(xiàng)目中，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)建設(shè)“低耗資、高效益”資源節(jié)約型多層次城市軌道交通線網(wǎng)的目標(biāo)具有重要意義。

2 中小運(yùn)量城市軌道交通車輛的特點(diǎn)

中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)通常包括輕軌、單軌、現(xiàn)代有軌電車、磁浮和自動(dòng)導(dǎo)向軌道等。輕軌作為中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)，敷設(shè)方式多為地面或高架，工期與大運(yùn)量地鐵相差不大，但投資較大，近年來在國(guó)內(nèi)外發(fā)展較為緩慢。高速磁浮系統(tǒng)造價(jià)昂貴，國(guó)產(chǎn)化程度低，而且應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，發(fā)展前景也不明朗。其余可供考慮的中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)制式包括現(xiàn)代有軌電車、單軌、中低速磁浮、膠輪地鐵等。

2. 1 現(xiàn)代有軌電車

傳統(tǒng)有軌電車曾經(jīng)為各國(guó)城市機(jī)動(dòng)化的公交出行做出巨大貢獻(xiàn)?，F(xiàn)代有軌電車建立在傳統(tǒng)有軌電車技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用新型低地板車輛，其編組較為靈活，可采用接觸網(wǎng)供電、第三軌供電、車載超級(jí)電容供電等多種模式，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、線路布置靈活、車站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工期短(1～2年)等特點(diǎn)，適合于地面敷設(shè)，目前主要運(yùn)用在一些客流量中等偏少的中小城市或城市的新區(qū)、郊區(qū)。

現(xiàn)代有軌電車在歐洲運(yùn)營(yíng)規(guī)模較大，近年來在國(guó)內(nèi)發(fā)展較為迅速，目前已有10個(gè)城市開通運(yùn)營(yíng)，還有諸如沈陽、南京、廣州、淮安、蘇州及珠海等多個(gè)城市正在建設(shè)。

另外，新能源現(xiàn)代有軌電車目前正向氫燃料、蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能設(shè)備方向發(fā)展。

2. 2 單軌

2. 2. 1 跨坐式單軌

跨坐式單軌列車由單根軌道梁支承、穩(wěn)定和導(dǎo)向，車輛跨坐在軌道梁上運(yùn)行，且重心位于軌道梁上方。轉(zhuǎn)向架走行輪由橡膠輪胎取代傳統(tǒng)鐵道車輛的鋼制車輪，且由4個(gè)導(dǎo)向輪從側(cè)面抱住軌道梁，實(shí)現(xiàn)車輛車輪踏面斜度的自動(dòng)對(duì)中導(dǎo)向作用?？缱絾诬壞苡行Ю贸鞘械缆肪G化隔離帶空間，具有占地少、運(yùn)能中等、投資適中、工期較短(2～3年)、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)及噪聲低等特點(diǎn)；適用于客運(yùn)量中等、地形較為復(fù)雜(高差較大)的城市和地區(qū)，也可作為觀光旅游線，宜采用高架線。

跨坐式單軌在日本應(yīng)用較多。目前，國(guó)內(nèi)已運(yùn)營(yíng)的重慶軌道交通2、3號(hào)線均采用該系統(tǒng)，同時(shí)蕪湖、安陽、濟(jì)寧、桂林、蚌埠、銀川、深圳等多個(gè)城市也都在建設(shè)跨坐式單軌系統(tǒng)。

2. 2. 2 懸掛式單軌

懸掛式單軌車輛懸掛于箱形軌道梁下，因轉(zhuǎn)向架上裝有走行輪和導(dǎo)向輪，在列車運(yùn)行過程中，走行輪和導(dǎo)向輪始終在箱形梁內(nèi)部，因此充分保障了系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全，同時(shí)車輛運(yùn)行于高架線路上，不會(huì)對(duì)地面交通帶來壓力。懸掛式單軌采用高架敷設(shè)方式，具有運(yùn)能較小、投資小、速度較低、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、占地少、噪音低、施工簡(jiǎn)單、工期短(2～3年)等特點(diǎn)，適用于客運(yùn)量較低、地形較為復(fù)雜的城市和地區(qū)，也可運(yùn)用于觀光旅游線路。

懸掛式單軌在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，國(guó)外則有德國(guó)伍珀塔爾和多特蒙德以及日本千葉等城市采用了該系統(tǒng)。目前，在成都市雙流區(qū)、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司各建有一條試驗(yàn)線(見圖1)，陜西渭南、貴州安順亦擬采用該系統(tǒng)。

圖1 青島懸掛式單軌試驗(yàn)線

2. 3 中低速磁浮

中低速磁懸浮列車?yán)秒姶帕Φ窒厍蛞Γ⑼ㄟ^常導(dǎo)磁吸式進(jìn)行懸浮和導(dǎo)向，采用車載一次控制的直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使列車懸浮在軌道上運(yùn)行，車體與軌道之間保持一定的間隙，通常該懸浮間隙約為10 mm。中低速磁浮交通是一種低噪聲無碳交通，是未來城市交通發(fā)展的重要方向之一，具有運(yùn)能中等、速度較快、投資適中、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、噪聲低、占地少、適應(yīng)性較好等特點(diǎn)，適合于郊區(qū)高架線或旅游線路。

中低速磁浮技術(shù)在日本發(fā)展較為成熟，日本愛知縣的東部丘陵線就采用了該技術(shù)；國(guó)內(nèi)長(zhǎng)沙磁浮快線(長(zhǎng)18.6 km)采用100 km/h中低速磁懸浮系統(tǒng)，該系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化技術(shù)較成熟、適應(yīng)性較好，具有較好的發(fā)展前景。

2. 4 膠輪地鐵

膠輪地鐵車輛是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)牽引、膠輪和混凝土軌道支承、專用導(dǎo)向裝置導(dǎo)向的軌道交通車輛，主要有兩種類型:一種為以法國(guó)巴黎膠輪地鐵為代表的采用兩側(cè)導(dǎo)向同時(shí)保留鋼輪軌走行系統(tǒng)的膠輪地鐵；另一種為日本札幌采用的中央導(dǎo)向和純膠輪走行系統(tǒng)的膠輪地鐵。前者是在傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌地鐵的基礎(chǔ)上增設(shè)膠輪走行系統(tǒng)，在正常運(yùn)行狀態(tài)下使用膠輪走行系統(tǒng)，鋼輪鋼軌只作為安全備用裝置，僅在膠輪出現(xiàn)泄氣或爆裂故障時(shí)，以及列車通過道岔區(qū)段若側(cè)面導(dǎo)向軌出現(xiàn)中斷時(shí)使用。后者采用純膠輪的走行系統(tǒng)，行駛在混凝土等材質(zhì)的帶形平板軌道上，道床中央設(shè)倒T型(早期采用工型)鋼質(zhì)導(dǎo)向軌，列車水平導(dǎo)向輪夾行于導(dǎo)向軌兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向行駛。這種膠輪地鐵與前者效能相同，但卻完全摒棄了鋼輪鋼軌走行裝置，其裝備和構(gòu)造得到大幅度簡(jiǎn)化。

該系統(tǒng)具有運(yùn)能中等、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前國(guó)產(chǎn)化程度較低，適用于城市機(jī)場(chǎng)專用線或城市客流相對(duì)集中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)線路，可采用地下和高架進(jìn)行敷設(shè)。國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例有廣州珠江新城捷運(yùn)系統(tǒng)及上海軌道交通浦江線。

2. 5 不同系統(tǒng)制式車輛的主要技術(shù)參數(shù)

表1從車型、路權(quán)形式、運(yùn)能、最高速度、旅行速度、編組輛數(shù)、最大坡度、最小曲線半徑和敷設(shè)方式等方面，對(duì)4種系統(tǒng)制式的車輛主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比較分析。由表1可以看出：中低速磁浮系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)速度上具有一定優(yōu)勢(shì);現(xiàn)代有軌電車敷設(shè)方式較為靈活；而單軌采用高架形式，可與城市景觀相融合；4種系統(tǒng)制式容許的最小曲線半徑和最大坡度都比地鐵制式要好。

表1 中低運(yùn)量城市軌道交通車輛主要技術(shù)參數(shù)表

3 中小運(yùn)量城市軌道交通車輛選型

3. 1 車輛選型的基本原則

中小運(yùn)量城市軌道交通車輛選型，應(yīng)根據(jù)線路的功能定位和特點(diǎn)，從系統(tǒng)運(yùn)能、線路條件、車輛適用性、技術(shù)先進(jìn)性、工程投資，運(yùn)營(yíng)成本、資源共享、國(guó)產(chǎn)化率、服務(wù)水平、環(huán)境影響等方面進(jìn)行比較和選擇。此外應(yīng)結(jié)合具體情況，從適用性、經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性和社會(huì)效益等4個(gè)方面，同時(shí)兼顧乘坐舒適、技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境保護(hù)及氣候特點(diǎn)等因素對(duì)軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以滿足國(guó)產(chǎn)化率的要求以及輸送旅客的目標(biāo)，因此車輛選型應(yīng)遵循以下基本原則：

1) 車輛編組及運(yùn)輸能力應(yīng)滿足高峰小時(shí)的運(yùn)量要求，并適當(dāng)保留運(yùn)能儲(chǔ)備。

2) 車輛應(yīng)適應(yīng)本地自然環(huán)境條件、線路條件和運(yùn)營(yíng)條件。

3) 車輛應(yīng)具有技術(shù)成熟、安全可靠、外形美觀、便于使用和維修等特點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)兼?zhèn)湎鄳?yīng)的經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性。

4) 車輛技術(shù)應(yīng)能實(shí)質(zhì)性地響應(yīng)國(guó)家對(duì)軌道交通機(jī)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率的要求，同時(shí)綜合考慮國(guó)家的技術(shù)水平和當(dāng)?shù)爻鞘械膶?shí)力。

5) 車輛選型應(yīng)結(jié)合軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，考慮車輛運(yùn)用和檢修資源的共享，從而達(dá)到運(yùn)營(yíng)、管理、維修的方便性和靈活性。

6) 產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)較小，對(duì)城市環(huán)境的負(fù)面影響較小。

3. 2 車輛評(píng)價(jià)指標(biāo)

從適用性、經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性和社會(huì)效益4個(gè)方面對(duì)4種中低運(yùn)量車輛進(jìn)行評(píng)價(jià)(見表2～3)。同時(shí)需注意，在選擇車輛時(shí)應(yīng)充分考慮城市自身?xiàng)l件，從城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和人民的經(jīng)濟(jì)承受能力、城市的地形條件、城區(qū)布局、客流量需求、車輛適應(yīng)性等方面進(jìn)行綜合考量；切勿跟風(fēng)以及一味追求形式上的新穎和所謂技術(shù)上的先進(jìn)，而應(yīng)實(shí)事求是地對(duì)城市自身?xiàng)l件和車輛進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)各級(jí)管理者還要考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件，通過專家團(tuán)隊(duì)充分論證，最終確定經(jīng)濟(jì)效益最好的車輛。

表2 中低運(yùn)量城市軌道交通車輛適用性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)表

表3 中低運(yùn)量城市軌道交通車輛安全可靠性和社會(huì)效益評(píng)價(jià)表

4 結(jié)語

1) 我國(guó)城市軌道交通發(fā)展勢(shì)頭迅猛，但同時(shí)存在地鐵制式單一的問題。目前，城市軌道交通的發(fā)展正從大城市逐步向中小城市及周邊城鎮(zhèn)拓展，因此系統(tǒng)制式的多元化選擇正當(dāng)其時(shí)。積極發(fā)展中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)，作為大城市軌道交通已建線網(wǎng)的補(bǔ)充，并在中小型城市承擔(dān)客運(yùn)任務(wù)，對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型多層次城市軌道交通線網(wǎng)是十分必要的。

2) 現(xiàn)代有軌電車、單軌、中低速磁懸浮、膠輪地鐵這4種系統(tǒng)制式具有運(yùn)量適中、布設(shè)靈活、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、建設(shè)周期短的優(yōu)勢(shì)，適用于中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。4種系統(tǒng)制式的車輛在系統(tǒng)原理、技術(shù)構(gòu)造上各有不同，使其在路權(quán)形式、運(yùn)輸能力、運(yùn)行速度、車輛編組、最小通過曲線半徑、最大坡度、敷設(shè)方式和檢修制度等方面有所差異。

3) 車輛的比較選型應(yīng)根據(jù)線路的功能定位和特點(diǎn)，結(jié)合具體情況，從適用性、經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性和社會(huì)效益等4個(gè)方面進(jìn)行充分論證，既要滿足客運(yùn)量的輸送要求，又要滿足國(guó)產(chǎn)化率、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求，同時(shí)兼顧乘坐舒適、技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境保護(hù)及氣候特點(diǎn)等因素。