城市轨道交通的分类及定义研究

1、城市轨道交通的分类及定义研究摘要:在分析世界各国已经正式运营、技术成熟的各种轨道交通的根底上,从牵引方式、导向方式、线路专用程度、车辆编组形式及系统运输才能等5个方面界定城市轨道交通,将城市轨道交通分作7种类型,并进展定义,为城市轨道交通的规划和选型提供理论根据。关键词:城市轨道交通;分类;定义;研究1城市轨道交通的开展概况从1868年伦敦建成第一条地下铁道以来,到如今世界上已有36个国家和地区的78个城市修建了地下铁道,总营运线路长达5500k。但由于缺乏统一的标准,地下铁道有许多不同的名称。英国的第一条地铁由于完全修建在地下,所以叫做undergrundrail2ay,译为地下铁道,后来又

2、叫做etrplitanrail2ay,译为都市铁道;德国那么称为undergrundbahn,简称u2bahn,翻译过来也叫做地下铁道;日本叫地下铁道(汉字),也称为都市高速铁道;本世纪初,纽约开始修建地铁,叫做subay,后来又有称为rapidtran2sit,是指快速交通,railrapidtransit,简称rrt,是指快速轨道交通,也有的文献称为heavyrapidtransit,译为重型轨道交通。为了降低地下铁道工程造价,许多城市增加了地铁的高架部分,甚至有的城市地铁以高架为主,出现了elevatedrailay,译为高架铁道。本世纪60年代,由于汽车的过度开展,使城市交通日益恶化,

3、导致道路阻塞,车速下降,能源消耗、交通事故增加,促使人们重新评价无污染、经济的有轨电车。德国首先将部分有轨电车线路移到地下,称为stadtbahn,简称s2bahn,后来在文献中陆续出现se2i2etr、interietr、pre2etr,分别译为半地铁、过渡地铁和准地铁。加拿大称为lightrapidtransitsys2te,译为轻型快速轨道交通系统。而在日本,这一系统被称为轻快电车。在德国出现的这一轨道交通,由于其运量介于有轨电车和地铁之间,具有较强的适应性,逐渐得到了开展。1978年国际公共交通联盟正式命名为lightrailtransit,国内译为轻轨交通。60年代初是美国经济繁荣时

4、期,其人口从1940年的1.3亿增加到1960年的118亿,城市人口从7800万人增至1.25亿人。受汽车开展的影响,公共交通持续衰退,具有经济实力的人移居郊外,城市向市郊开展,市中心那么变成低收入的平民区。因此,在早晚顶峰期间,市中心和郊区间出现了长间隔 的大客流量,单纯依靠汽车已不能胜任这一任务。在这种情况下,美国首先提出开展新交通系统。到90年代,新交通系统在工业兴隆国家获得了较大进步,日本称为新交通系统(汉字),英文为netransprtatinsyste;法国出现lightautatedtransitsyste,简称为val系统,是自动驾驶的轻型交通系统;美国称为peplever,是

5、指群众运输系统。从运输需求、进步地铁运营效率和降低建立费用的角度出发,国外开始研究小断面地铁、快速地铁、大深度地铁和城市内的磁浮系统,可以说城市轨道交通有向多样化开展的趋势。2研究城市轨道交通分类和定义的意义交通运输是城市根本职能和物质根底的重要组成部分,城市开展与城市交通运输具有相辅相成、互相制约的亲密关系。交通运输决定了城市的形成和开展,在城市形成之后,那么要求交通技术程度与城市开展相适应。任何一种交通工具的出现都有一定的社会背景,是城市社会经济开展的结果,并将随着科学技术的开展而不断进步。从地下铁道诞生以来的100多年间,出现了许多不同类型的轨道交通方式。每一种轨道交通方式都有着不同的特

6、点,各轨道交通系统互相之间有着复杂的关系,由于缺乏系统的根底理论研究,缺乏统一的标准,因此,对各种轨道交通存在很多模糊的认识,不但概念不清楚,而且叫法也不统一,统计数据混乱,给城市轨道交通的规划及选择合理的轨道交通方式带来严重的障碍。因此,开展城市轨道交通的分类和定义研究具有重要的意义和作用,不但可以明晰地说明各种轨道交通的特点,而且有助于深化对各种轨道交通的理解,澄清对各种轨道交通的模糊认识,为确定城市轨道交通的开展形式、为城市轨道交通的选型提供理论根据。3国外城市轨道交通的分类研究对城市轨道交通分类的研究比较少,日本曾经将轻轨交通分为有轨电车型、市郊有轨电车型、地下铁道型、铁路电车型和新交

7、通系统型等5种形式。这种分类方法由于缺乏明显的界定范围,未能反映出各种城市轨道交通的本质和特性。如把有轨电车改造和各种新型交通方式都包括在轻轨交通范围内,分类不够确切,过于笼统。德国根本是按照有轨电车改造的不同阶段将轻轨交通分作4个等级,将线路的专用程度、系统的运输才能作为分类中的主要界定条件。德国的分类研究只限于轻轨交通,不能反映城市轨道交通的全貌。美国宾夕法尼亚大学对各种公共交通方式按线路专用程度、系统技术和运营方式3个特点来进展分类和定义,这种分类方法的缺乏之处在于没有考虑城市轨道交通的牵引方式和系统的运输才能。4城市轨道交通系统的界定范围4.1城市轨道交通的牵引方式在城市轨道交通的开展

8、过程中,牵引方式始终处于非常重要的地位,牵引动力是城市轨道交通完成运输的根本原动力,其技术程度的上下、能耗和运价的大小,一直在轨道交通的开展中占主导地位,影响着轨道交通运输本钱、运行平安和其开展,最早的地下铁道采用的是蒸汽机车牵引。随着科学技术的开展,大功率电力电子器件和电子计算机的出现,很快出现了电气牵引的地下铁道。当前世界各国地下铁道和其他城市轨道交通普遍采用直流牵引的馈电方式。这种方式具有调速范围大、调速方便、易于控制、车辆起制动平稳、投资省等优点。它不但适用于车辆上采用的电阻控制,也适用于斩波调压和变频调压等不同牵引传动系统。只在客流较少的非电气化市郊铁道线路上采用内燃动车组,以节省投

9、资费用。4.2线路的专用程度城市轨道交通按线路的专用程度根本上可分为3种类型:一是完全隔离的专用线路,包括隧道和高架,与其他交通方式互不影响,因此,这种系统的车辆具有较高的运行速度,可以保持较高的准时性和平安性;二是采用部分隔离的专用线,这类系统存在部分平面穿插路口,如轻轨交通在城市中心采用隔离的隧道和高架运行方式,而在郊区交通并不繁忙的区段,允许轻轨在地面行驶,少数平交道口可设置信号装置,保证轻轨车辆优先通过;三是采用非隔离的全路面系统,这是一种混合交通,如有轨电车,城市机动车辆可以进入该系统,由于轨道车辆和机动车混杂行驶,运行时间增加,平安也难以保证。线路的专用程度决定了轨道交通的运营性质

10、、建立投资和系统的效劳质量,比较这3种类型,具有全隔离专用线路的系统由于可以采用较多的编组辆数、完善的信号控制、高站台、密闭式车站和先进的自动售检票,使其具有如下优点:(1)系统运输才能较大,运行速度较高,运营效率较高;(2)系统效劳质量好,对乘客具有较大的吸引力;(3)系统平安性最好;(4)运营费用最低;(5)更有利于城市的开展,节省有限的地面空间,合理地利用地下空间和城市的上部空间;(6)有利于实现轨道交通系统的自动控制。全隔离的轨道交通系统最大的缺点是投资费用大,隧道部分的费用又高于高架部分。正因为这个原因,全隔离系统的轨道交通路网在城市中延伸的范围受到一定限制。部分隔离的轨道交通系统和

11、全路面系统之间并无明显的界限,但部分隔离的轨道交通的优点还是比较明显的。4.3城市轨道车辆的导向方式城市轨道车辆的导向方式根本上分为2种类型:一种是由司机操纵在道路上运行的方式,如公共汽车等是人工导向;另一种类型是轮轨导向,轮轨导向又分为钢轮钢轨导向方式和胶轮导向方式2种。市郊快速铁道、地铁、轻轨、线性电机牵引的系统和有轨电车等均属于钢轮钢轨导向方式,单轨、导轨交通那么是一种特殊的胶轮导向系统。导向方式是城市轨道交通重要的特性之一,影响着轨道交通系统的构造、运行和建立费用。轮轨导向与司机人工导向系统相比具有如下优点:(1)线路宽度尺寸较小;(2)车辆构造较简单,特别是钢轮钢轨导向;(3)车辆运

12、行性能较好;(4)噪声较小;(5)运行阻力小,能耗低,运营本钱低;(6)平安性、可靠性较高,容易实现自动控制和自动驾驶。轮轨导向系统的缺点是与其他交通工具的兼容性较差,所需建立费用高,对城市而言缺乏灵敏性,系统改造和建立都有一定难度。比较钢轮钢轨导向和胶轮导向系统,在正常气候条件下,胶轮导向系统牵引性能较好,线路最大坡道可达70,而且噪声较小,但胶轮导向在雨雪潮湿的情况下牵引性能并不理想,运行阻力大,能耗较高,导向及转折装置比较复杂,建立费用较高,胶轮导向方式只能适用全部专用的线路。4.4车辆的编组形式所有的城市轨道交通系统车辆都可以采用编组运行的方式,不同的轨道交通系统编组辆数不同。如地下铁

13、道编组可达10辆,而有轨电车通常采用单车运行或最多2辆编组。车辆编组形式影响到轨道交通系统的规模、设备容量及车辆检修用地面积,影响到轨道交通系统的建立费用,是轨道交通系统的重要特性之一。车辆的编组形式受车辆类型和运量的影响,考虑到客流量将逐年增加,按不同设计年限可以采用不同的编组形式。车辆编组形式通常有全动车编组、动拖车混合编组和单元车组3种方式。全动车编组可以根据客流变化,灵敏调整车辆编组辆数,而且具有整车性能不降低的优点,轴重分布均匀,全部可以采用电制动,易于控制,反响快,机械磨损校但这种编组形式要求每辆都有独立的牵引控制系统,轴重较大,电机总功率较大,耗电量增加,维修和保养工作量增加。动

14、拖车混合编组可以根据详细情况,适当地增加动车和拖车,电机功率利用率较高,设备集中,维修方便,维修工作量校但车辆种类增加,动车轴重较大,拖车轴重较小,全列车重量分配不均匀。所谓单元车组,是将几辆动车和拖车通过半永久式车钩固定连接成为一个车组,根据客流量确定列车单元个数的多少。这种编组形式,可以统一考虑设备布置,设备数量减少,设备能得到充分利用,重量分配均匀,维修工作量减少。由于列车由几个单元车组组成,可能造成满载率过高和过低的现象。4.5城市轨道交通系统的运输才能城市轨道交通系统的运输才能是系统的主要技术指标之一,是系统选型的主要根据。按运输才能分类,目前各国还没有统一的标准,大致可以区分为大运

15、量、中运量和小运量3个系统。市郊快速铁道、地下铁道属大运量轨道交通系统,单向顶峰小时运量在4万人次以上;轻轨、单轨、导轨和线性电机牵引的系统均属于中运量系统,单向顶峰小时运量在1万人次4万人次之间;有轨电车那么是小运量轨道交通系统。城市轨道交通运输才能取决于列车的最大载客量和列车的最短行车间隔时间。列车最大载客量那么由车辆定员和列车编组辆数决定,而车辆定员又因考虑车辆线性尺寸、座席比、每平方米站立人数等舒适性参数有较大差异。最短列车间隔时间那么受线路条件、信号设施及控制系统的制约。运输才能与列车运行间隔有极大的关系,假设最小行车间隔缩短,那么列车通过才能进步,此时编组辆数减少,亦可到达相应的运

16、输才能。当然,这对列车信号控制要求也相应进步。假设说公共交通系统的客流量反映了城市公共交通的客观需求,运输才能那么表示交通系统的实际适应才能,它取决于列车编组、载客量、行车间隔及公共交通系统的效劳质量。理论研究说明,车辆行车间隔和车辆载客量还影响到系统的建立费用和乘客的费用。如采用较长的间隔时间和较长的编组那么建立费用降低,但乘客候车时间将增加;当列车载客量保持一定,利用缩短行车间隔时间增加运载才能时,系统的平均费用根本保持不变,但乘客的平均消耗时间减少,随着行车间隔时间的继续减少,列车行车频率太高时运营费用开始增加,准时性和可靠性下降。5城市轨道交通的分类定义针对国外各种轨道交通方式的特点,

17、根据城市轨道交通的界定范围,将那些技术成熟、已经作为城市公共交通正式运营的轨道交通区分为7种类型,并定义如下。5.1城市市郊快速铁道城市市郊快速铁道是由电气或内燃牵引,轮轨导向,车辆编组运行在城市中心与市郊、市郊与市郊、市郊与新建城镇间,以地面专用线路为主的大运量快速轨道交通系统。5.2地下铁道地下铁道是由电气牵引、轮轨导向、车辆编组运行在全封闭的地下隧道内,或根据城市的详细条件,运行在地面或高架线路上的大容量快速轨道交通系统。根据资料分析,为了降低工程费用,地铁系统中地面和高架线路所占的比重越来越大。在世界范围内,地下铁道地下部分约占70%,地面和高架部分约占30%,甚至有的城市地铁系统全部

18、采用高架形式,只有部分城市地下铁道系统是完全在地下的。地下铁道是历史遗留下来的一个专有名词。5.3轻轨交通轻轨交通是在有轨电车根底上开展起来的电气牵引、轮轨导向、车辆编组运行在专用行车道上的中运量城市轨道交通系统。轻轨交通的运量在公共汽车和地铁之间,它可以根据城市的特点和详细情况,采用地下、地面及高架相结合的形式进展建立,可以降低建立费用,具有很大的灵敏性和适应性。轻轨交通还可以根据客流的需要采用不同车型,如单车和铰接车组成不同的编组方式。轻轨交通可以按照德国的方法进展分类。5.4单轨交通单轨交通是由电气牵引、具有特殊导向和转折装置、列车编组运行在专用轨道梁上的中运量轨道交通系统。通常分为跨座式和悬垂式2种形式,车辆重心在运行轨面之上的称为跨座式单轨,在运行轨面之下的称为悬垂式单轨。5.5新交通系统所谓新交通系统,目前还没有统一和严密的定义。从广义来讲,可以认为但凡适应地区多样化的交通需求,使线路和车辆提供最高的运输效率和良好的效劳质量的公共运输系统和设备都是新交通系统,是那些与现有运输形式不同的各种新交通方式的总称。狭义的新交通系统那么定义为,由电气牵引,具有特殊导向、操纵和转折方式的胶轮车辆,单车或数辆编组运行在专用轨道梁上的中运量轨道运输系统。这种轨道运输系统多数设置在道路及公共建筑物的上部空间,具有中等运量,能自