行业基本知识:城市轨道交通简介

2015-11-26

1、什么是城市轨道交通

城市轨道交通是指具有固定线路,铺设固定轨道,配备运输车辆及服务设施,主要服务于城市客运交通,通常以电力为动力,以轮轨运转方式为特征的快速大运量公共交通的总称

2、轨道交通起源

1825年9月27日,世界上第一条现代意义的铁路,在英国的斯托克顿(Stockton)和达灵顿(Darlington)之间开通,由英国人史蒂芬孙发明的蒸汽机车牵引一长列客车和货车前进,时速达到24km/h,如图1所示。铁路运输优越性一经确认,英国迅速掀起铁路建设狂潮,1840年以后,欧洲大陆和美国也相继开始大力兴建铁路。

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图1 英国斯托克顿至达灵顿铁路是世界上首条铁路


世界上最早的地铁是英国伦敦的大都会地铁,建于1863年,其干线长度约6.5km,采用蒸汽机车。1843年英国人皮尔逊为伦敦市设计了世界上最早的城市地铁系统,由于种种原因,10年后,英国议会才批准在法林顿和主教路之间修一条长不足6公里的地铁。经过近十年的建设,地铁初具规模。1863年1月,大都会地区铁路正式开始营业。伦敦地铁如图2所示。

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图2 伦敦地铁
 

自英国伦敦1863年建成世界上第一条地铁线以来,全世界已有40多个国家300多座城市修建了城市快速轨道交通系统。中国城市轨道交通的发展历史仅仅30余年时间,但目前发展势头迅猛,已有30多个大城市正在建设和筹建自己的轨道交通,2010年前,中国仅北京、上海、广州三个城市的轨道交通总长度就将达到1000km以上。

3、城市轨道交通的分类

一般来说,城市轨道交通可以按照以下方式进行分类。

(一)按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置划分,城市轨道交通可分为三类:

(1)地下铁路:位于地下隧道内的那部分铁路称为地下铁路;

(2)地面铁路:位于地面的铁路称为地面铁路;

(3)高架铁路:位于地面之上的高架桥的铁路称为高架铁路。

(二)按服务范围和列车运营组织方式划分,城市轨道交通可分为三类:

(1)传统的城市轨道交通:服务范围以中心城区为主,包括城市与郊区、机场之间的传统的城市轨道交通,通常站间距在l~2km以内。

(2)区域快速铁路:服务范围包括城市郊区的轨道交通系统,通常站间距较大,含有地面线路或高架线路。例如德国的S-Bahn,巴黎的RER,旧金山的BART,上海的R线。

(3)市郊铁路:是指位于城市范围内、部分或全部服务于城市客运的那些城市间铁路,通常其所有权不属于所在的城市政府,而由铁路部门经营,主要运送城市郊区与闹市区间的乘客,故也称通勤铁路。这种铁路通常在郊区采用平交道口形式,在市区为高架或地下铁路。其站距长,运营组织方式与城市间铁路相近,可开行不停靠全部或部分中间站的直达列车;为减少环境污染,多采用电气化牵引方式。

(三)城市轨道交通按运能范围及车辆类型划分,可分为地下铁道、轻轨交通、有轨电车、单轨交通、自动导向电车(AGT)等。

(1)地下铁道:地铁是城市快速轨道交通的先驱。地铁是由电力牵引、轮轨导向、具有一定规模运量、按运行图行车的城市公共交通型式。地铁的运能,单向在3万人次/小时,最高可达6~8万人次/小时,如图3所示。地铁列车最高速度可达120km/h,旅行速度可达60km/h以上,可为3~8节编组,车辆运行最小间隔可低于1.5min。驱动方式有直流电机、交流电机、直线电机等。地铁造价昂贵,每公里投资在3~6亿元人民币。

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图3 高运量的地铁
 

(2)轻轨交通:轻轨是指运量或车辆轴重稍小于地铁的快速轨道交通,每小时单向客流量为0.6万~3万人次。轻轨一般采用地面和高架相结合的方法建设,路线可以从市区通往近郊。列车编组采用3~6辆,铰接式车体,最高速度可达60km/h,如图4所示。

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图4 轻轨列车
 

(3)有轨电车:现代有轨电车(Tram或Streetcar)是使用电机牵引、轻轨导向、1~3辆编组运行在城市路面线路上的低运量轨道交通系统,其将轨道铺设在街道上,一般与汽车共享路权,运营速度接近20km/h,单向运能可达2万人次/小时,如图5所示。

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图5 现代低地板有轨电车
 

(4)单轨交通:单轨交通是一种轨道为单根带形梁体,车辆跨坐于其上或悬挂于其下的交通模式,其可分为跨座式和悬挂式两种,如图6所示。其走行部运行于轨道梁上,车辆悬挂于走行部之下的基本原理一直沿用至今,单轨交通运量中等,高峰单向每小时客流量为1~3万人次。

图6 跨座式单轨车(左)和悬挂式单轨车(右)
 

(5)自动导向电车(AGT):自动导向交通系统(Automated Guideway Transit,简称AGT),是车辆采用橡胶轮胎,运行在专用轨道线路上,车轮沿着特制的导向装置行驶的交通系统,可以实现无人驾驶,其运量中等,主要应用于日本,最高速度在60 km/h左右,如图7所示。

图7 自动导向交通系统(AGT)
 

4、城市轨道交通的技术特点

城市轨道交通是属于集多专业、多工种于一身的复杂系统,通常由轨道路线、车站、车辆、维护检修基地、供变电、通信信号、指挥控制中心等组成。

轨道交通系统中,采用了以电子计算机处理技术为核心的各种自动化设备,从而代替人工的、机械的、电气的行车组织、设备运行和安全保证系统。如ATC(列车自动控制)系统可以实现列车自动驾驶、自动跟踪、自动调度;SCADA(供电系统管理自动化)系统可以实现主变电所、牵引变电所、降压变电所设备系统的遥控、遥信、遥测和遥调;BAS(环境监控系统)和FAS(火灾报警系统)可以实现车站环境控制的自动化和消防、报警系统的自动化;AFC(自动售检票系统)可以实现自动售票、检票、分类等功能。这些系统全线各自形成网络,均在OCC(控制中心)设中心计算机,实现统一指挥,分级控制。

轨道交通具有以下几个特点:

(1)运量大。轨道交通由于高密度运转,列车行车时间间隔短,行车速度高,列车编组辆数多而具有较大的运输能力。轨道交通输送能力是公共汽车的2.5~14倍。

(2)速度快。一般情况下,公共汽车时速为10~20km,轻轨时速为20~40km,地铁时速为40~50km,最高达70~80km,轻轨和地铁的速度是公共汽车的2~4倍。

(3)污染少。城市轨道交通由于采用电气牵引,与公共汽车相比不产生废气污染。由于在线路和车辆上采用了各种降噪措施,一般不会对城市环境产生严重的噪声污染。

(4)能耗少。轨道交通采用电力牵引,轮轨摩擦阻力小,每公里能耗为道路交通的15%~40%。

(5)占地省。大城市地面拥挤、土地费用昂贵。城市轨道交通由于充分利用了地下和地上空间的开发,不占用地面街道,能有效缓解由于汽车大量发展而造成道路拥挤、堵塞,有利于城市空间合理利用。

(6)城市轨道交通由于运行在专用轨道上,没有平交道口,不受其他交通工具干扰,并且有先进的通讯信号设备,极少发生交通事故。

因此,城市轨道交通是在满足城市居民交通需求的条件下全社会总付出最少的方式,也是满足人文和城市可持续发展要求的最佳方式。