城市軌道交通多種制式的特征與評價大綱(續)
3 其他支承導向系統
3. 1 膠輪導向系統
膠輪導向系統大致可以分為兩種類型:一是輪胎-單軌;二是輪胎-導軌。兩種方式的共同特點是車輛都是電力驅動,車輪均采用膠輪胎,以多節輪胎電車鉸接在一起,組成列車運行。
膠輪導向系統中,無論是哪種車型,其相同的特點是車輛分設走行輪和導向輪,一般用在高架線上為多。走行輪為膠輪,走行在橋梁面上,起支承作用;導向輪也是膠輪,依靠導向板或導向糟對車輛起導向和穩定作用。為了控制車輛軸重,保證膠輪運行安全,這種系統采用小車輛、短列車。目前實際應用的膠輪導向系統的分類如表7。
表7 膠輪導向系統分類表
3. 1. 1 膠輪導向系統的優缺點采用橡膠輪胎車輛的最大優點是:
① 車輛走行噪聲低;
② 粘著性能好,有利加減速,適用于大坡道、站間距較短的線路。
采用橡膠輪胎車輛的缺點是:
① 輪胎承重有限(一般限制軸重為8～11 t) , 不如鋼輪,故不適合大運量系統;
② 輪胎制造和充氣氣壓要求的技術嚴格,膠面磨耗大,磨耗膠粉污染環境;
③ 高速運營時會導致輪胎過熱(說明實際速度不能過高,目前最大速度一般在60 -70 km/ h) ;
④ 輪胎運行阻力大于鋼軌系統,故其能耗較鋼軌系統要大;
⑤ 軌道干燥時輪胎摩擦系數將三倍于鋼軌,但潮濕時與鋼軌相差無多;
⑥ 由于輪胎車輛由導軌引導,技術上較鋼軌軌道更復雜;
⑦ 列車折返運行的道岔結構較鋼軌系統道岔更為復雜,折返時間較長,能力較低;
⑧ 車輛的運行需要一個導向軌,因此車輛不僅有走行輪,還增加導向輪,在技術上更為復雜。
輪胎車輛系統能力可以通過增加列車編組來提高,但由于其車輛承重有限,車輛編組長度也有限制,折返能力也難以提高,其最終能力一般小于鋼輪鋼軌系統。一般說來,橡膠輪胎系統輸送能力為鋼軌的1/ 2 到1/ 3 , 單向小時最大能力在2 萬人左右。
3. 1. 2 輪胎-單軌系統
3. 1. 2. 1 主要特點
單軌交通一般使用道路上部空間,設高架橋, 故土地占用較少。大多數單軌系統采用橡膠輪胎, 可以適應急彎及大坡度,對復雜地形有較好的適應性,從而減少拆遷量。同時,單軌系統建設工期較短,投資也小于地鐵系統。單軌系統的不足是運營費用偏高,而且目前已投產的單軌系統很少達到設計運量。1964 年,日本東京建成了一條13 km 跨座式單軌系統(濱松町-羽田機場間) ;1970 年又開通了大船-湘南江之島間的懸掛式單軌系統。隨著單軌技術改進與成熟,單軌系統有所發展。
單軌交通的特點是梁軌合一。就是車輛架在一根軌道梁上運行。根據車輛走行方式,單軌交通可分為兩類:一是跨座式,車輛跨坐在單軌梁上;二是懸吊式,車輛被懸掛在軌道梁之下。目前應用較多的跨座式單軌系統的主要特點如下:
·單軌以高架結構為主,占地面積少,軌道梁寬度窄,占用空間小。
·膠輪的黏著性能好,有利于加減速,有利于在大坡道、小半徑曲線上運行,可以適應急轉彎及大坡度,對復雜地形有較好的適用性;選線容易,從而減少拆遷量。
·車輛分設走行輪、導向輪,并采用膠輪,受力分散,走行噪音低。
·土建工程簡單,建設周期短,投資較少。
·橡膠車輪承載能力受到限制,軸載僅是鋼輪的40 %～50 % , 載客能力低。
·單軌車輛的轉向架比鋼輪轉向架復雜,需配置緊急備用輪,造價高,可靠性較差。
·膠輪的滾動摩擦阻力是鋼輪的5～10 倍,能耗高,有效加速能力小。
·為了城市景觀,高架車站規模(寬度,長度) 必須受到限制,所以制約了列車長度(一般不超過100 m) 和輸送能力,且系統不能與道路平面交叉。
·梁軌合一的軌道系統制造工藝要求高;尤其是道岔部分的梁軌結構復雜,移動速度慢,安全防護要求高;列車折返時間較長,最小間隔2. 5 min , 成為運能控制因素。
·綜合運營費用偏高。
·列車發生故障停車在區間時,乘客疏散和救援困難。
3. 1. 2. 2 分類和比較
單軌系統的分類比較見表8 。日本已投產單軌車的技術參數見表9。
表8 跨座式單軌與懸掛式單軌比較
一般單軌系統的主要技術特性指標如下: 最小運行時間間隔2. 5 min , 一般采用4～ 7 min , 正常運行最小間隔為3 min 。每節車廂乘客人數定員95 人(0. 33 m2/ 人),
超員140 人(0. 14 m2/ 人) 。每列車編組數2～6 節。時刻表速度30 km/ h 。建設投資(包括車輛) 65～145 億日元/ km 。運營費2. 21 億日元/ (km·年) 。最低經濟運輸量4 000 人/ km·天(假定平均票價為150 日元/ 人) 。
單軌系統能力按6 輛編組、3 min 間隔運行、每輛定員95 人(站位按3 人/ m2) 、滿載率150 % 計算,則小時單向運行能力為1. 71 萬人。
若按重慶單軌車輛定員計算:頭車長14. 8 m , 定員為151 人(其中座席32 人);中間車長13. 9 m , 定員為165 人(其中座席36 人);以4～6 輛車編組,列車長度為60. 2 m～89. 4 m , 定員632～962 人,運行20 對/h。則其單向運行能力可達1. 2～ 1. 9 萬人次/h。
表9 日本已投產單軌車的技術參數
3. 1. 3 輪胎-導軌自動導向交通膠輪-導軌系統在許多國家應用,法國里爾的VAL 系統及日本的A GT 系統具有典型的代表性。
日本在近年中發展的新交通系統是一種自動導向交通( Automatic Guideway Transit , 簡作A GT) ,是通過車輛的導向輪(非驅動輪) 依靠專用軌引導列車運行。這與一般膠輪-導軌交通的基本原理一樣,車輛有走行輪和導向輪,通過導向軌引導運行,通過計算機實現自動無人駕駛。按照專用導向軌的位置,A GT 系統可以分為兩種形式:一是軌道中央引導方式;二是側向引導方式。在日本,較早的A GT 系統是1981 年開通的2 條線路: 神戶新交通公司開通的三宮-中公園線路,全長6. 4 km ; 大阪市住之江公園-中埠頭間的6. 6 km 線路。目前這2 條線路均采用無人駕駛的A TO 系統,運營速度為22～ 27 km/ h , 最大速度達到60 km/ h ,高峰期最小運行間隔達到3 min 左右。A GT 一般采用A TS/ A TC 單人駕駛或A TO 無人駕駛,單線或復線線路,平均車站間距設為650～1 400 m , 采用直流750 V 或三相交流600 V 供電方式,最小曲線半徑為25～60 m , 最大坡度4. 5 %～6. 0 % 。A GT 列車一般編組為2～6 節,最高速度50～63 km/ h , 運行間隔3～8 min 。
A GT 系統的特點是:
① 車輛小型化、重量輕,高架橋可采用薄型結構梁,降低建設成本。
② 采用計算機控制系統,可實現無人駕駛,但載客量小,初期成本較高。
③ 可實現車站管理智能化,節約運營費用。
④ 適用于大坡度線路上運行。
⑤ 車輛走行噪聲低。
⑥ 輪胎走行部分路面的耐磨性和可維修性問題有待研究解決。根據日本已有A GT 系統的情況,一般條件下的技術經濟指標如下所示: 每節車輛長度8～8. 5 m ,6 節編組; 最小運行時間間隔3 min ; 每節車廂的乘客人數定員為55～60 人; 每列車編組數4～12 節; 時刻表速度20～30 km/ h ; 建設投資(包括車輛) 65～165 億日元/ km ; 運營費2. 33 億日元/ (km·年); 最低經濟運輸量4 300 人/ km·天(假定平均票價為150 日元/ 人) 。
日本A GT 系統的能力按最長6 輛編組、最小間隔3 min (20 對/ h) 、每輛定員55～60 人、滿載率取130 % 計算。則其小時單向運行能力為9 000 人次。
3. 2 索道-空中客車
空中客車是以懸索技術為基礎開發出來的運輸系統,其主要特點是:
①運力中等。約為1 萬人次/h ;車輛由多節模塊編組(端部有門,中部有門,中部無門三種),客車長度可根據需要聯接。
②速度快。最高達80 km/ h ,運行速度為60 km/ h ,平均速度為35 km/ h ,過岔速度為14. 5 km/ h。
③與地無爭。采用空中專用線路,軌面離地面高度為10 m 左右,不與地面車輛爭路權,不與地面交通干擾。
④爬坡力強。因采用膠輪,爬坡力強(可達8 %) ,適應起伏大、高差大的地形。
⑤跨距大。一般為200～300 m ,最大可達900 ～1 200 m ,對跨越河流、溝谷、山丘、房屋等有利。但必須設長大直線段,以便采用索軌型式;若遇曲線,須設硬軌。硬軌地段曲線半徑小(30 m) 、跨度小(15 m) 、速度低、造價高,應盡量減少。因此宜用在空曠直線地段。
⑥景觀差。從索軌和硬軌的架設結構形式分析,硬軌段是門框式結構,全斷面覆蓋于道路上方, 蓋頂高達約14 m ;索軌是由支架和纜索組成,支架是鋼塔架,一般高度在40～60 m ,跨江大跨度時可高達100 m。線間距大(車體寬+ 3 m) 。纜索是由懸索、吊索、軌索三者組成,形成大面積的懸索、吊索群豎型索面,有礙街道景觀。
⑦建設快。一般10 km 線路的工期約15 月。
⑧無污染。噪聲低,無廢氣,有利環保。
⑨安全逃生條件差,救援困難。
3. 3 磁浮列車
磁浮列車是以無接觸的電磁懸浮、導向和驅動方式獨立專用的高速運行系統。該系統分為“常導和“超導兩種系統。常導系統是當前以德國TR 和日本HSST 為代表的兩種磁浮列車,都是采用普通導體通電勵磁,產生電磁浮力,車輛與軌道之間的懸浮間隙一般為8～10 mm ,因此通稱為常導磁浮列車。超導系統是以日本的MLX 型磁浮列車為代表,它利用低溫超導線圈產生強大磁場而產生電磁浮力,因此通稱為超導磁浮列車。磁浮列車的建設標準、運動概念與鋼輪/ 鋼軌系統的運動方式完全不同。它與輪軌系統的根本不同在于采用了非粘著驅動方式,是當前一種新興的、完全獨立的客運系統。磁浮列車按速度分,可分為高速與常速兩種。
高速磁浮列車最高速度定位300～500 km/ h。目前在日本采用低溫超導ML XO1 型磁浮列車試驗運行速度達552 km/ h ,但仍在按計劃運行試驗和研究之中。在德國,采用常導TR08 型磁浮列車在愛姆斯蘭基地試驗線(31. 5 km) 取得試運行成功,最高速達450 km/ h。這種系統從運行的經濟性講,較適用于城際長運距的高水平服務的高速客運交通。已通車試運行的上海浦東機場～龍陽路的示范運營線,即采用這種系統。TR 型磁浮列車的車輛寬3. 7 m ,以頭車、中車、尾車三種組合,列車長度為(27. 5 + n·24. 5 + 27. 5) m ,定員為(56 + n ·110 + 78) 人/ 列。若以6 輛編組,5 min 間隔運行,單向運能為6 888 人/h。
常速磁懸浮列車最高速度定位一般為100～ 300 km/ h。日本目前擬訂的HSST 系統經過長年試驗,取得成功,并將建設實用線路 愛知東部丘陵線。該線長為8. 9 km ,最高時速130 km , 2002 年開始建設,2005 年愛知國際萬國博覽會時開始運營。日本現已開發出中速型100S(8. 5 m) 及100L (14. 4 m) 的車輛,并得到國土交通省關于系統安全性和實用化的認可。該線基本以3 輛100L 型進行編組。這種系統較適用于大城市內組團間中長運距的高水平服務的快速客運交通。
日本HSST 系統磁浮列車系統的主要特征包括:
①磁浮軌道系統的曲線和道岔性能,與單軌和新交通系統大致相同。
②磁浮不僅具有新交通系統的特點,而且噪聲小,大幅減少了軌道的維護費用。
③車輛載荷平均分布,車身較輕,橋梁等建筑的費用相應減少。
④磁浮車輛費用較高,需要大批量生產才能保證效益。
⑤磁浮(HSST) 系統能力計算參數大致為:6 輛編組,3 min 間隔運行,每列車定員326 人,單向運能為6 520 人/h 由此可見,一條磁浮軌道系統單向運能一般為0. 6 萬人/h。如果適當加大列車編組或行車密度, 運能尚可適當提高。但如車站位于市區高架,列車長度宜控制在100 m 。
4 各種軌道交通系統主要特征匯總性;運營功能定位的合理性;系統運能的可擴展性。
表10 各種軌道交通系統主要特征匯總表
4. 1. 2 車輛限界和軸重對土建工程的造價影響和D2 型低地板車,均屬鋼輪鋼軌系統;重慶的膠輪(1) 車輛限界對隧道斷面的影響單軌屬膠輪導向系統;空中客車屬索道系統。車輛限界的主要控制因素是車輛高度,這與車廂高度、車輪輪徑、受電方式有關。例如:直線電機車輛因將牽引電機的轉子和定子分別分解在車輛和軌道上,使車輛的輪徑減小,又采用下部受電方式,所以車輛高度降低,使隧道斷面相對減小,對土建工程造價有明顯下降?？砂慈f元/m 計。
(2) 車輛軸重對橋梁工程的影響
在相同橋跨的情況下,對不同的軸重的荷載, 其橋梁結構工程造價是有差距的?？砂慈f元/m 計。
5 各類系統制式的選擇原則和評價大綱
各類系統選擇和評價的基本原則是:“現在可實施性,未來— 可持續發展”。根據近年來各城市軌道交通建設和運營實踐經驗(包括車輛和運營理念的發展思維) ,建立了如下城市軌道交通系統評價體系(4 個大項,12 個支項) :
(1) 功能評價— 運量級和運行制式的適用性;運營功能定位的合理性;系統運能的可擴展性。
(2) 安全評價 —車輛與設備的可靠性;運營與維修的保障性;災害預防與救援的及時性。
(3) 環境評價 工程實施對城市交通和環境影響;軌道交通運營對城市環境影響;軌道交通建
筑對城市景觀的影響。
(4) 經濟評價 車輛選型與土建工程的經濟性;車輛運營成本評價;投入與效益的風險性和可
持續發展。以下對評價體系展開討論。
5. 1 功能評價 滿足運量需求以及系統的運量等級、適應性和可擴展性
5. 1. 1 運量級和運行制式的適用性
運行系統的選擇首先是要滿足運量的需要。在不同的城市、不同的線路上,其預測的客流是不同的。根據每條線路的高峰小時的斷面流量,經過客流特征分析,確定線路的運量等級,分出高運量級、大運量級、中運量級和低運量級的量級定位。如為大運量級,宜選鋼輪鋼軌系統;如為中運量級, 應結合沿線地形和環境條件,除選鋼輪鋼軌(含直線電機車) 系統外,還可選膠輪系統;如為低運量級,在地面公共交通運載能力和運行速度方面不能勝任發展的形勢下,或者出于環境保護的需要,可采用新型有軌電車或其它膠輪系統?？傊?運量級的合理選定就是系統選擇的第一步。
在量級定位的基礎上選定運行制式。運行制式主要是選擇車輛型式、列車編組和運行密度。在確定系統運能量級,滿足運量需求的前提下,要對選定的系統功能、規模經濟、運行安全、技術先進等方面進行宏觀性評價,為系統選擇奠定基礎。
5. 1. 2 運營功能定位的合理性
運營功能評價是為運營線路功能定位,是對選擇的運行制式進一步評價,主要表現在“性質、距離、速度三方面進行評價。
(1) 客運性質:待建線路是市區線(城市軌道交通),還是市域線(城際軌道交通),這是運營線路功能的基本定位。不同的客運性質,必然對運營的速度、舒適度、座位率等指標不一樣。這是對交通制式和車輛選擇必須考慮的首選條件。
(2) 線路長度和平均乘車距離:這一指標反映了客流的性質和服務對象,可明確線路是以市內客流為主還是市際客流為主。如以市內容流為主,則應選中運距為主的城市軌道交通方式;如以市際客流為主,則應選長運距為主的城際軌道交通方式。這樣便奠定了選擇運營交通的制式和車輛型式的基礎。
(3) 控制全程時間的速度:如果屬于城市群的市際交通,線路長,中間車站少,為控制全程時間, 在速度上有提速要求,可采用最高速度突破80 km/ h 的車輛;如中間無站,則可考慮高速直達列車;如距離很長,有長大站距的線路,有條件的地方可選用磁浮列車。一般認為,在城市中心區范圍內的全程線路,或由城市中心向外延伸的全程線路, 對全程運行時間不宜超過1 小時的概念來確定基本服務水平。由此從線路長度確定旅行速度。然而,旅行速度決定于站間距、停站時分。最終從運行需求選定車輛最高速度。對于車輛最高速度選定的經濟性列入另項評價。
由此可見,系統功能從“性質、距離、速度三方面進行評價,就是抓住了軌道交通系統各種不同運行要求的基本特征,是規模的適應性和經濟性的評價基礎。
5. 1. 3 運行系統的適應性和可擴展性評價
系統運能量級是根據客流預測而定。但由于客流量預測的年限太長,不可預知因素較多,所以應當注意其預測值既有可信性的一面,又有風險性的一面。對于系統的運量級選擇,不僅要滿足運量預測需求的適應,還要留有適當儲備量(10 %～ 15 %) ,并進行可擴展性評價。
系統的可擴展性評價的關鍵是要找出列車運行能力的控制點。在軌道交通系統中,其控制點總是在設有道岔的地方,例如列車折返線、車場出入線等與正線接軌的道岔區。不同的道岔結構和布置形式、不同的列車長度和速度、不同的信號制式和配置、不同的司機和駕駛模式,造成了不同的折返時間,產生的結果都是不同的。
系統的可擴展性是在不增加土建工程設施的基礎上來評價的。一般來說,系統的設計規模是在滿足遠期設計年限客流需求的基礎上確定的。在車站土建規模和軌道工程已經固定不變、列車長度已達最大設計長度的情況下,則在運營設備配置上(尤其是信號系統) 總是留有一定余量。一般留有
1. 1～1. 15 儲備系數的儲備運能,這是必要的。系統的可擴展性還指在上述設計運能的基礎上再挖掘潛在運能(包括車輛性能和信號系統的技術改造措施) 后可能提高的最大運行能力。所以運行系統的“設計運能-儲備運能-潛在運能三級分析評價是對系統的可擴展性評價的基本要點。
5. 2 安全評價— 運行安全可靠
城市軌道交通是一個獨立的、封閉性運行系統,有專用的信號系統,在運行上應具有可靠的安全性。為此必須對車輛和設備的可靠性、維修的保障性、災害預防與救援的及時性等進行認真評價。
5.2.1 車輛與設備的可靠性評價— 安全第一
車輛與機電設備的可靠性是城市軌道交通運行安全的基本保證,尤其是車輛的可靠性列為首位。因為車輛是載客的,是唯一的動態移動設備, 擔負的安全責任最重。由于車輛是編組成列車在封閉的環境中運行的,出現故障的概率會多一些, 所以抗風險的要求高一些。因此車輛技術性能的配置應更為嚴格:要求各種車輛即使在發生失去1/2動力的故障情況下,仍能維持安全運行到達就近車站,保證乘客在車站安全疏散。
各種運營設備的可靠性是對車輛和運行安全的重要保證,尤其是供電、通信和信號系統,直接影響運行安全的設備系統,均應具備雙重的可靠性。
5.2.2 運營與維修的保障性評價— 無后顧之憂
車輛與機電設備必須有一個維修保障體系的支持,必須有充足的備用互換的零件(尤其是車輛),才能使城市軌道交通長期安全運行而無后顧之憂。這里就要考慮車輛與機電設備國產化和產業化的問題,以保證備用互換的產品供應。這一點作為支持安全運行的強大后盾,也是可持續發展的支撐點。
5.2.3 災害預防與救援的及時性評價— 及時有效
災害中最可能發生的火災。災害預防與救援的最大問題是運行中的車輛。最可怕的災害是車輛停在區間隧道里不能啟動,因為最困難的救援就是車輛停在區間隧道里邊致使乘客疏散最慢、最難、最延誤時間、最容易出現危險。所以在發生災害時,只要車輛不發生動力故障,就一定要行駛到車站,這是最安全的保證。
車輛發生停車事故的情況一般是:發生停電故障(這屬于車輛以外的問題);發生車輛機械故障(這是車輛的維修保養質量問題) 。只要車輛不著火,不出現故障加災害的擴大化情況,只要隧道內的通風和照明有保證,那么救援只是乘客安全疏散的方式和疏散的時間問題。由此可見,車輛的可靠性是災害預防的最最重要關鍵。其中車輛本身的阻燃性更為重要,同時乘客的疏散措施和救援條件更是舉足輕重。
機電設備的災害預防,除了產品的標準和阻燃能力外,還要另外設置防災報警和自動滅火系統, 以防萬無一失。
在城市軌道交通系統中,盡管采取了各種防災措施,但由于整個系統的復雜性以及運行狀態的多變性,再加上人為因素,不同的事故和災情總是有可能發生的。然后,不管災情的大小,關鍵是如何有效地及時滅災、及時救援、及時逃生,這是擺在現實面前的重要問題。這就是系統安全的評價主題。
最好的設備,最好的防災監控系統,還是需要人來操作。所以健全管理制度以及經常性的教育、培訓對預防災害顯得更為重要。
5.3 環境評價— 融入城市環境,噪聲防護和景觀保護
城市軌道交通是城市交通的骨干系統,是城市建設總體規劃的重要組成部分,所以城市軌道交通必須融入于城市建設的大環境之中。城市軌道交通建設必須與城市環境保持一致,與城市發展保持一致,這樣才能真正成為城市建設中不可分割的組成部分。為此,必須做好工程環境、運營環境和城市景觀的設計和評價。
軌道交通的工程環境評價重點應在工程實施條件的可能性,包括施工環境和運行環境。施工環境雖然是短期的,卻是可實施性的控制性要素。運行環境是長期的,是評價的重點,要使城市居民欣然接受,并認為是城市出行中最便捷的現代化交通方式,以保證工程實施的可能性。
5.3.1 工程實施對城市交通和環境影響的評價
工程實施的環境,主要是工程外部環境。由于工程施工,必須對沿線的地形、道路、建筑的形態進行研究,重點是分析工程實施條件及其對環境的影響。這包括對地面道路寬度影響和占用情況、施工期對交通影響、施工機械的噪聲和振動對居民生活的影響、施工場地衛生等外部條件的評價。這是客觀條件與人為主觀努力的平衡。一般來講,工程實施環境中人為可控的因素占主要地位。經過采取措施,環境影響應符合規定并經有關部門認可批準,工程才能開工。
5.3.2 軌道交通運營對城市環境影響的評價
運營環境主要是指車輛、軌道、結構在運行中的噪聲問題。因此,環境評價的重點除了是對車輛提出技術要求外,重點是研究有哪些敏感地段、應采取哪些減振減噪防護措施,以及在今后的運行中預期達到的效果。
5.3.3 軌道交通建筑對城市景觀的適應性評價
景觀就是視覺環境,是對軌道交通建筑物的體量、造型、高度、通透度和視角的評價,實際上是與城市建筑物的距離、形態的對比和協調關系的評價。因此,這方面的評價包括線路的敷設形式及其對周邊環境的視覺評價。線路的敷設方式是指采用地下、高架、地面等的形態。地面線和高架線的位置,與周邊環境的關系格外重要。因為人們的敏感點除了噪聲外,就是景觀問題。尤其是高架橋及高架車站的建筑物最為敏感。從原則上說,城市建筑物與軌道交通建筑物的關系是紅花與綠葉的關系。從總體上說,軌道交通建筑是城市建筑群中的一個標點符號,是點綴性建筑,要從城市設計角度去處理好相對關系。為此,要處理好軌道交通的高架橋及高架車站的景觀,一定要控制好建筑物的體量和造型,把握好距離、高度、通透度和視角的評價。當然,對地下車站的地面出入口和風亭建筑的景觀評價也一樣重要,不可忽略。
5. 4 經濟評價 投入與成本
投入與成本的最小化,效益和利潤的最大化, 是城市軌道交通建設和運營概念上追求的目標。這對于系統制式的選擇和決策十分重要。但是每一條線路的情況千差萬別,很難用一般的規律進行慨括。從車輛、土建、系統設備之間的關系分析,每一個專業之間的關系是十分錯綜復雜的,有著千絲
萬縷聯系,是一個綜合性很強的系統工程。對項目組合的經濟評價,只能抓住相對比較獨立的主要組成內容進行評價。由于設備與控制系統在各種軌道交通制式中,受系統制式和外部條件影響較小, 具有較多的共性內容,可暫不列入本文研究內容, 以便研究問題的簡單化。為此,本文僅突出車輛與土建工程兩大關系進行評價。
5. 4. 1 車輛選型與土建工程的經濟性評價
5. 4. 1. 1 車輛價格與載客能力的評價
以車輛價格與載客能力之比來評價時,若從單元價值比的概念,則可分為兩個評價指標:
①長度價 每輛車每延米的價格,萬元/m ;
②定員價 每輛車按載客量(定員) 計算的人均價格,萬元/ 人。上述兩個指標是一個價格概念,反映不同品質的車輛及其不同的價格。
車輛價格是與車體的長度、材料、內裝修、電機、電器、制動系統等配置的水平不同而起伏很大, 尤其是列車駕駛室數量、車輛最高速度的定值,對造價影響更大;此外,還與車輛購置批量大小及國產化率水平有關。因此,表11 中的數據僅僅是當前在中國市場的參考數值,僅給以一個價格上的量級概念,以便有一個直觀的理解。(有些車輛尚未在中國市場出現,表中暫缺) 。
5. 4. 2 車輛運營成本評價車輛運營成本主要包括:車輛牽引能耗,車輛維修成本,隧道通風(降溫排熱) 費用等。車輛牽引能耗是指每輛車或按定員計算的平均牽引耗電量,即: kW·h/ 車·km , 或kW·h/ 人· km 。車輛維修成本可按每輛車的維修量計,包括接觸網的維修。如直線電機系統,應包括軌道上感應板的維修量。維修成本可按工作量(工作小時) 計, 即:h/ 車·km 。
隧道通風費用可暫不計列。
5. 4. 3 投入與效益的風險性和可持續發展評價
(1) 建設規模與客流風險的適應性和靈活性評價
系統運行組織的靈活性主要表現在客流風險的適應性,以及列車運行調度、折返運行的靈活性, 使運行組織對客流的變化具有較大的適應調整能力,達到列車運行的經濟性。這是對運行制式選擇的重要評價。
風險的適應性:由于目前我國的客流預測方法以及城市形態和經濟尚在高速發展階段,城市結構和布局尚未十分穩定,因此對于30 年后的遠景城市規模的規劃只是構想,還存在許多不定因素。所以,對于客流的預測數值,可能在總體的量級上能達到一定的可信度,但與未來的實際情況肯定會有一定的差距。這種差距對軌道交通建設規模的抉擇存在較大風險。因此,在選擇制式時,充分考慮系統的運營規模及具有的抗風險適應能力是十分重要的。所謂抗風險能力,就是在確定運營設計能力時要留有10 %～15 % 的余量;同時要考慮未來在土建工程規模不變的條件下,通信信號設備的更新換代和改造,還能提高一定的運行能力。
運行的靈活性:任何系統的列車運行密度是有極限的。但各設計年、各時段的客流變化總是不一樣的,因此列車運行的密度、交路應有良好的靈活性。運行靈活性主要表現在車輛編組的靈活性、組織折返運行的靈活性、線路軌道的結構(主要是道岔) 對于列車通過速度和折返能力具有良好的適應性等,以便達到運營上的經濟性。
(2) 運營制式系統的可持續性發展評價
·技術的先進性和可靠性:由于軌道交通的建設周期較長,而當前的技術和產品發展甚快,所以選擇運營制式時,應有適當的超前意識。選擇技術的先進性是必要的,使工程建成后的10 年內不改造,使運營設備在使用壽命內充分發揮最大的效率。對于先進性不是盲目的,是從功能要求出發, 要科學論證、理論合理、技術先進、產品可靠、實施可行。
·產業的市場化發展前景:軌道交通的建設和發展,對車輛和機電設備的大批量需求,必定形成軌道交通的產業系統。由于國產化實施政策的指導和支持,必定加快產業的市場化,因此對我國軌道交通產業的市場化發展前景應當是充滿信心。在當前我國軌道交通發展領域內,常規的鋼輪鋼軌制式、旋轉電機的車輛、35 kV 和10 kV 的供電系統、準移動閉塞的ATC 信號系統均被普遍采用,技術成熟,安全可靠,產業的市場化發展前景普遍看好。但是,對于采用新技術、新產品如何去判斷和接受,必定有一個認識過程,有一個突破的過程,有一個發展的過程。這總是要有第一個人去做,就是第一個吃螃蟹的人。他必定是講科學、有膽識、敢于面對創新的人。成功與風險總是共存,這就是在發展中的較量。因此,對產業的市場化發展前景的評價必定是仁者見仁、智者見智,評價不一。其關鍵在于決策者的信心。我們相信“發展是硬道理”, 這是永遠的真理。
6 小結
通過以上分析可得到以下啟示:
(1) 城市軌道交通是城市公共交通中多層次結構中的骨干系統,是為中長運距客流服務的快速客運系統,應注意在城市公共交通客運總量中分擔合理的比例。
(2) 城市軌道交通可根據客運量大小不同,選擇合適的、經濟的運量級系統。
(3) 城市軌道交通的制式應在經濟的運量級的前提下,選擇適合城市地形和協調環境條件的交通
制式。大運量級的制式宜采用鋼輪鋼軌系統為佳。
(4) 中運量級的系統有多種系統制式。應選擇適合城市地形和環境條件、技術先進、成熟、安全可靠的制式。
(5) 系統和制式的選擇評價應從“ 功能、安全、環境、經濟” 四個評價體系進行論證和抉擇,要充分考慮風險和效益。
(6) 在系統制式選擇時,必須從全線網規劃全局考慮,制式不宜太多,要有層次,要有一定規模,
在一定范圍內具有互通性,資源共享,發揮最大效益。
參 考 文 獻
1 中國國際工程咨詢公司. 中日合作城市軌道交通建設與規劃專題研究報告. 2003
