现代有轨电车的快速发展是社会发展的必然需要

2013-09-25周翊民

城市轨道交通研究 2013年8期

关键词：轨道交通线路系统

周翊民

（城市轨道交通装备认证技术委员会，中国交通运输协会城市轨道交通专业委员会，100844，北京∥主任，顾问，教授级高级工程师）

1 有轨电车的发展历程

1.1 新兴阶段（19世纪40年代—20世纪30年代）

1.1.1 有轨电车的出现

有轨电车是指由电动机驱动、在街道的轨道上行驶的车辆。早期曾用昂贵而效率低的蓄电池作动力。1834年，美国佛蒙特州布兰登的一位铁匠T·达文波特制造了一台用蓄电池供电的小型电动机，驱动小型车辆在轨道上作短程运行。1860年，美国人G·F·特雷恩在伦敦开辟了3条电车道，后来在索尔福德（1862年）和利物浦（1865年）也建立了有轨电车线路。发电机的发明使电车可利用传输的电能。有轨电车线路从此在英国、欧洲大陆和美国日益扩展。

从19世纪90年代到20世纪初的20年间，有轨电车出现在欧美及亚、非、南美洲的许多大城市中。欧洲的有轨电车通过弯曲的弓架，从架空线供给电源或通过可调的折叠式弓架供给电源，与美国采用的单独轮杆式不同［1］。

1.1.2 有轨电车的发展高潮

有的运载工具非常先进且速度快（例如火箭），但无法作为公共交通运输工具，因其无法发展成网。有轨电车的发展是符合客观规律与市场需求的，同时，科学技术也保障了该交通工具能够在各个方面满足运输的需要。

20世纪20—30年代，全世界掀起有轨电车发展高潮，城市交通由马车时代真正进入到有轨电车时代。19世纪末，美国的有轨马车线路被快速地改造成有轨电车线路。到1895年，美国的有轨电车运营线路已达12 100km。同时还大量新建有轨电车线路。至1920年，美国运营有轨电车的城市共370座，线路总长达到25 000km，有轨电车拥有量近万辆，年客运量达到137亿人次，占美国全部城市客运总量的88%。在欧洲，有轨电车也以惊人的速度发展，自1895至1900年，约一半欧洲的大城市在兴建或改造有轨电车网络。其中，1920年英国的有轨电车线路总长达到5 000km，有轨电车拥有量达到1.44万辆。

1.2 衰落阶段（20世纪40—60年代）

“二战”后，随着汽车工业的发展，家用轿车得到快速发展，公共汽车也开始发展，使得道路条件不得不与之相适应。而有轨电车的存在，占用了机动车道，进而阻碍了汽车工业的发展。因此，有轨电车就不再适合作为汽车工业快速发展大环境下的运输工具。自上世纪四五十年代始，有轨电车线路被大规模拆除，但不少城市在城市道路改造过程中仍保留了部分有轨电车线路。我国的上海、北京、天津、沈阳、长春、哈尔滨等多座城市也经历了建设和拆除的过程，其中长春、大连始终保存了几条有轨电车线路。

旧型有轨电车主要以下几个缺点：①有轨电车占用了部分道路空间，阻碍了汽车的通行与发展。②因当时缺乏对轮轨关系及线路基础方面的研究，因而其行驶噪声大，且转弯处尤为明显。③因旧时道路狭窄，且自行车大量发展后的路权公用，导致有轨电车行驶速度低。

1.3 复兴阶段（20世纪70年代至今）

汽车的过度发展造成城市空气污染、环境噪声污染严重，这促进了新型现代化有轨电车的快速发展。

英国轻轨运输协会（LRTA，Light Rail Transit Association）副主席Michael Taplin收集整理了全世界79个国家建造地铁及轻轨系统的城市数量：截止到2013年3月，有162座城市建有地铁系统，有571座城市建有轻轨系统；建造轻轨系统的城市数量约为建造地铁系统城市数量的3.5倍。目前，上海地铁运营线路总里程为473km，而规划建设有轨电车线路为800～1 000km。同时，著名的地铁制造商致力于开发、大批生产的新型低地板有轨电车，如西门子的Avenio、庞巴迪的Flexity2、阿尔斯通的Citadis等有轨电车系统已应用于世界各地。

2 现代有轨电车系统的特点

2.1 低噪声技术

为降低运行过程中的噪声，现代有轨电车采用了以下新技术：弹性道床、无缝线路以及低噪声接触网与受电弓等技术；不锈钢或铝合金车体，车体较轻；直交变频、变压调速系统；低噪声电机；橡胶弹性车轮（直径为550mm或650mm）。车内空调亦应用了低噪音技术。一列现代有轨电车的噪声低于一辆公共汽车的噪声。尤其在惰行时，现代有轨电车噪声极小。

2.2 低地板技术

欧洲的有轨电车线路均建于道路中间且无站台。有轨电车采用低地板技术，便于老人、儿童上车，亦便于婴儿车、轮椅推上车。例如，西门子的某一款有轨电车在停站时，甚至可把整个车体落到离地面仅5～10cm处，车体中一块板翻下，婴儿车、轮椅便可推入有轨电车。

2.3 环境友好

汽车尾气是城市环境中的主要污染源。根据欧美各主要城市的检测数据，在城市的各种主要废气中，来源于汽车尾气的占40%～90%，而其中家用小汽车和轻型车排出的尾气占79%。表1是1994年美国公共交通运输协会（American Public Transportation Association，APTA）关于现代有轨电车、公共汽车和家用汽车不同废气排放量的调查结果。

表1 几种交通工具废气排放量比较表 g／km

由表1可知，家用汽车的CO、NOx、CO2排放量分别为有轨电车的467倍、3倍、9倍，公共汽车的CO、NOx、CO2排放量分别为有轨电车的95倍、2倍、3倍。

Tim Pharah＆Dieter Apel比较了欧洲城市几种交通方式在环境污染、能源消耗、噪声、安全及空间占用等方面的差异（见图1）。由图1可知，有轨电车的各项指标远低于汽车；相对于公共汽车，有轨电车单位客运能力的交通能耗更低、污染更小、安全性更高。由此可见，现代有轨电车是一种可持续发展的、环保的、绿色的交通工具。推广现代有轨电车能在很大程度上降低城市的污染程度。

图1 交通模式影响的比较图

2.4 新型转向架技术

在地铁系统中，线路的最小曲线半径一般为200～250m，而有轨电车线路的最小曲线半径可为19～25m（19m为位于车场的线路的最小曲线半径标准），这就对现代有轨电车转向架的设计提出了一些特殊的要求。譬如现代有轨电车列车中间部分的转向架包括径向转向架、独立轮转向架。独立轮转向架，即独立轮对，其两轮不通过车轴连在一起且可独立转动，两轮可拥有不同的转速，以解决列车在小曲线半径线路上顺畅通过的问题。

2.5 新型制动技术

有轨电车的制动系统在原理上与地铁系统相同，但是有其特殊之处。因其车轮较小，地板面较低，故其单元制动器或空气制动器采用的是液压制动器。采用液压制动器，也是为了提高有轨电车的制动减速度。在城市道路中，公共汽车的制动距离约为10～20m；而地铁系统的紧急制动距离约为200多m。有轨电车列车的制动减速度需达到2.5～3.5倍的地铁列车的制动减速度，否则无法适应城市道路运行。该种适用于有轨电车且由计算机控制的制动系统已由同济大学吴萌岭教授成功研发，并已应用于长春市的低地板现代有轨电车上。在沈阳浑南区开通的4条有轨电车线路上，有3列列车也安装了此种制动系统，其中1列车已运行了近3万km。经专家鉴定后，该种制动系统即可批量生产。

2.6 造价低

一般情况下，有轨电车系统的造价小于1亿元／km，而地铁系统的造价则高达6～10亿元／km，有轨电车系统的造价大大低于地铁系统的造价。

2.7 实现路权专用

对于有轨电车的道路空间占用问题的解决方法，如果新规划的道路较宽，则可借鉴公交专用道的思路，建议建设现代化有轨电车线路专用道；若建于道路中央，该专用道亦可作为道路中央隔离带。

建议在公共交通中使用有轨电车优先通过权，解决路权问题。国外的有轨电车实行感应式信号控制（即原为红灯，有轨电车通过时即变为绿灯放行）。该方面有待于交通管理部门、城市规划部门共同研究。

3 新型有轨电车适用范围与建议

（1）地铁网络未辐射到的区域。有轨电车为中、小运量运输工具，无法取代大容量的地铁系统。表2为有轨电车与其它交通方式在运营速度和运能方面的比较。目前，上海投入运营的轨道交通线路已达12条，总里程473km，尽管轨道交通网络已较为发达，但市民仍需花费较多时间乘坐道路公交到达附近地铁站换乘地铁，市民出行“最后一公里”问题亟待解决。对于已开通地铁系统的大城市，有轨电车可用于地铁网络无法辐射到的地区，促进有轨电车与地铁的衔接，实现市民出行“门到门”运输。

表2 有轨电车与其它交通方式在运营速度和运能方面的比较

（2）在距离短、客流量大的区域可建设有轨电车系统予以补充。

（3）大城市外围地区依靠有轨电车与城市地铁系统衔接。远离大城市中心的卫星城和有一定规模的各种开发区可修建独立的有轨电车系统，并设站与到达中心城的地铁系统相衔接。以松江新城为例，作为上海的卫星城，可以建设有轨电车系统，以辐射全卫星城区域，亦可作为地铁线路的延伸。

（4）大城市外围区域内部。目前一些城市的科技开发园区规模较大，且位于远离市中心的郊区。科技园区与居住小区间、工业开发园区与居住小区间，居民的出行问题均可借助于有轨电车来解决，且开发区内的道路宽度也适合有轨电车系统的发展。

（5）发展中的市区人口几十万的新兴中小城市，或规划新建城市，可考虑修建有轨电车。中小城市因其城市规模较小、人口密度较低，中小运量的有轨电车系统恰与上述两个特征相匹配。

同时，城市中心道路规划时应考虑到建设有轨电车系统的必要性和可行性。同时，城市交通运输管理部门应该制定相应的措施，优先满足有轨电车系统的运营要求。

另外，为适应城市今后30～50年发展的需要，有轨电车需能满足市民生活水平提高后对舒适性的要求。台北捷运中的高运量线路6节编组列车运量与大陆A型车8节编组列车运量近似（部分技术参数比较如表3所示），而台北捷运规定车厢内定员为每平方米不得超过6人，但上海的设计规范为每平方米8～9人。这在很大程度上降低了乘客乘坐地铁的舒适度，进而导致乘客选择舒适度更高的私人小汽车交通模式出行。因此，提高舒适度是促进有轨电车发展的重要因素之一。

表3 台北捷运高运量线路车辆与大陆A型车部分技术参数比较表

4 我国有轨电车技术发展情况

发展现代有轨电车是社会发展的必然需要，我国有能力提供具有国际先进水平的、全套的现代化有轨电车系统的技术装备。采用低噪声的路基与无缝线路，采用先进的信号与运营调度系统，可提高运营效率与安全水平。目前，我国的客车制造厂商已可批量生产70%与100%低地板、新型低噪声、低能耗的有轨电车。

长春客车股份有限公司为沈阳浑南区提供的70%、100%低地板有轨电车，已完全达到国际水平。不仅如此，我国整个铁路机车车辆工业的水平与国际水平基本相近，并且我国已开始向澳大利亚、印度、巴基斯坦、沙特阿拉伯、阿根廷、巴西等国家大批量出口我国的客车制造厂商制造的地铁车辆。

100%低地板、70%低地板有轨电车的地板面高度分别为356mm、361mm，载客人数相同，而后者比前者约便宜300～400万元／辆。若有轨电车线路设置站台，地板面高度则毫无意义。欧洲有轨电车线路，因其位于马路中间，故100%低地板较有优势，便于乘客上下车。

5 需根据线路与旅客需要选择不同种类的轨道系统

轨道交通系统可划分为有轨电车系统、地铁系统、近郊线路系统、超过40km远郊或卫星城铁路系统、省内和经济区域内的城际铁路、客运专线和高速铁路等6个层次。表4为不同层次轨道交通系统技术参数比较表。

各种主要的轨道交通方式在中国都得到了全面的发展。如今存在的一个大问题是：郊区（市郊）铁路应用的是城市轨道交通模式。市郊线的功能定位是把住宅集中地、卫星城的居民尽快送达市中心，其次是解决沿线居民相对集中地点的居民出行问题。现在有些城市受到沿线居民的压力，把市郊线按照市中心区轨道交通模式来规划，站间距离偏小，增加了市郊线的全程旅行时间，使旅行速度下降，这便失去了建设市郊轨道交通的意义。