于小娟第八章轻轨.ppt

第八章 轻轨运输系统,轻轨运输（LRT）系统是都市运输中最富应用弹性的中运量铁路运输技术。它的发展几乎与人类的公共运输同时起步，在近百年的演化过程中更是兴衰起伏，充满了传奇色彩。,本章分发展简史、系统要素、应用典型及亚洲西欧北美三个地区的实施概况等项目说明。,8.1 LRT及LRRT,轻轨运输(Light Rail Transit，简称LRT)系统是一种将老式的电街车赋予不同的使用路线并革新车种后，演化而成的铁路运输技术。 “LRT是一种以电力驱动的铁路车厢或列车，在特别保留但不一定立体分离的路线中运行的都市运输工具”。,8.1 LRT及LRRT,LRT应用上的灵活性 可于街道上或其中隔部分与公共汽车及其他车辆一同行驶并平面通过交叉路口； 在车辆交通拥挤的市区中心则可以降入地下方式，如同“地铁”般的运行于隧道中，成为“早期捷运”(Pre-Metro)； 若将全线路线用地予以“专用化”（地下、高架或平面），则成为“轻轨捷运系统”（Light Rail Rapid Transit，简称LRRT）。,LRT的运量单方向每小时约在8 000至20 000人次之间，是一种介于公共汽车与重轨铁路捷运系统的中运量运输系统。 往昔“Light Rail Transit”一词中的“Light”，主要用来区分市区电车系统与城际铁路运输所使用钢轨重量的不同，但今日两种系统皆采用相同重量钢轨。,所谓的“Heavy”与“Light”之分则转化成“车厢”及“系统容量”方面的相对比较，因此欧洲与加拿大地区近年来已开始使用“Light Rapid Transit”来称呼包括轻轨捷运系统在内的轻型中运量捷运系统。,一条交通线路单方向每小时的乘客通过量称为交通容量。 5万8万人/h特大交通容量(市郊铁路) 3万5万人/h大交通容量(地铁) 1万3万人/h中交通容量(轻轨) 小于1万/h小交通容量(有轨电车),每小时单向输送能力： 公共汽车20005000人 轻 轨500040000人 地 铁3000070000人,时速： 公共汽车1020km 轻 轨2040km 地 铁4050km，可达7080km 轻轨和地铁的速度是公共汽车的24倍。,8.2 LRT发展简史,轻轨运输系统起源于早期的街道公共运输(Street Transit)。1827年12人集乘的马车在纽约百老汇大道首先出现。 1832年以马拉车厢沿铺设在街道上的轨道运行的第一个都市铁路运输系统在纽约市开始服务。 1886年Frank USprangue发明的电街车（Streetcar或Tram）取代了马拉的车厢，使轻轨铁路运输技术由“马车铁道”迈向“路面电车”，首开近代LRT发展的先河。,8.2 LRT发展简史,自19世纪末叶至第一次世界大战期间是美国电车发展的全盛时期，约有25的都市及近郊人口生活在它的服务范围内；路线附近地价不断上涨，很多新的路线基于土地发展的理由陆续辟设。 1917年时约有1 000家电车公司营运大约8 000部电街车，每年载运约100亿的乘客。,马车铁道（法国里昂/1884年）,19世纪90年代的路面电车,1900年左右的路面电车,1935年第一部标准化的电车车厢制作完成，称为“PCC Car”。从此PCC Car运行于除新奥尔良及费城“红箭线”(Red Arrow ivision)外的北美各路面电车系统。,PCC电车（美国匹兹堡）,PCC Car的基本设计非常简单，单节车厢长约15米，质量约20吨，通过架空缆线将600伏特的直流电充入车底的两个车架以驱动运行。除车厢各部分构件标准化外，内部坐位安排或外观设计可随需要调整，一般可设50个坐位及5070个站位，并在车厢右侧设有两个双开门。 由于二次大战期间油料及汽车的缺乏，虽然PCC Car为电车系统挽留了不少乘客，但仍无法阻止衰退之势，主要原因不在于系统本身功能的问题，而是社会经济不景气的影响。当时作为民营运输企业的电车业者无利可图，终而导致停业。1946年全美电车系统的轨道里程长度已剩下1917年时的13。,50年代是电车系统在北美大陆黯淡的时代，但是在欧洲却有明显发展。很多欧洲城市在战后将当时的路面电车改进成快速高效的LRT系统，获得相当大的成功。 欧洲地区发展电车系统的时间与类型大致与北美大陆相同。从19世纪末叶开始，先在市区街道布设电车路网，当城市扩展时，路线则随着延伸至郊区。由于小汽车发展的速度较缓慢，以及处理都市交通问题的对策不同，使得西欧与北美在50年代LRT系统的发展有了很大的差别。,与PCC Car不同的地方是，SLRV为一种“联结车厢”，由一个旋转轴承将前后两半车身连结为一体，乘客可经由此移动。SLRV的容量大约两倍于PCC Car，但只需一位驾驶员操作。另外，加拿大的UTDC于1975年亦开发出一种四轴的轻型车厢，称为“加拿大轻轨车厢”(Canadian Lighl Rail Vehicle，简称CLRV)，并根据CLRV的规格于稍后开发成类似美国SLRV的六轴“联接轻轨车厢”（Articulated Light Rail Vehicle，简称ALRV）。,CLRV（加拿大多伦多）,8.3 LRT系统要素,LRT系统一般包含路线、轨路、车辆、控制等几个要素。,LRT在路线布设上具有相当大的弹性，可以随着不同的都市环境及营运条件，作各种类型的路线安排。,8.3.1 路线布设,8.3 LRT系统要素,1 路线 于道路中央布设分隔带是最常用的 LRT 路线布设方式，通常两车道需7.5米宽度。 列车以一般或优先信号平面通过路口，如道路无中央分隔带，可设于路面中央，或沿路缘人行道边设置。,8.3 LRT系统要素,1 平面路线 有些欧洲城市则将LRT轨地面抬高道路铺面约15厘米，以抑止汽车在其上行驶。 如将某些街道路面仅对LRT列车及救护车与行人开放，禁止汽车通行，则形成“捷运徒步区”(TransitPedestrian Mall)。这是近年来流行于欧美结合大众运输/土地使用的都市更新手法。,Transit Mall（美国萨克拉门托）,2 立体分离路线 此种路线通常分为路堤（Embankment）与路堑（Depression）两种类型。 采用路堤型路线时，需建造桥梁结构以供相交叉的汽车从其底下穿过。 路堑型路线低于地面，在通过交叉路口时，亦需筑造桥梁结构供汽车从其上而过。,2 立体分离路线 路堑或开口地下型路线的好处是，LRT列车运行时产生的噪音可以经由两旁的岸壁吸收而降低，将来如有需要亦可加盖而成“地下路线”(Subway)，但造价较贵，排水问题需审慎考量，并需经常清除路面飘落的污物。,3 地下路线 地下路线通常布设于闹市区路段。,地 下 式 的LRT,4 高架路线 当无法布设专用路线式的平面路线或地下路线时，高架路线成为一种可行的布设方式，但主要取决于邻近地区的接受能力。伦敦的Docklands LRT和马尼拉的Metrorail均为近年来建造的高架LRT系统范例。,5 共用路线用地共轨路线 除于街道中与汽车交通混合使用路面外，LRT系统亦具有能运行于传统铁路轨路设施的特性。都市区中如有废弃或闲置的铁路用地，经过轨道整修并配置电气化设备后即可成为LRT路线，如波士顿的滨河线（Riverside Line）即是购用废置的铁路用地转化而成LRT路线。,5 共用路线用地共轨路线 LRT系统亦可与货运铁路以“共用轨路”（Traek Sharing）方式营运，即货运铁路仅利用深夜至黎明前的时间操作，其余时间则由LRT利用该轨路设施作客运服务。欧洲的某些LRT系统即此种类型的路线，美国圣迭戈LRT系统路线中的一段亦为客货共轨线。,LRT系统的轨路构造与一般铁路系统相类似，采用标准轨距（4英尺8.5英寸）。欧洲地区除了采用标准轨距外，亦有采用1米（约3英尺3.33英寸）轨距的。 钢轨一般选优点多的连续焊接轨（Continuous Welded Rail），可减除震动与噪音以确保舒的乘用品质。枕木为7英寸9英寸断面，长8.5英尺，排列间距为24英寸。路基可铺碎石或矿渣。,8.3.2 轨路构造,LRT的站台设施通常很简单。平面运行路段一般仅在站区设置供乘客等候或上下车的站台岛，如具专用路线，则除站台可以加遮檐外，甚至可修建站房。 地下式的LRT车站与MRT地下车站的设施非常类似，但可采用低站台设计（即站台地板高度低于车厢地板高度）。,8.3.3 车站,LRT平面站台（德国杜塞尔多夫）,LRT地下车站低站台（法国里尔）,BUS/MCT/LRT转乘车站（法国里尔车站）,目前世界上约有9个国家的20余家厂商生产制造轻轨车辆(LRV，品牌不同；主要分成下列几项:,1 单双车头 单车头车厢价格较廉并具较大容量，双车头车厢（车厢两端均设驾驶座）可减省系统建设经费并提供较大运作弹性。,旧式单头电街车,8.3.5 车辆,2 轴联结 LRV一般分成“联结”与“非联结”车厢两类，非联结车厢为四轴双车架形式。单联结车厢包含两节车体，共具三个车架(一个在联结部的下面)六个轮轴。双联结车厢（Double ArticulatedVehicle）则拥有三节车体，中间的一节较前后两节为短，具四个车架（八个轮轴）。,单联结LRV,双联结LRV,3 车厢尺寸 根据车种的不同，车长从1428米，宽度从2.22.8米，高度则由3.13.5米。,LRT具有克服陡坡及急转弯的能力（瑞士苏黎世）,4 转弯半径 配合车种及转弯速度的不同，最小转弯半径从11米至50米。,LRT具有克服陡坡及急转弯的能力（瑞士苏黎世）,5 最大速度 在高绩效运行状况下，最大速度可从60公里小时至100公里小时。 日本川崎重工为美国费城生产的SE9000型单头车，长15.24米，宽2.59米，高3.6米。为配合在都市区的转弯运作，车头略成锥形。车体结构系由防蚀高拉力钢板构成。由于费城地区融雪含盐分，车底部分使用不锈钢。车厢的右侧设有两道车门，一设于驾驶坐侧，另一设于车身中间部位。由于装设感应器，车门具有重开重关功能，门扉启闭为气压式操作。车厢内除具11个单人坐外，其余均为双人坐，共有51个坐位。,SE9000型单头LRV（美国费城）,Docklands LRV（英国伦敦）,LRT系统的运行管制方式与MRT相类似，但较为简单。在不设信号的路段或路线，列车通常由驾驶员以“目视”的方式控制，像公共汽车系统一样，自始发站依排定时间出发，沿途由驾驶员操作靠站以至终点站。 为了提高平均运行速度及准点性，有些系统在通过平面交叉路口时设置“优先信号”（PreferentialTraffic Signal）以便LRT优先通过路口。另外，使用无线电通信也可增加运行管理效率或供紧急处理之用。 德国Rhein-Consultant公司的技术经理HelmutGerndt根据上述路线安排、轨路构造、车站布设、车厢及控制运作等因素的不同组合及其相对绩效，将LRT系统分成下列4个等级。,8.3.6 运行管制,（1）第1级系统 此等级主要应用于需求量较低地区，在市区中以电街车形式运行于与汽车交通混用的路面轨道。 （2）第级系统 此等级位于市中心交通拥挤的地区，将部分路段转至地下或高架化，其余路段则保留平面，并以信号控制加强运行效率。,（3）第级系统 此等级系统中大约有20的地下或高架路段，平面路段则以“优先信号”方式通过路口。路线中的大部分路段装设列车防护措施，以维持快捷及可靠的服务，如运行间距短，并要求高度的可靠性，则可考虑使用电脑化列车自动管制。 （4）第级系统 此等级主要应用于人口密集的都市，系统路线绝大部分拥有专用路线用地，市区路段设于地下或高架化，郊区则以隔离或专用方式保障列车通行的优先性。在运行管理方面，可使用全自动化管制系统。,8.4 LRT的应用类型,LRT系统在都市运输规划中应用的领域相当广泛，主要可分成下列几种类型。 1 市郊与市中心区间联络线 如克利夫兰的Shaker Boulevard线、伦敦Docklands LRT的Tower GatewayIsland Gardens线及马尼拉的TaftRizal线。 2 市中心区集散路线 如多伦多、旧金山、法兰克福、杜塞尔多夫等城市LRT系统的市区路段。,3 铁路捷运系统连接路线 如波士顿的MattapanAshmont线为MBTA红线(HarvardAshmont)的连接路线。 4 都市周边地区环状线 如比利时布鲁塞尔LRT的外环线。,5 特定区间连接路线 如得克萨斯州FortWorth市的M&O Subway(连接大停车场区及百货公司)及香港的屯门元朗线。 6 都市地区运输主轴 如德国波恩、汉诺威，日本广岛、长崎、熊本，菲律宾马尼拉，马来西亚吉隆坡的LRT路网。,现在ALRT代表以线性马达推进，使用轻量铝质车厢，全自动化运作及列车控制的捷运系统。 ALRT的特点是： （1）轨路及车站构造纤细轻巧； （2）车厢小型轻量； （3）钢轮钢轨支撑； （4）线性感应马达推进； （5）活动转向式车架转弯； （6）全自动化（无人驾驶）运作； （7）自动化列车管制。,8.5 新型轻轨运输系统（ALRT）,8.5.1 ALRT的特点,在北美洲的三个城市底特律、温哥华及多伦多，分别采用这种技术作为市中心区客运系统、都市运输主轴及MRT系统接运路线后。,A L R T,1 轨路结构 ALRT的轨路可以平面、地下及高架方式布设。当轨路设置在平面及地下时，铺设25厘米厚的混凝土板作为路基，高架轨路则采用预制混凝土或钢板与混凝土混合构成的箱形梁断面。 轨路上铺有两条（一股）运行钢轨，轨距为标准轨距1.435米，钢轨采用连续方式焊接，轨重每米48公斤。运行钢轨中间铺一条宽35厘米包覆铝片的LIM轨(感应轨)，与线性马达产生感应作用以推进列车。,8.5.2 ALRT系统要素,一般ALRT两车道轨路断面所需的宽度为6.6米，可以单柱支撑，支柱间距最长可达45米。 ALRT在路线布设上除可用单柱支撑双车道以节省使用空间外，纵坡爬坡度可达6以上，而最小转弯半径则可降至20米以下。,2 车辆构造 ALRT车厢系用轻质铝合金构成，空重为14 370公斤。车厢的尺寸与一般市区公共汽车差不多，长12.7米，宽2.4米，高3.1米。车厢两边各有两个宽1.22米的双开式车门。车厢正常容量可设计为80人（坐站位各40个），最拥挤时可达110人（70个站位）。 ALRT车厢可“单节”方式运行，亦可联挂成最多六节车厢的列车。车厢的编组全为自动化操作。,在车厢的推进方面，每个车厢具有两个线性马达（Lillear Induction Motor简称LIM），分别装存车底的两个车架上，列车运行速度通常为72公里小时，最高可至90公里小时。,ALRT车厢（UTDC System 3200）,3 支撑与导引 ALRT的支撑与导引仍然沿袭传统性的钢轮钢轨组合技术，主要系基于下列的理由： （1）可以全天候地达到加减速度方面的高绩效运作需求； （2）可以减低滚动摩擦，节省推进时的电力损耗； （3）可以直接应用已经证实并且可靠的传统性铁路转辙技术； （4）由于使用线性感应推进马达及活动转向车架，可使轨轮的磨损与噪音减低； （5）具有全面防火的安全性。,4 推进与制动 ALRT是由精巧的电动线性感应马达实现列车推进与制动。 线性感应马达（LIM）基本上就像一个“剖”开的旋转式电动马达，当装在车架下面的线圈（Electric Coils）通电后产生流动的磁场，并与轨路上铁铝包覆的“感应轨”相互感应。借这个磁场的电磁作用，列车不必经由车轮的推动即可前进。若运用相反方向的作用程序，同时把再生（Regenerated）电力送回电源系统，则可使列车刹停。,电力系利用装设在轨路上两条电力轨（Power Rail）以600伏特直流电输送；车厢上装有电流调整器，将输入的直流电转换成三相交流电以供LIM使用。 LIM相当精巧，没有传动箱与重型马达轴承，因此就没有磨损的部分。马达内没有活动的零件，所以仅需简单的保养维护。同时车轮系供导引车厢沿轨道方向前进用，不需借助摩擦运行，因而极少磨损，噪音亦可相对减低。,由于LIM的推进与轮轨附着运行的方式不同，因此具备在全天候状况下运行操作和不受雨雪影响的性能。,旋转感应马达（左）与线性感应马达（右）示意图,5 转向设计 ALRT “活动转向轴架”（Steerable Axle Truck）是该系统中除LIM外另一最具革新性的铁路运运输机械设计。 一般铁路车厢的“滚轴架”均为固定式，即每个滚轴架上的两根轮轴都固定于与轨道成900的位置，当列车转弯时，在弯角处轨道和轮子滚轴架发生磨损，并且发出刺耳的噪音。 活动转向架的独特设计则消除了上述传统轴架的缺点。随着列车在弯曲路段方向上的变换，转向架的轮轴亦跟着调整，使车轮沿弧形轨道转动而成辐射径线的位置，因此不但减低了噪音及轮/轨之间的磨损，也因为轮轴可在转弯时作辐射性的调整，降低了路线本身布设上所需的最小转弯半径（支线可至20米以下），并相对增加了在市区应用的可行性。ALRT转向架由冶铝材与高级钢轴构成，钢轮具46厘米的直径。,ALRT的活动转向架（右）与一般铁路的滚轴车架（左）,6 控制系统 ALRT系统全自动化的运作与管理系由中央控制中心集中控制。在列车管理方面，采用自动调整的“Moving Block”理念构成的SELTRAC列车自动管理系统，列车之间的安全距离随列车移动的速度而调整，具高效率，因此列车班距可达每60秒一班。 ALRT的电脑网络管控工作分成下列 3个层次。,（1）由控制中心管理人员与两台电脑组成“系统管理中心” （System Management Center）执行。 统一排班调度。 监视列车各项设备状况。 处理紧急状况。 （2）由三台电脑构成“列车控制中心” （Vehicle Control Center）执行。 控制列车速度。 控制列车停靠。 控制列车起止。,（3）由车上装配的微电脑构成“车上控制” （Vehicle on Board Control）执行。 传报列车速度、方向和位置。 一控制车门开关操作。 控制空调与照明。 控制LIM加速或刹车。 传递列车设备性能的各项资讯。 上述电脑网络全面性地检查各部门状况，以使列车安全迅速地运行。通信器材方面以电子仪表与不需保养的感应圈代替了一般管理系统的继电器与联锁器，因此仅需少数操作人员。整个系统集中于一个地点管理并能迅速处理各种特别需求或紧急状况。,6 ALRT的应用典型 基本上，ALRT可以提供单方向每小时5 00025 000人次范围内的中高运量捷运服务，依其规模大小，可分成下列3个应用类型： （1）市中心闹市区环线集散系统，如底特律市区客运系统(Detroit DPM)； （2）重轨铁路捷运接运系统，如多伦多Scarborough RT； （3）都市主要捷运系统，如温哥华ALRT（Sky Train）。,1）底特律市区客运系统（Detroit DPM） 为了疏解闹市区交通拥挤及停车问题，并提供快速、安全与方便的大众运输服务，底特律的市中心区自动化运输系统(Central Automated Transit System，简称CATS)计划于1982年与迈阿密的DCM同时获选为联邦运输部都市大众运输管理局(UMTA)的“市区客运系统”专门补助计划。 CATS是美国第一个在高纬度低温地区建造的客运系统(People Mover)，与处于亚热带气候下的迈阿密市区客运系统在应用上具有相互比较的意义。 底特律市区客运系统于1982年10月完成路线选定工作，并于1983年10月31日破土动工，原订于1986年1月通车，但由于发生资金短缺及工程质量问题以致进度耽搁，延后于1987年8月完工。,CATS由密歇根州东南区运输局(Southeastern Michigan Transportation Authority，简称SEMTA)策划进行，联邦政府UMTA、州政府运输厅及底特律市政府协办。资金来源由UMTA提供80的建设费（包括土木工程及车辆购置费用），其余的20由密歇根州政府负担，底特律本身则负责提供工程所需用地。 UTDC（USA）Inc在统包契约下执行整个系统的规划、设计、建造工作。设计总顾问由GannettF1eming of Michigan，Inc担任，施工管理工作则交由Morrison Knudsen Company，Inc负责。另外，底特律市的JLdumas and Company亦参与部分咨询工作。,(1)路线与车站 底特律市中心区客运系统路线长4.7公里，自市区 Time Square 开始，以逆时针方向的单车道轨路环绕中心商业区一周。其中有一段跨过Lodge Freeway后濒临底特律河（Detroit River）边码头布设，为路线中的特色。,底特律市中心区客运系统,沿市中心区各重要地点共设13个车站，其中有 5 个与现有建筑物连接。Millender Center车站系运用“区分地上权”的观念配合设置于该商业区内建筑合并兴建。建设当局同时考虑 Joe Louis Arena 河岸地区的商业零售住居混合发展，在附近设置的 Arena 车站也设有联络通道，分别通往社区内各地。 基于底特律地区的高犯罪率，车站设计采用明朗开放方式，整个车站墙面均为透明玻璃纤维构成，因此无任何黑暗死角可使歹徒藏