现代有轨电车的适用性研究(道路与铁道工程专业优秀论文).pdf

摘要 摘要 随着我国城市化水平的不断提高，城市交通面临的压力越来越大，同时， 城市交通的需求趋于分层次、多元化地发展，现代有轨电车作为介于城市快速 轨道交通与常规公交方式之间的公交系统，在我国将有广阔的发展前景。本文 对现代有轨电车有一个系统的全面的认识，主要从功能、应用技术条件、与其 他公交对比三个方面论述了现代有轨电车的适用性，为城市建设现代有轨电车 提供参考和依据。主要研究成果包括以下几个方面： 首先，通过剖析国外现代有轨电车不同功能的案例，结合对现代有轨电车 运能和速度的理论计算和分析，提出其适用的客流需求和快速公交通道，并为 我国现代有轨电车不同发展阶段的功能定位提出了参考意见。 其次，从线路技术要求、路权形式的选择、交叉口的处理、车道和车站的 布设方式以及轨道的铺设几个角度总结了现代有轨电车的应用技术条件，分析 了现代有轨电车建设于城市道路上的可行性及各种技术方案的适用情况。 第三，从功能、经济性、能耗三个方面详细比较现代有轨电车与其他公交 方式( 主要为b i 玎) ，同时粗略地比较它们的环保性、舒适便捷性等方面，得出 现代有轨电车的优劣势以及有关各种中低运量的快速公交方式适用性的结论。 最后，以上海市嘉定区内一条快速公交通道上建设现代有轨电车为例，分 析现代有轨电车实际应用中的适用条件，提出具体的技术实施方案。 关键词：现代有轨电车，功能，技术条件，城市快速公交系统，适用性 a b s t r a c t a b s t r a ct w i t hm e u r b a n i z a t i o nl e v e l si m p r o v i n gi no u rc o u n t r y , t h eu r b a nt r a f f i cm a yf a c e m o r ea n dm o r ec h a l l e n g e s ，m e a n w h i l e ，t h ed e m a n d so fu r b a nt r a n s i ta r eg o i n gi n t o d i v e r s i f i c a t i o n t h em o d e mt r a m sw i l lb ed e v e l o p e df a s ti no u rc o u n t r ya st h ee x a c t l y s u i t a b l et r a n s i tm o d eb e t w e e nu r b a nm a s st r a n s i ta n dn o r m a lt r a n s i t t h i sd i s s e r t a t i o n h a sp r e s e n t e dt h ew h o l en a t u r eo fm o d e mt r a m s ，d i s c u s s e dt h ea p p l i c a b i l i t yf r o m t h r e ep a r t s ：t h ef u n c t i o n ，t h et e c h n i c a l q u a l i f i c a t i o na n dt h ec o m p a r eb e t w e e n d i f f e r e n ts o r t so f p u b l i ct r a n s i t t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，a f t e rt h ea n a l y z a t i o no fd i v e r s ec a s e sa b o u tm o d e mt r a m sf u n c t i o n ，a n d t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no ft h ec a p a c i t ya n ds p e e do fm o d e mt r a m s ，t h i sd i s s e r t a t i o n d r a w sac o n c l u s i o no ft h ep a s s e n g e rv o l u m ed e m a n da n d r a p i dt r a n s i tr o u t e w a yw h i c h m o d e mt r a m sa r ea p p l i c a b l e ，a n dp u t sf o r w a r dt h ef u n c t i o no fm o d e mt r a m si n d i f f e r e n ts t a g eo fd e v e l o p m e n ti no u rc o u n c t y s e c o n d ，t h i sd i s s e r t a t i o nd i s g u s s e st h et e c h n i c a lq u a l i f i c a t i o no fam o d e m t r a m w a y , t h er i g h t o f - w a y , t h es i g n a lc o n t r o li ng r a d ec r o s s i n g ，t h el a y o u to ft r a m w a y l a n e sa n ds t a t i o n s ，a n dt h et r a c ks t r u c t u r eo fm o d e mt r a m s c o n c l u s i o n sa b o u tt h e f e a s i b i l i t yo fm o d e mt r a m so ne x i s t e ds t r e e t sa n da p p l i c a b l eq u a l i f i c a t i o no fd i f f e r e n t t e c h n i c a ls c h e m e sa r ed r a w n t h i r d ，t h i sd i s s e r t a t i o nd e t a i l e d l yc o m p a r e st h em o d e mt r a m sa n do t h e rp u b l i c t r a n s i tm o d e s ( m a i n l yw i t hb r t ) f r o mt h r e ea s p e c t s ：f u n c t i o n , e x p e n s ea n de n e r g y c o n s u m p t i o n t h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fm o d e mt r a m s a n dt h ec o n c l u s i o n s a b o u t a p p l i c a b i l i t yo f d i f f e r e n tr a p i dp u b l i ct r a n s i t sa r ed r a w n i nt h ef i n a l i t y , t h i sd i s s e r t a t i o nt a k e sj i a d i n gd i s t r i c ti ns h a n g h a ia sa ni n s t a n c e t oa n a l y z et h ea p p l i e dt e c h n i c a ls c h e m e s k e yw o r d s ：m o d e mt r a m ，f u n c t i o n ，t e c h n i c a lq u a l i f i c a t i o n ，u r b a nr a p i dt r a n s i t ， a p p l i c a b i l i t y l i 知识水坝为您整理 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：侄丝 & 一髫年；月罗日 知识水坝为您整理 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 门g 矿 易兰玺 璐晕3月 9 日 l 第1 章绪论 1 1 现代有轨电车的概念 第1 章绪论 现代有轨电车在我国处于起步发展阶段，概念不十分明确，范畴比较模糊， 首先必须明确其系统的概念，接下来才能研究它的适用性。 根据我国现行的城市快速轨道交通工程项目建设标准【l 】，城市轨道交通 按系统容量可分为i 、i i 、i i i 级，分别对应芝5 、3 , - - , 5 、1 - 3 万人次l l 的单方向 小时断面客流输送能力，也分别称为高运能、大运能、中运能的轨道交通。 显然，以上按照系统容量划分城市轨道交通的种类还不够全面，断面运能 没有覆盖到 l 万人次i l 的范围区间，而根据国外的经验，现代有轨电车的运能 范围恰恰涵盖了这个范围。下文从现代有轨电车与轻轨系统的关系来讨论现代 有轨电车的范畴与定义。 1 1 1 广义上的轻轨系统 广义的“轻轨系统”是指国际通用的城市轨道交通专用名词：l r t ( l i g h tr a i l t r a n s i t ，本文中特指“轻轨系统”) 。1 9 7 8 年在布鲁塞尔国际公共交通联合会 ( u n i o ni n t e m a t i l n a l ed e st r a n s p o r t sp u b l i c s ，简称u i t p ) 召开的第一次“轻轨 委员会”( l i g h tr a i lc o m m i s s i o n ) 会议上正式提出“l r t 一词，主要是表示轻 轨系统施加在轨道上的负荷重量相对于传统的铁路系统或大运量快速轨道交通 系统明显较低，用轴重或系统容量来区分h r t 与l r t 。1 9 7 9 ，u i t p 正式为l r t 定义：l r t 为城市轨道交通的一种型式，可由传统电车行驶于专用车道的运输 等不同阶段发展，每一阶段可以是最终阶段，但亦可保留进化到下一个更高阶 段的可能性。【2 】 此后，美国运输研究学会( t r a n s p o r t a t i o nr e s e a r c hb o a r d ，简称t r b ) 于19 8 9 年提出轻轨运输系统意指：一种电力驱动的城市轨道运输系统，可以单节车厢 或短列车行驶于地面、地下或高架的隔离专用车道，或行驶于街道上，其车辆 设计允许使用低月台( 与轨面同高程) 上下乘客，或使用高月台( 与车辆地板 同高程) 上下乘客。 1 第1 章绪论 轻轨系统按照运能水平、路权等级等方面，还可以进一步分类，不同等级 的轻轨系统功能与服务水平各不相同。t r b 按照路权形式的不同，将l r t 分成 了3 种形式1 0 种类别( 见表1 1 ) 。 表1 1 北美l r t 路权形式分类 类型分类编号 路权及控制方式 完全独立路权 t y p ea 全隔离路权 t y p e b 1隔离起来的路权 t y p e b 2 共享路权有6 英寸高的路缘石或栅栏保护 半独立路权 t y p e b 3 共享路权有6 英寸高的路缘石保护 t y p e b 4共享路权可越过的路缘石、标线专用路 t y p e b 5 l r t 与道路平行，与人行道相邻 t y p ec 1 混合交通 混合路权 t y p ec 2公交专用路 t y p ec 3 l r t 与行人专用路 由此看来，国际上普遍认同的轻轨系统的范畴是相当宽泛的，线路的制式 等级也比较多，既包含了类似于地铁系统但是运能稍小的完全独立路权的系统， 也包含了与机动车混行于路面、运行速度较慢的现代有轨电车。但是这种轻轨 系统的分类方式在我国却没有普及，在我国的轨道交通的分类系统中，也找不 到现代有轨电车合适的类别位置。 1 1 2 狭义上的轻轨 狭义上的“轻轨”( 为与广义上的轻轨系统区分，此后文中轻轨都特指狭义 上的轻轨) ，是我国对于单方向小时断面运能为1 3 万人次h 的城市轨道交通 系统的一种称呼。这种对“轻轨”约定俗成的叫法一直沿用至今，但是其含义 与l r t 是有着包容性关系的，不可混为一谈。 我国的轻轨一般指敷设方式以高架和地面为主，全封闭独立路权行驶，车 2 第1 章绪论 辆多采用c 型车，运能低于地铁的一种中低运量的城市轨道交通。在表1 1 中对 应的路权为a 型，可以看出，通常我国所指的轻轨只是制式等级较高的l r t 系 统。 由于轻轨在我国这种特殊的称呼，使得人们甚至有些交通专业的工作者将 轻轨的制式等级定位得很高，而把现代有轨电车当作与轻轨差异悬殊的交通方 式，殊不知现代有轨电车与早期的路面电车相比已有了质的提升，在功能上也 接近了轻轨下限的水平，这种对现代有轨电车的不客观认识对于其在我国的发 展应用产生了很大的制约。因此本文首先对现代有轨电车系统作以初步的定义， 划出其归类范畴，如有不妥之处，还请后续研究的学者加以补充、更正。 1 1 3 现代有轨电车的范畴及定义 虽然轻轨系统是从旧式有轨电车的基础上发展而来的，从车辆技术上存在 继承关系，但是无论从系统的运能、路权等级还是旅行速度等方面都远远超过 了有轨电车的范畴。从欧美的普遍分类方式和l r t 的定义来看，都可以将现代 有轨电车视为轻轨系统中技术等级较低一类。国内的文献【3 , 4 , 2 4 1 也普遍将现代有 轨电车划为“低运量轻轨交通”的范畴。相对于1 1 2 中的狭义上的轻轨而言， 轻轨系统中除了全封闭独立路权外，其他路权形式的l r t 都可以算做现代有轨 电车。当然，实际情况中，可能一条线路的路权形式是变化的，可以在某些区 段是独立得路权，另一部分区段是共享路权。 笔者认为，现代有轨电车系统的定义应该为：焉劈刃行方税曹事、与：路面 交通i 具( 汽车、菲机动车等) 混行或半隔离、以平面交叉蜀为i 的一种较低 等级的轻动就例如法国斯特拉斯堡、瑞士同内瓦现代有轨电车系统( 见图 1 1 ) ，以及我国目前在大连、天津运营的现代有轨电车系统( 见图1 2 ) 。 3 第1 章绪论 ( a ) 法国斯特拉斯堡市现代有轨电车 ( b ) 瑞十日内瓦市现代有轨电车 图1 1 国外典型现代有轨电车系统 ( a ) 大连现代有轨电市 ( b ) 天津现代有轨电车 图1 2 我国的现代有轨电车系统 现代有轨电车的概念中着重于“现代”二字，正是大量现代化技术的应用 使得原有行驶在路面的“叮当车”得以改进而适应现代城市交通的需求。现代 有轨电车的特点主要体现在： 路段一般拥有独享的路权( 混行路权的线路在电车运行的一段路段内， 路权也必须为电车独享) ，交叉口处信号优先，保证运行速度和安全。 线路以地面线为主，车站结构简单、规模小，与其他城市轨道交通相比， 基础设施投入很少。 以低地板车辆为主，车辆的性能出众，适应城市道路的线型和设站的需 求，乘客上下车方便，乘坐舒适度高。 环保性、美观性好。振动和噪音较之大运量的轨道交通小得多；线路和 4 第1 章绪论 车辆都十分美观，成为城市一条靓丽的风景线。 现代有轨电车作为城市新兴的先进的公交方式，正越来越受到全世界各国 的重视，在我国的推广也充满了光明的前景。 1 2 研究背景 随着我国城市化水平的不断提高，城市交通面临的压力越来越大。对于我 国这样一个人口众多，资源相对匮乏的国家，大力发展城市公共交通，尤其是 城市轨道交通这样一种单位能耗少、环境污染低、运输能力大的交通方式才是 缓解交通问题的根本出路。 目前我国的城市轨道交通规划与建设集中在特大城市，且多为地铁和轻轨， 而真正存在有轨电车的城市寥寥无几。地铁轻轨虽然运能大，舒适度高，但是 其高昂的造价使中小城市望而却步，漫长的建设周期也使得目前迫切的交通需 求得不到解决。而现代有轨电车造价相对便宜，建设周期更短，并且有良好的 继承性，可为将来过渡为轻轨做准备和铺垫，这些优势都使得现代有轨电车可 以在中小城市大展鸿图。同时，由于城市交通的需求是分层次、多元化的，在 大城市不仅需要高运量的城市规大交通作为交通骨干，还需要中低运量的地面 公交协调发展，现代有轨电车可以作为大城市的轨道交通加密网络而发挥作用。 上世纪6 0 、7 0 年代，西方国家的能源危机使得本己濒临废除的有轨电车焕 发了“第二青春”，布鲁塞尔、哥德堡等多个城市发展了现代有轨电车。与老式 有轨电车相比，其运行速度快、舒适度高、运营时刻精准。目前在欧洲中等城 市，现代有轨电车作为城市公共交通的骨干，发挥了巨大的作用，而像柏林、 巴黎和伦敦这样的大城市也纷纷建设了有轨电车，作为地铁轻轨的加密网络或 在郊区的延伸线路。欧洲的经验给我国很大的启示，为了避免中小城市的交通 重蹈大城市交通发展的覆辙，建立可持续发展的现代交通体系，现代有轨电车 将扮演举足轻重的角色。 现代有轨电车适用于何种客流规模的城市和交通走廊，它的客运功能如何， 应用技术条件与技术要求是什么，与其他公共交通方式比较的优劣势以及如何 解决它与其他城市交通和城市景观环境的冲突都决定了现代有轨电车的适用 性。目前我国在此方面没做过深入具体的研究，泛泛的提出现代有轨电车优点 众多，可以在我国大力发展这些观点是远远不够的，有必要对以上问题做深入 5 第1 章绪论 的比较分析，得出关于现代有轨电车适用性的一般结论，提出解决有轨电车不 足之处的对策，对现代有轨电车有一个系统的全面的认识，为城市建设现代有 轨电车提供参考和依据。 1 3 国内外研究现状 目前，国内外关于论证现代有轨电车适用性的文献比较少，分别有相关文 献分析了有轨电车的技术特性、经济特性、环境影响以及发展有轨电车系统的 初步探讨和运行模式。但是我国全面认识现代有轨电车的文献资料还是空白。 文献 5 概括了现代有轨电车的技术特点，提出了现代有轨电车的发展方向。 该文主要是从车辆的方面论述了现代有轨电车的特点，还有待于研究的是现代 有轨电车线路的特点最小曲线半径、最大坡度、停靠站的设置等。 文献 6 】分析了大连市有轨电车的实践和苏州市有轨电车的规划，得出关于 有轨电车适用性的结论：现代有轨电车的运能虽不及轻轨系统，但由于其造价 低，灵活性好，更方便乘客，可以更符合城市街道的布局等，所以它完全可以 作为城市综合立体交通系统的辅助线路。 文献 7 q b 总结出“现代有轨电车是一种中运量的交通工具，可以作为人口在 2 0 - - - 5 0 万的中等城市的骨干公共交通运输工具，同时也可作为大城市中大运量 交通工具的辅助。 文献 8 中介绍了目前现代有轨电车的交叉h 信号控制的普遍方式：当有轨 电车通过与社会车辆冲突的交叉口时，检测装置传送电车到来的信息使得控制 系统为电车提供优先通行权，信号的切换时刻设置在社会车辆通行的某一相位 完成后，在电车通过交叉口之前的时段内机动车处于让行状态。这是最常见的 有轨电车交叉口控制方式。本文提出了多层次协调控制方法和交叉口控制的一 般方案，加入实时补偿的原则，以此来处理有轨电车与道路相交的平面交叉口 的冲突问题。这种实时补偿的原则缓解了与相交道路上车流的冲突，可以考虑 作为一种解决方案。 文献 9 】， 1 0 论证了有轨电车交叉口信号优先的措施。前者不仅研究了公交 优先感应信号技术，而且基于公交优先通行的交叉口预信号设置方法进行了研 究，并对两种信号控制方法的公交及社会车辆延误做了分析。后者研究了设置 公共汽车检测器条件下的公交优先信号配时设计，讨论了交叉口实施公共汽车 6 第l 章绪论 优先信号前后的效益对比，提出了系统最优的公交优先信号配时调整。两篇文 献关于公交优先实施措施和规划方案评价方面的论述，对于现代有轨电车的优 先通行有着参考意义。 文献 1 1 1 6 7 对城市轨道交通的两种主要供电方式做了分析比较，得出了关于 触电网馈电方式的优势和特点，并引用了g b 5 9 5 1 城市无轨电车和有轨电车供 电系统所列数值，明确了我国有轨电车牵引电压的制式。 文献 1 2 】中引用了诸多美国的实例，将b r t 与l r t 系统进行了详尽的比较， 得出了b r t 系统在经济性方面优于l r t 的结论。 文献 1 3 】通过模拟分析了b r t 与l r t 系统的单位运营费用以及固定成本的 年均摊费用，并将二者比较，l r t 在经济性方面略优于b r t 的结论，同时建议 由于两种系统的系统特性十分相似，可以模糊二者问的概念，统一称为r l t ( r a p i dl i g h tt r a n s i t ，中低运量的快速公交) 。 文献【1 4 有对城市轨道交通和常规公交系统( 其中也包括类似b r t 方式的 公交专用道和专用路上的公交车) 的运能做了详细的分析，并论述了车辆靠站 的形式、交叉口信号、享有的路权等方面对不同公交方式的影响，但是没有给 出具体的数值进行定量的比较。 文献 1 5 】提出了l r t 系统其面临的挑战、需要改进的方面以及改进的措施。 在国内外关于现代有轨电车的文献中，有轨电车功能方面所涉及的文献初 步分析了现代有轨电车的功能，归纳了其主要的技术特点，以此提出了有轨电 车的适用范围。但是其适用范围的提出没经过系统的论证，且结论没有理论和 数据基础，同时对不同的现代有轨电车模式所能达到的运能水平缺乏更加深入 地研究。 应用技术条件部分很少有针对现代有轨电车的专门的文献。仅信号控制和 供电有相关文献作以介绍，其他方面例如车辆与线路的参数、车站设置、 有轨电车的轨道等内容都要参看与有轨电车相类似的交通系统的相关文献。 现代有轨电车与其他公交方式的比较方面，目前没有文献以功能和应用技 术条件为主要内容的比较，经济性和能耗方面的比较也是较为粗糙的。 7 第1 章绪论 1 4 研究目的和方法 1 4 1 研究目的 本文研究的目的主要是为后续研究现代有轨电车的学者作铺垫，使得对现 代有轨电车( 对于我国来说，一种全新的公交方式) 的认识更加全面、更加深 刻，并为现代有轨电车在我国的发展、应用提供探索性的资料及依据。 围绕着对现代有轨电车基本的认识这一主题，本文着重解决三个方面的问 题： ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 现代有轨电车的功能。现代有轨电车有其功能的目标定位，即在什么样 的交通需求前提下，现代有轨电车才适用。 现代有轨电车的应用技术条件。如果现代有轨电车的功能适合某一交通 需求，那么在应用现代有轨电车的过程中( 主要指规划、建设期) 需要 满足什么条件，并需采取何种技术手段使得现代有轨电车从适用转变为 实用。 现代有轨电车与其他公交方式的对比。在同一种交通需求前提下，可能 有众多的公交方式供决策者选择，与这些公交方式相比，现代有轨电车 是如何体现其优势，并如何取长避短提高适用性的。 回答了以上三个问题，就基本解决了现代有轨电车在我国的适用性问题， 也即是本文的主要研究目的所在。 1 4 2 研究内容和方法 本文重点从功能和应用技术条件方面丌展关于现代有轨电车适用性研究的 研究，并辅以现代有轨电车与其他公交方式的对比进一步论述其适用性。论文 主要内容如下： 从有轨电车的功能历史演变入手，继而探索现代有轨电车的在当前和未来 的功能定位，并深入分析运能和旅行速度两个影响其功能的最主要因素，从而 得出现代有轨电车的适用范围。 了解了现代有轨电车的适用范围后，需要确定建设现代有轨电车有何技术 条件方面的要求，例如：路权形式的选择、交叉口的处理、车道的布设方式及 8 第1 章绪论 需要的路幅宽度等等。这些条件中有的对其功能有影响、制约作用，有的是建 设现代有轨电车所必需的技术条件，应区别对待、分别研究。 从功能、经济性、能耗三个方面详细比较现代有轨电车与其他公交方式， 同时粗略地比较他们的环保性、舒适便捷性等方面，得出现代有轨电车的优劣 势及其有关适用性的结论。 本课题主要采用综述的形式，对国内外现代有轨电车的资料汇总，进而深 入剖析其功能和应用技术条件，得出关于现代有轨电车全面且较深入的认识。 首先采用的方法为收集归纳，将资料按需研究的内容分类，初步认识现代 有轨电车。其次将影响功能的各个因素分离开，按不同的建设和运营标准，分 别总结出相应的功能；应用技术条件分为现代有轨电车使用的硬性条件和允许 在一定范围内变化的条件，同时后者又会制约功能的发挥，与功能的研究互动 进行；从功能和应用技术条件两个方面得出现代有轨电车的适用性，总结出其 适用的范围；之后通过比较的手段，将现代有轨电车与其他公交方式定量和定 性比较，分析出其各自的优劣势。最后，结合实例分析，具体说明现代有轨电 车实际应用中的功能和需要解决的问题。 1 4 3 论文框架 全文共分6 章，结构框架如图1 3 所示。第l 章为对于现代有轨电车的定义 和范畴作以解释并把握全文的脉络；第2 - 4 章分别对应解决3 个主要的问题， 是本文研究的重点；第5 章利用实际案例说明现代有轨电车线路如何适用于快 速公交通道；最后一章是本文的主要结论、对现代有轨电车适用性的展望以及 进一步研究的方向。 9 第1 章绪论 第2 章功能 亟匦亘匿 厂歪百覆i 匪堕亘至匦口 适合于现代有轨电车功能的交 通需求 影响 竺燃 制约 作用 第3 章应用技术条件 i 线路技术要求 l o o o o o 。o o o o o o o 。一 厂面孬万 信吁j 交叉u 控制 建设现代有轨电车必须满足的技术 条件以及影响系统功能并在一定范 围内可以变化的技术条件 第4 章与其他公交方式比较 通过比较得出现代有轨电车与其 他公交方式相比的优劣势，从而 得出适用性 第5 章案例分析 图1 3 本文各章结构框架 1 0 第2 章现代有轨电车的功能 第2 章现代有轨电车的功能 2 1 有轨电车的演变历史 有轨电车从诞生以来，曾经经历了繁荣的发展，成为了众多大中城市首选 的公共交通方式：也经历了全世界范围内的拆除之风，濒临“绝迹”的窘境。 为何有轨电车能够卷土重来，新生的现代有轨电车在城市交通中扮演何种角色， 都是关乎现代有轨电车功能的问题。 2 1 1 有轨电车的兴起与蓬勃发展 1 8 7 9 年，德国西门子公司的创始人维尔纳冯西门子( w e r n e rv o ns i e m e n s ) 在柏林工业博览会上，展示了世界上第一辆实用型的有轨电动车。当时，该车 可以搭乘1 8 人，运行速度1 3k m h ，车辆牵引功率为2 2k w 。1 8 8 8 年，美国弗 吉尼亚州的里兹门德市把市内的有轨马车线路改建成电气化的有轨电车线路， 而成为世界上第一个投入商业运营的城市有轨电车交通系统【3 】。 此后几年内，美国的有轨马车线路都快速地改造成有轨电车线路，至1 8 9 5 年，有轨电车运营线路已达1 21 0 0k m 。同时，也大量新建有轨电车线路，至1 9 2 0 年，美国运营有轨电车的城市共3 7 0 个，线路总长达到2 50 0 0k m ，有轨电车拥 有量近万辆，年客运量达到1 3 7 亿人次，占美国全部城市客运总量的8 8 。在 欧洲，有轨电车也以惊人的速度发展，约一半欧洲大城市的有轨电车网络从1 8 9 5 至1 9 0 0 年起兴建或改造。英国1 9 2 0 年的有轨电车线路总长达到5 0 0 0k m ，有 轨电车拥有量达到1 4 4 万辆【l6 1 。 有轨电车在日本的发展比欧美则晚了近3 0 年，到2 0 世纪3 0 年代发展到高 峰，在6 7 个城市共拥有长达1 4 0 0k m 的营业里程。至1 9 5 5 年，日本的有轨电 车线路总长达到1 4 3 6 7k m ，年运送乘客2 7 5 9 亿人次。 在我国，直到1 9 0 8 年3 月才从上海英租界静安寺一外滩开出了第一辆有 轨电车。在我国有轨电车的发展阶段，北京、天津、上海、哈尔滨、长春、大 连、沈阳、鞍山等城市和香港也都相继建成有轨电车线路，并成为城市公共交 通系统的骨干。上海有轨电车于1 9 0 8 年2 月开通，到1 9 5 9 年有轨电车发展到 第2 章现代有轨电车的功能 顶点，线路总长7 2 4k m ，车辆3 6 0 辆，年运送乘客量达2 7 2 亿人次。大连有轨 电车系统建成比上海稍晚，于1 9 0 9 年9 月正式通车，到1 9 4 1 年营运线路达到 6 5k m ，车辆共计1 4 4 辆。 在有轨电车的鼎盛期，它使城市形态发生了深刻的改变。其轨道沿线土地 丌发迅速，成为城市的繁荣地带。有轨电车是当时城市最重要的交通工具【7 1 。 2 1 2 有轨电车在欧洲的复兴 经历了2 0 世纪3 0 年代全世界范围内的有轨电车拆除风潮后，世界范围内 的有轨电车线路所剩无几，老式有轨电车已经无法解决快速发展的城市所面临 的交通问题。 直至2 0 世纪7 0 年代，以汽车为主导的交通模式所带来的问题越发严重， 能源危机、环境污染、土地紧缺、交通拥堵等问题迫使欧洲发达国家重新将大 容量的轨道交通作为城市公交发展的重点。由于地铁的巨额投资，中小城市无 法负担，便想到重新改造原来被废弃或拆除的有轨电车线路，于是现代有轨电 车在欧洲中小城市诞生了。 现代有轨电车应用以来，以其便捷性、舒适性、美观性以及经济性受到了市 民和政府的肯定。在1 9 7 8 1 9 9 7 年间，以欧洲为“龙头 ，世界范围内有数十座 城市发展了现代有轨电车( 见图2 1 ) ，近1 0 年建成、在建和规划的现代有轨电 车项目更是不胜枚举。 图2 11 9 7 8 - - 1 9 9 7 年间全球新建现代有轨电下的城市7 】 1 2 第2 章现代有轨电车的功能 现代有轨电车不仅在数量上有着蓬勃的发展，而且在分布的广度上也更加 广泛。以欧洲为例，现代有轨电车分布于各种规模类型的城市，大到数百万人 口的国际大都市，小到只有十几万人口的小城市，都有现代有轨电车线路运营 ( 见表2 1 ) 。 但是，与2 0 世纪初的有轨电车不同，现代有轨电车并非占据城市交通主导 的地位，甚至在有些城市并不是城市公共交通系统的骨干，其功能与百年前也 有所不同。在不同的城市，现代有轨电车的功能定位也不尽相同。 表2 1 运营现代有轨电车的部分法国城市7 】 城市市区人口( 万人) 宰线路条数线网k 度( k m ) 料 巴黎 2 1 54 3 8 1 里昂4 733 3 3 南特 2 834 5 2 斯特拉斯堡 2 743 1 8 5 蒙比丽埃 2 423 4 2 波尔多 2 332 7 4 里尔2 2 522 2 4 克莱蒙费朗 1 41 1 4 ( 导轨电车) 南锡 1 0 51 1 1 1 ( 导轨电下) 注：车人口数据取自2 0 0 5 年；毒线网数据截至2 0 0 6 年1 2 月。 2 2 现代有轨电车应用实例与功能定位 现代有轨电车在世界范围内的应用实例众多，各种类型的城市中线路的分 布有一定的规律性：在人口众多，市区内地铁系统发达的大城市，有轨电车线 路一般不进入至市中一1 1 , ，往往是在郊区与中心城区相切或者全部位于某个卫星 城内；在中小城市，有轨电车线路多穿过城市的中心区。 结合现代有轨电车应用的实例及其在城市公共交通网络中发挥的作用，将 1 3 第2 章现代有轨电车的功能 其功能定位于以下5 种类型。 ( 1 ) 在有地铁系统的大型城市，作为地铁网的加密线，将多条地铁线在 城市近郊串联。 图2 2 为巴黎市现代有轨电车与地铁网络示意图，其中蓝、橙色的线路分别 为巴黎有轨电车的t 1 和t 3 线，t 1 线与5 条地铁( 或l 迮r ) 线路实现了换乘， 而t 3 线更是与7 条地铁( 或r e r ) 线路在9 个车站实现了换乘。与此类似的还 有还有巴塞罗那的t r a m b a i x 线和t r a m b e s 6 s 线。 图2 2 巴黎轨道交通示意图( t 4 线位于t 1 线东侧，本图略) 实现此种功能的线路一般有以下特点： ( a ) 沿线分布着多条地铁线路的车站，各个换乘站间的客流需求适中，适合 现代有轨电车的运能发挥。 ( b ) 线路分散于城市周边，有轨电车线路间的联系甚少，因此可采用不同制 式的有轨电车系统( 例如法国的t 1 、t 2 、t 4 线分别采用了t f s 、c i t a d i s 、 a v a n t o 系列的车型【1 8 】) 。 ( c ) 线路与地铁系统的换乘方便，车站一般临近地铁的出口，同时在换乘站 1 4 第2 章现代有轨电车的功能 可以与地铁系统分享停车换乘设施。 ( d ) 由于线路位于城市近郊，可以利用既有铁路线改造等方式建成以降低成 本，同时线路的路权等级及平均旅行速度都较高。 ( 2 ) 服务于大城市周边的卫星城( 新城) 的内部交通。 如图2 3 所示，红框内的范围标识出服务于敦市的卫星城c r o y d o n 的三条有 轨电车线路。其中一条线路的起点接驳于地铁d i s t r i c t 线的终点站，实现城内与 伦敦中心城区的交通联系；3 条线路分别联接了7 个国铁车站，并在2 个车站可 与多条郊区公交车接驳，整个有轨电车网络中形成了众多中等规模的公交枢纽。 实现此种功能的线路一般有以下特点： ( a ) 现代有轨电车作为卫星城( 新城) 内的公共交通骨干，主要解决区内交 通问题。对于发展中的卫星城( 新城) ，还将产生一定的t o d 作用。 ( b ) 现代有轨电车在城内形成一定的网络规模，资源( 车辆段、运营组织人 员) 得到充分利用，比单条或相隔较远的几条线路的效率高。 ( c ) 城内有轨电车线网中至少有一条线路与中心城区的地铁线路接驳，沟通 卫星城与中心城区的联系。 ( 3 ) 作为地铁、轻轨等大、中运量快速轨道交通线路在郊区的延伸、接驳 线路。 该类现代有轨电车线路，其功能与传统的公交接驳于地铁、轻轨等郊区车 站相类似，起到将快速公交服务延伸至郊区的作用。目前我国已经建成的天津 现代有轨电车泰达一号线以及规划中的上海张江现代有轨电车一期工程就是这 种类型，线路的起点接驳于轻轨或地铁车站，线路向郊区方向延伸。 对于线网规划中的第一条线路，接驳地铁、轻轨等大、中运量的快速轨道 交通，是有其合理性的。因为地铁、轻轨系统强大的客流集聚能力往往造成郊 区车站大量的客流集散量，而服务能力高于常规公交的现代有轨电车可将更多 的乘客以更快的速度接驳、运送至远郊。但由于现代有轨电车系统的特性，仅 一条线路无法体现出其规模效益，相反导致其运营成本远高于常规公交系统， 因此需要逐步完善该区域内的有轨电车网络，使现代有轨电车最终实现大城市 周边的卫星城( 新城) 公交骨干的功能。 1 5 第2 章现代有轨电车的功能 图2 - 3 伦敦市c r o y d o n 现代有轨电车线示意图 1 6 第2 章现代有轨电车的功能 ( 4 ) 中小城市的快速公交骨干。 对于没有地铁系统的中小城市，现代有轨电车往往成为城市的骨干交通模 式，线路几乎全部穿过市中心。图2 4 所示为哥德堡市( g o t h e n b u r g ) 的有轨电 车线网，为明显的放射型，线路从市中心向郊区辐射，它所起的作用相当于大 城市的地铁系统。 此类中小城市的中心城区的客运需求比大城市的中心城区小，一般客流量 不超过5 万人次日( 见表2 2 ) ，比较适合有轨电车运输能力的发挥。 此类现代有轨电车的功能与大城市外围卫星城的现代有轨电车线路有相似 之处，一般有以下特点： ( a ) 现代有轨电车在城内形成一定的网络规模，成为公共交通骨干，线路一 般在市中心密集并向郊区放射，串联城内大型的客流集散点，例如火车 站、大型社区等等。 ( b ) 现代有轨电车在城内形成一定的网络规模，资源( 车辆段、运营组织人 员) 得到充分利用。 ( c ) 网络中有部分线路共线运营，共线区段虽在一定程度上成为制约系统功 能的瓶颈，但也为各线路间提供了最便捷的联系，同时节省了资源。 ( d ) 线路在进入市中心区的车站可设置“停车换乘”( p + r ) 设施，利用现 代有轨电车快捷、舒适、良好的可达性，吸引小汽车驾驶者换乘电车进 入市中心【1 8 】。 表2 2哥德堡市各现代有轨电车线日均客流量f 1 9 】 线路 l34567891 l 线路长度 ( k m ) 1 5 5 91 2 6 81 9 2 61 3 7 82 4 5 52 1 0 52 1 3 11 8 9 82 1 8 3 车站数 3 33 02 12 94 63 52 52 l3 8 客流量 ( 人次日) 3 2 5 0 03 2 4 0 02 7 4 0 02 5 5 0 0 4 3 4 0 03 5 9 0 01 9 6 0 02 5 6 0 03 8 0 0 0 注：表中数据采白2 0 0 5 年1 1 月的某i ：作日 1 7 第2 章现代有轨电车的功能 图2 4 哥德堡市有轨电车线网示意图 ( 5 ) 特殊功能的有轨电车线路。 近年，欧洲发展出了许多新的有轨电车运营模式，有着特殊的功能定位： 与国铁线共线运营( t r a m - t r a i n 模式) 开通于1 9 9 2 年的卡尔斯鲁厄( k a r l s r u h e ) 至布赖藤( b r e t t e n ) 的g 6 1 h a u s e n 线，是世界上最早使用双流制电车与国铁线路共线运营的现代有轨电车系统。 双流制系统含义是：可以采用两种不同的电压和电流来供电，车辆上装备变压 器和整流器，能将干线铁路使用的较高电压( 如1 5 k v ) 交流电转变成有轨电车 使用的较低电压( 如7 5 0 v ) 直流电，这就使得有轨电车能够在干线铁路的轨道 上运行。由于干线铁路路权的专一性，现代有轨电车在该段的最高速度可达9 0 - - - 1 0 0h 汕【2 0 1 。这种共线运营模式在德国萨尔布吕肯( s a a r b r i i c k e n ) 、卡塞尔 ( k a s s e l ) 、西班牙的阿利坎特( a l i c a n t e ) 等市也有应用【4 2 | 。 图2 5 为萨尔布吕肯市现代有轨电车与国铁共线运营的线路图，由此可以总 1 8 第2 章现代有轨电车的功能 结出此类现代有轨电车的特点： ( a ) 花费较少的基础设施建设费将现代有轨电车的服务范围扩大至郊区。 ( b ) 增加了郊区火车站与市区的联系，使两地间实现了快速公交接驳。 ( c ) 增加了不同国铁线路间的联系。 ( d ) 车辆由于牵引系统较为复杂，此外还需在国铁车站停靠，因此不是1 0 0 低地板车辆。在市区内的车站若为低站台，则乘客上下车有所不便， 车站若为高站台则会影响城市景观。 图2 5 萨尔布吕肯市t r a m - t r a i n 线路示意图 货运有轨电车( c a r g o t r a m 模式) 近年来，在德国德累斯顿、瑞士苏黎世开通了专用于货物运输的有轨电车 线路。前者专门为大众公司运输制造汽车的配件及原材料，后者负责运送城市 内的垃圾。它们都是由旧式有轨电车或国铁线路改造而来，线路的经过了降噪、 加固等措施，更加适合货物运输的需求；同时采用的货运有轨电车车辆是技术 性能较高的新型车辆( 德累斯顿) ，因此本文将货运也算作现代有轨电车一种特 殊的功能。 1 9 第2 章现代有轨电车的功能 货运有轨电车有以下特点： ( a ) 轨道修建至厂房、堆场，实现了点对点的运输。 ( b ) 运输能力强，尤其是可以运输道路不便运输的重型、大型设备。 ( c ) 与重型货车相比，节约能源、降低排放且大大减少了重型货车对道路的 破坏。 麟 图2 9 德累斯顿与苏黎世的货运有轨电车 2 3 现代有轨电车的运能与速度 现代有轨电车的功能主要体现在运输能力和运输的便捷、快速性两个方面， f 是这两个功能特点与城市交通需求吻合，并决定了该层次的公共交通模式能 够在地铁等大运量轨道交通与小运量的常规公交问占有一席之地。 2 3 1 现代有轨电车的运能 运能体现了公交方式运输旅客的系统容量，它对应于线路高峰小时断面的 最大客流量，只有系统的运能大于客流时，该种系统才适用于这条线路。 现代有轨电车的运能的计算公式： c = p x l ( 2 1 ) 其中：c 一系统单方向最大运能，单位人h 。 p 一单列车载客量，单位人。 l 一线路的列车通过能力，单位对h ( 或单方向列车通过能力，单位辆l a ) 。 2 0 第2 章现代有轨电车的功能 2 3 1 1载客量 单列车的载客量主要与车辆的编组形式以及乘客能够接受的最大拥挤度有 关。后者决定了计算载客量时所取的单位面积站立乘客数的参数。 现代有轨电车的编组很灵活，短则2 节单铰，最长则可达6 节编组，单列 车的载客量可以有非常大的灵活性，在规划线路时可综合考虑客流需求与运营 的服务水平选择合适编组的车型。 以法国t r a n s l o h r 现代有轨电车( 宽2 2 m ) 为例，单列车的载客量列于表2 3 ： 表2 3 现代有轨电车载客量 载客量( 人) 乘客舒适度车辆编组 t r a n s l o h r 电乍2 5 m 宽 ( 宽2 2 m )车型 3 节编组( 长2 5 m ) 1 2