钱清泉中国城市轨道交通发展现状及制式选择

中国城市轨道交通发展及制式选择,中国工程院院士钱清泉2014年4月20日,报告提纲,城市轨道交通发展概述,4,城市轨道交通发展概述,国际轨道交通发展史,世界城市轨道交通显现螺旋式发展,1804年2月29日，第一辆蒸汽机车“新城堡号”。,1863年1月10日，第一条地铁“伦敦大都会铁路”开通,1890年英国，第一条电力机车牵引的地铁建成,有轨电车汽车地铁、轻轨,5,城市轨道交通发展概述,国际轨道交通发展状况,世界主要大国都在加快建设城市轨道交通的步伐,6,6,6,城市轨道交通发展概述,城市轨道交通的重要性,世界各国普遍认识到：解决城市的交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。,城市轨道交通对社会发展的重要性,7,7,7,城市轨道交通发展概述,城市轨道交通的优点,运输能力较大、运输速度较快、占地面积较小、能源消耗较少、安全性较高,城市轨道交通低能耗、少污染是解决“城市病”的金钥匙,8,城市轨道交通社会功能,城市轨道交通发展概述,相对于公交车系统来说，城市轨道交通具有众多优点,9,我国城市轨道交通发展动力,目前，中国城镇化进程较快，2012，2013年全国城镇化率为52.57%，53.73%。2012年，2013年国内生产总值为568845亿元、519322亿元。,城市轨道交通发展概述,国内生产总值(亿元),城镇化率(%),随着国内经济发展，城镇化率提高，人们对城市轨道交通的需要日益增长，并成为轨道交通发展的动力,10,1908年中国第一条有轨电车在上海建成通车20世纪60年代，北京建成第一条城市轨道交通线，线路全长23.6km到20世纪80年代末，建成3条城市轨道交通线，线路累计长61.6km2000年前，全国仅北京、上海、广州三个城市拥有轨道交通线路到2000年底，共建成6条城市轨道交通线，线路累计长174.0km到2010年底，共建成48条城市轨道交通线，线路累计长1395.0km到2013年底，共建成87条城市轨道交通线，线路累计长2539.0km,城市轨道交通发展概述,我国城市轨道交通发展历程,11,城市轨道交通投资规模,城市轨道交通线路建设规模,2012年度，全国有35个城市在建设轨道交通线路，估算完成总投资约1915亿元。2013年度，城轨投资规模将达到2320亿元，达21.2%的增速。,截至2013年底，全国共计有19个城市，建成投运线路共87条，里程2539公里，其中磁浮30公里。,我国现阶段城市轨道交通发展迅猛！,城市轨道交通发展概述,2012-2013国内发展现状,12,2013年轨道交通发展新增规模,2013年实际新增2个运营城市、16条运营线路、395公里运营里程。在2539公里运营里程中，地铁2074公里，占总里程的81.7%；轻轨192公里，单轨75公里，现代有轨电车100公里，磁浮交通30公里，市域快轨67公里。,尤其2013年以来我国轨道交通规模发展越来越快！,城市轨道交通发展概述,13,我国城市轨道交通开通情况,截至2013年，共开通运营线路87条、2539km：,城市轨道交通发展概述,14,2014年中国城市轨道交通预计发展规模,预计2014年-2015年将有40个城市新开工轨道交通线路，规模达60余条段、1300公里；预计2014年将有13个城市新开通运营轨道交通线路，新增运营里程403.5公里；到2014年底，我国轨道交通运营线路累计将达到88条，运营总里程将达到2765公里，稳居世界第一位。,城市轨道交通发展概述,我国轨道交通运营总里程世界第一！,15,15,我国已成为目前世界上最大的城市轨道交通建设市场之一，并具有鲜明特点。,城市轨道交通发展概述,我国城市轨道交通发展特色,(1)建设速度快：近10年共建43条城市轨道交通线，线路累计增加1337.0km；(2)制式多样化：制式多样、品种齐全；(3)线路网络化：运营线路北京17条，上海16条，广州9条，深圳5条；(4)造价下降快：地铁造价由7亿元/公里下降到5亿元/公里；(5)融资多元化：由政府完全无偿投入到寻求多元化资金投入的过程。,我国轨道交通正朝科学方向发展！,城市轨道交通制式调研,17,17,17,17,17,干线轨道交通,城市轨道交通,高速客运,重载货运,地铁,轻轨,单轨电车,郊区铁路,磁悬浮,轨道交通,自动导向轨道系统,注：2007年6月13日颁发的城市公共交通分类标准显示，城市轨道交通主要有7类：地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统和城市市郊铁路系统。,有轨电车,城市轨道交通组成,城市轨道交通制式调研,18,地铁是地下铁道的简称，是地下、高架、地面线路三者结合的大容量快速轨道交通。,地铁工作原理图,地铁的运能，单向在3万人次/小时，最高可达68万人次/小时。最高速度可达120km/h，旅行速度可达40km/h以上，可410辆编组，车辆运行最小间隔可低于1.5min。,地铁适合运量需求大的城市,城市轨道交通制式调研,地铁,19,轻轨是一种介于标准有轨电车和快运交通系统的，用于城市旅客运输的轨道交通系统，指运量或车辆轴重稍小于地铁的快速轨道交通。,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36辆，铰接式车体，最高速度可达60km/h，克服了有轨电车运能低、噪声大等问题。,成都地铁,长春轻轨,城市轨道交通制式调研,轻轨,相对地铁来说，轻轨的运量小与轴重轻,20,单轨也称作独轨，指通过单一轨道梁支撑车厢并提供导引作用而运行的轨道交通系统。以支撑方式的不同，分为跨座式和悬挂式两种。,单轨的车辆采用橡胶轮，最高速度可达80km/h，旅行速度为3035km/h，列车为46辆编组，单向运送能力为（12.5）万人次/小时。,成都地铁,城市轨道交通制式调研,单轨电车,单轨电车地形适应能力强,21,市郊铁路是指利用干线铁路或修建专用线路，开行于市中心区到卫星城镇、卫星城镇到卫星城镇间，主要满足市域范围内的出行需求。,市郊铁路通常使用电力牵引和内燃牵引，列车编组多在410辆，最高速度可达100120km/h，由于站距较地铁长，运行速度超过地铁，可达80km/h以上。,郊区铁路,城市轨道交通制式调研,郊区铁路,郊区铁路速度快,22,现代有轨电车系统由电气牵引、轮轨导向，23节编组，单向运输能力为0.51万人/小时的低运量城市轨道交通系统。,成都地铁,法国波尔多市新型有轨电车,现代有轨电车系统工程投资少、建设周期短、线路布置灵活、选线方便、不独占路权、方便乘客乘降,但同时存在运量较低、速度较低、准点率稍差、景观效果有待改进等缺点。,城市轨道交通制式调研,现代有轨电车,现代有轨电车造价低、工期短,23,成都地铁,机理：固定在转向架的一次线圈通过交流电流，产生移动磁场，使固定在整体道床上的二次感应板产生磁场，通过磁力实现车辆的运行和制动。,城市轨道交通制式调研,直线电机系统,直线电机系统噪声低、振动小、适用于地势起伏大的都市交通,24,中低速磁悬浮列车是利用常导磁铁或超导磁铁产生的吸力或斥力使车辆浮起，用以上的复合技术产生导向力，用直线电机产生牵引动力。,成都地铁,磁悬浮列车,磁悬浮列车原理图,城市轨道交通制式调研,中低速磁悬浮,中低速磁悬浮转弯半径小、造价低、噪声小,25,轨道交通不同制式优缺点比较,城市轨道交通制式调研,查资料,26,城市轨道交通制式调研,车型的选择,普通轮轨系统基本车型有A型车、B型车和C型车等车型，采用钢轮钢轨。一般适合大、中运量的旅客输送，系统高峰小时单向运输能力可达到2万7万人。,27,高压供电系统：分为集中式、分散式和混合式。一般以集中供电式为主，以分散式供电为辅。我国国家标准规定直流供电电压等级为750V、1500V两种，通常根据车辆、线路结构、电气设备水平等因素来决定采用何种电压等级。为了提高供电性能，深圳地铁研究使用3000VDC供电。,城市轨道交通制式调研,供电制式的选择,28,列车受流方式架空接触网：沿走行轨顶部架设由承力索、接触线以及支持装置构成“之”字形接触网。列车通过安装在顶部的受电弓受电，供给车辆电气设备。,地面线路柔性悬挂,隧道线路刚性悬挂,城市轨道交通制式调研,受流方式的选择架空接触网,29,列车受流方式接触轨：沿行走轨敷设一接触轨，列车集电靴与其接触摩擦取电。,集电靴,接触轨是沿线路平行的附加轨道，又称为第三轨。通过它将电能输送给电动车组，敷设在铁路旁的钢轨，列车通过伸出来的集电靴与之受流。,城市轨道交通制式调研,受流方式的选择接触轨,结构比较简单，易于安装，隧道工程投资小,30,集电靴,城市轨道交通制式调研,我校研究团队实现稳定的大功率无线电能传输,PRIMOVE无接触网运行系统传输功率为200kW，传输效率为95%,新西兰Rotorua国家地热公园40kW载人旅客运输车,在静态充电状态下，已实现40kW的传输，传输距离为12cm，整体效率为90%；移动供电正在紧张进行中。,受流方式的选择感应式,31,城市轨道交通制式调研,？,制式以及各种装备选择的繁杂该如何科学的、合理的选择呢？,制式不同,城市轨道交通制式的选择,33,城市轨道交通制式的选择,34,单向运能是指交通方式的单方向运输能力，可衡量交通方式的运能大小。,万人次/小时,运输能力,地铁：38万人次/小时；轻轨：14万人次/小时；中低速磁浮：13.5万人次/小时；单轨：12万人次/小时；有轨电车：0.81万人次/小时。,城市轨道交通制式的选择,不同的制式适应不同的运量需求,35,新地铁（轻轨）建设项目审批指标建议表,城市轨道交通制式的选择,小城市几乎不太可能申请到建设指标,36,建设周期中，地下铁路为35年；轻轨列车为34年；磁浮列车为2.03年；单轨列车为2.53年；有轨电车为1.02.0年。,工程经济性,城市轨道交通制式的选择,不同交通制式投资规模和建设周期差别较大,投资规模中，地下铁路为3.06.0亿元/公里；轻轨列车为3.05.0亿元/公里；磁浮列车为1.53.0亿元/公里；单轨列车为2.53.0亿元/公里；有轨电车为0.71.0亿元/公里。,37,城市轨道交通方式的选择中需要注意满足不同轨道交通方式所需的地理条件、线路适应性、气候适应性、实施难度等因素。以列车转弯半径为例，地铁的转弯半径（300米）往往可以达到中低速磁浮列车（70米）的4倍以上，这对施工选线提出了较高的要求。,技术合理性,城市轨道交通制式的选择,采用合理的技术有助于提高轨道交通的活力,38,城市交通特征,城市轨道交通制式的选择,城市本身的特征是决定制式的重要因素之一,39,城市规划建设过程中，环境因素应当作为选择城市轨道交通方式的重要因素。其中主要包括城轨列车的低碳节能性、噪声源强弱、对城市空间的占用和对城市景观的影响等。,环境因素,城市轨道交通制式的选择,成都地铁2号线建成后，大大减少了汽车尾气排放量。然而，地铁的振动对建筑物的安全，精密仪器的测量都产生了影响，也影响了人们正常的生活和工作；高架部分产生较大噪音，并对自然景观产生一定的破坏，变得不美观。,不同城市轨道交通制式对环境影响具有差异性,40,城市轨道交通规划对制式选择的主要问题与挑战包括1）缺乏科学的分析方法以及全局统筹的视野；2）缺少以发展的观点来综合分析各种因素相互作用的方法；3）现有的研究极少对城市的需要和条件与城市轨道交通制式选择过程进行深入的剖析。,城市轨道交通制式的选择,现有制式选择方法的不足,制式选择的问题与挑战,41,有些人认为：只有采用大客运量的城市轨道交通（地铁和轻轨）系统，才是从根本上改善城市公共交通状况的有效途径。它是医治城市交通问题的万能药？它的代价如何？是否这就是我们现有条件下的最优选择？答案显然是否定的。,代价如何？,最优选择？,城市轨道交通制式的选择,万能药？,42,现在有城市为了自身的发展，希望多、快、大地建设城市轨道交通系统。然而，轨道交通制式以及装备等选择缺乏全局的统筹，可能存在着一定的盲目性。,城市轨道交通制式的选择,直线电机系统,43,1.影响城市轨道交通制式选择的因素存在着多样性2.影响城市轨道交通制式选择的主