城市轨道交通车辆应用技术
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1 城市轨道交通概述

1.1 城市轨道交通状况及发展趋势

1.1.1 城市轨道交通构成与分类

1.城市轨道交通构成

在城市区域内利用在固定导轨上运行的车辆,以电能为动力,为乘客服务的快速交通系统称为城市轨道交通。主要包括地铁、轻轨交通、直线电机交通、单轨、现代低地板有轨电车、自导向新交通等。

城市轨道交通由土建工程、车辆、供电、信号、通信、自动售检票系统(AFC)、自动扶梯及电梯、火灾自动报警(FAS)、设备监控(BAS或EMCS)、综合监控、环控通风、给排水与消防、屏蔽门、门禁、乘客资讯(PIS)、车辆段、运营控制中心(OCC)等部分组成,如图1.1所示。

图1.1 城市轨道交通组成

(1)土建工程

土建工程是城市轨道交通中最基本的骨干建设工程。土建工程包括线路、轨道、高架线、区间隧道、车站、人防工程、车辆段与综合维修基地、车站交通枢纽工程等。

(2)车辆

车辆是城市轨道交通运送乘客最重要的移动工具,是城市轨道交通类型的标志。它由列车总体、车体与内装、转向架、制动、车钩与缓冲器、牵引与电制动、辅助供电、列车控制与诊断、乘客信息与监控、车门、照明、空调与采暖等系统构成。

(3)供电

供电是城市轨道交通运营的动力来源。牵引供电包括外部电源、主变电站、牵引变电所、降压变电所、接触网或接触轨(低压供电包括电力监控、车站及区间电力照明等)、杂散电流防护、防雷设施和接地系统等。

(4)信号

信号是保证列车安全正点运行和行车效率的列车自动控制系统(简称ATC),它包括列车自动监控系统(ATS)、列车自动防护系统(ATP)、列车自动运行系统(ATO)等三个子系统。ATS子系统由控制中心设备、车站设备和车载设备组成;ATP子系统由轨旁设备和车载设备组成;ATO子系统由地上设备和车上设备组成。

(5)通信

通信是城市轨道交通运营指挥、企业管理、有效传递各种信息、服务乘客的一个综合数字通信网络系统。它由传输系统、公务电话交换系统、专用电话交换系统、无线通信系统、列车和车站广播系统、闭路电视监控系统、时钟系统、通信电源系统等组成。

(6)自动售检票(AFC)

自动售检票(AFC)是基于计算机技术、网络技术及自动化技术,能够实现城市轨道交通运营收入的全过程票务管理系统。它由线路中央计算机组成的中央层、车站计算机组成的车站层、由车站终端设备组成的终端层以及票务系统等构成。该系统不仅为乘客提供方便、快捷的售票服务,也是实现轨道交通综合自动化、提高运营管理水平的必要手段。

(7)自动扶梯及电梯

自动扶梯及电梯是城市轨道交通乘客进出车站的重要工具。在车站出入口、站厅层和站台层之间均设置自动扶梯。为方便残疾人乘车,在地面至站厅间以及站厅至站台间均设置垂直电梯。自动扶梯及电梯要安全可靠、方便乘客、快捷高效、节约能源。

(8)火灾自动报警(FAS)

火灾自动报警(FAS)是城市轨道交通运营重要的安全防火设施。火灾自动报警(FAS)一般由网络及传输、报警、控制、防灾通信、时钟、消防电源、接地等子系统组成。火灾自动报警的控制分别设在各车站、车辆段(场)和中央控制中心。该系统可以在火灾发生初期自动探测到火灾,并通过报警装置发出火灾警报,组织人员撤离,同时启动防烟—排烟设施及气体自动灭火系统,及时控制和扑灭火灾,提高轨道交通运营的安全性和可靠性。

(9)设备监控(BAS或EMCS)

设备监控(BAS或EMCS)是对城市轨道交通沿线各车站、区间和相关建筑物内空调通风、给排水、自动扶梯及电梯、照明、屏蔽门等设备进行集中监视和控制的管理系统。该系统由中央控制、车站控制和就地控制三级组成,目的是保证设备安全可靠运行,为乘客提供舒适的环境,实时提供设备运行状态,实现设备管理自动化。

(10)综合监控

综合监控是在同一计算机硬件平台和软件体系下,将设备监控(BAS或EMCS)、火灾自动报警(FAS)、电力自动化等三个子系统各类型设备集成为大型综合监控系统。它由中央级监控层、车站级监控层和就地设备层等三层结构组成。综合监控实现了三个子系统的集成,实时数据库由三个子系统共享,既相关又分列。软件体系保证了数据可靠传输和一致,保证了系统独立操作和信息集成。该系统提高了机电设备系统自动化程度和管理水平。

(11)环控通风

环控通风系统是城市轨道交通的空调通风系统,通过在车站站厅、站台、隧道、设备及管理用房等内部强制通风进行散热、除湿和空气调节,为乘客与工作人员提供一个舒适环境,保证各种设备能持续、正常地运行。它由隧道通风、车站公共制冷及通风、车站管理及设备用房空调通风、集中供冷等系统组成。

(12)给排水与消防

给排水与消防是城市轨道交通运营的重要设施,主要由给水系统、排水系统和消防系统组成。给排水系统用于满足轨道交通所属范围内的生产、生活和消防用水;消防系统配置简便可靠的灭火装置,以迅速扑灭各种火灾,保证轨道交通运营安全。

(13)屏蔽门

屏蔽门是保证城市轨道交通站台上乘客上下车安全的重要设施。屏蔽门由机械和电气两部分构成,其中机械部分包括钢结构、顶盒、门体组合和门机系统,电气部分包括控制系统和供电系统。屏蔽门运行具有正常运行、非正常运行和紧急运行三种运行模式。屏蔽门控制有系统级控制、车站级控制、站台级控制和就地级控制等四种方式。

(14)门禁

门禁是为城市轨道交通运营控制中心(OCC)大楼、各车站及地铁公安大楼等进行安全防护的重要工具。门禁系统是一个基于客户机/服务器模式的计算机网络系统,通过信息共享、信息管理和控制实现全系统的集中操作和管理。门禁系统由中央级门禁系统和车站级门禁系统组成,包括管理层、控制层和设备层三级网络。

(15)乘客资讯(PIS)

乘客资讯(PIS)是一套为乘客实时提供交通运营状况、周边交通指引、紧急导向等信息以及具有多媒体信息功能的交互式系统。它由控制中心子系统、车站子系统、网络子系统、广告制作子系统和接口子系统等组成。该系统具有应急功能、全方位信息、数字电视技术、广告平台、多区域动态信息、多种显示屏相结合等特点,为乘客营造舒适、方便、快捷的乘车环境。

(16)运营控制中心(OCC)

运营控制中心(OCC)是城市轨道交通所有信息集散地和交通枢纽,是对全线列车运行、电力供应、车站设备、防灾报警和乘客票务等实行管理和调度的指挥中心,也是处理在非常情况下突发事件的指挥中心。运营控制中心由列车自动控制(ATC)、供电自动化管理(SCADA)、车站业务自动化、设备监控(BAS或EMCS)、火灾自动报警(FAS)、自动售检票(AFC)、乘客资讯(PIS)等组成。

(17)车辆段

车辆段是城轨车辆运用、停放、检查、整备、维修保养和列车救援的重要基地,主要由股道、道路、运用车间、检修车间、辅助生产用房、生产办公用房、生活用房和绿地等组成。

2.城市轨道交通分类

(1)按运营范围

①市区轨道交通:服务范围以城市中心区为主的城市轨道交通系统。

②市域轨道交通:服务范围覆盖城市所属市域(包括郊区)的城市轨道交通系统。

③地区轨道交通:服务范围覆盖城市市域及其邻近地区的轨道交通系统。主要为大城市周围卫星城与中心城的通勤客流服务,还包括利用市郊铁路连接城市群的轨道交通。

(2)按线路敷设方式

①地铁:轨道位于地下隧道内的线路称为地铁,线路构筑形式有单线隧道和双线隧道。

②地面线:轨道位于地面的线路称为地面线,线路构筑形式为路堤或路堑。

③高架线:轨道位于高架桥上的线路称为高架线,线路构筑形式为高架桥。

(3)按系统运能

我国现行的《城市轨道交通工程项目建设标准》(建标104—2008)将城市轨道交通按系统运能划分为四级。

①第Ⅰ级:高运量城市轨道交通

远期高峰小时单向最大断面流量为4.5~7万人次/h。采用钢轮钢轨,全封闭线路,适用车型为地铁A型车,列车最大长度185m,旅行速度为35~40km/h。适用城市城区人口规模等于或大于300万人。

②第Ⅱ级:大运量城市轨道交通

远期高峰小时单向最大断面流量为2.5~5万人次/h。采用钢轮钢轨,全封闭线路,适用车型为地铁B型车,列车最大长度140m,旅行速度为35~40km/h。适用城市城区人口规模等于或小于300万人。

③第Ⅲ级:中运量城市轨道交通

远期高峰小时单向最大断面流量为1~3万人次/h。采用钢轮钢轨或单轨,全封闭线路,适用车型为地铁B型车或C型车、或直线电机车辆及单轨车辆,列车最大长度100m,旅行速度为35~40km/h。适用市城区人口规模等于或大于150万人。

④第Ⅳ级:低运量城市轨道交通

远期高峰小时单向最大断面流量为1~2万人次/h。采用钢轮钢轨,部分平交道口,适用车型为现代低地板轻轨C型车或D型车,列车最大长度50m,旅行速度为20~30km/h。适用城市城区人口规模等于或小于150万人。

(4)按车辆特征

根据车辆几何尺寸、驱动方式以及车轮材料的不同,形成了不同的城市轨道交通类型。根据《城市公共交通分类标准》(CJJ/T 114—2007),城市轨道交通主要包括地铁、轻轨、直线电机交通、单轨、自导向新交通和市域快速轨道交通。

①地铁

地铁是一种大运量的轨道交通系统,车辆采用钢轮钢轨体系,主要在城市地下空间修筑的隧道中运行,当条件允许时,也可在地上或高架桥上运行。地铁采用不同的车型和编组辆数的列车,单向断面高峰小时客流量为2.5~7.0万人次。在大城市特别是城市的中心区域,适宜规划以地铁车辆为主要线路的城市轨道交通线网。

②轻轨

轻轨是一种现代低地板有轨电车的中运量轨道交通系统,采用不同车型和编组辆数的列车,高峰小时单向断面客流量为1.0~2.0万人次。车辆采用钢轮钢轨体系,主要在城市地面或高架桥上运行,也可进入地下。轻轨适用于在大城市作为辅助交通工具,可接驳市中心区的地铁线路,起到对地铁线路的补充和辅助作用;作为中小城市骨干交通;也可成为联系市中心与郊区的纽带,成为郊区、旅游景点的主要交通形式。

③直线电机交通

直线电机交通是一种中运量的轨道交通系统,线路的运输能力以满足2.5万人次/h左右的运量为宜。直线电机车辆采用直线电机驱动,实现了非黏着牵引,制动力较大,爬坡能力强。由于直线电机车辆转向架车轮半径小,很容易通过小半径曲线,提高了车辆横向动力性能。直线电机轨道交通宜作为城市地铁系统的补充,适用于环境条件复杂、坡道大、选线受限制的线路,也适用于对环境等有特殊要求的机场线、旅游线。

④单轨

单轨是轮胎式车辆与特制轨道梁组合成一体运行的中运量轨道运输系统。单轨列车通常为4~6辆编组,高峰小时单向断面客流量为1.0~3.0万人次。单轨可以作为城市的区域性线路运行,或与地铁相连运行。单轨列车的运行依托于轨道梁,占地面积很小,与其他交通方式完全隔离,运行安全可靠,建设适应性较强,特别适用于地形条件较差、道路狭窄、坡道大、道路半径小的地区和旅游观光线路。

⑤自导向新交通

自动导向新交通是一种车辆采用橡胶轮胎在专用混凝土道路上运行的中运量轨道交通系统,客运能力为1.5~3.0万人次/h,主要在地面和高架桥上运行,特殊地段也可在地下隧道中运行。自导向新交通的优点是使用橡胶轮胎,环境噪声小;黏着系数高,爬坡能力强;采用电动车,污染小;和汽车一样,可以过小曲线;宜实现无人驾驶,自动化程度高;采用轻量化小型车辆,较窄的高架桥体,降低了土建工程造价。自导向轨道交通可作大城市的辅助交通工具、城市住宅区与干线铁路的联络线、市中心与开发区的连接线以及中小城市主要交通工具。

⑥市域快速轨道交通

市域快速轨道交通是为中心城与新城之间提供快速、大容量、公交化公共交通服务的轨道交通工具。市域快速轨道交通可采用地铁车辆或铁路动车组,最高运行速度可达120~160km/h。与地铁车辆或轻轨车辆相比,市域快速轨道交通的站间距较大,也适用于城市区域内重大经济区之间中、长距离的快速轨道客运交通。

1.1.2 城市轨道交通发展状况

1.国外轨道交通发展状况

(1)国外轨道交通发展状况

根据mic-ro.com网站的最新统计,从1863年英国伦敦建成世界第一条地下铁道截至2013年底,世界上共有57个国家和地区约195个城市,运营着约1.1万km的轨道交通系统,见表1.1。

表1.1 截至2014年10月世界城市轨道交通统计表

续上表

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注:1.本表数据引自2014年10月1日http://micro.com/metro/table.html;

2.本表中国大陆各城市数据根据《中国城市轨道交通年度报告2013》修正。

经过150多年的发展,世界主要大城市都有比较成熟与完整的网络化轨道交通系统,地铁已进入了网络化建设和运营阶段。截至2014年10月统计,国外地铁运营里程超过200km的城市(表1.2)有纽约26条线路,运营里程370km;伦敦12条线路,运营里程405km;莫斯科12条线路,运营里程325km;巴黎14条线路,运营里程219km;东京12条线路,运营里程304km;首尔10条线路,运营里程326.5km;马德里13条线路,运营里程286km。国内地铁运营里程超过200km的城市有上海16条线路,运营里程576km;北京17条线路,运营里程465km;广州9条线路,运营里程245km。

表1.2 截至2014年10月世界地铁运营里程超过200km的城市

续上表

(2)国外轻轨发展状况

20世纪80~90年代,由于当时地铁造价高、能耗大、环保噪声等问题的存在,一些城市重新开始发展新型轻轨交通。最早源于德国,1968年法兰克福和汉诺威两城市因建地铁规模大、时间长和投资大,资金迟迟不到位而停顿,因此有人提出将有轨电车进行现代化改造,并与地铁系统相结合,设计出新型轨道电车,研制出U2型现代低地板车辆,车长23.0m,车宽2.65m,地板高0.97m。为了方便残疾人坐车,欧洲又发展了地板高为350mm的现代低地板车辆。1986年法国车辆制造商为南特市首次生产了现代低地板车辆(图1.2),1990年德国卡塞尔市运输公司采用了100%现代低地板车辆(图1.3)。目前,现代低地板车辆在国外城市广泛应用,在世界50多个国家365个城市运营,线路超过400多条,营业里程约3000km,尚有100多条线路在建设中,已成为世界各国城市轨道交通的重要组成部分。

图1.2 南特市轻轨车辆结构

图1.3 法国格勒诺布尔市轻轨车辆结构

(3)国外直线电机交通发展状况

自1985年以来直线电机轨道交通已在世界5个国家9个城市应用,总里程已超过220km,见表1.3。其中最长的线路是温哥华的Skytrain线,长度51km,至2002年已成功可靠地运行10亿km。另外韩国、华盛顿、巴黎等国家与城市也在近期建成直线电机轨道交通。

表1.3 国外直线电机交通线路表

(4)国外单轨发展状况

世界上第一条跨座式单轨线路诞生于1888年,由法国人CharleLarligue设计,在爱尔兰铺设,线路长约15km,由蒸汽机车牵引,最高速度43km/h,旅行速度29km/h,该线路在1924年10月停止运行。第二次世界大战以后,随着科学技术的进步,跨座式单轨交通技术逐渐完善和成熟起来。1952年,德国工业家AxellenardWenner-Gren经过反复试验,于1958年得出结论:采用跨座式、混凝土轨道和橡胶充气轮胎能达到最好的效果。后来美国、日本和意大利等国家都修建了跨座式单轨。20世纪90年代后期,美国、澳大利亚、新加坡、马来西亚、俄罗斯、阿联酋等国也相继建设了跨座式单轨线路,在建的跨座式单轨线路还有印度孟买和韩国釜山等。截至2010年,国外跨座式单轨交通运营线路总长约为164.6km,见表1.4。其中日本单轨交通线路最多,运营线路长约为93.2km。

表1.4 国外主要的跨座式单轨应用情况

续上表

(5)国外自导向新交通发展状况

20世纪70年代,自导向新交通最初由美国进行研究开发并实际应用,1972年在华盛顿杜勒斯机场举办的博览会“transport’72”上,公布了4种自导向新交通捷运系统,受到世界关注。其后,自导向新交通在美国、法国、意大利、日本、新加坡等国家得到一定发展。目前,世界各国自导向新交通总运营里程为305.2km,其中日本最多,运营里程为118km,见表1.5。

表1.5 世界各国家自导向新交通统计

日本是发展自导向新交通(AGT)较快的国家,最初的开发研究在1968年,并于1976年完成。1983年7月日本运输省和建设省制定了“关于新交通系统(中等输送轨道系统)的基本规格”,统一了自导向新交通的技术标准。首次正式采用这种标准型系统的是1989年开业的横滨新城市交通“金泽海滨线”和1990年开业的神户新交通“六甲筑岛线”。

2008年3月东京都交通局舍人线投入使用,到目前有10家轨道公司的11条线路运营,运营里程为118km,见表1.6。日本自导向新交通作为城市辅助运输方式,主要用于中心城市与港岛之间、中心城市与郊区之间、城市中心与开发区之间、机场航站楼之间等的交通联络。

表1.6 日本自导向新交通系统一览表

2.国内轨道交通发展状况

根据统计,2013年底国内大陆地区城轨交通运营里程2476.10km。其中地铁运营里程2219.96km(含直线电机交通105.9km),占89.66%;轻轨交通(现代低地板有轨电车)131km,占5.29%;跨座式单轨交通75.3km,占3.04%;自导向新交通20.82km,占0.84%。

(1)国内地铁发展状况

我国城市地铁交通建设始于1965年北京地铁一期工程。最初发展较为缓慢,到20世纪80年代各大城市开始正式规划地铁交通建设,从90年代起,我国城市地铁交通建设进入加速发展时期。到2013年,我国地铁交通经历了近48年的发展历程,分为三个重要的发展时期。

①起步时期(20世纪60年代~70年代)

从20世纪60年代开始,我国城市地铁交通建设起步。1965年开始建设第一条城市轨道交通线路即北京地铁1号线一期工程,1969年一期工程完工通车,线路长23.6km,第二期工程到1984年才建成通车,线路长19.9km。20世纪70年代,天津建成了7.4km的地铁1号线。该阶段城市对轨道交通解决交通问题的实际需求不强烈,地铁交通发展速度缓慢。

②初始发展时期(20世纪80年代~90年代末)

20世纪80年代,沈阳、天津、南京、重庆、武汉、深圳、成都、青岛等一批城市开始上报申请建设地铁项目,纷纷要求国家审批。鉴于地铁发展迅猛,设备大量引进、造价高、投资大等问题,1995年国务院办公厅发布《国务院办公厅关于暂停审批城市地下快速轨道交通项目的通知》(国办发〔1995〕60号文),提出根据我国城市现有经济发展水平和国家财力状况,必须严格控制城市快速地铁交通的发展,并对在建项目加强管理。除北京、广州两个在建项目和上海地铁2号线项目外,暂停审批其他城市地铁项目。因此至20世纪90年代末约10年的时间,新建完成的地铁只有北京地铁复八线、上海地铁1号线和广州地铁1号线三条线路,共计长约54km。

③加快发展时期(20世纪90年代末至今)

从1998年底开始,我国地铁建设开始进入了加快发展时期。根据国家城市轨道交通设备国产化政策,提出以深圳1号线、上海明珠线、广州2号线等项目作为国产化依托项目,先后批复了该三个项目立项。1999年开始国家又审批了北京、上海、广州、重庆、深圳、武汉等10个城市地铁项目开工建设。2003年后,根据审批要求,全国陆续有15个城市上报了城市快速轨道交通建设规划,其中有14个城市得到国家的批准。其中北京、上海和广州三个特大城市从2002年左右开始进入地铁集中建设期,以年均30~50km的速度建设,目前已基本形成轨道交通线网。

截至2012年底,我国大陆地区已有北京、上海、广州、天津、南京、深圳、重庆、大连、长春、武汉、沈阳、成都、佛山、西安、杭州、苏州、昆明、哈尔滨、郑州等19个城市85条地铁线投入运营,地铁线路总里程2476.10km,见表1.7。根据国务院已批复的近期轨道交通建设规划,2013年末全国已有34个城市地铁正在建设中,在建线路106条,总里程达到2400km,见表1.8。根据各城市的最新规划,到2050年中国大陆地区共有54个城市规划了450条城市轨道交通线路,总里程将超过15000km。

经过40多年的建设实践及地铁设备国产化政策的实施,国内地铁施工、轨道、车辆、机电设备等方面均取得了巨大的进步,地铁交通国产化率超过70%。

表1.7 2013年底我国大陆已运营城轨交通统计

续上表

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注:本表数据来源于《中国城市轨道交通年度报告2013》。

表1.8 2013年我国大陆各城市正在建设线路统计

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注:本表数据来自于《中国城市轨道交通年度报告2013》。

(2)国内轻轨发展状况

我国轻轨也是在有轨电车基础上发展起来的现代低地地板有轨电车系统,但建设速度较慢,到2013年底只有大连和长春两城市的现代低地板有轨电车投入运营,总运营里程131km。

长春新建的轻轨3号线于2006年正式投入使用,线路长31.96km,车站33座,采用70%低地板6轴铰接轻轨车辆。新建的轻轨4号线于2011年投入试运营,线路长16.33km,目前开通13km,车站13座,采用车长56m的70%低地板6轴铰接轻轨车辆。

大连有201路、202路和203路三条有轨电车线路,原有线路运营总长度15.1km。大连公交集团分别于2002年和2005年完成了现代化改扩建,并于2007年12月对201路和203路有轨电车进行合并,改造为我国自行研制的首台DL6W型70%低地板现代有轨电车,改造后现代有轨电车线路运营总长度达到23.5km,车站39座。

沈阳于2013年分别建成现代有轨电车1号线、2号线、3号线和5号线,总计运营里程59.4km。

(3)国内直线电机交通发展状况

国内直线电机交通目前已有3条线开通运营,分别是广州地铁4号线、5号线和北京地铁机场线,在建的有广州地铁6号线,直线电机轨道交通运营里程105.85km,见表1.9。

表1.9 国内已运营的直线电机轨道交通线路

(4)国内跨座式单轨发展状况

目前我国只有重庆发展了跨座式单轨交通,截至2012年底通车里程达到74.75km。

①跨座式单轨2号线

重庆2号线首次引入了跨座式单轨交通技术,通车里程19.15km,设18个车站。一期工程由较场口至动物园,线路14.35km,设13个车站,2004年11月开通运营;二期工程线路由大堰村至新山村,线路长4.8km,设5个车站,于2006年7月开通运营。

②跨座式单轨3号线

重庆单轨3号线也采用了跨座式单轨交通技术,通车里程55.6km。一期工程由二塘至龙头寺,线路长20.2km,设17个车站,于2011年9月投入运营;二期工程线路由龙头寺至江北机场,线路长18.9km,设12个车站,于2011年9月开通运营;三期工程南延线由八公里至鱼洞段,线路长16.5km,设10个车站,于2012年12月投入运营。

此外,沈阳市规划的黎明至望滨城际铁路工程东陵公园至望滨段,也拟采用跨座式单轨交通,线路全长约21.75km。

(5)国内自导向新交通发展状况

国内自导向新交通刚刚起步,发展较晚。在北京、天津、上海和广州有4条线路投入运营,运营里程25.26km。

①北京国际机场自导向新交通

北京国际机场自导向新交通线路于2008年奥运会期间投入运营,一期工程连接3号航站楼A楼和B楼,全长2.5km,为地面工程。有11列列车,每列车编组2辆,列车最高速度可达55km/h。每辆车容纳85人,单向最大客流量4100人/h。二期工程将把3号航站楼和1、2号航站楼连接起来,线长约1km,为地下工程。

②天津自导向新交通

天津滨海新区泰达自导向新交通2006年底开通运营,全线长8km,均为地面线,设14个车站。该项目是国内第一个使用胶轮自导向新交通的项目,采用法国劳尔公司的Translohr胶轮导轨系统,为低地板、轨道导向、胶轮承重和驱动,3节车厢编组,车长25m,宽2.2m,高2.95m,总载客量167人/列,最高时速可达70km/h,旅行速度约为20km/h。全线配属8辆车,每天投入5辆车运营,发车间隔最短为10min,日客运量3000~4000人。目前,天津滨海新区已启动第二条自导向新交通线路的前期工作。

③上海自导向新交通

上海张江自导向新交通项目一期工程于2007年12月底正式开工,2009年3月底完成轨道、接触网的铺设,2010年1月1日投入运营。该线路正线长约10km,进出场线长度0.76km,全线共设15个站点,平均站距约600m。车辆型号与天津自导向新交通车辆型号相同。

④广州自导向新交通

广州于2010年亚运会期间开通珠江新城集运系统,即自导向新交通。该线路长4km,全线9个车站,全地下,全封闭,无人自动驾驶。采用单节、2节或3节自由连挂编组,每列车2节车厢载客276人,目前有7列车运营。

1.1.3 城市轨道交通发展趋势

1.城市轨道交通已成为城市公共交通的骨干

从伦敦、纽约、巴黎、莫斯科、东京等国际化大都市轨道交通发展的实践来看,地铁轨道交通具有运量大、速度快、效率高、节约能源、污染少、节省土地等优点,已成为城市公共交通的骨干,形成绿色环保交通体系,社会、经济效益明显。如拥有1000万人口的巴黎,轨道交通承担了70%的公共交通量;700万人口的伦敦,早已实现了公共交通以轨道交通为主的目标;莫斯科轨道交通也承担了55%的城市客运量;日本东京轨道交通占公共交通的80%以上。特别在缓解城市交通拥堵、逐步改善居民出行条件、节约土地资源、节能环保、引导城市布局合理调整、促进城市可持续发展等方面发挥了重要作用。

同样,我国北京、上海、广州等城市己投入运营的地铁交通实践证明:地铁轨道交通也成为城市公共交通的骨干,为城市经济发展注入新的活力,促进了城市可持续发展。至2012年底,北京共有16条地铁运营线路,运营里程442km,267座车站,日均客运量672.57万人次,最高达到839.05万人次,年客运量24.55亿人次,占公共交通出行比率的32.6%。至2012年底,上海有13条地铁运营线路,运营里程436km,共有279座车站,日均客运量670万人次,最高达到711万人次,年客运量24.46亿人次。至2012年底,广州共有7条地铁运营线路,运营里程217km,共有127座车站,日均客运量500万人次,最高达到670万人次,年客运量18.25亿人次。

2.城市轨道交通与城市发展相互协调

城市轨道交通与城市相互协调发展才能保证轨道交通的良性发展。如日本东京轨道交通网络由地铁、民营铁路、官办铁路郊区线等多种轨道交通系统组成,在不同的网络层次上起着不同的作用。东京城市中心区主要由地铁提供服务;外围区主要由地铁及私营铁路提供服务;郊区则主要由私营铁路和国铁JR线提供服务。因此,应该建立完善明晰的城市轨道交通网络,形成不同层次的地铁线、市郊线、市域线等,才能处理好城市发展与城市轨道交通的功能定位、服务水平、技术标准等方面的关系,实现城市轨道交通与城市的和谐发展。

3.城市轨道交通发展形式多样性

世界城市轨道交通经过近150多年发展,形成了不同的轨道交通系统类型,每种轨道交通形式都有一定的适应范围。有的适应于骨干线路,有的适应于辅助线路,有的适应于特殊的地形等。如伦敦、巴黎、莫斯科、东京等大都市圈的轨道交通,由地铁、轻轨、单轨、自导向新交通、市郊铁路等多种类型组成,各种交通方式相互协调,运输效率高。特别是市郊铁路在城市轨道交通中占主导地位。从国内外大城市轨道交通网络化发展来看,一个城市轨道交通的网络化,除了是各种轨道交通形式的配合,还需要根据城市发展规划,确定采用哪种交通,使城市轨道交通延伸到城市的各个角落,真正形成快捷、高效的城市轨道交通系统。

4.城市轨道交通的网络化

(1)城市轨道交通网络化的发展

纽约、伦敦、巴黎、莫斯科和东京5个大城市已基本形成一定的轨道交通规模网络。呈辐射状分布的城市轨道交通系统已成为这些现代化大都市的重要干线交通,不仅缓解了城市交通的拥挤状况,而且在城市的社会活动、经济活动中发挥着不可替代的重要作用。

纽约的网络化运营最具典型性。地铁按运营组织管理分为快速线和普速线两个层次,具有“同向不共轨”的四轨模式和“越站快速”三轨模式,根据客流潮汐特征,在不同时段分别开行上行或下行列车,这种区别化的运营管理技术保障了纽约地铁系统的高效运营。

伦敦地铁网络化运营由伦敦地铁有限公司统一管理,负责管理运输、车辆、车站、车辆段、发电站、牵引变电所、综合维修等业务。

巴黎地铁建立了运营调度中心,实现了行车指挥自动化,用计算机实施列车集中统一调度。调度中心可识别列车位置、线路状况、道岔位置、轨道占用、调车信号、供电状况等,保证列车按计划的时刻表运行、并及时进行调整。

莫斯科地铁由莫斯科地下铁道管理局负责管理运输、车辆、车辆段、大修厂、维修保护、地铁建造、建筑安装、计算中心、设计院和专科院校等业务。

东京帝都高速交通财团运营的地铁以及东京都交通局运营的地铁都设立调度中心,除进行行车调度和电力供电调度业务外,调度中心还增设了为工程、行车、供电、车辆管理提供技术支援的部门以及设施和设备管理部门,形成一个独特组织机构的地铁综合调度中心。

(2)城市轨道交通网络化的好处

城市轨道交通的网络化是指将城市轨道交通全部线路统筹进行规划、建设和管理,城市轨道交通网络化贯穿于规划、建设、运营各阶段。网络化不但要考虑每条线路内部不同专业系统之间的衔接和匹配,还要考虑不同线路各专业系统之间的串联组合,实现资源共享、互联互通、统筹管理、安全高效运营,实现网络资源利用的最优化和效益的最大化。

城市轨道交通网络化的好处是有利于统筹考虑城市轨道交通发展网络规划,有利于统筹考虑城市轨道交通网络建设管理,有利于统筹考虑城市轨道交通网络运营管理,有利于统筹考虑城市轨道交通资源开发的管理,有利于统筹考虑城市轨道交通建设资金的管理,以实现轨道交通资源及管理的集约化、规模化、社会化和规范化。综观先进城市轨道交通发展的经验,高度的资源共享是保证系统良性运行的前提。比如,日本东京地下铁株式会社所管辖的8条线路,共183.2km,168个车站,仅设置一座综合控制中心,且不同线路之间可以互为后备,达到了线网系统最优化和资源共享的良好效果;香港地铁开通的6条线路,按市区地铁和郊区快线系统仅设置了两个大架修车辆段,在设备配置上达到了最佳利用。

5.城市轨道交通的现代化

城市轨道交通专业复杂,涵盖面广阔丰富,结合城市发展的需求和科学技术的快速发展,城市轨道交通在规划、设计、建设和管理运营应朝着网络化、自动化、智能化、节约能源、绿色环保、降低投资方向发展。土建工程应发展新型施工设备与技术,提高其耐久性和抗灾害能力。车辆和机电工程应广泛采用变频技术,节约能源,提高可靠性;机械结构广泛采用铝合金和不锈钢等新材料和新工艺,实现结构轻量化,降低成本;设备采用设备模块化设计和生产,提高质量与效率;促进零部件设计的标准化和通用化,方便部件更换和检修;发展微机控制技术,提高系统精度和安全;不断改善车内环境,提高旅客乘坐舒适度和服务质量;广泛采用网络信息技术,实现列车设备运行控制和故障诊断的自动化;广泛应用节能、降噪、减振等环境保护技术,提升轨道交通环保品质。

6.加强交通网络一体化的衔接

城市轨道交通一体化衔接包括两个部分,第一部分是城市轨道交通与城市内部其他交通方式之间的衔接,第二部分是城市轨道交通与对外交通系统,如机场与国有铁路的衔接。

(1)加强城市轨道交通与城市内部其他交通方式之间的衔接。

城市轨道交通作为城市客运交通体系中的一种骨干交通方式,对其他交通方式和设施具有很强的依赖性。因此,城市轨道交通功能的发挥要有一体化的交通体系作支撑。莫斯科地铁线网特别重视地铁与其他交通方式的有机结合,地铁与无轨电车及有轨电车、长途快速客车、公共汽车等形成衔接合理、层次多、覆盖面广的网络,充分发挥了各种交通方式的作用,使得全市840万人口在市区出行一般不超过40min,绝大部分居民上班时间不超过35min,去大莫斯科地区任一点都不超过2.5h。

(2)加强城市轨道交通与铁路以及机场的衔接

目前国内城市缺乏对铁路换乘枢纽及城市综合体的一体化衔接的研究。城市轨道交通网络必须注重换乘,特别是网络中的重要大型客流集散点的换乘站布置,使其选址、站型设计、设施设备与铁路、机场等其他交通方式的换乘接驳。应将换乘线路间的票制、乘客导向系统、费区布置等都应本着服务人性化的原则进行综合考虑。

7.完善技术标准体系

目前我国城市城市轨道交通正处于大发展阶段,急需制定规范城市轨道交通规划、建设、运营的标准、法律和法规,完善相关的行业标准和规章,有效促进标准化水平,保护国内市场,开拓国际市场,提高标准管理水平。截至2010年统计,我国城市轨道交通需要产品标准267项,而现行标准23项,在编标准24项,不到50项,目前只能参照相关标准进行产品设计和生产。城市轨道交通产品标准绝大部分还处在待编状态,标准的编制工作任重而道远。

8.实现城市交通投资多元化

目前,多数国家由中央政府、地方政府和轨道交通单位共同投资建设城市轨道交通系统。日本地铁建设采用补助金制度,市郊铁路由国家和地方政府负担36%的补贴,而对单轨等新交通方式,国家的补贴达三分之二;德国交通财政资助法规定,每年向购油者加收10%的税收作为城市交通建设资金,其余的由联邦政府负担60%、州政府负担40%;巴黎的法规规定,城市交通设施基本建设,中央政府投资40.5%,其余的由地方政府和有关部门投资。一些国家还采取有偿使用资金和受益者投资的方法,如:日本是将各级财政以不同形式筹集的资金,以有偿使用方式通过金融机构提供给企事业单位;而单轨和新交通建设,除国家、地方政府补贴外,沿线受益者也要资助建设。

我国城市轨道投融资经历了由政府完全无偿投入到寻求多元化资金投入的过程。过去轨道交通投资主要是以政府直接投资为主,目前投资方式及来源发生了变化。现在,我国投资模式主要体现为政府主导型市场化投融资模式。从投资形式看,一般是以组建投资公司的形式,负责资金的筹集和资金运作;从资金来源看,投资渠道逐步多元化,资金的主要构成包括政府财政拨款、城市建设专项资金、土地有偿使用收入、银行贷款(包括财政债券)、外国政府贷款等。