有轨电车系统特点及应用前景研究_巫伟军
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( 1 )运输能力 有轨电车运输能力介于轻轨及公共汽车之间 。一 般双铰接列车能够达到 115～2 m in的发车间隔 ,单向 运能为 6 000～7 000人次 / h,运输能力是普通公共汽车 的 3倍以上 ;在有条件的情况下 ,可以实现更长组合模 块列车运营 ,单向运能达到 15 000人次 / h,运输能力更 为突出 。大连市通过技术改造 ,尚有 2312 km 长运营 线路 , 2005年日均客运量 1917 万人次 ,线路负荷强度 达到 0185万人次 / km ·d,相当于一条地铁线路初期 的客运规模 。
(2)节约能源水平
城市轨道交通运输效率的能源消耗相对于地面其 他交通要小很多 ,主要在于运量大 、效率高的特点 。有 关文献研究显示城市轨道交通能源消耗约为城市地面 其他机动车交通的 1 /6,这也是能源越来越紧张情况 下 ,优先选择节能型交通需要 。有轨电车 、轻轨 、地铁 主要能源消耗为电能 ,以大连有轨电车 201 + 203 线 、 大连快轨 3号线续建工程和沈阳地铁 1号线施工图计 算的运营初期用电量为例分析各自能耗程度见表 3。
收稿日期 : 2007204220 作者简介 :巫伟军 ( 1969—) ,男 ,高级工程师 , 1991 年毕业于长沙铁道 学院 。
( 2 )线路及轨道 有轨电车一般为短程客流服务 ,按照规划沿城市 主干道敷设 。其线形基本与道路一致 ,分为隔离线路 和混行线路 。一般最小曲线半径 50 m ,困难情况下可 以采用 20 ～30 m;并行地段线间距根据车辆参数 、接 触网立柱位确定 ;最大纵坡 60‰以上 ;车站设简易站 台 ,困难条件下可设在半径不小于 200 m 的曲线上 。 钢轮钢轨车型有轨电车正线轨道宜采用整体道床 , 目前国内采用板式或梯形 (隔离路段 )整体道床等形式 , 隔离路段采用 50 kg/m 钢轨 ,混行路段采用专用槽型 轨 ,如大连采用 R I60槽型钢轨及专用槽型轨道岔。 ( 3 )车辆设备 车辆是有轨电车系统的核心主体 ,车辆选型围绕 运输需求 、运营环境来确定 。目前国内尚没有定型标 准 。大连电车厂作为国内生产有轨电车的专业工厂 , 曾先后 生 产 过 1000 型 、3000 型 、5000 型 、7000 型 、 8000型等单节有轨电车 ,其中 , 8000 型车还是大连有 轨电车网络的主力车型 。 现代有轨电车车辆在提高安全性能的基础上 ,关 注方便乘降 、保护环境及节约能源 ,采用更为人性化的 低地板车辆 。列车一般采用铰接模块车体组成 ,车辆 长度 25～35 m ,定员在 170～240人 ,平均旅行速度约 25 km / h。国 内 有 轨 电 车 改 进 了 控 制 设 备 , 装 备 了 VVVF控制系 统 , 目前 新型运 用 的 车 辆 包 括 大 连 的 DL6A 型 (钢轮钢轨系统 ) 、天津 STE3 型 (胶轮系统 ) 等 ;国外运用的车辆包括阿尔斯通 Citadis系列 、西门 子 Combino系列 、庞巴迪 C lassic系列等 。国内有轨电 车车辆及 Citadis车辆运用参数对比见表 1。 通过多年研究和运营改进 ,国产有轨电车车辆技 术越来越接近欧洲新型车辆 ,并一直向着低地板技术 迈进 。 ( 4 )机电及运营设备 有轨电车牵引供电系统采用分散供电方式 ,设置 牵引变电所分区供电 ,接触网按简单链形悬挂 ,接触网 立柱可设置在线路上下行之间或两侧 。 运营控制系统相对简单 ,公务通信及专用电话利 用市区程控电话 、调度指挥系统利用无线通信系统可 以满足运营管理要求 。信号一般包括道岔控制系统和 路口信号控制系统 ,其中 ,路口信号与地面道路信号中 统一程序 ,系统控制 。另外 ,设置调度所和车场用于运
疏散乘客和救援活动比较容易 。当然需要关注运营系
统与环境的安全问题 ,如道口优先信号的设置及通过
/3 580
/2 950
242
160
4铰 5车体 32 500 /2 650
/3 270 231
地板高度 /mm
880 (30% ) /400 ( 70% )
250 (100% )
350 ( 100% )
设备制造商
大连机车所 、 法国劳 电车厂等 尔公司
法国阿尔 斯通公司
应用城市
大连
天津
牟罗兹 (法 ) 、 耶路撒冷 (以 )等
0185
3号线续建工程 轻轨 1413
195 721 (概算 ) 13 698
1013 (客流预测 )
0172
1号线 地铁 1914 865 847 (估算 ) 44 621 2615 (客流预测 )
1136
客流投资比
/ (万元 /万人次 ·日 )
3 509
19 002
32 673
附注
2006年大部分改造 在建 ,计划 2007 正筹建 ,计划 完成 ,已运营 年通车运营 2012年通车运营
表 3 大连等部分轨道交通项目初期用电量及指标
项目
大连市有轨电 大连市轻轨 3 沈阳地铁 1 车 201 + 203线 号线续建工程 号线一期工程
线路长度 /km
1116
Leabharlann Baidu
1413
2211
客流量 / (万人次 /d)
14185
10130
32198
(客流预测 ) (客流预测 ) (客流预测 )
牵引负荷年用电量 / (万 kW ·h)
DL6A 19 60 70
STE3 20 90 70
C itad is302 — —
70
供电方式
DC600 /750V DC750V
接触网
接触网
DC750V 接触网
车辆组成
车辆尺寸 / (长 /宽 /高 ) / (mm ) 列车定员 /人
2铰 3车体 2铰 3车体
25 200 /2 600 25 000 /2 200
铁道标准设计 RA ILWA Y S TANDARD D ES IGN 20 07 ( 8 )
123
·其 他 ·
巫伟军 —有轨电车系统特点及应用前景研究
线和接触网柱数量 ;车站小品要融入周围建筑 ;隔离路
段采用绿化等措施来改善轨道环境等 ;地形及建筑环
境一致情况下 ,若需要进一步降低噪声影响 ,可论证采
122
铁道标准设计 RA ILWA Y S TANDARD D ES IGN 2 00 7 ( 8 )
巫伟军 —有轨电车系统特点及应用前景研究
·其 他 ·
营行车管理和车辆运用检修等业务 。
表 1 部分运营线路车辆运用参数对比
车型 适应最小半径 /m 适应最大坡度 / ‰ 最高速度 / ( km / h)
1 系统技术特点
世界上第一条有轨电车线路于 1881 年在德国柏 林近郊建成 , 1888年美国里士满市建成了世界上第一 个投入商业运行的有轨电车系统 。经历 100多年的运 用和技术更新 ,现代有轨电车技术在车辆及控制系统 、 轨道系统等方面已有了质的飞跃 。
有轨电车系统构成一般由线路轨道 、车辆及控制 设备 、供电 、运营管理等部分组成 。该系统融入城市公 交网络 ,敞开模式乘降 ,完全地面公交化运营 。
用胶轮电车系统的可行性 。
( 4 )运营安全
有轨电车系统的整体安全性能经过了实践验证 。
设备系统及应用技术相当成熟 ,目前国内车辆及控制
设备在正常维护作业程序下故障率很低 。轨道 、供电 、
信号技术充分考虑到其运营环境的特点 ,具有较强的
适应性 。由于电车沿轨道运营 ,因此很少发生运营系
统的意外 ;大部分线路位于地面行驶 ,出现异常情况 ,
·其 他 ·
有轨电车系统特点及应用前景研究
巫伟军
(铁道第三勘察设计院集团有限公司 , 天津 300142)
摘 要 :根据有轨电车发展现状 ,针对其运输能力和系统构成 的技术特点 ,论证系统的经济 、环保 、节能和安全的特性 ,分析 不同城市环境应用的方法和注意事项 ,并通过城市交通需求和 产业化能力 ,提出我国有轨电车系统的应用前景 。 关键词 :有轨电车 ; 技术 ; 经济 ; 应用 中图分类号 : U121; U23915 文献标识码 : A 文章编号 : 100422954 (2007) 0820122203
表 2 大连市不同轨道交通项目投资及初期客流关系
项目 线路性质 线路长度 /km 总造价 /万元 单位指标 / (万元 / km ) 客流量 / (万人次 / d)
客流强度 / (万人次 /km ·日 )
201 + 202 + 203线 有轨电车 2312
69 123 (概算 ) 2 979
1917 (运营统计 )
2 系统应用特点
( 1 )经济性特点 有轨电车需要建立专用的运营系统 ,但是与轻轨 和地铁的系统造价相比是较低的 。以大连运营的有轨 电车 、在建的轻轨以及筹划建设的地铁为例 ,有轨电车 初投资低和初期的运营效益高的优势非常明显 。 从表 2资料分析 ,大连有轨电车初期投资单位指 标与建轻轨和筹建地铁相比 ,分别为后者的 2117%和 617% ;而有轨电车初期客流强度虽然小于或相当于轻 轨地铁 ,但是承担相同客流量的单位线路长度的初投 资仅为后者的 1815%和 1017%。换言之 , 同样条件 下 ,有轨电车系统的造价小于轻轨四分之一或相当于 地铁的十五分之一 ;初期投资载客效率大于轻轨的 5 倍和 9倍 ,即使有轨电车运输能力远期不增加 ,而轻 轨 、地铁远期增加 3 ～4 倍 ,仍然显示较大的优势 。另 外 ,有轨电车系统的运营总体支出要比轻轨地铁小 ,因 此 ,有轨电车系统全部投资的财务内部收益率要高得 多 ,显示其具有良好的运输经济性 。
有轨电车作为成熟的轨道交通方式 ,其相对经济 、 节能和环保特点决定很多欧洲城市一直将其作为公共 交通的主力运载工具 ,一些城市废弃有轨电车几十年 后 ,又开始重新研究建设这个系统 。如法国巴黎时隔 70年后 ,于 2006年 12月又重新开通由伊夫里门至加 里利亚诺桥的有轨电车线路 ,并计划建成环城有轨电 车系统 。我国大连 、长春 、鞍山等城市也还保留了这种 运输系统 ,目前运营状况良好 。在新的城市交通建设 过程中 ,有必要对有轨电车系统的适应性和应用前景 进行新的思考 。
通过对比 ,有轨电车由于运输能力小 ,运营设备简 单 ,其主 要 电 能 消 耗 为 牵 引 负 荷 , 占 到 总 用 电 量 的 60%以上 ;而轻轨 、地铁主要能耗为运营管理设备的使 用 ,运 营 初 期 其 牵 引 负 荷 仅 在 总 用 电 量 的 25% ～ 30% ,远期虽有所提高 ,最高也在 50%左右 。有轨电 车的初期运营年用电量指标和客流能耗均比轻轨 、地 铁小 ,即使远期轻轨 、地铁客流量增加 ,其客流能耗比 也不会低于有轨电车 。因此 ,有轨电车系统无论地面 公交车辆还是轻轨地铁系统相比 ,节能效果比较显著 。
1 072
其他负荷年用电量 / (万 kW ·h)
654
年用电量 / (万 kW ·h)
1 726
年用电量指标 / (万 kW ·h /km )
149
客流能耗比 / (万 kW ·h /万人次 )
0132
849 1 997 2 846 199 0175
3 200 8 990 12 190 551 1101
但是 ,有轨电车系统需要占用道路空间 。以运输 乘客计算 ,人均占地 015～110 m2 ,尽管较公共汽车小 , 在研究线路走向和位置时 ,其占用地面资源的缺点也 应引起重视 。
( 3 )环境保护影响 轨道交通的环保特点有目共睹 ,城市轨道交通噪 声污染为地面交通的 1 /2,人均 CO2 排放量是地面交 通的 1 /5。有轨电车尽管在上述指标上有所削弱 ,但 是 ,对环境的改善还是非常有利的 。墨尔本市亚拉街 道电车公司 2005年开展了一项研究 ,结果证明 1辆有 轨电车 1年能减少 300 000辆次汽车出行 ,这引起了很 多关于交通堵塞和城市生活质量的讨论 ;巴黎市政府 也曾预计 ,新的有轨电车系统建成将使其沿线汽车流 量减少 25%。因此 ,有轨电车的应用 ,大幅度减少了 其他机动车上路行驶 ,对于降低机动车造成的空气 、噪 声污染 ,改善交通质量是非常有益的 。 由于有轨电车系统主要为地面运行 ,需要注意其 地面建筑及设备与环境景观关系 、车辆运营噪声防护 等问题 。在满足功能需要的前提下 ,尽可能减少架空
(2)节约能源水平
城市轨道交通运输效率的能源消耗相对于地面其 他交通要小很多 ,主要在于运量大 、效率高的特点 。有 关文献研究显示城市轨道交通能源消耗约为城市地面 其他机动车交通的 1 /6,这也是能源越来越紧张情况 下 ,优先选择节能型交通需要 。有轨电车 、轻轨 、地铁 主要能源消耗为电能 ,以大连有轨电车 201 + 203 线 、 大连快轨 3号线续建工程和沈阳地铁 1号线施工图计 算的运营初期用电量为例分析各自能耗程度见表 3。
收稿日期 : 2007204220 作者简介 :巫伟军 ( 1969—) ,男 ,高级工程师 , 1991 年毕业于长沙铁道 学院 。
( 2 )线路及轨道 有轨电车一般为短程客流服务 ,按照规划沿城市 主干道敷设 。其线形基本与道路一致 ,分为隔离线路 和混行线路 。一般最小曲线半径 50 m ,困难情况下可 以采用 20 ～30 m;并行地段线间距根据车辆参数 、接 触网立柱位确定 ;最大纵坡 60‰以上 ;车站设简易站 台 ,困难条件下可设在半径不小于 200 m 的曲线上 。 钢轮钢轨车型有轨电车正线轨道宜采用整体道床 , 目前国内采用板式或梯形 (隔离路段 )整体道床等形式 , 隔离路段采用 50 kg/m 钢轨 ,混行路段采用专用槽型 轨 ,如大连采用 R I60槽型钢轨及专用槽型轨道岔。 ( 3 )车辆设备 车辆是有轨电车系统的核心主体 ,车辆选型围绕 运输需求 、运营环境来确定 。目前国内尚没有定型标 准 。大连电车厂作为国内生产有轨电车的专业工厂 , 曾先后 生 产 过 1000 型 、3000 型 、5000 型 、7000 型 、 8000型等单节有轨电车 ,其中 , 8000 型车还是大连有 轨电车网络的主力车型 。 现代有轨电车车辆在提高安全性能的基础上 ,关 注方便乘降 、保护环境及节约能源 ,采用更为人性化的 低地板车辆 。列车一般采用铰接模块车体组成 ,车辆 长度 25～35 m ,定员在 170～240人 ,平均旅行速度约 25 km / h。国 内 有 轨 电 车 改 进 了 控 制 设 备 , 装 备 了 VVVF控制系 统 , 目前 新型运 用 的 车 辆 包 括 大 连 的 DL6A 型 (钢轮钢轨系统 ) 、天津 STE3 型 (胶轮系统 ) 等 ;国外运用的车辆包括阿尔斯通 Citadis系列 、西门 子 Combino系列 、庞巴迪 C lassic系列等 。国内有轨电 车车辆及 Citadis车辆运用参数对比见表 1。 通过多年研究和运营改进 ,国产有轨电车车辆技 术越来越接近欧洲新型车辆 ,并一直向着低地板技术 迈进 。 ( 4 )机电及运营设备 有轨电车牵引供电系统采用分散供电方式 ,设置 牵引变电所分区供电 ,接触网按简单链形悬挂 ,接触网 立柱可设置在线路上下行之间或两侧 。 运营控制系统相对简单 ,公务通信及专用电话利 用市区程控电话 、调度指挥系统利用无线通信系统可 以满足运营管理要求 。信号一般包括道岔控制系统和 路口信号控制系统 ,其中 ,路口信号与地面道路信号中 统一程序 ,系统控制 。另外 ,设置调度所和车场用于运
疏散乘客和救援活动比较容易 。当然需要关注运营系
统与环境的安全问题 ,如道口优先信号的设置及通过
/3 580
/2 950
242
160
4铰 5车体 32 500 /2 650
/3 270 231
地板高度 /mm
880 (30% ) /400 ( 70% )
250 (100% )
350 ( 100% )
设备制造商
大连机车所 、 法国劳 电车厂等 尔公司
法国阿尔 斯通公司
应用城市
大连
天津
牟罗兹 (法 ) 、 耶路撒冷 (以 )等
0185
3号线续建工程 轻轨 1413
195 721 (概算 ) 13 698
1013 (客流预测 )
0172
1号线 地铁 1914 865 847 (估算 ) 44 621 2615 (客流预测 )
1136
客流投资比
/ (万元 /万人次 ·日 )
3 509
19 002
32 673
附注
2006年大部分改造 在建 ,计划 2007 正筹建 ,计划 完成 ,已运营 年通车运营 2012年通车运营
表 3 大连等部分轨道交通项目初期用电量及指标
项目
大连市有轨电 大连市轻轨 3 沈阳地铁 1 车 201 + 203线 号线续建工程 号线一期工程
线路长度 /km
1116
Leabharlann Baidu
1413
2211
客流量 / (万人次 /d)
14185
10130
32198
(客流预测 ) (客流预测 ) (客流预测 )
牵引负荷年用电量 / (万 kW ·h)
DL6A 19 60 70
STE3 20 90 70
C itad is302 — —
70
供电方式
DC600 /750V DC750V
接触网
接触网
DC750V 接触网
车辆组成
车辆尺寸 / (长 /宽 /高 ) / (mm ) 列车定员 /人
2铰 3车体 2铰 3车体
25 200 /2 600 25 000 /2 200
铁道标准设计 RA ILWA Y S TANDARD D ES IGN 20 07 ( 8 )
123
·其 他 ·
巫伟军 —有轨电车系统特点及应用前景研究
线和接触网柱数量 ;车站小品要融入周围建筑 ;隔离路
段采用绿化等措施来改善轨道环境等 ;地形及建筑环
境一致情况下 ,若需要进一步降低噪声影响 ,可论证采
122
铁道标准设计 RA ILWA Y S TANDARD D ES IGN 2 00 7 ( 8 )
巫伟军 —有轨电车系统特点及应用前景研究
·其 他 ·
营行车管理和车辆运用检修等业务 。
表 1 部分运营线路车辆运用参数对比
车型 适应最小半径 /m 适应最大坡度 / ‰ 最高速度 / ( km / h)
1 系统技术特点
世界上第一条有轨电车线路于 1881 年在德国柏 林近郊建成 , 1888年美国里士满市建成了世界上第一 个投入商业运行的有轨电车系统 。经历 100多年的运 用和技术更新 ,现代有轨电车技术在车辆及控制系统 、 轨道系统等方面已有了质的飞跃 。
有轨电车系统构成一般由线路轨道 、车辆及控制 设备 、供电 、运营管理等部分组成 。该系统融入城市公 交网络 ,敞开模式乘降 ,完全地面公交化运营 。
用胶轮电车系统的可行性 。
( 4 )运营安全
有轨电车系统的整体安全性能经过了实践验证 。
设备系统及应用技术相当成熟 ,目前国内车辆及控制
设备在正常维护作业程序下故障率很低 。轨道 、供电 、
信号技术充分考虑到其运营环境的特点 ,具有较强的
适应性 。由于电车沿轨道运营 ,因此很少发生运营系
统的意外 ;大部分线路位于地面行驶 ,出现异常情况 ,
·其 他 ·
有轨电车系统特点及应用前景研究
巫伟军
(铁道第三勘察设计院集团有限公司 , 天津 300142)
摘 要 :根据有轨电车发展现状 ,针对其运输能力和系统构成 的技术特点 ,论证系统的经济 、环保 、节能和安全的特性 ,分析 不同城市环境应用的方法和注意事项 ,并通过城市交通需求和 产业化能力 ,提出我国有轨电车系统的应用前景 。 关键词 :有轨电车 ; 技术 ; 经济 ; 应用 中图分类号 : U121; U23915 文献标识码 : A 文章编号 : 100422954 (2007) 0820122203
表 2 大连市不同轨道交通项目投资及初期客流关系
项目 线路性质 线路长度 /km 总造价 /万元 单位指标 / (万元 / km ) 客流量 / (万人次 / d)
客流强度 / (万人次 /km ·日 )
201 + 202 + 203线 有轨电车 2312
69 123 (概算 ) 2 979
1917 (运营统计 )
2 系统应用特点
( 1 )经济性特点 有轨电车需要建立专用的运营系统 ,但是与轻轨 和地铁的系统造价相比是较低的 。以大连运营的有轨 电车 、在建的轻轨以及筹划建设的地铁为例 ,有轨电车 初投资低和初期的运营效益高的优势非常明显 。 从表 2资料分析 ,大连有轨电车初期投资单位指 标与建轻轨和筹建地铁相比 ,分别为后者的 2117%和 617% ;而有轨电车初期客流强度虽然小于或相当于轻 轨地铁 ,但是承担相同客流量的单位线路长度的初投 资仅为后者的 1815%和 1017%。换言之 , 同样条件 下 ,有轨电车系统的造价小于轻轨四分之一或相当于 地铁的十五分之一 ;初期投资载客效率大于轻轨的 5 倍和 9倍 ,即使有轨电车运输能力远期不增加 ,而轻 轨 、地铁远期增加 3 ～4 倍 ,仍然显示较大的优势 。另 外 ,有轨电车系统的运营总体支出要比轻轨地铁小 ,因 此 ,有轨电车系统全部投资的财务内部收益率要高得 多 ,显示其具有良好的运输经济性 。
有轨电车作为成熟的轨道交通方式 ,其相对经济 、 节能和环保特点决定很多欧洲城市一直将其作为公共 交通的主力运载工具 ,一些城市废弃有轨电车几十年 后 ,又开始重新研究建设这个系统 。如法国巴黎时隔 70年后 ,于 2006年 12月又重新开通由伊夫里门至加 里利亚诺桥的有轨电车线路 ,并计划建成环城有轨电 车系统 。我国大连 、长春 、鞍山等城市也还保留了这种 运输系统 ,目前运营状况良好 。在新的城市交通建设 过程中 ,有必要对有轨电车系统的适应性和应用前景 进行新的思考 。
通过对比 ,有轨电车由于运输能力小 ,运营设备简 单 ,其主 要 电 能 消 耗 为 牵 引 负 荷 , 占 到 总 用 电 量 的 60%以上 ;而轻轨 、地铁主要能耗为运营管理设备的使 用 ,运 营 初 期 其 牵 引 负 荷 仅 在 总 用 电 量 的 25% ～ 30% ,远期虽有所提高 ,最高也在 50%左右 。有轨电 车的初期运营年用电量指标和客流能耗均比轻轨 、地 铁小 ,即使远期轻轨 、地铁客流量增加 ,其客流能耗比 也不会低于有轨电车 。因此 ,有轨电车系统无论地面 公交车辆还是轻轨地铁系统相比 ,节能效果比较显著 。
1 072
其他负荷年用电量 / (万 kW ·h)
654
年用电量 / (万 kW ·h)
1 726
年用电量指标 / (万 kW ·h /km )
149
客流能耗比 / (万 kW ·h /万人次 )
0132
849 1 997 2 846 199 0175
3 200 8 990 12 190 551 1101
但是 ,有轨电车系统需要占用道路空间 。以运输 乘客计算 ,人均占地 015～110 m2 ,尽管较公共汽车小 , 在研究线路走向和位置时 ,其占用地面资源的缺点也 应引起重视 。
( 3 )环境保护影响 轨道交通的环保特点有目共睹 ,城市轨道交通噪 声污染为地面交通的 1 /2,人均 CO2 排放量是地面交 通的 1 /5。有轨电车尽管在上述指标上有所削弱 ,但 是 ,对环境的改善还是非常有利的 。墨尔本市亚拉街 道电车公司 2005年开展了一项研究 ,结果证明 1辆有 轨电车 1年能减少 300 000辆次汽车出行 ,这引起了很 多关于交通堵塞和城市生活质量的讨论 ;巴黎市政府 也曾预计 ,新的有轨电车系统建成将使其沿线汽车流 量减少 25%。因此 ,有轨电车的应用 ,大幅度减少了 其他机动车上路行驶 ,对于降低机动车造成的空气 、噪 声污染 ,改善交通质量是非常有益的 。 由于有轨电车系统主要为地面运行 ,需要注意其 地面建筑及设备与环境景观关系 、车辆运营噪声防护 等问题 。在满足功能需要的前提下 ,尽可能减少架空