城市軌道交通最新技術(shù)及評(píng)定【摘要】 文章對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行分類、并對(duì)其最新發(fā)展和商業(yè)化運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)及其所用的安全評(píng)定方法進(jìn)行了論述?！娟P(guān)鍵詞】：城市軌道交通系統(tǒng)；商業(yè)化運(yùn)營(yíng)；評(píng)定0 前言 在日本，80年代開始商業(yè)運(yùn)營(yíng)的新型交通系統(tǒng)，作為介于火車和汽車之間的中型交通系統(tǒng)，是城市軌道交通系統(tǒng)的主力。然而，近來(lái)研究的重點(diǎn)是輕軌交通（LRT）、現(xiàn)代城市有軌電車、以及采用線性電動(dòng)機(jī)等新技術(shù)的城市軌道交通系統(tǒng)。這些系統(tǒng)開始在日本的一些地方投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。鑒于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，制定無(wú)人操作標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行IEC62278標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性（RAMS）管理。在新型城市軌道交通系統(tǒng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)前，須以不同的方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)定。因此，本文用實(shí)例論述了對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)的最新發(fā)展和商業(yè)化運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)及所用的評(píng)定方法。1城市軌道交通系統(tǒng)分類 一般來(lái)說(shuō)，鐵道交通系統(tǒng)使用鋼制車輪和鋼軌對(duì)車輛進(jìn)行支承和導(dǎo)向，并使用車上旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的粘著力驅(qū)動(dòng)。司機(jī)根據(jù)道旁或司機(jī)室的信號(hào)進(jìn)行操作。不過(guò)，城市軌道交通系統(tǒng)并不都是這種類型。下面對(duì)包括城市軌道交通系統(tǒng)在內(nèi)的鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行分類。1.1按支承/導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)分類 根據(jù)定義，不需要長(zhǎng)距離運(yùn)行的城市軌道交通系統(tǒng)，就運(yùn)行區(qū)域來(lái)說(shuō)具有靈巧的特點(diǎn)。例如，現(xiàn)有無(wú)車載驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，又有非接觸支承和導(dǎo)向的系統(tǒng)。
圖1是根據(jù)車輛的支承/導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行的分類。驅(qū)動(dòng)列車的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，可進(jìn)一步分類為車載電動(dòng)機(jī)和地面電動(dòng)機(jī)。1.1. 1用車載旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 某些城市軌道交通系統(tǒng)如傳統(tǒng)鐵道系統(tǒng)一樣使用車載旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，但存在一些不同。輕軌車輛系統(tǒng)沒(méi)有車軸，電動(dòng)機(jī)裝在車體上或裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上以便降低車輛地板高度。新型交通系統(tǒng)，使用橡膠輪胎支承和驅(qū)動(dòng)，用導(dǎo)向輪導(dǎo)向。另外還有使用帶傳動(dòng)裝置車載旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的車輛，陡坡運(yùn)行時(shí)用永磁系統(tǒng)（替代車輪驅(qū)動(dòng)力）。1.1. 2用地面旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 架空索道和纜車一般都用地面旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為纜索的線性運(yùn)動(dòng)。這些早已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，主要用于旅游景點(diǎn)。然而，近年來(lái)，它們被作為城市軌道交通系統(tǒng)。纜索驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是缺乏導(dǎo)向穩(wěn)定性。解決該問(wèn)題的方法是，在架空索道上采用減阻裝置、翼板和阻尼器等來(lái)改善風(fēng)阻，以及在OTIS上使用導(dǎo)向輪導(dǎo)向。高架鐵道系統(tǒng)的導(dǎo)向，與懸掛單軌鐵道的一樣，由導(dǎo)向輪和支承梁導(dǎo)向以減小風(fēng)的影響。在這種系統(tǒng)中，梁用于支承，而纜索僅用于驅(qū)動(dòng)。1.1. 3車載線性電動(dòng)機(jī)的一次側(cè)驅(qū)動(dòng) 80年代后期，線性電動(dòng)機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用得到積極推進(jìn)，直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)開始得到廣泛的認(rèn)可。對(duì)于鐵路上的應(yīng)用，平板式電動(dòng)機(jī)和無(wú)粘著驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)開始引人關(guān)注。使用線性電動(dòng)機(jī)的第一個(gè)商業(yè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)是用線性電動(dòng)機(jī)的地鐵。在該系統(tǒng)中，像傳統(tǒng)鐵道系統(tǒng)一樣，車輪的支承和導(dǎo)向由鐵制車輪和軌道提供，只是驅(qū)動(dòng)是由車輛上線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一次側(cè)（裝在車上的供電線圈）提供（圖2）。采用該系統(tǒng)的初衷是，試圖利用線性電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)性來(lái)減小隧道截面，以降低地鐵昂貴的建設(shè)費(fèi)用。然而，從技術(shù)上講，這是一個(gè)具有開拓意義的系統(tǒng)，它只需使用與傳統(tǒng)逆變器相同的驅(qū)動(dòng)控制方法，使得線性電動(dòng)機(jī)能在鐵道上使用（圖3）。這種系統(tǒng)于1990年3月首次在大扳交通局的地鐵7號(hào)線開始商業(yè)運(yùn)營(yíng)，隨后在東京交通局的地鐵12號(hào)線（1991年）和神戶市的Kaigan線（2001年）上運(yùn)營(yíng)。最近，福岡和橫濱正在建設(shè)使用這種系統(tǒng)的鐵路線。 線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在商業(yè)化運(yùn)營(yíng)中取得進(jìn)展，從而加快了使用線性驅(qū)動(dòng)技術(shù)的磁懸浮鐵路的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)（圖4）。與傳統(tǒng)鐵路相比，磁懸浮鐵路的特點(diǎn)是用線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和用常導(dǎo)磁懸浮支承及導(dǎo)向。線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)已經(jīng)在采用線性電動(dòng)機(jī)的地鐵通過(guò)了安全評(píng)定，所以只需對(duì)懸浮控制的安全性作評(píng)定。為此，運(yùn)輸部在Oe磁懸浮試驗(yàn)線上進(jìn)行了廣泛試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集和評(píng)定，認(rèn)定該系統(tǒng)無(wú)安全問(wèn)題。此后將其添加到鐵路商業(yè)法（專用鐵路）中。使用該系統(tǒng)的Tobu Kyuryo線路計(jì)劃于2005年投入運(yùn)營(yíng)。 與上述系統(tǒng)相似，OTIS系統(tǒng)由線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由空氣懸掛系統(tǒng)支承（用導(dǎo)向輪導(dǎo)向）。政府（運(yùn)輸部）、學(xué)術(shù)界、包括該行業(yè)（OTIS）的有關(guān)團(tuán)體與專家組成的委員會(huì)（東京大學(xué)Shoda教授為主席）為該系統(tǒng)設(shè)定了試驗(yàn)項(xiàng)目以及進(jìn)行安全評(píng)定。線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)了安全性能評(píng)定，因此這次評(píng)定主要集中在空氣懸掛系統(tǒng)控制的安全性上。結(jié)果表明，OTIS系統(tǒng)在運(yùn)行速度低于50 km/h時(shí)沒(méi)有安全問(wèn)題。1.1. 4地面線性電動(dòng)機(jī)一次側(cè)驅(qū)動(dòng) 上述的線性電動(dòng)機(jī)的工作原理是，一次側(cè)在車輛系統(tǒng)中，在該車輛系統(tǒng)使用了線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，電源側(cè)線圈裝在車上。雖然這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與線性電動(dòng)機(jī)地鐵、HSST和OTIS的支承和導(dǎo)向方式不同，但就驅(qū)動(dòng)方法而論，在技術(shù)上是相同的。然而，城市軌道交通系統(tǒng)則是將一次側(cè)裝在地面系統(tǒng)中，而供電側(cè)線圈裝在地面上。雖然使用線性同步電動(dòng)機(jī)，連續(xù)不斷的線圈可裝在地面上，但據(jù)說(shuō)這種系統(tǒng)作為城市軌道交通系統(tǒng)，由于建設(shè)費(fèi)用的問(wèn)題，只在有限的情況下可行，因而，至今還沒(méi)有投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)?？晒?jié)省建設(shè)費(fèi)用的一種間斷安裝線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)已經(jīng)用于商業(yè)運(yùn)營(yíng)，如美國(guó)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部的運(yùn)輸，但在日本還沒(méi)有投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。日本的高架鐵道系統(tǒng)，線性電動(dòng)機(jī)安裝在地面系統(tǒng)的一次側(cè)，以便在車站附近實(shí)施加速和減速（圖5）。發(fā)車時(shí)，車輛由線性電動(dòng)機(jī)加速，達(dá)到纜索速度時(shí)，控制纜索。到達(dá)時(shí)，車輛脫離纜索，由線性電動(dòng)機(jī)將速度從纜索速度降至停車。該車輛的支承梁和導(dǎo)輪使支承/導(dǎo)向系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獨(dú)立分開，其控制系統(tǒng)具有線性電動(dòng)機(jī)較高加速和減速的性能和節(jié)省空間的特點(diǎn)。在特殊情況下，一次側(cè)裝在地面系統(tǒng)中，二次側(cè)反作用板則需安裝在車上，這樣便可充分利用一次側(cè)裝在地面系統(tǒng)中重量輕和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。這種系統(tǒng)于1998年在廣島Prefecture用作進(jìn)出Seno車站的運(yùn)輸工具。1.2按操作方法分類 鐵路系統(tǒng)可根據(jù)它們的操作方法分類。如圖6所示，傳統(tǒng)鐵路系統(tǒng)(無(wú)列車自動(dòng)操作——NTO)基本由司機(jī)人工操作，而許多城市軌道交通系統(tǒng)為自動(dòng)操作(半自動(dòng)列車操作——STO)或無(wú)人操作(無(wú)司機(jī)列車操作——DTO或自動(dòng)列車操作——UTO)。由于城市軌道交通系統(tǒng)在相當(dāng)短的運(yùn)行距離內(nèi)需要高頻率運(yùn)行，造成列車運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，因而節(jié)省人力的措施極為重要。然而，近年來(lái)許多傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)使用STO系統(tǒng)，即車上有司機(jī)但列車可自動(dòng)操作運(yùn)行（加速、運(yùn)行和減速）的一種系統(tǒng)。這也促使將城市軌道交通系統(tǒng)積累的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。所以，如果將來(lái)傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)需要進(jìn)一步節(jié)省人力，可汲取城市軌道交通系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，用DTO替換STO，而后換成UTO。 最近，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)城市鐵路交通系統(tǒng)（城市自動(dòng)交通）無(wú)人操作（DTO和UTO）的安全性進(jìn)行了檢測(cè)。其主要內(nèi)容是對(duì)無(wú)人操作可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分類，分析其風(fēng)險(xiǎn)性以及提出防范措施。此外，還將制定適應(yīng)傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)無(wú)人操作的標(biāo)準(zhǔn)。2城市軌道交通系統(tǒng)的評(píng)定 歷史上，新型城市軌道交通系統(tǒng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)前，需在運(yùn)輸部（現(xiàn)在的國(guó)土、基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸部）的監(jiān)管下組建一個(gè)委員會(huì)來(lái)確定對(duì)其試驗(yàn)和評(píng)定項(xiàng)目。而后，它的分支機(jī)構(gòu)——交通安全和公害研究所（現(xiàn)在的交通安全環(huán)境研究所）進(jìn)行試驗(yàn)并作出評(píng)定，行政管理部門根據(jù)結(jié)果對(duì)其可用性進(jìn)行鑒定。不過(guò)，將來(lái)還要根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。下面介紹這些評(píng)定方法。2.1過(guò)去的評(píng)定 一種新型城市軌道交通系統(tǒng)作為公共交通系統(tǒng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)前，運(yùn)輸部通常都要對(duì)其可用性進(jìn)行鑒定，如果結(jié)果是肯定的，就會(huì)組建一個(gè)委員會(huì)繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)工作。該委員會(huì)將作為公正的第三方組織來(lái)確定試驗(yàn)和評(píng)定項(xiàng)目。此后根據(jù)結(jié)果，運(yùn)輸部的分支機(jī)構(gòu)——交通安全和公害研究所進(jìn)行試驗(yàn)并作出評(píng)定。豐田的多模式交通系統(tǒng)（IMTS）就是一例，該系統(tǒng)中的車輛根據(jù)車載計(jì)算機(jī)讀出地面設(shè)置的磁釘位置完成自動(dòng)操作。多列車運(yùn)行時(shí)，由無(wú)線電通信控制相互間的距離。該系統(tǒng)于2003年7月作為鐵路技術(shù)被添加到部門法令中，并將于2005世界博覽會(huì)作為運(yùn)輸系統(tǒng)在愛(ài)知縣投入商業(yè)運(yùn)用。 日本運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)研究中心（現(xiàn)在的運(yùn)輸政策研究所），在1999年為該系統(tǒng)組建了由Nihon大學(xué)Nakamura教授為主席的委員會(huì)。該委員會(huì)根據(jù)東富士試驗(yàn)線的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)安全性進(jìn)行了評(píng)定，結(jié)果表明沒(méi)有根本的安全問(wèn)題。因此，鑒于國(guó)家交通安全環(huán)境研究所進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果，該系統(tǒng)在Awaji島農(nóng)業(yè)園投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)中，在一定程度上證實(shí)了其可靠性。根據(jù)這些結(jié)論，最終批準(zhǔn)該系統(tǒng)在2005年世界博覽會(huì)期間投入運(yùn)營(yíng)。 表1列出最終的評(píng)定項(xiàng)目和評(píng)定結(jié)果，以供參考。至此，評(píng)定仍在進(jìn)一步進(jìn)行，如日本運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)研究中心進(jìn)行的評(píng)定和交通安全和公害研究所在Awaji島進(jìn)行的評(píng)定。各階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)再試驗(yàn)和再評(píng)定加以處理、解決和確認(rèn)。所有投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通系統(tǒng)，包括線性電動(dòng)機(jī)地鐵、HSST和高架鐵道交通系統(tǒng)都以同樣的方法進(jìn)行了評(píng)定。2.2未來(lái)的評(píng)定方法 近年來(lái)，加快了鐵路系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。被稱為RAMS標(biāo)準(zhǔn)的IEC62278就是一個(gè)實(shí)例。2002年10月生效的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鐵路系統(tǒng)對(duì)可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性（RAMS）的要求。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)鐵路運(yùn)輸應(yīng)安全和適用。標(biāo)準(zhǔn)要求，在壽命周期內(nèi)，對(duì)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的使用方案、終止和處置都應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行總結(jié)，并書面記載，如有必要，還要進(jìn)行核實(shí)（圖7）。 該標(biāo)準(zhǔn)源于歐洲EN50126標(biāo)準(zhǔn)，是按歐洲方式定量評(píng)定方式制定的。相反，到現(xiàn)在為止，要求日本鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)有預(yù)防故障的性能以避免可能發(fā)生的事故。因此，從鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到驗(yàn)收的整個(gè)過(guò)程需對(duì)其進(jìn)行評(píng)定?？梢哉f(shuō)，日本鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)上的評(píng)定，在其壽命周期內(nèi)都作了相應(yīng)的評(píng)定。3 未來(lái)的城市軌道交通系統(tǒng) 新的城市軌道交通系統(tǒng)從新型交通系統(tǒng)開始，而進(jìn)入多樣化，包括使用線性電動(dòng)機(jī)和無(wú)線電控制系統(tǒng)。將來(lái)根據(jù)社會(huì)需要可望進(jìn)一步采用下列交通模式。3.1雙模式的運(yùn)行系統(tǒng) 即使是極為先進(jìn)的城市軌道交通系統(tǒng)也無(wú)法與汽車所具有的便利性相比。實(shí)際上，如沒(méi)有汽車的存在，城市軌道交通系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展無(wú)法想象。而且，由于以軌道方式運(yùn)行的城市軌道交通系統(tǒng)只能單方向運(yùn)行，因此可在陸地上以任何方向運(yùn)行的汽車決不會(huì)被淘汰。所以，將來(lái)雙模式的城市軌道交通系統(tǒng)有望既能作為軌道車又能作為汽車運(yùn)行。 在歐洲已開發(fā)并部分投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的橡膠輪胎LRT系統(tǒng)，在郊區(qū)作為汽車運(yùn)行，而在有小型軌道導(dǎo)向的城區(qū)則作為火車運(yùn)行（如南希的TVR）。這種系統(tǒng)可利用小型軌道限定導(dǎo)向像火車一樣運(yùn)行，也可在沒(méi)有鋪設(shè)軌道的地方作為汽車運(yùn)行。用電纜供電時(shí)，這種系統(tǒng)可像無(wú)軌電車那樣運(yùn)行，而用燃料電池或其它方法供電時(shí)，可不要電纜而自身運(yùn)行。 在日本，OTIS正開發(fā)用線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣懸浮系統(tǒng)以便能以雙模式運(yùn)行。3.2 燃料電池供電的系統(tǒng) 長(zhǎng)期以來(lái)，人們就認(rèn)為電氣化鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)在環(huán)保方面優(yōu)于汽車。然而，燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，使燃料電池車輛更為流行，因而削弱了鐵道運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。為了最大程度地利用鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)，即城市軌道交通高效快速的特點(diǎn)，有必要開發(fā)使用燃料電池運(yùn)行的城市軌道交通系統(tǒng)。這樣的鐵道交通系統(tǒng)不需要電纜供電，在生態(tài)學(xué)和能源方面都將保持先進(jìn)性。 促進(jìn)新型城市軌道交通系統(tǒng)商業(yè)化的首要前提是降低成本。從這種意義上講，建在道路上的LRT和IMTS在建設(shè)成本上有優(yōu)勢(shì)，但運(yùn)行能耗很高。然而SenyoKogyo 有限公司和其他公司為降低能耗開發(fā)了一種利用勢(shì)能的城市軌道交通系統(tǒng)。這種系統(tǒng)基于過(guò)山車的原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。車輛在不同高度的單軌上運(yùn)行。這種城市軌道交通系統(tǒng)就是根據(jù)新理念開發(fā)的成功例子。4 結(jié)語(yǔ) 本文闡述了日本城市軌道交通系統(tǒng)的分類、系統(tǒng)的特點(diǎn)和這類系統(tǒng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)所需的安全評(píng)定方法。在對(duì)傳統(tǒng)安全評(píng)定方法和將來(lái)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定的方法進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述后，提出了本人對(duì)新型城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展觀點(diǎn)。城市軌道交通系統(tǒng)與公共汽車和普通汽車同處總會(huì)有一些內(nèi)在問(wèn)題。近來(lái)，我們看到像LRT和IMTS這類系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，技術(shù)上的微小變化可使這些技術(shù)轉(zhuǎn)換為與公共汽車一樣的系統(tǒng)，而淡化鐵道交通車輛和公共汽車的界限。希望將來(lái)能看到使用燃料電池和其它技術(shù)的新型城市軌道交通系統(tǒng)，像汽車一樣投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，這樣，可以在保持鐵道交通車輛特點(diǎn)的同時(shí)還具有汽車的優(yōu)點(diǎn)。
圖1是根據(jù)車輛的支承/導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行的分類。驅(qū)動(dòng)列車的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，可進(jìn)一步分類為車載電動(dòng)機(jī)和地面電動(dòng)機(jī)。1.1. 1用車載旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 某些城市軌道交通系統(tǒng)如傳統(tǒng)鐵道系統(tǒng)一樣使用車載旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，但存在一些不同。輕軌車輛系統(tǒng)沒(méi)有車軸，電動(dòng)機(jī)裝在車體上或裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上以便降低車輛地板高度。新型交通系統(tǒng)，使用橡膠輪胎支承和驅(qū)動(dòng)，用導(dǎo)向輪導(dǎo)向。另外還有使用帶傳動(dòng)裝置車載旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的車輛，陡坡運(yùn)行時(shí)用永磁系統(tǒng)（替代車輪驅(qū)動(dòng)力）。1.1. 2用地面旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 架空索道和纜車一般都用地面旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為纜索的線性運(yùn)動(dòng)。這些早已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，主要用于旅游景點(diǎn)。然而，近年來(lái)，它們被作為城市軌道交通系統(tǒng)。纜索驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是缺乏導(dǎo)向穩(wěn)定性。解決該問(wèn)題的方法是，在架空索道上采用減阻裝置、翼板和阻尼器等來(lái)改善風(fēng)阻，以及在OTIS上使用導(dǎo)向輪導(dǎo)向。高架鐵道系統(tǒng)的導(dǎo)向，與懸掛單軌鐵道的一樣，由導(dǎo)向輪和支承梁導(dǎo)向以減小風(fēng)的影響。在這種系統(tǒng)中，梁用于支承，而纜索僅用于驅(qū)動(dòng)。1.1. 3車載線性電動(dòng)機(jī)的一次側(cè)驅(qū)動(dòng) 80年代后期，線性電動(dòng)機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用得到積極推進(jìn)，直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)開始得到廣泛的認(rèn)可。對(duì)于鐵路上的應(yīng)用，平板式電動(dòng)機(jī)和無(wú)粘著驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)開始引人關(guān)注。使用線性電動(dòng)機(jī)的第一個(gè)商業(yè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)是用線性電動(dòng)機(jī)的地鐵。在該系統(tǒng)中，像傳統(tǒng)鐵道系統(tǒng)一樣，車輪的支承和導(dǎo)向由鐵制車輪和軌道提供，只是驅(qū)動(dòng)是由車輛上線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一次側(cè)（裝在車上的供電線圈）提供（圖2）。采用該系統(tǒng)的初衷是，試圖利用線性電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)性來(lái)減小隧道截面，以降低地鐵昂貴的建設(shè)費(fèi)用。然而，從技術(shù)上講，這是一個(gè)具有開拓意義的系統(tǒng)，它只需使用與傳統(tǒng)逆變器相同的驅(qū)動(dòng)控制方法，使得線性電動(dòng)機(jī)能在鐵道上使用（圖3）。這種系統(tǒng)于1990年3月首次在大扳交通局的地鐵7號(hào)線開始商業(yè)運(yùn)營(yíng)，隨后在東京交通局的地鐵12號(hào)線（1991年）和神戶市的Kaigan線（2001年）上運(yùn)營(yíng)。最近，福岡和橫濱正在建設(shè)使用這種系統(tǒng)的鐵路線。 線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在商業(yè)化運(yùn)營(yíng)中取得進(jìn)展，從而加快了使用線性驅(qū)動(dòng)技術(shù)的磁懸浮鐵路的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)（圖4）。與傳統(tǒng)鐵路相比，磁懸浮鐵路的特點(diǎn)是用線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和用常導(dǎo)磁懸浮支承及導(dǎo)向。線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)已經(jīng)在采用線性電動(dòng)機(jī)的地鐵通過(guò)了安全評(píng)定，所以只需對(duì)懸浮控制的安全性作評(píng)定。為此，運(yùn)輸部在Oe磁懸浮試驗(yàn)線上進(jìn)行了廣泛試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集和評(píng)定，認(rèn)定該系統(tǒng)無(wú)安全問(wèn)題。此后將其添加到鐵路商業(yè)法（專用鐵路）中。使用該系統(tǒng)的Tobu Kyuryo線路計(jì)劃于2005年投入運(yùn)營(yíng)。 與上述系統(tǒng)相似，OTIS系統(tǒng)由線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由空氣懸掛系統(tǒng)支承（用導(dǎo)向輪導(dǎo)向）。政府（運(yùn)輸部）、學(xué)術(shù)界、包括該行業(yè)（OTIS）的有關(guān)團(tuán)體與專家組成的委員會(huì)（東京大學(xué)Shoda教授為主席）為該系統(tǒng)設(shè)定了試驗(yàn)項(xiàng)目以及進(jìn)行安全評(píng)定。線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)了安全性能評(píng)定，因此這次評(píng)定主要集中在空氣懸掛系統(tǒng)控制的安全性上。結(jié)果表明，OTIS系統(tǒng)在運(yùn)行速度低于50 km/h時(shí)沒(méi)有安全問(wèn)題。1.1. 4地面線性電動(dòng)機(jī)一次側(cè)驅(qū)動(dòng) 上述的線性電動(dòng)機(jī)的工作原理是，一次側(cè)在車輛系統(tǒng)中，在該車輛系統(tǒng)使用了線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，電源側(cè)線圈裝在車上。雖然這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與線性電動(dòng)機(jī)地鐵、HSST和OTIS的支承和導(dǎo)向方式不同，但就驅(qū)動(dòng)方法而論，在技術(shù)上是相同的。然而，城市軌道交通系統(tǒng)則是將一次側(cè)裝在地面系統(tǒng)中，而供電側(cè)線圈裝在地面上。雖然使用線性同步電動(dòng)機(jī)，連續(xù)不斷的線圈可裝在地面上，但據(jù)說(shuō)這種系統(tǒng)作為城市軌道交通系統(tǒng)，由于建設(shè)費(fèi)用的問(wèn)題，只在有限的情況下可行，因而，至今還沒(méi)有投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)?？晒?jié)省建設(shè)費(fèi)用的一種間斷安裝線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)已經(jīng)用于商業(yè)運(yùn)營(yíng)，如美國(guó)機(jī)場(chǎng)內(nèi)部的運(yùn)輸，但在日本還沒(méi)有投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。日本的高架鐵道系統(tǒng)，線性電動(dòng)機(jī)安裝在地面系統(tǒng)的一次側(cè)，以便在車站附近實(shí)施加速和減速（圖5）。發(fā)車時(shí)，車輛由線性電動(dòng)機(jī)加速，達(dá)到纜索速度時(shí)，控制纜索。到達(dá)時(shí)，車輛脫離纜索，由線性電動(dòng)機(jī)將速度從纜索速度降至停車。該車輛的支承梁和導(dǎo)輪使支承/導(dǎo)向系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獨(dú)立分開，其控制系統(tǒng)具有線性電動(dòng)機(jī)較高加速和減速的性能和節(jié)省空間的特點(diǎn)。在特殊情況下，一次側(cè)裝在地面系統(tǒng)中，二次側(cè)反作用板則需安裝在車上，這樣便可充分利用一次側(cè)裝在地面系統(tǒng)中重量輕和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。這種系統(tǒng)于1998年在廣島Prefecture用作進(jìn)出Seno車站的運(yùn)輸工具。1.2按操作方法分類 鐵路系統(tǒng)可根據(jù)它們的操作方法分類。如圖6所示，傳統(tǒng)鐵路系統(tǒng)(無(wú)列車自動(dòng)操作——NTO)基本由司機(jī)人工操作，而許多城市軌道交通系統(tǒng)為自動(dòng)操作(半自動(dòng)列車操作——STO)或無(wú)人操作(無(wú)司機(jī)列車操作——DTO或自動(dòng)列車操作——UTO)。由于城市軌道交通系統(tǒng)在相當(dāng)短的運(yùn)行距離內(nèi)需要高頻率運(yùn)行，造成列車運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高，因而節(jié)省人力的措施極為重要。然而，近年來(lái)許多傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)使用STO系統(tǒng)，即車上有司機(jī)但列車可自動(dòng)操作運(yùn)行（加速、運(yùn)行和減速）的一種系統(tǒng)。這也促使將城市軌道交通系統(tǒng)積累的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)。所以，如果將來(lái)傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)需要進(jìn)一步節(jié)省人力，可汲取城市軌道交通系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，用DTO替換STO，而后換成UTO。 最近，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)城市鐵路交通系統(tǒng)（城市自動(dòng)交通）無(wú)人操作（DTO和UTO）的安全性進(jìn)行了檢測(cè)。其主要內(nèi)容是對(duì)無(wú)人操作可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分類，分析其風(fēng)險(xiǎn)性以及提出防范措施。此外，還將制定適應(yīng)傳統(tǒng)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)無(wú)人操作的標(biāo)準(zhǔn)。2城市軌道交通系統(tǒng)的評(píng)定 歷史上，新型城市軌道交通系統(tǒng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)前，需在運(yùn)輸部（現(xiàn)在的國(guó)土、基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸部）的監(jiān)管下組建一個(gè)委員會(huì)來(lái)確定對(duì)其試驗(yàn)和評(píng)定項(xiàng)目。而后，它的分支機(jī)構(gòu)——交通安全和公害研究所（現(xiàn)在的交通安全環(huán)境研究所）進(jìn)行試驗(yàn)并作出評(píng)定，行政管理部門根據(jù)結(jié)果對(duì)其可用性進(jìn)行鑒定。不過(guò)，將來(lái)還要根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。下面介紹這些評(píng)定方法。2.1過(guò)去的評(píng)定 一種新型城市軌道交通系統(tǒng)作為公共交通系統(tǒng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)前，運(yùn)輸部通常都要對(duì)其可用性進(jìn)行鑒定，如果結(jié)果是肯定的，就會(huì)組建一個(gè)委員會(huì)繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)工作。該委員會(huì)將作為公正的第三方組織來(lái)確定試驗(yàn)和評(píng)定項(xiàng)目。此后根據(jù)結(jié)果，運(yùn)輸部的分支機(jī)構(gòu)——交通安全和公害研究所進(jìn)行試驗(yàn)并作出評(píng)定。豐田的多模式交通系統(tǒng)（IMTS）就是一例，該系統(tǒng)中的車輛根據(jù)車載計(jì)算機(jī)讀出地面設(shè)置的磁釘位置完成自動(dòng)操作。多列車運(yùn)行時(shí)，由無(wú)線電通信控制相互間的距離。該系統(tǒng)于2003年7月作為鐵路技術(shù)被添加到部門法令中，并將于2005世界博覽會(huì)作為運(yùn)輸系統(tǒng)在愛(ài)知縣投入商業(yè)運(yùn)用。 日本運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)研究中心（現(xiàn)在的運(yùn)輸政策研究所），在1999年為該系統(tǒng)組建了由Nihon大學(xué)Nakamura教授為主席的委員會(huì)。該委員會(huì)根據(jù)東富士試驗(yàn)線的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)安全性進(jìn)行了評(píng)定，結(jié)果表明沒(méi)有根本的安全問(wèn)題。因此，鑒于國(guó)家交通安全環(huán)境研究所進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果，該系統(tǒng)在Awaji島農(nóng)業(yè)園投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)中，在一定程度上證實(shí)了其可靠性。根據(jù)這些結(jié)論，最終批準(zhǔn)該系統(tǒng)在2005年世界博覽會(huì)期間投入運(yùn)營(yíng)。 表1列出最終的評(píng)定項(xiàng)目和評(píng)定結(jié)果，以供參考。至此，評(píng)定仍在進(jìn)一步進(jìn)行，如日本運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)研究中心進(jìn)行的評(píng)定和交通安全和公害研究所在Awaji島進(jìn)行的評(píng)定。各階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)再試驗(yàn)和再評(píng)定加以處理、解決和確認(rèn)。所有投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通系統(tǒng)，包括線性電動(dòng)機(jī)地鐵、HSST和高架鐵道交通系統(tǒng)都以同樣的方法進(jìn)行了評(píng)定。2.2未來(lái)的評(píng)定方法 近年來(lái)，加快了鐵路系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。被稱為RAMS標(biāo)準(zhǔn)的IEC62278就是一個(gè)實(shí)例。2002年10月生效的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鐵路系統(tǒng)對(duì)可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性（RAMS）的要求。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)鐵路運(yùn)輸應(yīng)安全和適用。標(biāo)準(zhǔn)要求，在壽命周期內(nèi)，對(duì)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的使用方案、終止和處置都應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行總結(jié)，并書面記載，如有必要，還要進(jìn)行核實(shí)（圖7）。 該標(biāo)準(zhǔn)源于歐洲EN50126標(biāo)準(zhǔn)，是按歐洲方式定量評(píng)定方式制定的。相反，到現(xiàn)在為止，要求日本鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)有預(yù)防故障的性能以避免可能發(fā)生的事故。因此，從鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到驗(yàn)收的整個(gè)過(guò)程需對(duì)其進(jìn)行評(píng)定?？梢哉f(shuō)，日本鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)上的評(píng)定，在其壽命周期內(nèi)都作了相應(yīng)的評(píng)定。3 未來(lái)的城市軌道交通系統(tǒng) 新的城市軌道交通系統(tǒng)從新型交通系統(tǒng)開始，而進(jìn)入多樣化，包括使用線性電動(dòng)機(jī)和無(wú)線電控制系統(tǒng)。將來(lái)根據(jù)社會(huì)需要可望進(jìn)一步采用下列交通模式。3.1雙模式的運(yùn)行系統(tǒng) 即使是極為先進(jìn)的城市軌道交通系統(tǒng)也無(wú)法與汽車所具有的便利性相比。實(shí)際上，如沒(méi)有汽車的存在，城市軌道交通系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展無(wú)法想象。而且，由于以軌道方式運(yùn)行的城市軌道交通系統(tǒng)只能單方向運(yùn)行，因此可在陸地上以任何方向運(yùn)行的汽車決不會(huì)被淘汰。所以，將來(lái)雙模式的城市軌道交通系統(tǒng)有望既能作為軌道車又能作為汽車運(yùn)行。 在歐洲已開發(fā)并部分投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的橡膠輪胎LRT系統(tǒng)，在郊區(qū)作為汽車運(yùn)行，而在有小型軌道導(dǎo)向的城區(qū)則作為火車運(yùn)行（如南希的TVR）。這種系統(tǒng)可利用小型軌道限定導(dǎo)向像火車一樣運(yùn)行，也可在沒(méi)有鋪設(shè)軌道的地方作為汽車運(yùn)行。用電纜供電時(shí)，這種系統(tǒng)可像無(wú)軌電車那樣運(yùn)行，而用燃料電池或其它方法供電時(shí)，可不要電纜而自身運(yùn)行。 在日本，OTIS正開發(fā)用線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣懸浮系統(tǒng)以便能以雙模式運(yùn)行。3.2 燃料電池供電的系統(tǒng) 長(zhǎng)期以來(lái)，人們就認(rèn)為電氣化鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)在環(huán)保方面優(yōu)于汽車。然而，燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，使燃料電池車輛更為流行，因而削弱了鐵道運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。為了最大程度地利用鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)，即城市軌道交通高效快速的特點(diǎn)，有必要開發(fā)使用燃料電池運(yùn)行的城市軌道交通系統(tǒng)。這樣的鐵道交通系統(tǒng)不需要電纜供電，在生態(tài)學(xué)和能源方面都將保持先進(jìn)性。 促進(jìn)新型城市軌道交通系統(tǒng)商業(yè)化的首要前提是降低成本。從這種意義上講，建在道路上的LRT和IMTS在建設(shè)成本上有優(yōu)勢(shì)，但運(yùn)行能耗很高。然而SenyoKogyo 有限公司和其他公司為降低能耗開發(fā)了一種利用勢(shì)能的城市軌道交通系統(tǒng)。這種系統(tǒng)基于過(guò)山車的原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。車輛在不同高度的單軌上運(yùn)行。這種城市軌道交通系統(tǒng)就是根據(jù)新理念開發(fā)的成功例子。4 結(jié)語(yǔ) 本文闡述了日本城市軌道交通系統(tǒng)的分類、系統(tǒng)的特點(diǎn)和這類系統(tǒng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)所需的安全評(píng)定方法。在對(duì)傳統(tǒng)安全評(píng)定方法和將來(lái)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定的方法進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述后，提出了本人對(duì)新型城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展觀點(diǎn)。城市軌道交通系統(tǒng)與公共汽車和普通汽車同處總會(huì)有一些內(nèi)在問(wèn)題。近來(lái)，我們看到像LRT和IMTS這類系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，技術(shù)上的微小變化可使這些技術(shù)轉(zhuǎn)換為與公共汽車一樣的系統(tǒng)，而淡化鐵道交通車輛和公共汽車的界限。希望將來(lái)能看到使用燃料電池和其它技術(shù)的新型城市軌道交通系統(tǒng)，像汽車一樣投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，這樣，可以在保持鐵道交通車輛特點(diǎn)的同時(shí)還具有汽車的優(yōu)點(diǎn)。
