日本當(dāng)代新型城市軌道交通系統(tǒng)簡(jiǎn)析摘要:介紹了日本當(dāng)代新型城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)及其適用范圍,并對(duì)尚未應(yīng)用的HSST磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)用性問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。關(guān)鍵詞:城市軌道交通;地鐵;輕軌;單軌電車(chē);直線(xiàn)電機(jī)電動(dòng)車(chē)組;自動(dòng)導(dǎo)軌電動(dòng)車(chē)組 根據(jù)筆者曾在日本研修軌道交通問(wèn)題和近年來(lái)多次赴日考察的體會(huì),主要介紹日本新型城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀,并就HSST常導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)在日本的發(fā)展前景及其實(shí)用性問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)析。1新型城市軌道交通系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 日本城市軌道交通系統(tǒng)歷史悠久,以東京地鐵為例,早在1953年就出現(xiàn)了以營(yíng)團(tuán)地鐵丸之內(nèi)線(xiàn)用300型電動(dòng)車(chē)組為代表的現(xiàn)代城軌系統(tǒng)的雛型,至今已有50年以上的發(fā)展歷史。近年來(lái)隨著城市人口的集中化,舊有的路面電車(chē)和地下鐵道系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足需要。因此,既有設(shè)備不斷更新,并出現(xiàn)了各種新型的城市軌道交通系統(tǒng)。目前已在各大中城市正式投入運(yùn)用的新系統(tǒng)可分類(lèi)為單軌電車(chē)、自動(dòng)導(dǎo)軌電動(dòng)車(chē)組(AGT)、輕軌 (LRT)和直線(xiàn)電機(jī)電動(dòng)車(chē)組。此外,還有計(jì)劃即將投入實(shí)際運(yùn)用的HSST系統(tǒng)。 作為具有大量輸送能力的地面軌道系統(tǒng),與既有的路面電車(chē)、地下鐵道系統(tǒng)相比,可列舉以下主要特征。1.1在技術(shù)上的先進(jìn)性 日本的各種新型城市軌道交通系統(tǒng)均為20世紀(jì)80年代以后的產(chǎn)品,在設(shè)計(jì)中采用大量新結(jié)構(gòu)和新技術(shù),其車(chē)體結(jié)構(gòu)類(lèi)似高速車(chē)輛,均為不銹鋼或空心型材的鋁合金材料,軸重一般在10t以下,并具有良好的空氣力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能。在控制系統(tǒng)方面多采用帶有再生電力制動(dòng)的VVVF逆變器控制,具有節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均由動(dòng)力分散的動(dòng)車(chē)組成,有較強(qiáng)的起停能力。制動(dòng)控制也多采用電子指令的復(fù)合制動(dòng)方式。此外,還大量應(yīng)用了列車(chē)自動(dòng)控制(ATC)、車(chē)載列車(chē)信息技術(shù)、無(wú)維修化等新技術(shù)。1.2對(duì)城市交通的適應(yīng)性 根據(jù)客流量大、區(qū)間距離短、停站多等城市交通的特點(diǎn),新型城軌系統(tǒng)作為交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,首先應(yīng)該能滿(mǎn)足通勤、通學(xué)等短途旅客運(yùn)輸?shù)男枰?。因此,在日本基本上采?067mm或1435mm軌距,以便和既有的JR鐵路、民營(yíng)鐵路相連接。除單軌電車(chē)外,多數(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)需換乘的直通運(yùn)行,并多采用和地鐵相一致的直流供電方式。在列車(chē)運(yùn)行性能方面不要求速度太高,大部分最高速度為80km/h左右,但要求有較高的起動(dòng)加速度和制動(dòng)減速度,以縮短頻繁停車(chē)的起停附加時(shí)分,有利于提高旅行速度。在定員方面,一般除座席外,留有較多的站席空間,從而增加了列車(chē)的定員。 此外,由于各種城市軌道交通系統(tǒng)有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其車(chē)輛規(guī)格和性能也有所不同(表1)。因此,從東京、大阪、名古屋等100萬(wàn)以上人口的大都市到鹿兒島、富山等中小城市采用了不同型式的新型城市軌道交通系統(tǒng)。
2新型城市軌道交通系統(tǒng)的應(yīng)用分析2.1輕軌交通系統(tǒng) (LRT) 日本采用LRT的城市有東京、札幌、名古屋、大阪、廣島、熊本、鹿兒島、富山、函館等9個(gè)城市,線(xiàn)路合計(jì)近200km,分為1067、1372 和1435mm3種軌距,均采用DC600V供電。LRT主要特點(diǎn)是使用輕量化和高性能的車(chē)輛(LRV)在專(zhuān)設(shè)的地下或高架輕型軌道上行駛,并且可以和其他交通系統(tǒng)進(jìn)行平面或立體交叉。通常在市中心的某些區(qū)段上行駛時(shí)速度較低,例如札幌8500型電車(chē)(圖1)的最高速度為40km/h;當(dāng)進(jìn)入郊區(qū)時(shí),再與郊區(qū)的專(zhuān)用軌道相連接,可以較高的速度行駛,最高速度為70km/h。由于這種城軌系統(tǒng)的列車(chē)編組輛數(shù)不多,定員也較少,因此,主要適用于中等規(guī)模運(yùn)量的中小城市和大城市的非繁忙區(qū)段,例如富山8000型(圖2)應(yīng)用的城市人口在40萬(wàn)人以下,該系統(tǒng)的特點(diǎn)是車(chē)輛和軌道輕型化,可降低建設(shè)成本,實(shí)際上是一種具有新穎設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化路面電車(chē)。隨著客運(yùn)量的增加,列車(chē)編組數(shù)增加(圖3),以滿(mǎn)足發(fā)展需要。
2.2高架鐵路和新型地鐵 采用重型軌道的高架鐵路和地鐵通常容許較高的運(yùn)行速度和長(zhǎng)編組列車(chē),其運(yùn)輸能力高于其他城市交通系統(tǒng),并具有較長(zhǎng)的旅程,因此適用于大、中城市,在日本,如東京、大阪、名古屋、京都、神戶(hù)等擁有地鐵交通系統(tǒng)的城市人口均在100萬(wàn)人以上。例如東京的都營(yíng)6300型地鐵列車(chē)為3M3T編組,最高運(yùn)營(yíng)速度達(dá)到120km/h。但在選擇該種方式時(shí)需要考慮投資和環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題,因?yàn)榈罔F的建設(shè)成本高昂,城市中心地區(qū)的高架鐵路可能影響景觀(guān)并受到環(huán)境噪聲的限制,而且在城市內(nèi)小曲線(xiàn)半徑和大坡道較多,限制了速度,因此,一般在市區(qū)的運(yùn)行速度不超過(guò)80km/h,在市郊才提高為120km/h左右。 在新型地鐵系統(tǒng)中值得注意的是北海道札幌市地鐵的新型動(dòng)車(chē)組。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是使用橡膠車(chē)輪取代鋼制車(chē)輪的轉(zhuǎn)向架,列車(chē)行駛在具有兩側(cè)導(dǎo)軌的混凝土軌道上。始于1998年生產(chǎn)的地鐵南北線(xiàn)用5000型動(dòng)車(chē)組,具有減輕噪聲和便于維修的特點(diǎn)。最近,在此基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)了用于地鐵東西線(xiàn)的8000型電動(dòng)車(chē)組,該動(dòng)車(chē)組為3M4T編組,全列車(chē)定員910人(其中座席340人);采用DC1500V的第3軌供電方式;軌距為2150mm;并設(shè)有ATC裝置和列車(chē)無(wú)線(xiàn)裝置等新型設(shè)備。特別是經(jīng)過(guò)多年改進(jìn),其橡膠輪胎的強(qiáng)度和維修性能已能達(dá)到要求,環(huán)保性能優(yōu)于一般鋼制車(chē)輪,所以也是城市軌道交通系統(tǒng)的一種選擇。2.3AGT(自動(dòng)導(dǎo)軌電動(dòng)車(chē)組) 為滿(mǎn)足城市交通不斷發(fā)展的多樣化要求,以1990年開(kāi)通的神戶(hù)六甲島線(xiàn)”為代表,近年來(lái)日本在東京、神戶(hù)、大阪、千葉等城市已建設(shè)了10條稱(chēng)為新交通系統(tǒng)的AGT系統(tǒng)(圖4),這種交通系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用較窄的車(chē)體和高架方式,還有不同于傳統(tǒng)軌道方式的中央或側(cè)面自動(dòng)導(dǎo)向方式,并使用橡膠輪胎取代鋼輪。按照日本在1983年制定的有關(guān)“中量運(yùn)輸軌道系統(tǒng)”的規(guī)范,已制定有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其中列車(chē)編組通常為4~6輛,設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力972~7200人/h。 此外,在AGT系統(tǒng)中采用了自動(dòng)化的微機(jī)控制方式,因此,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操縱的列車(chē)運(yùn)行和達(dá)到高密度的追蹤間隔。2.4直線(xiàn)電機(jī)地鐵電動(dòng)車(chē)組 在東京和大阪這樣的中心城市,由于受到地面建筑的限制,開(kāi)發(fā)和完善地鐵網(wǎng)絡(luò)是理想的交通系統(tǒng)。但地鐵隧道的建設(shè)成本很高,開(kāi)發(fā)直線(xiàn)電機(jī)電動(dòng)車(chē)組(圖5)的主要目的是減小隧道斷面,從而可以減少地鐵投資費(fèi)用。該種方式的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的牽引能力,因此適用于小曲線(xiàn)半徑和大坡道地鐵線(xiàn)路,由于使用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),在高架線(xiàn)路上運(yùn)行時(shí)噪聲相對(duì)減小,也有利于降低建設(shè)費(fèi)用。 但采用直線(xiàn)電機(jī)的地鐵在日本并沒(méi)有全面推廣。據(jù)介紹主要是其斷面較小,車(chē)輛定員90~100人,比普通地鐵車(chē)輛定員(130~140人)減小30%以上。此外,由于直線(xiàn)電機(jī)固有的效率問(wèn)題,在同樣牽引能力下能耗較大,運(yùn)營(yíng)成本高于普通地鐵。因此只適用于運(yùn)量不太大的線(xiàn)路,作為常規(guī)地鐵的補(bǔ)充方式。例如東京在深層地鐵的大江戶(hù)新線(xiàn)上采用了這種方式,以降低建設(shè)費(fèi)用和解決深層地鐵的大坡道問(wèn)題。2.5單軌電車(chē) 單軌電車(chē)在東京、大阪、北九州等大、中城市得到了比較普遍的應(yīng)用,其主要特點(diǎn)是在道路上空行駛,可以更好地利用道路上方的空間,從而降低征地費(fèi)用。其建設(shè)成本大約為地鐵的1/3,遠(yuǎn)低于同樣規(guī)模的地鐵,而且也適于大坡道和小曲線(xiàn)半徑的高架線(xiàn)路。作為一種實(shí)用的城市軌道交通系統(tǒng),近年來(lái)也有較大的發(fā)展。 單軌電車(chē)均采用DC750V或DC1500V供電方式,在結(jié)構(gòu)上基本上可分為2種形式——車(chē)輛跨座型(圖6)和懸掛型(圖7),前者仍采用車(chē)體安裝在轉(zhuǎn)向架上的方式;后者是將車(chē)體懸掛在轉(zhuǎn)向架的下方。兩者的轉(zhuǎn)向架均設(shè)有行走輪和導(dǎo)向輪,在性能上沒(méi)有明顯的差別。
以東京圈邊緣的千葉市應(yīng)用為例,從1988年開(kāi)通懸掛型單軌電車(chē)以來(lái),已成為城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。隨著交通量的不斷增長(zhǎng),計(jì)劃將其線(xiàn)路長(zhǎng)度從目前的15.2km延長(zhǎng)到40km,使其成為世界上最長(zhǎng)的懸掛型單軌線(xiàn)路。3關(guān)于中速磁懸浮鐵路(HSST)系統(tǒng)的發(fā)展和展望 HSST(圖8)在日本的研究始于1972年11月,最初是作為機(jī)場(chǎng)交通工具,從1975年11月首次試運(yùn)行成功以來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了近30年,曾在幾次博覽會(huì)上展示過(guò)。1991年開(kāi)始在名古屋市建設(shè)全長(zhǎng)1.5km的大江試驗(yàn)線(xiàn),近年來(lái)又成立了愛(ài)知高速交通公司,以2004年的名古屋市國(guó)際博覽會(huì)為目標(biāo),建設(shè)全長(zhǎng)8.9km的東部丘陵線(xiàn)。
該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是使用常規(guī)電磁鐵進(jìn)行懸浮支持和導(dǎo)向,并使用直線(xiàn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。開(kāi)發(fā)重點(diǎn)已從最初的高速(200~300km/h)轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿鞘薪煌閷?duì)象的中、低速(100km/h左右),并以HSST-100系統(tǒng)作為實(shí)用化的系統(tǒng),表2為HSST-100系統(tǒng)的主要參數(shù)。
由表2和表3可見(jiàn),HSST的基本原理是利用磁力懸浮和導(dǎo)向,用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛,無(wú)輪軌接觸,速度又不高,因此,行駛時(shí)噪聲較小,并且不會(huì)產(chǎn)生鐵粉或橡膠粉塵,即使在城市居民區(qū)附近也可以安靜地運(yùn)行。同時(shí)由于其車(chē)輛的輕量化,可以使高架軌道的橋樁比較輕巧,從而減少建設(shè)成本,對(duì)城市環(huán)境的影響也比較小。此外,HSST的優(yōu)點(diǎn)是在停車(chē)時(shí)也可懸浮,具有平穩(wěn)起動(dòng)和較高的加減速性能,因此適合站間距離較短、坡道較大和小曲線(xiàn)多的復(fù)雜地形,在城市軌道交通系統(tǒng)中不失為一種有特點(diǎn)的系統(tǒng)。 但是,根據(jù)日本有關(guān)方面的介紹,HSST存在直線(xiàn)電機(jī)阻力大和效率較低的缺點(diǎn),與輪軌交通系統(tǒng)相比,相對(duì)能耗及運(yùn)營(yíng)成本較高;在運(yùn)輸能力方面,按HSST-100車(chē)輛的設(shè)計(jì),其平均定員(包括站席)不足130人,編組輛數(shù)有限,不能滿(mǎn)足大運(yùn)量及長(zhǎng)途客運(yùn)的要求。所以日本并不以HSST作為一種普遍應(yīng)用的城市軌道系統(tǒng),而只是在如上所述的特定地形條件下,作為一種運(yùn)量和旅程不長(zhǎng)的城市交通工具。





