首都機(jī)場(chǎng)線采用LIM軌道交通方式的探討【摘要】介紹了常見(jiàn)的軌道交通方式,以首都機(jī)場(chǎng)線為例,根據(jù)其線路定位和特點(diǎn),就其采用LIM軌道交通方式進(jìn)行了探討,并與采用其他軌道交通方式進(jìn)行了比較,論證了選用LIM軌道交通模式的可行性?！娟P(guān)鍵詞】首都機(jī)場(chǎng)線;LIM軌道交通;可行性 發(fā)展軌道交通是解決大城市交通問(wèn)題的一項(xiàng)根本措施。世界各國(guó)大都市都建立了先進(jìn)、通暢的城市軌道交通系統(tǒng)?？v觀世界軌道交通發(fā)展歷史,多元化發(fā)展是共同規(guī)律。我國(guó)目前有10余個(gè)城市正在建設(shè)20余條軌道交通線,上海修建了世界上第一條磁懸浮運(yùn)營(yíng)線,北京市宣布在2008年奧運(yùn)會(huì)舉辦前將建成包括地鐵、輕軌在內(nèi)的近300km軌道交通線。我國(guó)軌道交通正在進(jìn)入快速發(fā)展的新階段。1 首都機(jī)場(chǎng)線概況 首都機(jī)場(chǎng)線起于東直門綜合交通樞紐,為地上線,沿二環(huán)路經(jīng)東壩河向北、經(jīng)過(guò)三元橋、四元橋,再沿機(jī)場(chǎng)高速路直達(dá)首都機(jī)場(chǎng)新航站樓,到達(dá)機(jī)場(chǎng)南側(cè)轉(zhuǎn)入地下,線路全長(zhǎng)約27km。全線共設(shè)東直門、三元橋、首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)2號(hào)航站樓和3號(hào)航站樓4座車站和一座車輛基地。地鐵機(jī)場(chǎng)線的最高運(yùn)行速度可達(dá)每小時(shí)100km,計(jì)劃2008年建成通車。軌道交通機(jī)場(chǎng)線的建設(shè)將縮短首都機(jī)場(chǎng)與中心城區(qū)的通行時(shí)間,對(duì)于改善首都機(jī)場(chǎng)的交通狀況、加強(qiáng)其國(guó)際航空港的地位有著重要意義。首都機(jī)場(chǎng)線具體位置見(jiàn)圖1。
2 軌道交通方式 軌道交通依據(jù)交通容量范圍可劃分為特大、大、中、小容量四種系統(tǒng),按敷設(shè)方式可分為隧道(包括地下、水下)、高架和地面三種。按支撐形式或牽引方式可分為輪軌接觸系統(tǒng)和磁軌接觸系統(tǒng),前者包括市郊鐵路、地鐵、輕軌、有軌電車,單軌、膠輪軌等,后者包括直線電機(jī)LIM,磁懸浮等。2.1 市郊鐵路 市郊鐵路相當(dāng)于在市區(qū)和郊區(qū)間的鐵路,其編組靈活,能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)輸,最大可按10~12輛編組,單向每小時(shí)最大運(yùn)送能力可達(dá)68萬(wàn)人,與地鐵、輕軌等軌道交通形式相比,市郊鐵路具有速度高,站間距大,運(yùn)送能力強(qiáng)等特點(diǎn)。2.2 地鐵 地鐵多建于超大城市或特大城市市區(qū)內(nèi)部,軸重普遍大于13t,可達(dá)到單向高峰小時(shí)斷面流量4萬(wàn)人次以上,屬于大容量快速軌道交通系統(tǒng)。運(yùn)營(yíng)速度一般為35~40k/h,最大車速可達(dá)80k/h?？晌罅靠土?還可建為綜合換乘中心和商業(yè)服務(wù)中心,充分利用地下空間,緩解城市用地緊張狀況。但地鐵造價(jià)昂貴,建設(shè)周期長(zhǎng)。2.3 輕軌 輕軌一般用于中等城市或交通狀況較好的大城市或特大城市市區(qū)外圍衛(wèi)星城、旅游景區(qū)、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)等與市區(qū)聯(lián)系的交通干線,軸重普遍小于13t,單向小時(shí)客運(yùn)能力1~4萬(wàn)人。24 磁懸浮 目前比較成熟的磁懸浮鐵路技術(shù)主要有日本的超導(dǎo)超高速磁懸浮ML(Maglev)、德國(guó)的常導(dǎo)超高速磁懸浮“運(yùn)捷”TR、日本航空的常導(dǎo)中低速磁懸浮HSST三種。2.5 直線電機(jī)LIM 直線電機(jī)LIM也稱為輪軌直線電機(jī)鐵路,簡(jiǎn)稱直線電機(jī)客運(yùn)系統(tǒng)、直線電機(jī)系統(tǒng)、直線電機(jī)鐵路、直線電機(jī)地鐵。它是介于磁懸浮與傳統(tǒng)輪軌鐵路之間的交通方式,在支承方面與輪軌系統(tǒng)相同,即利用車輪起支承作用;但在驅(qū)動(dòng)方面卻采用了磁懸浮鐵路的方式,即采用直線電機(jī)牽引。3 LIM軌道交通特色3.1 造價(jià)更低 由于LIM利用感應(yīng)原理來(lái)推動(dòng)車輛前進(jìn),不需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),從而省去了齒輪箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這樣,車廂底板面可以大大降低,從而減少車體斷面的尺寸。安裝直線電機(jī)的車輛斷面比傳統(tǒng)車輛小,寬度為89%、高度為77%。3.2 良好的選線特性 直線電機(jī)車輛不受輪軌之間粘著限制,因此具有較好的爬坡能力。常規(guī)鐵路的坡道一般不超過(guò)3%~4%,采用直線電機(jī)后坡度可以增加一倍,可達(dá)6%~8%。因此非常適合城市軌道小曲線、大坡度性能的需要。有利于城市軌道交通選線,達(dá)到較好的工程、經(jīng)濟(jì)性能。3.3 良好的牽引和制動(dòng)性能 將直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子部分安裝在車上,轉(zhuǎn)子部分變成一條感應(yīng)軌,鋪設(shè)在兩個(gè)走行軌之間。當(dāng)通過(guò)電流時(shí),定子和轉(zhuǎn)子兩部分產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用,直接拖動(dòng)車輛運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)。由于牽引力和制動(dòng)力均來(lái)自磁場(chǎng)間的相互作用,這種非粘著性驅(qū)動(dòng)不受車輪與軌道間摩擦系數(shù)的影響,與普通標(biāo)準(zhǔn)地鐵相比,可產(chǎn)生較高的啟動(dòng)加速度和制動(dòng)減速度。3.4 安全性好 列車可以采用全自動(dòng)化運(yùn)行控制方式,安全程度高。站內(nèi)裝置了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),接收到異常信息會(huì)立即自動(dòng)命令列車緊急停車。3.5 運(yùn)送能力適中 運(yùn)送能力可以達(dá)到每小時(shí)3萬(wàn)人次,在具有一定規(guī)模的地鐵網(wǎng)絡(luò)中能發(fā)揮其應(yīng)有作用,非常適合中小運(yùn)量。3.6 噪音低 由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)部分,其運(yùn)行噪音可以維持在很低的水平。直線電機(jī)列車可使噪音水平降至70dB以下(測(cè)量處距軌道中心10m,車速為60km/h),比普通地鐵降低10dB左右。3.7 養(yǎng)護(hù)維修及其他 直線電機(jī)的應(yīng)用大大減少了側(cè)滑及空轉(zhuǎn)現(xiàn)象,可以節(jié)省養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。4 首都機(jī)場(chǎng)線采用LIM軌道交通方式的可行性 首都機(jī)場(chǎng)線主要輸送民航客流和接送客流,表1是首都機(jī)場(chǎng)高峰小時(shí)旅客吞吐量預(yù)測(cè)。 2008年高峰小時(shí)人數(shù)達(dá)到了18000,正好在LIM軌道交通的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距內(nèi),由于中間設(shè)站較少,對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)加速度要求較高,相對(duì)HSST和TR而言,由于后者不易保持懸浮狀態(tài)穩(wěn)定性,對(duì)磁浮系統(tǒng)提出了嚴(yán)格要求,而LIM軌道交通技術(shù)較為成熟,目前已在至少6個(gè)國(guó)家10余條線路上得到應(yīng)用。從這個(gè)意義上看來(lái),首都機(jī)場(chǎng)線采用LIM軌道交通方式更為合理。 鑒于上海已采用德國(guó)TR技術(shù)建成世界第一條運(yùn)營(yíng)線,滬杭磁浮線也已正式立項(xiàng),首都機(jī)場(chǎng)線作為北京面向世界的一扇窗口,采用目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有運(yùn)營(yíng)線的LIM軌道交通,無(wú)疑是北京的一道靚麗風(fēng)景線,有助于提升其作為世界性大城市的形象。 首都機(jī)場(chǎng)線途經(jīng)區(qū)域拆遷費(fèi)用高,而且已有建筑物使得選線的余地變得非常小,LIM的小曲線半徑、大坡度特色能減少地下及管線改動(dòng)工程量,同時(shí)便于施工。此外,造價(jià)低,安全性高,噪聲低,養(yǎng)護(hù)維修量少,在城市中采用直線電機(jī)軌道交通較常規(guī)的輕軌地鐵更具優(yōu)越性。 綜合考慮各種軌道交通方式,并對(duì)三種技術(shù)選型即LIM軌道交通、HSST和TR的運(yùn)行速度和票價(jià)差異等因素進(jìn)行對(duì)比,并考慮安全、事故、環(huán)境等社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果的評(píng)價(jià),根據(jù)北京市政院所作的客流量預(yù)測(cè),對(duì)首都機(jī)場(chǎng)線而言,從優(yōu)到劣方案排序?yàn)?LIM軌道交通優(yōu)于HSST,HSST又優(yōu)于TR。參考文獻(xiàn):[1]董焰,單連龍.中國(guó)城市軌道交通未來(lái)十年發(fā)展趨勢(shì)及政策導(dǎo)向[J].城市軌道交通研究,2004,(3):6~9.[2]郝海龍.直線電機(jī)車輛動(dòng)力學(xué)仿真研究[D].北京交通大學(xué)[碩士論文],2005.3.[3]俞展猷.直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)鐵路,2003,(4):46~48.[4]時(shí)瑾,魏慶朝,萬(wàn)傳風(fēng).直線電機(jī)地鐵線路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2004,(2):130~133.[5]顧保南,姜曉明,程曜彥,等.論城市軌道交通最小曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)的選擇[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,(4):428~431.
2 軌道交通方式 軌道交通依據(jù)交通容量范圍可劃分為特大、大、中、小容量四種系統(tǒng),按敷設(shè)方式可分為隧道(包括地下、水下)、高架和地面三種。按支撐形式或牽引方式可分為輪軌接觸系統(tǒng)和磁軌接觸系統(tǒng),前者包括市郊鐵路、地鐵、輕軌、有軌電車,單軌、膠輪軌等,后者包括直線電機(jī)LIM,磁懸浮等。2.1 市郊鐵路 市郊鐵路相當(dāng)于在市區(qū)和郊區(qū)間的鐵路,其編組靈活,能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)輸,最大可按10~12輛編組,單向每小時(shí)最大運(yùn)送能力可達(dá)68萬(wàn)人,與地鐵、輕軌等軌道交通形式相比,市郊鐵路具有速度高,站間距大,運(yùn)送能力強(qiáng)等特點(diǎn)。2.2 地鐵 地鐵多建于超大城市或特大城市市區(qū)內(nèi)部,軸重普遍大于13t,可達(dá)到單向高峰小時(shí)斷面流量4萬(wàn)人次以上,屬于大容量快速軌道交通系統(tǒng)。運(yùn)營(yíng)速度一般為35~40k/h,最大車速可達(dá)80k/h?？晌罅靠土?還可建為綜合換乘中心和商業(yè)服務(wù)中心,充分利用地下空間,緩解城市用地緊張狀況。但地鐵造價(jià)昂貴,建設(shè)周期長(zhǎng)。2.3 輕軌 輕軌一般用于中等城市或交通狀況較好的大城市或特大城市市區(qū)外圍衛(wèi)星城、旅游景區(qū)、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)等與市區(qū)聯(lián)系的交通干線,軸重普遍小于13t,單向小時(shí)客運(yùn)能力1~4萬(wàn)人。24 磁懸浮 目前比較成熟的磁懸浮鐵路技術(shù)主要有日本的超導(dǎo)超高速磁懸浮ML(Maglev)、德國(guó)的常導(dǎo)超高速磁懸浮“運(yùn)捷”TR、日本航空的常導(dǎo)中低速磁懸浮HSST三種。2.5 直線電機(jī)LIM 直線電機(jī)LIM也稱為輪軌直線電機(jī)鐵路,簡(jiǎn)稱直線電機(jī)客運(yùn)系統(tǒng)、直線電機(jī)系統(tǒng)、直線電機(jī)鐵路、直線電機(jī)地鐵。它是介于磁懸浮與傳統(tǒng)輪軌鐵路之間的交通方式,在支承方面與輪軌系統(tǒng)相同,即利用車輪起支承作用;但在驅(qū)動(dòng)方面卻采用了磁懸浮鐵路的方式,即采用直線電機(jī)牽引。3 LIM軌道交通特色3.1 造價(jià)更低 由于LIM利用感應(yīng)原理來(lái)推動(dòng)車輛前進(jìn),不需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),從而省去了齒輪箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這樣,車廂底板面可以大大降低,從而減少車體斷面的尺寸。安裝直線電機(jī)的車輛斷面比傳統(tǒng)車輛小,寬度為89%、高度為77%。3.2 良好的選線特性 直線電機(jī)車輛不受輪軌之間粘著限制,因此具有較好的爬坡能力。常規(guī)鐵路的坡道一般不超過(guò)3%~4%,采用直線電機(jī)后坡度可以增加一倍,可達(dá)6%~8%。因此非常適合城市軌道小曲線、大坡度性能的需要。有利于城市軌道交通選線,達(dá)到較好的工程、經(jīng)濟(jì)性能。3.3 良好的牽引和制動(dòng)性能 將直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子部分安裝在車上,轉(zhuǎn)子部分變成一條感應(yīng)軌,鋪設(shè)在兩個(gè)走行軌之間。當(dāng)通過(guò)電流時(shí),定子和轉(zhuǎn)子兩部分產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用,直接拖動(dòng)車輛運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)。由于牽引力和制動(dòng)力均來(lái)自磁場(chǎng)間的相互作用,這種非粘著性驅(qū)動(dòng)不受車輪與軌道間摩擦系數(shù)的影響,與普通標(biāo)準(zhǔn)地鐵相比,可產(chǎn)生較高的啟動(dòng)加速度和制動(dòng)減速度。3.4 安全性好 列車可以采用全自動(dòng)化運(yùn)行控制方式,安全程度高。站內(nèi)裝置了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),接收到異常信息會(huì)立即自動(dòng)命令列車緊急停車。3.5 運(yùn)送能力適中 運(yùn)送能力可以達(dá)到每小時(shí)3萬(wàn)人次,在具有一定規(guī)模的地鐵網(wǎng)絡(luò)中能發(fā)揮其應(yīng)有作用,非常適合中小運(yùn)量。3.6 噪音低 由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)部分,其運(yùn)行噪音可以維持在很低的水平。直線電機(jī)列車可使噪音水平降至70dB以下(測(cè)量處距軌道中心10m,車速為60km/h),比普通地鐵降低10dB左右。3.7 養(yǎng)護(hù)維修及其他 直線電機(jī)的應(yīng)用大大減少了側(cè)滑及空轉(zhuǎn)現(xiàn)象,可以節(jié)省養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。4 首都機(jī)場(chǎng)線采用LIM軌道交通方式的可行性 首都機(jī)場(chǎng)線主要輸送民航客流和接送客流,表1是首都機(jī)場(chǎng)高峰小時(shí)旅客吞吐量預(yù)測(cè)。 2008年高峰小時(shí)人數(shù)達(dá)到了18000,正好在LIM軌道交通的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距內(nèi),由于中間設(shè)站較少,對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)加速度要求較高,相對(duì)HSST和TR而言,由于后者不易保持懸浮狀態(tài)穩(wěn)定性,對(duì)磁浮系統(tǒng)提出了嚴(yán)格要求,而LIM軌道交通技術(shù)較為成熟,目前已在至少6個(gè)國(guó)家10余條線路上得到應(yīng)用。從這個(gè)意義上看來(lái),首都機(jī)場(chǎng)線采用LIM軌道交通方式更為合理。 鑒于上海已采用德國(guó)TR技術(shù)建成世界第一條運(yùn)營(yíng)線,滬杭磁浮線也已正式立項(xiàng),首都機(jī)場(chǎng)線作為北京面向世界的一扇窗口,采用目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有運(yùn)營(yíng)線的LIM軌道交通,無(wú)疑是北京的一道靚麗風(fēng)景線,有助于提升其作為世界性大城市的形象。 首都機(jī)場(chǎng)線途經(jīng)區(qū)域拆遷費(fèi)用高,而且已有建筑物使得選線的余地變得非常小,LIM的小曲線半徑、大坡度特色能減少地下及管線改動(dòng)工程量,同時(shí)便于施工。此外,造價(jià)低,安全性高,噪聲低,養(yǎng)護(hù)維修量少,在城市中采用直線電機(jī)軌道交通較常規(guī)的輕軌地鐵更具優(yōu)越性。 綜合考慮各種軌道交通方式,并對(duì)三種技術(shù)選型即LIM軌道交通、HSST和TR的運(yùn)行速度和票價(jià)差異等因素進(jìn)行對(duì)比,并考慮安全、事故、環(huán)境等社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果的評(píng)價(jià),根據(jù)北京市政院所作的客流量預(yù)測(cè),對(duì)首都機(jī)場(chǎng)線而言,從優(yōu)到劣方案排序?yàn)?LIM軌道交通優(yōu)于HSST,HSST又優(yōu)于TR。參考文獻(xiàn):[1]董焰,單連龍.中國(guó)城市軌道交通未來(lái)十年發(fā)展趨勢(shì)及政策導(dǎo)向[J].城市軌道交通研究,2004,(3):6~9.[2]郝海龍.直線電機(jī)車輛動(dòng)力學(xué)仿真研究[D].北京交通大學(xué)[碩士論文],2005.3.[3]俞展猷.直線電機(jī)在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)鐵路,2003,(4):46~48.[4]時(shí)瑾,魏慶朝,萬(wàn)傳風(fēng).直線電機(jī)地鐵線路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2004,(2):130~133.[5]顧保南,姜曉明,程曜彥,等.論城市軌道交通最小曲線半徑標(biāo)準(zhǔn)的選擇[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,(4):428~431.
