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有轨电车在我国应用的实践与思考

从2000年开始,我国有轨电车进入一个新的发展时期。在此之前,我国只有传统有轨电车发展而来的有轨电车系统。

在进行有轨电车项目规划与设计的过程中,上海城建总院一直在思考两个问题:一是如何在欧洲已经发展近50年的现代有轨电车的基础上,专注国内的有轨电车工程规划与设计;二是如何结合国内实际情况来健康有序发展有轨电车行业。

一、我国有轨电车发展概况

行业动态

从2000年开始,我国有轨电车进入一个新的发展时期。在此之前,我国只有传统有轨电车发展而来的有轨电车系统。截至2009年,有2座城市(天津、上海)相继建设了胶轮导轨有轨电车。2013年通车的沈阳浑南有轨电车,是钢轮钢轨的现代有轨电车。2015年统计数据显示,钢轮钢轨有轨电车已经在8座城市运营,总运营里程约150公里。截止到2015年,有轨电车在建的城市有17座,在建里程354公里。网络化建设的城市越来越多,有沈阳、上海、苏州、武汉、成都、郑州6座,平均里程为33公里。据不完全统计,如今规划的城市有轨电车里程有6000 -7000公里。

国家政策

我国关于有轨电车的相关国家政策方面有两个改变,2012年国务院指导意见提出,要建设以公共汽(电)车为主体的地面公共交通系统,包括快速公共汽车、现代有轨电车等大容量地面公共交通。在国务院49号文件中,提出要“鼓励发展轻轨、有轨电车等高架或地面敷设的轨道交通制式。”因此,国家在政策的层面也在逐步转变公共交通建设的一些理念。

技术动态

我国在有轨电车的技术动态方面缺乏相应的标准,但是相关工作已经在展开。在国家行业学会的层面,现在已经完成《有轨电车试运营基本条件》,即将要进行试运营的线路必须要满足该条件的验收。《城市有轨电车规划设计导则》、《现代有轨电车交通工程技术标准》以及《城市有轨电车工程设计规范》正在编制。《低地板有轨电车车辆通用技术条件》已经完成。在地方标准规范方面,各个地方都根据自己的特色在编制相应的标准。北京在编制《现代有轨电车技术标准》;上海正在编制《有轨电车线网规划编制标准》和《城市有轨电车工程设计规范》;珠海在编制《城市有轨电车工程设计规范》;而成都在编制《有轨电车设计暂行规定》。

产业动态

在5年前,我国开始进行苏州有轨电车1号线研究工作的时候,国内还没有一家厂商可以生产或者计划生产有轨电车。而到2015年为止,国内中车集团旗下的6家主厂家以及上海轨发完成技术引进并拥有实际项目订单;另一家民营企业——成都新筑生产的车辆已在示范工程中运营一些工程示范项目。在有轨电车的产业方面,我国进入了相对快速的发展。

二、有轨电车在我国的实践

有轨电车的功能定位

(1)城市的骨干功能。代表城市为珠海,珠海以前是没有轨道交通的,有轨电车作为整个城市的骨干功能发挥作用,对于它的要求,就是骨干性、网络化、快速化,要具备一定的特征,这些直接决定了它的技术标准应该是如何的。另一个城市是淮安,淮安的有轨电车可以说是我国第一条直接进入核心区的线路,珠海的有轨电车路线还在城市的边缘区域,而淮安的有轨电车直接进入了城市中心最核心的地方。由最新的试运营数据可以知道,淮安有轨电车一天的客流量达到了3万人,城市核心区的功能定位,可以由交通效益直接体现出来。

(2)区域骨干功能。在有轨道交通的城市内部,起到城市内部交通相互连接的骨干功能,代表城市有苏州,图1中可以看出右侧是轨道交通线路,左侧是高新区的有轨电车线路图。有轨电车作为高新区的区域骨干,轨道交通作为高新区对外的交通方式。这样的城市布局可以说是非常典型的。武汉的两个区域都是这种模式,轨道交通全部进入这些区域,有轨电车和轨道交通之间的关系一体化,如何在规划层面和实施层面去实现它的一体化,是这一类有轨电车线路必须要考虑的问题。

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 图1

对于城市骨干功能,在交通效益上是把它当成地铁来使用。在这样的城市,必须首先要考虑有轨电车和轨道交通之间如何协调,它们不是对立的,而是一定要协调,在每一个枢纽点如何结合,并且它又与常规的公交线路如何进行结合。形象地说,在这样的城市,有轨电车就像是一个拉链,在此之前,地铁和常规公交各行其职,互不干扰,在有轨电车出现以后,需要一个拉链无缝地把它们连接起来,那就需要进一步地考虑整个城市的交通管理水平,如何充分地把它们连接起来,这一类的城市在规划和设计上提出的要求是比较高的。上海松江有轨电车2015年开工,轨道交通9号线对于松江来说就是对外的交通,连接中心城轨和有轨电车,内部的交通是通过有轨电车和轨道交通的衔接去完成内部的骨干的功能。成都的IT大道也是类似的功能,地铁6号线是在郫县境内的一条骨干线,而有轨电车通过横向的联系将轨道交通线路全部连接成一张网,成为郫县地区的骨干功能。

如何来发展这样的骨干功能,以法国斯特拉斯堡的有轨电车线路为例,斯特拉斯堡的人口只有47万,但是它的有轨电车线路包括6条,总长55.5公里,出行量占公共交通出行的63%,有轨电车承担了城市的骨干交通功能和部分的常规公交的功能。有轨电车线路从1994-2014年,20年的行驶历程,线路最繁忙的一个节点,每40秒就有一班车。如何让这些与城市交通协调在一起,这是在项目一开始的阶段就要进行研究的,这样才有利于后面的工作展开。所以,做好有轨电车前期的工作,把项目初期的内容讨论得更加透彻一点,有助于后面网络的形成。

(3)骨干交通加密功能。国内现在有两个案例,一是广州海珠线,接驳地铁3号线、4号线、8号线和APM线,作为一个骨干交通加密功能,它是单条线来进行运营,二是成都益州大道有轨电车,益州大道在2条地铁线路之间,方向都是由北向南的,纵向和横向作为地铁的一个骨干交通加密功能。

(4)地区特色功能。华为在东莞松山湖的总部基地,是类似园区火车一样的线路。还有一条是南平的武夷山,这是一条旅游线路。

有轨电车的功能基本上可以分为三类,重点是放在骨干功能方面。也就是说,当前所提出的理念和希望遵循的一些技术标准都是建立在骨干、快速和网络化的形式上的。

有轨电车的实践特征

目前,在我国有轨电车的实践当中从如下7个方面来介绍它的特征。

(1)选线方面

我国有轨电车在选线方面有两个特征,一是沿主干道敷设多,在选线的过程中可以说是不由自主地选择了主干道,而这个主干道应该是交通线的主干道还是公共交通的?在规划的层面就要进行区分,现在有很多放在了机动交通非常强的走廊上面,使得两个走廊重合,而接下来的问题希望通过项目来解决,这是很难的,把公共交通放在机动车的走廊上面,就算项目再成功,也很难解决这个问题。二是新区新路多,存在一个交通引导特征。

(2)路权方面

在已有的项目中,除了以前比较传统的有轨电车存在混合路权以及上海张江的专用导轨使用的路权以外,剩下的现代有轨电车线路基本上是专用路权。

(3)客流与运营方面

用沈阳、广州和苏州这三个城市的运营来介绍有轨电车的客流概念,可以反映出来的一个特征是初期客流很小,基本上以交通引导为主,客流强度有0.07、0.06等。在规划上初期的客流强度建议是0.3,为什么我们的客流强度会这么小呢,有很多原因。有轨电车的成功,第一点就是可预期的客流。现在的客流可以小,但是如何让它的交通效益发挥出来,如何去提高公共交通的竞争力,客流是第一个反映点。如果一定要做PPP模式的话,所有的参与资本必须要考虑这个问题,这样就引入了以运营为思维的有轨电车设计。

行车间隔。有轨电车的间隔做不到很密或者说太疏,例如,南京有轨电车刚开通的时候间隔是45分钟,现在开通的有轨电车线路间隔基本在10分钟之内,但是对于远期的客流规模来说,行车密度到底能够达到多少,这是一直在探讨的问题。从目前的研究来看,行车间隔和速度的关系是一条曲线,在2013年做昆山有轨电车线网规划的时候,提出了分区域按照线路功能去制定速度目标,如果在速度要求比较高的地方,必须要速度优先,如果是速度要求不是那么高的时候,按照策略,速度可以慢一点,那么密度需要大一点。所以,速度和密度的关系是反向曲线,有轨电车是人工驾驶的,因此不受系统设备的影响。如果说目前的规模只能够做到这么大,没办法再提高了,相应的策略就是增加车辆的长度,在现有的规定中,有轨电车的长度不得超过75米,可以选择两辆车连挂的形式,在一定的行车间隔的要求下提高速度。

(4)供电方面

首先是轻型Tram接触线系统,图2中左边是苏州高新区的接触线系统,右边是法国BORDEAUX的接触线系统。从装备上来说,苏州高新区的设备就是法国这家厂商提供的,几乎没有什么区别。更多的区别在于城市形象。从单体上来看没有什么区别,但是结合景观城市形象来说的话,接触网系统也可以在景观方面做到很大的突破。这一点上,我国有很长的路要走。苏州是我国首次实践的项目,在以后的项目中希望能够逐步进行美化。

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图2

其他供电方式还有地面供电系统和车载储能系统。地面供电系统的应用,在我国的一个代表是珠海,珠海有轨电车供电系统,采用了意大利安萨尔多的地面供电系统。总的来说,它的理念还是持续供电,但是成本高,另外它对应用环境的要求特别高,包括路基的设计、轨道的设计以及施工的质量,需要考虑多方面的因素才能够保证这样的系统在我国的成功,不仅仅只是付出资金的问题。而车载储能系统,当前有几个工程都是采用车载储能系统,选择这个系统,不论是全段选还是部分区段选都没有问题,淮安、武汉已有工程在实施。但是在车辆选型阶段决策方要评估到这样的新技术会带来的风险。不仅仅是在运营方面的,还包括决策方面的风险,以及后续运营的一些复杂性和带来的对其他系统的标准的提高。想说的是,对于一种新技术,不仅仅考虑车辆和供电系统本身的性能,同时需要考虑其他配套系统的同步提升,和自身的运营水平,所有的新技术都需要想好它的技术标准应该是什么样子的,对其他系统的要求又是什么样的,不能够等到最后已经建成了,反过来再进行调整,这样很难。

(5)信号优先方面

是否使用信号优先也一直存在争议。前面提过只要功能是骨干的,就有一定的要求,即速度与客流,速度是保证公交竞争力的重要指标,这是道路资源的再分配,必须要做到有竞争力,即信号优先权。信号优先包含两个概念,一是信号优先权,权是从立法的角度来定义的,二是实施,也就是现实中如何实现这一点。从图3中可以看到苏州有一个带状的协调优先区域,对交通系统进行一个综合的评估,在每个交通口采用不同的策略。苏州是信号优先做的比较出色的城市,但是也有他本身的条件,它的道路条件、车站占地都很好。但是,从一开始跟车的调查来看,算上红绿灯的话,小汽车的平均时速是22-23公里,苏州的有轨电车时速可达27公里,提升了25%,这个速度在高新区车流量逐渐增加的情况下会更有优势,因为有轨电车几乎可以保持这个速度,而小汽车随着车流量的增加速度是逐渐降低的。

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图3

(6)车站建筑(景观)方面

有轨电车作为地面的骨干公共交通,是对城市设计有最直接影响的公共交通系统,所以一定要从城市的景观进行同步设计,当前的情况来看,这个理念的实施几乎没有。但是大家都已经有所意识了。从车站建筑,珠海、淮南、沈阳浑南等和欧洲的有轨电车车站建筑就可以看出来。有轨电车是轨道交通类的钢轮钢轨系统中地面设施最多的一种系统。所有的设施都面临着景观的问题,只是接触网被放在了第一位。

(7)工程投资方面

国内已有的工程显示,有轨电车的工程建安费投资从8000余万/km到1.2亿/km左右,包含土建和管线搬迁费用。目前建安费基本能够控制在一个亿以下,八千万到九千万是一个比较客观的数字。

三、对我国有轨电车实践情况的思考

基于运营思维的线网规划

从大的层面来讲,城市需要经营,如果一个城市站在经营的角度来进行各种各样的规划,就会发现,地铁、轻轨、有轨电车和常用公交一定是一个整体。

第一个理念:交通走廊是城市的稀缺资源。

如果有轨电车建在了地铁的走廊上,有客流量级没达到地铁的走廊又建设了地铁,就是一种错位。在这样的前提下,工程项目的成功与否已很难保证客流效益。而交通走廊一旦确定了公共交通制式,就直接影响这条走廊的交通效益,所以一定要理解交通走廊是城市的稀缺资源,决策的时候要慎重。所以首先强调的是线网规划,希望是站在综合公共交通规划体系下的线网规划。在线网规划阶段要求详细些,包含用地、线路的走向,要纳入控制性系统,因为有轨电车是建设在地面的。交通系统归根结底的区分就是客流量,假如需要五万的量就建设地铁,五万的量一定是独立路权而不是专用路权或混合路权,如果只有一万的量或者五千的量,就可以做专用路权,成本会少一些,他们之间到最后的区别只在于路权类型和一辆车的容量。

BRT和有轨电车与所有的公共交通系统一样,区别在于目前的BRT车辆最多容纳180人,而有轨电车的基本模块可容纳300人,两辆联挂是600人,同样的行车密度下,同样的运营控制系统,有轨电车可以做到BRT二至三倍的运量。地铁可以8节至10节连挂,这就需要一个路权保障,需要封闭的路权才能够达到这个运量。这就是在线网规划层面上首先要回答的问题,针对一个走廊需要的是哪种公共交通模式。

第二个理念:从网络而非线路来看有轨电车。

不管现在建设的是一条线还是几条线,理念是从网络的角度去看的而不是从一条线来看,这是有轨电车和地铁之间最大的区别。这里面存在两个问题,首先是运营,有轨电车线网规划不是纯粹的轨道的规划,不是铺轨的长度,而是运营的线路,线网的比例可以达到2或者3。

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图4

图4是成都IT大道,80公里的有轨电车线网规划,97.1公里的铺轨长度,运营线路达到157.3公里,包括9条运营线路,线网比例是1.7,这是相对比较实际的一个数据。如果现网的比例再高一些的话,某些断面重复的线路会特别多,会对运营带来一定的复杂性。

 

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图5

图5是比较典型的互通道岔,在所有的节点都预留了类似这样的道岔,三个方向或者两个方向,保证以后运营的灵活性,这是有轨电车的线网规划,如果要做城市的轨道或者区域轨道,必须具备这个特征。第二个问题,就是轻轨是否能够和有轨电车规划在同一网络中,有轨电车能否运营在轻轨的线路上。同一张网络,同一个运行方式,但是在不同的区域,它有不同的控制。例如,在外围是信号控制,在中间就是司机的驾驶控制,这种形式适用于国内的某些城市,但是现在还没有真正做到,有一些概念性的问题,一些前期研究的问题,提出过这样的理念,如果城市面积不大,组团性很强,但是人口密度并不高,如果做轻轨或者地铁,只有一个走廊达到量级,甚至没有轨道,对线网控制或者速度的要求比较高,对路权的要求比较高,就是说在外面是封闭路权,在内部可以做专用路权。如果做两重网络的话,好像不太值得。在做昆山规划的时候,就有过这样的思考,可以做类似这样的网络,但是现在在政策的层面上也可能缺乏一定的支持,或者说还需要进行一些制度的创新。

有轨电车是城市交通的新成员

有轨电车是城市交通的新成员,这必定会带来一定的问题。作为新成员,必须接纳它。对于城市道路的资源来说,原先道路的路权全部是给小汽车的,现在之所以觉得困难,是因为要从小汽车的部分中取出来。因为权先给小汽车,现在要拿回来,从当前的理念来说,本来就应该是30米的红线,应该有10米是公共交通的,为什么拿回来会比较困难?因为已经先给了出去,所以很难收回来。欧洲的一张规范里面明确表示说明的一个成功的因素,第一点,是路权和信号优先,文字描述是在英法各城市有轨电车采用专用路权的线路占七成,有轨电车整体路网的信号优先比例平均高达90%,因为它有一些老的线路,而后续新建的线路也是要求全面推行信号优先。

法国尼斯有轨电车线路只有14公里,沿线有61个交叉口,它的支路特别发达,不仅仅在主干道信号优先,61个交叉口全部采用信号优先.同样一条线路,原常规公交用时1.5小时,有轨电车45分钟,节省了一半时间,这就是信号优先的优势。

信号优先和社会交通的关系其实并不矛盾,作为一个新的成员,应当纳入社会交通体系。反过来说只要铺设了有轨电车,就应该是公共交通走廊,公共交通走廊应该是远离机动车的,以行人和非机动车绿色交通为主。但是目前存在的一个很大问题是,必须要在选择了主干道之后,还要保证有规电车的交通安全。城市交通发生交通事故是正常的,所以有轨电车发生交通事故也是正常的,不要为要避免发生交通事故而采取一些过度的保护措施,但是要避免发生恶性的交通事故。与此同时,机动车的速度过快其实是交通安全的关键因素,所以在公共交通走廊上,机动车的速度就应该降下来。

对于新成员的加入,要采取轨道交通管理办法,还有一些车路协同辅助设施的应用。如果我国要发展公共交通,应该怎么去做?大家如果去伦敦、巴黎,和我们的城市规模差不多的城市,是看不到这样的现象的,因为要减少机动车的使用,公共交通的加入一方面是提高出行品质,一方面是要减少小汽车的使用。所以,不能够在建设有轨电车的同时,还要为机动车拓宽道路。

基于需求的新技术应用

这一点主要是对产品和设计来说的,现在采用的产品大多数是在地铁的模式下做了一些改变而成。在国外,有轨电车的相关设备都是专用的。这些需求的应用和实现,最终用作产品,要把适合有轨电车的产品做出来。

供电方式,以接触网为例,对于新型的接触网系统,可以做很多在景观上的设计,可以做到融入城市,和城市的系统融合在一起。关于交叉口的设计,对于交叉口都是做蜘蛛网设计或者其他,存在一些隐患。图6是在成都IT大道的设计,右上角是是原先的交叉口设计,差不多是70*70米的面积,而经过交通优化设计之后,可以达到35*35米,几乎减少了四分之三。也就是说可以通过多种方式,让接触网在这个城市更优美地存在。

梯形道岔,一些城市没有使用。梯形道岔对于停车场缩减的比例是比较大的,和用地有一些关系,而对于整个运营的灵活性是很有帮助的,希望在车辆基地的设计方面考虑集约化的设计,有轨电车经过的地方通常来说地价并不便宜。

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图6

结合PPP模式的TOD的综合开发。图7中左侧是珠海有轨电车车辆基地的TOD状态,这是已经建成的,右侧是现在正在考虑的成都的车辆基地。

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 图7

互联网+的乘客体验。通过在车上装一个计数器来实现对客流的实时统计并实时反馈到线路运营控制中,在公交车辆上的应用比较广泛,但是国内的计数器误差比较大,现在正在考虑安装精确度高一些的接触器,通过接触器能够实时地知道所有乘客在车上的状态,可以在接下来指导有轨电车的规划和运营。综合来说,通过一些对于新技术的应用,使得有轨电车和互联网,包括手机上的一些应用结合的更加紧密,让大家的出行更加方便。

关于PIS系统,有轨电车的PIS系统以及大家现在手上拿着的各种地图等各种信息,让大家的出行更加方便。出行之前利用一个APP就可以知道即将出行的时候路段是否拥堵,到达车站的时间和换乘时刻是什么,这是上海城建总院现在正在进行研究的其中一个项目。建立一个PIS系统,整合基于城市互联网的基础上,做出一个交通的大平台,让信息的集成和发布更加便捷、更加准确。

景观方面。在成都有轨电车的建设上,希望打造的是有轨电车2.0版,其中一条就是景观,上海城建总院增加了景观的专业,并邀请了法国团队对全线所有的景观进行设计,现在刚迈出了第一步。如果可以的话,希望采取的是法国的理念。法国的理念就是每条有轨电车会有一个同步的景观设计,这个城市会针对有轨电车沿线经过的所有区域进行详细的景观设计,每一个节点必须精雕细琢,这就是为什么在法国看到的有轨电车是和国内不一样的,因为它做过大量的琐碎的景观的融合,所以说,有条件的城市或者说某些区域可以尝试这个理念,真正地把有轨电车对于环境的改善带到实处。

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