摘 要：本文通過計(jì)算典型鋼輪鋼軌制式的軌道交通車輛和橡膠輪胎走行的常規(guī)公交車輛在不同滿載率和速度水平下，運(yùn)送單位乘客理論上需要的牽引功率，從而得出城市軌道交通與常規(guī)公交理論能耗間的關(guān)系：在滿載情況下，常規(guī)公交的理論單位能耗在各個(gè)速度水平下，均為軌道交通的4～5倍；此外，還探討了滿載率和速度兩個(gè)因素對于公交車輛單位能耗的影響趨勢和程度。
　　關(guān)鍵詞：城市軌道交通 常規(guī)公交 對比分析 單位能耗
　　中圖分類號：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　我國是一個(gè)人口眾多、資源相對匱乏的國家，大力發(fā)展城市公共交通，尤其是城市軌道交通這樣一種單位能耗少、環(huán)境污染低的交通方式才是緩解交通問題的根本出路。
　　在闡述城市軌道交通低能耗的這一優(yōu)點(diǎn)時(shí)，國內(nèi)外文獻(xiàn)一般采取定性的方式與常規(guī)公交對比；也有從鋼輪鋼軌之間以及橡膠輪與地面之間的摩阻力方面對比，或者從鐵路與公路貨物運(yùn)輸?shù)哪芎膶Ρ?，來進(jìn)行定量分析【1】。但是城市客運(yùn)公共交通有其自身的特點(diǎn)，以上方法都無法深入地對比城市軌道交通與常規(guī)公交運(yùn)送單位乘客的能耗之間的關(guān)系，更無法探討影響單位能耗的重要因素，因此有必要從其他角度進(jìn)行剖析。
　　1．單位能耗計(jì)算
　　單位能耗的原始含義：某種公共交通車輛運(yùn)送每位乘客每公里所消耗的能量，為該車型的單位能耗，其單位為J /人·km。
　　而在實(shí)際計(jì)算和比較過程中，車輛運(yùn)行所需的牽引功率可以作為能耗比較的指標(biāo)，它間接反映車輛需克服阻力所作的功。其與能耗的關(guān)系可以表達(dá)為：
　　牽引功率×（1 km /車速）/ 乘客數(shù) ＝ 車輛運(yùn)送每位乘客每公里所消耗的能量
　　在能耗的對比分析過程中，各車型的車速需相對固定，因此只比較牽引功率即可。文中將理論上車輛運(yùn)送每位乘客消耗的牽引功率引申定義為單位能耗的指標(biāo)，以探討城市軌道交通與常規(guī)公交能耗間的關(guān)系以及影響因素。
　　1．1 車輛類型及基本參數(shù)和計(jì)算說明
　　本文選取三種典型的車型來進(jìn)行軌道交通與常規(guī)公交能耗的對比。分別是上海市軌道交通3號線車輛（大運(yùn)量公交）、斯特拉斯堡Citadis新型有軌電車（中運(yùn)量公交）和國產(chǎn)黃海DD6123S06型客車（低運(yùn)量公交）。計(jì)算所需的車輛基本參數(shù)見表1
　　
　　
　　為了簡化研究，突出結(jié)果的普遍性，本文不考慮坡度阻力和曲線段的阻力，只研究平坡直線段的牽引功率。鋼輪鋼軌與橡膠輪胎車輛的牽引計(jì)算方式不同，載客量也不同，應(yīng)按照以下方法分別進(jìn)行計(jì)算牽引功率。
　　
　　1．2 計(jì)算結(jié)果
　　為了分析公共交通的滿載率對于單位能耗的影響，本文分別取滿載率50％，75％，100％，125％，求得各個(gè)車型運(yùn)送單位乘客的功率消耗，列于表2
　　
　　2．單位能耗比較
　　2．1 滿載時(shí)速度對單位能耗的影響
　　由第1節(jié)公式可知，每種車型在滿載率一定的前提下，速度是影響單位能耗的唯一因素，表3和圖1反映了滿載情況下各種車型的單位能耗隨速度的變化。
　　
　　
　　從表3可以看到，隨著速度的增加，各車型的單位能耗增加的幅度都超過了速度增加的幅度，即對于所有公交方式而言，增加運(yùn)行速度都要以增加更多的能耗為代價(jià)，因此公共交通需選擇合適的運(yùn)行速度，既滿足服務(wù)水平的需要又適當(dāng)降低能耗。
　　隨著速度的增加，常規(guī)公交單位能耗的增加幅度比軌道交通大，即對常規(guī)公交而言，速度對于單位能耗的影響要大于軌道交通，在較高速度的運(yùn)行水平下，軌道交通更能體現(xiàn)出節(jié)能的優(yōu)勢。
　　2．2 不同滿載率情況下能耗變化趨勢比較
　　顯然，本文提出的計(jì)算方式中，滿載率對于單位能耗的影響是最為關(guān)鍵的，以下按照不同的滿載率情況，分別比較各車型的單位能耗，并探討滿載率對單位能耗的影響規(guī)律。
　　為了表現(xiàn)不同滿載率下能耗的變化程度，將各滿載率水平下的能耗實(shí)際值與滿載時(shí)能耗相比，得到相對能耗指標(biāo)，作為對比分析的參考量。對于軌道交通而言，由第1節(jié)的公式可以推導(dǎo)出，在各速度下，不同滿載率的能耗的相對大小是固定的，即在不同速度下滿載率對于能耗的影響作用是相同的。于是，單位能耗隨滿載率的變化情況可以見表4及圖2和圖3。
　　
　　顯然，對于每種公交方式而言，滿載率不足50％時(shí)，單位能耗將比滿載時(shí)的能耗超出65％以上，很不經(jīng)濟(jì)。而提高滿載率可以有效得降低單位能耗，在滿載率125％時(shí)可以節(jié)省約14％的單位能耗。
　　另一點(diǎn)值得注意的是：按照通常的觀點(diǎn)，軌道交通的單位能耗受滿載率影響要遠(yuǎn)大于常規(guī)交通，這是由于軌道交通的空車質(zhì)量較重造成的。但從圖2可以看出，速度小于40km/h時(shí)，常規(guī)公交與軌道交通相比，滿載率對于單位能耗的影響程度?。欢^40km/h時(shí)，隨著速度的增加，常規(guī)公交滿載率50％時(shí)的能耗比100％時(shí)的能耗增加的幅度不斷加大，甚至超過了軌道交通。這說明低速時(shí)與我們的常規(guī)認(rèn)識較符合，軌道交通單位能耗受滿載率的影響較大，但高速時(shí)常規(guī)公交的能耗反而受滿載率的影響更大；同樣，在圖3的125％滿載率的單位能耗變化趨勢中也得到了相同的規(guī)律。
　　
　　
　　3．結(jié)論與待研究的問題
　　主要結(jié)論
　　大運(yùn)量的城市軌道交通單位能耗比中運(yùn)量的軌道交通低，但是二者比較接近。
　　滿載情況下，常規(guī)公交的單位能耗在各個(gè)速度水平下，均為軌道交通的4倍以上，能耗之比在4~5之間。
　　在城市公共交通的速度范圍之內(nèi)（≤100km/h），速度對于單位能耗的影響程度，常規(guī)公交要大于軌道交通。
　　對于常規(guī)公交和軌道交通而言，滿載率僅為50％時(shí)，單位能耗比100％滿載率時(shí)增加66％～71％，而125％的滿載率會使得單位能耗降低14％左右。提高公共交通的滿載率對于節(jié)約單位乘客能源消耗的效果是明顯的。
　　待研究的問題
　　車輛的不同操作方式、交叉口的信號優(yōu)先與否等條件對能耗有一定影響，需要進(jìn)一步研究理論能耗數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)的差異。
　　以牽引功率作為能耗比較的指標(biāo)，可以比較鋼輪鋼軌系統(tǒng)和橡膠輪胎系統(tǒng)的理論意義上的能耗，但還不能反映車輛消耗能量的實(shí)際情況，例如內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)的效率大不相同，它們?yōu)檗D(zhuǎn)化牽引力所消耗的能量就不同，可以進(jìn)一步分析不同動力裝置的公交方式其能耗的對比。
　　
　　參考資料
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　　[2] 鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院．鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊－線路[M]．北京：中國鐵道出版社，1999，46－47
　　[3] 吳瑞麟，沈建武．道路規(guī)劃與勘測設(shè)計(jì)[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002，90－92
　　[4] 張學(xué)利，何勇．汽車動力性檢測中的滾動阻力[J]．公路交通科技，2000，（5）：93－95