夏春生

（中車四方車輛有限公司，266111，青島∥教授級高級工程師）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市公共交通呈現(xiàn)多層次、多模式、多制式發(fā)展特征。近年來，中運(yùn)量城市公共交通系統(tǒng)日漸受到世界各城市的青睞，成為大運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)和道路公交系統(tǒng)的有力補(bǔ)充。其常見的系統(tǒng)形式主要包括快速公共汽車系統(tǒng)（BRT）、有軌電車系統(tǒng)、單軌交通系統(tǒng)（跨坐式和懸掛式）、中低速磁浮系統(tǒng)、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)等。

截至2017年12月，我國有14座城市開通運(yùn)營了20條有軌電車線路，運(yùn)營線路總長達(dá)232 km；天津、上海兩座城市開通了2條膠輪導(dǎo)軌電車，運(yùn)營線路長度達(dá)17.7 km；長沙開通了中低速磁浮列車，運(yùn)營線路長度達(dá)18.5 km。

中運(yùn)量公共交通系統(tǒng)雖然在運(yùn)能、運(yùn)速上不及大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)，但相對而言其具有投資小、建設(shè)周期短、靈活性高的特點(diǎn)。道路公交系統(tǒng)與中運(yùn)量公共交通系統(tǒng)相比雖然投資更小、靈活性更高，但是運(yùn)行速度受實(shí)際交通影響波動較大，可靠性不高，舒適性也較差，與大運(yùn)量和中運(yùn)量公交系統(tǒng)相比吸引力和競爭力不足?？傮w而言，中運(yùn)量公共交通系統(tǒng)在大運(yùn)量公交系統(tǒng)缺失和覆蓋不足區(qū)域，能夠提供較道路公交更大容量、更快速度和更高服務(wù)質(zhì)量的公交出行服務(wù)。同時(shí)，在財(cái)政投資、建設(shè)周期和系統(tǒng)靈活性上也具有較大彈性，賦予系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)和后期運(yùn)營調(diào)整更多的變化選擇。

1 中運(yùn)量城市公共交通系統(tǒng)發(fā)展的必要性

結(jié)合巴黎、上海城市公共交通系統(tǒng)的建設(shè)，思考城市發(fā)展中等運(yùn)量公共交通系統(tǒng)，以增加公共交通服務(wù)供給，提升公共交通出行服務(wù)水平，促進(jìn)城市空間結(jié)構(gòu)發(fā)展，論述中運(yùn)量公共交通系統(tǒng)發(fā)展的必要性。

1.1 國外城市發(fā)展中運(yùn)量公交系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和路徑

以巴黎為例，巴黎大區(qū)是歐洲大陸最大的都市聚集區(qū)，面積約12 011 km2，平均半徑為62 km，聚集了約1 169萬人口。巴黎大區(qū)有8個(gè)?。何挥谥行牡陌屠枋型ǔ７Q為小巴黎，具有市鎮(zhèn)和省的雙重身份，被劃分為20個(gè)城區(qū)；圍繞巴黎市的其余7個(gè)省形成內(nèi)外兩個(gè)圈層，內(nèi)圈3個(gè)省緊鄰巴黎市，其中大部分地區(qū)已經(jīng)形成和巴黎城區(qū)連接的城市圈地區(qū)，成為巴黎市的近郊區(qū)，外圈的4個(gè)省規(guī)模較大，城市化地區(qū)比較分散。如圖1、圖2所示。

目前，巴黎大區(qū)擁有世界上最完備的城市公共交通體系，主要的軌道交通方式有地鐵、市域快速軌道交通（RER）、有軌電車、輕軌等。從總體布局來看，巴黎公共交通為由穿越市區(qū)的直徑線與環(huán)繞市區(qū)的環(huán)線組成的放射加環(huán)線的布局形式（見圖3）。其中，直徑線可以直接疏散城市中心到郊區(qū)的客流及穿過城市中心的客流；環(huán)線可以加強(qiáng)中心區(qū)域邊緣客流點(diǎn)的聯(lián)系，外圍區(qū)之間的客流也可以通過環(huán)線進(jìn)行疏解，減輕中心區(qū)的交通壓力，有效保證外圍衛(wèi)星城與市中心的快速聯(lián)系。

圖1 巴黎市行政區(qū)劃

圖2 巴黎大區(qū)行政區(qū)劃

根據(jù)各種交通工具不同的應(yīng)用范圍進(jìn)行交通圈層的劃分，具體分為內(nèi)外兩層（見圖4的圈線）。

內(nèi)層包括巴黎大區(qū)的1圈和2圈，主要范圍是巴黎市區(qū)。在該層內(nèi)，主要的公共交通方式是地鐵、RER線的市內(nèi)部分、市區(qū)公共汽車、大部分輕軌（T1～T3線）和出租車等。該層內(nèi)的客流具有流量大、出行距離短、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此地鐵等交通系統(tǒng)以其速度快、容量大、停站多等優(yōu)勢成為居民出行的首選交通方式。

外層為3～6圈，主要的公共交通方式包括有軌電車T4～T8線、RER線、市郊鐵路和郊區(qū)公共汽車。其中，有軌電車T4線跨越3圈和4圈；RER線基本上在6圈范圍內(nèi)即終止；市郊鐵路則穿越6圈并繼續(xù)向外延伸，在圈外以直達(dá)快速列車的模式運(yùn)行。外層多為通勤通學(xué)客流，出行距離一般較遠(yuǎn)，因此RER、市郊鐵路及郊區(qū)公共汽車承擔(dān)了該層的主要運(yùn)輸任務(wù)。其中，RER雖然為內(nèi)、外兩個(gè)交通層服務(wù)，但主要作用是運(yùn)送大量的市郊乘客，在市中心僅起到輔助地鐵、使郊區(qū)乘客快速通過市區(qū)的作用，因此其在郊區(qū)停站較多，在市區(qū)停站反而較少。

由此可以看出，巴黎大區(qū)城市公共交通形式多樣，不但有地鐵等大運(yùn)量交通系統(tǒng)，還有RER、有軌電車等中運(yùn)量交通系統(tǒng)，對應(yīng)不同距離，不同交通方式的服務(wù)范圍清晰、分工明確、層次清楚、互為補(bǔ)充、覆蓋廣泛，組成一個(gè)密集的交通網(wǎng)絡(luò)。

圖3 巴黎軌道交通放射加環(huán)線布局

圖4巴黎圈層劃分圖

1.2 國內(nèi)城市發(fā)展中運(yùn)量公交系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和路徑

以上海為例，目前，上海公共交通系統(tǒng)發(fā)展取得顯著成就，已經(jīng)基本形成了軌道交通為主體、道路公交為基礎(chǔ)的公共交通體系。網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)方面，2005年至2010年軌道交通運(yùn)營線路長度由147.8 km增長到452.6 km，運(yùn)營車輛由695節(jié)增加到2 842節(jié)，分別增長了206%和309%；道路公交線路條數(shù)由940條增加到1 165條，線路長度由21 794 km增長至23 131 km。運(yùn)營服務(wù)方面，公共交通日均運(yùn)量由924.7萬人次增長至1 285.5萬人次，增幅為40%。這期間，軌道交通運(yùn)量增長迅速，由162.8萬人次/d增長至516.2萬人次/d，增幅達(dá)217%，占公共交通的比例由17.6%提高到40.1%，軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化帶來的效益日益凸顯。

但是，公共交通客運(yùn)規(guī)模的增長并未帶來交通出行結(jié)構(gòu)中分擔(dān)比例的同步上升，與預(yù)期發(fā)展目標(biāo)存在較大差距（7%～8%）。公共交通未能實(shí)現(xiàn)以高水平公共交通出行服務(wù)模式擴(kuò)張、整體性解決城市交通問題的預(yù)期發(fā)展目標(biāo)：

（1）根據(jù)最新規(guī)劃，遠(yuǎn)景年上海將形成1 006.8 km的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。按遠(yuǎn)景年3 000萬人口規(guī)模，公共交通出行方式結(jié)構(gòu)目標(biāo)比例35%計(jì)算，遠(yuǎn)景公共交通系統(tǒng)出行需求為3 140萬乘次/d。以1.5萬乘次/km為供給能力上限，軌道交通僅能提供1 510萬乘次/d的運(yùn)能。剩余1 629萬乘次/d的運(yùn)輸供給如果全部采取道路公交補(bǔ)充，需要3.65萬公交車輛（是現(xiàn)狀公交車輛規(guī)模的2倍）才能滿足需求。如此規(guī)模巨大的供需缺口必須考慮發(fā)展更集約和高效的中運(yùn)量公共交通體系來增加運(yùn)輸供給，完善公共交通體系的供給結(jié)構(gòu)。

（2）上海城市總體發(fā)展策略為大力推進(jìn)郊區(qū)新城建設(shè)、分流市中心人口，進(jìn)一步推動人口向外圍郊區(qū)聚集的趨勢。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年與2000年相比，上海人口規(guī)模從1 640.1萬增長到2 301.9萬，但中心城區(qū)人口僅增長5.6萬，剩余656萬人口增量全部集中于近郊區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)，近郊區(qū)、新城、遠(yuǎn)郊區(qū)與中心城之間的出行量需要中運(yùn)量公交體系提供出行服務(wù)。

（3）隨著郊區(qū)新城的功能逐漸成熟，人口規(guī)模達(dá)到100萬～200萬時(shí)，其交通需求模式將會朝著具備獨(dú)立功能的大城市模式演變，自身內(nèi)部交通出行比例將會逐漸上升，這就需要構(gòu)建相對獨(dú)立的新城自身公共交通體系，以適應(yīng)出行需求模式的變化。

通過上述分析，結(jié)合上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃和巴黎、東京等城市建設(shè)，有關(guān)專家提出在軌道交通獨(dú)立實(shí)現(xiàn)公共交通的發(fā)展目標(biāo)存在非常大的不確定性時(shí)，有必要考慮在軌道交通之外，發(fā)展與道路公交相比具有更大運(yùn)能、更快速度、更可靠服務(wù)的中等運(yùn)量公交系統(tǒng)，以提升公共交通系統(tǒng)的整體吸引力，共同保障公共交通發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 多編組鉸接式膠輪驅(qū)動自導(dǎo)向型運(yùn)輸系統(tǒng)參數(shù)分析

目前各型中運(yùn)量城市公共交通系統(tǒng)的主要技術(shù)特征如表1所示。

表1 常見中運(yùn)量公共交通系統(tǒng)主要技術(shù)特征對比表

由表1可以看出，常見的中運(yùn)量城市軌道交通車輛具有編組靈活、運(yùn)量較大、旅行速度較高的特點(diǎn)，多采用電力牽引、低地板結(jié)構(gòu)，具有零排放、低噪聲等特點(diǎn)，但轉(zhuǎn)彎半徑大多在30 m以上，爬坡能力在60‰以內(nèi)；對于老城區(qū)、景區(qū)等土地資源緊張的地區(qū)，其已經(jīng)不能提供優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)。因此，本文提出一種占地面積小、坡道通過能力強(qiáng)的新型城市公共交通系統(tǒng)——多編組鉸接式膠輪驅(qū)動自導(dǎo)向型運(yùn)輸系統(tǒng)。

該系統(tǒng)定位為中運(yùn)量城市公共交通運(yùn)輸，基本服務(wù)半徑為2～21 km，單程乘車時(shí)間為10～50 min，站間距基本在1 km左右。該系統(tǒng)同城市軌道交通類似，分線路、車輛兩個(gè)部分；其中多編組鉸接式膠輪驅(qū)動自導(dǎo)向型電車簡稱為導(dǎo)軌電車。

導(dǎo)軌電車相對有軌電車應(yīng)具有爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、制動距離短等特點(diǎn)，同時(shí)，相對公交車輛又具有運(yùn)能大、舒適度高等特點(diǎn)。因此，多編組鉸接式膠輪驅(qū)動自導(dǎo)向型運(yùn)輸系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)能夠清晰地定位系統(tǒng)特點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)反映本系統(tǒng)城市性的特點(diǎn)，在資源共享、經(jīng)濟(jì)性等方面予以體現(xiàn)。本文主要從系統(tǒng)的線路規(guī)劃、車輛參數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.1 最高速度

最高運(yùn)行速度是指列車在正線區(qū)間直線段運(yùn)行時(shí)能夠達(dá)到的最高速度。最高運(yùn)行速度與車輛設(shè)計(jì)最高速度相符合，低于車輛的構(gòu)造速度。

從表1可以看出，目前中運(yùn)量城市公共交通系統(tǒng)的最高運(yùn)行速度多為80 km/h，這是因?yàn)橹羞\(yùn)量城市公共交通主要服務(wù)于城市內(nèi)部，具有站間距離小、出行距離短、站點(diǎn)較密的特點(diǎn)，對車輛的平均加速度和減速度因舒適度要求，均有限制。在公路工程施工上，城市道路一般設(shè)計(jì)為80～120 km/h，而車輛在城市運(yùn)行又多限速在60 km/h，因此，最高運(yùn)行速度的選擇應(yīng)考慮既有固定設(shè)施建造的一次性，適當(dāng)留有發(fā)展余地。綜合考慮，該系統(tǒng)的最高運(yùn)行速度定義為80 km/h。

2.2 運(yùn)輸能力

運(yùn)輸能力是指按照現(xiàn)有活動設(shè)備的數(shù)量和容量，在單位時(shí)間內(nèi)（通常是高峰小時(shí)）所能運(yùn)送的乘客數(shù)量。

影響線路運(yùn)輸能力的因素主要有最小追蹤間隔時(shí)間、折返站折返能力、列車編組數(shù)量、客流量能力富余比例等。根據(jù)CJJ/T 114—2007《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，該系統(tǒng)客運(yùn)能力應(yīng)與特大型（鉸接）公共汽車、有軌電車的客運(yùn)能力相當(dāng)。該系統(tǒng)最大的運(yùn)輸能力定義為0.6萬～1.2萬人/h，符合城市公共交通出行量的特點(diǎn)。

2.3 行車間隔

行車間隔是指高峰小時(shí)列車在正線上的發(fā)車密度。確定行車間隔時(shí)，應(yīng)保持一定的服務(wù)水平，維持乘客較好的舒適度和一定的列車滿載率。

根據(jù)公交車輛、有軌電車最小行車間隔的調(diào)研，該系統(tǒng)最小行車間隔定義為2 min。

2.4 線路條件

（1）最小曲線半徑。線路最小曲線半徑的選擇與線路的性質(zhì)、行車速度、地形等條件有關(guān)。根據(jù)GB 50647—2011《城市道路交叉口規(guī)劃規(guī)范》的規(guī)定，城市主干道交叉口轉(zhuǎn)彎半徑為20～30 m，次干道交叉口轉(zhuǎn)彎半徑為15～20 m，非次道路交叉口轉(zhuǎn)彎半徑為10～20 m。為更好地適應(yīng)城市既有道路，該系統(tǒng)需要滿足次干道交叉口無需擴(kuò)寬即可運(yùn)行的需求，系統(tǒng)最小轉(zhuǎn)彎半徑定義為15 m。

（2）最大爬坡能力。正線最大爬坡能力的取值需要考慮超員工況下列車停在大坡道上，在損失50%動力的情況下依然能夠起動并運(yùn)行至下一站，或在損失全部動力的情況下可由最近空載列車牽引至相鄰車站。根據(jù)CJJ 193—2012《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，城市道路最大坡度為10%，積雪或冰凍地區(qū)的最大縱坡不應(yīng)大于6.0%。《重慶市城市道路交通規(guī)劃及路線設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了山區(qū)最大縱坡不應(yīng)大于12%。該系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)城市和山區(qū)的需要，適當(dāng)保留設(shè)計(jì)余量，最大坡度定義為13%。

（3）豎曲線半徑。為緩和變坡點(diǎn)的急劇變化，使列車通過變坡點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的附加加速度不超過允許值，相鄰坡道大于一定數(shù)值時(shí)，應(yīng)在變坡點(diǎn)處設(shè)置圓曲線型豎曲線。根據(jù)CJJ 193—2012《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定（見表2），線路的最小豎曲線半徑為150 m?？紤]到該系統(tǒng)為鉸接式多編組車輛，在最大程度滿足線路標(biāo)準(zhǔn)的前提下，為提高車輛的平穩(wěn)性，該系統(tǒng)的最小豎曲線半徑定義為200 m。

表2 機(jī)動車道豎曲線最小半徑

2.5 車輛

（1）車輛輪廓尺寸。CJ/T 417《低地板有軌電車車輛通用技術(shù)條件》定義車體寬度為2 400 mm或2 650 mm；GB 1589《道路車輛外輪廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》定義車體寬度≤2 500 mm。為保證該系統(tǒng)適用于城市混合運(yùn)行，并考慮到車輛的載重、線路的承載等因素，該系統(tǒng)車體寬度定義為2 400 mm，符合現(xiàn)行軌道交通和公共交通標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）軸重。GB 1589《道路車輛外輪廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》規(guī)定，車輛最大允許軸荷為11.5 t?？紤]到設(shè)計(jì)成本及運(yùn)營維護(hù)成本，優(yōu)先選用國家標(biāo)準(zhǔn)輪胎（見表3）?？紤]到系統(tǒng)車輛編組結(jié)構(gòu)與自重，車輛選用445/65R22.5標(biāo)準(zhǔn)輪胎，單側(cè)單胎布置，車輛軸重控制在11 t以內(nèi)。

（3）牽引特性。對額定載荷工況下，在干燥、清潔的平直段線路和額定電壓下的牽引特性定義為：

·列車速度從0達(dá)到30 km/h的平均加速度不低于 0.90 m/s2；

表3 載重輪胎公制寬基子午線輪胎

·列車速度從0達(dá)到60 km/h的平均加速度不低于0.50 m/s2。

（4）制動特性。在額定工況下，列車從最高運(yùn)行速度到停車的平均制動減速度定義為：

·常用制動：不小于1.3 m/s2；

·平均快速制動：不小于3.5 m/s2；

·最大快速制動：不小于5 m/s2。

（5）電氣參數(shù)。優(yōu)先采用DC 750 V接觸網(wǎng)供電制式。

（6）車體。車體采用整體承載結(jié)構(gòu)，車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命應(yīng)不小于30年；考慮到車輛的輕量化設(shè)計(jì)要求，優(yōu)先考慮鋁合金車體；車體模塊之間應(yīng)采用貫通道結(jié)構(gòu)連接，以滿足車輛模塊之間的連接、曲線通過與室內(nèi)貫通的要求。

（7）走行系統(tǒng)。采用龍門式、具備懸掛系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)的走行部；基礎(chǔ)制動優(yōu)先選用盤形制動。

（8）車輛主要技術(shù)參數(shù)。本系統(tǒng)車輛主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4 車輛主要技術(shù)參數(shù)匯總表

2.6 關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)在線路、軌道、維修模式等方面與傳統(tǒng)城市公共交通系統(tǒng)有著諸多不同，可能會有不同的標(biāo)準(zhǔn)。本文主要從車輛的角度，介紹車輛的主要關(guān)鍵技術(shù)。

（1）多編組鉸接式自動導(dǎo)向列車的架構(gòu)搭建技術(shù)。為滿足轉(zhuǎn)彎半徑、多編組等技術(shù)特征，采用膠輪驅(qū)動承載、單軌中間導(dǎo)向的模式，建立貫通道鉸接的車輛編組架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)3～6輛編組的靈活組合。車輛編組架構(gòu)如圖5所示。

（2）單軌導(dǎo)向、膠輪驅(qū)動承載式走行部集成技術(shù)。基于胎地耦合的走行部集成技術(shù)，具備單軌導(dǎo)向、雙向運(yùn)行的能力，具有胎地摩擦噪聲低、車輛爬坡能力強(qiáng)、制動距離短的技術(shù)特點(diǎn)。

（3）鉸接式車體及鉸接式貫通道編組集成技術(shù)。采用鉸接式貫通道編組集成技術(shù)，車輛具有轉(zhuǎn)彎半徑小的技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)將輪胎設(shè)計(jì)在貫通道區(qū)域，保證了客室內(nèi)部為100%平地板區(qū)，可提高客室利用率。

圖5 列車編組架構(gòu)圖例

3 多編組鉸接式膠輪驅(qū)動自導(dǎo)向型運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)踐與展望

中車四方車輛有限公司于2014年完成了多編組鉸接式膠輪驅(qū)動自導(dǎo)向型運(yùn)輸系統(tǒng)的研究工作，于2016年成功研制了我國第一列具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的導(dǎo)軌電車，并建成國內(nèi)第一條試驗(yàn)線。試驗(yàn)線全長1.5 km，包含10%和12.99%縱向坡道，以及15 m、25 m、40 m的平曲線轉(zhuǎn)彎半徑和200 m、500 m的豎曲線半徑。首列樣車已在試驗(yàn)線完成3 000 km試運(yùn)行考核，運(yùn)行狀態(tài)良好。

多編組鉸接式膠輪驅(qū)動自導(dǎo)向型運(yùn)輸系統(tǒng)符合國家構(gòu)建多層次、多模式、多制式軌道交通系統(tǒng)的指導(dǎo)思想，滿足國內(nèi)外市場對高效性運(yùn)輸、大坡道、小半徑、長編組運(yùn)輸系統(tǒng)的需求。其以爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、線幅占地面積小、施工周期短等技術(shù)特點(diǎn)，適用于城市新城內(nèi)部骨干公交、中小城市第一層次骨干公交、大城市中心城區(qū)第二層次公交和特色旅游公交線路的公共交通運(yùn)輸，滿足不同流量和層次需求，解決軌道交通“最后1 km”出行難題。

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