黃小通

(1. 中鐵建云南投資有限公司， 650220， 昆明；2. 中國(guó)鐵建昆侖投資集團(tuán)有限公司， 610040， 成都∥高級(jí)工程師)

據(jù)聯(lián)合國(guó)世界旅游組織的統(tǒng)計(jì)，山地旅游占全球旅游總量的20%左右，成為新的旅游發(fā)展熱點(diǎn)[1]。山嶺旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，但環(huán)境脆弱，在低碳環(huán)保的發(fā)展理念下，軌道交通在山嶺旅游地區(qū)具有十分廣闊的發(fā)展前景[2]。與常見的城市軌道交通項(xiàng)目不同，山嶺區(qū)旅游軌道交通發(fā)展處于起步階段，其車輛選型還有待于進(jìn)行系統(tǒng)性、針對(duì)性的梳理研究。現(xiàn)有研究主要針對(duì)城市范圍內(nèi)的軌道交通車輛系統(tǒng)，從線路的主要特征、系統(tǒng)制式、供電系統(tǒng)、資源共享等方面，提出系統(tǒng)選型方案[3]；并從車輛編組、供電制式、受流方式等方面，確定車輛選型的具體技術(shù)要求[4]。而山嶺區(qū)旅游軌道交通線路的車輛選型還有許多不同之處。文獻(xiàn)[5]從系統(tǒng)制式、地板形式、供電系統(tǒng)選擇等方面出發(fā)，對(duì)車輛選型進(jìn)行了探討；文獻(xiàn)[6]分析了齒軌制式、普通輪軌制式、單軌制式、纜索制式和磁懸浮制式在旅游觀光線上的適應(yīng)性。本文在汲取上述研究成果的基礎(chǔ)上，以山嶺區(qū)旅游項(xiàng)目特征為切入點(diǎn)，對(duì)車輛的系統(tǒng)制式及選型進(jìn)行研究，以期為后續(xù)山嶺區(qū)旅游軌道交通項(xiàng)目的車輛選型決策提供借鑒。

1 山嶺區(qū)旅游軌道交通系統(tǒng)特征分析

由于運(yùn)用場(chǎng)景的不同，山嶺區(qū)旅游軌道交通與城市內(nèi)部的軌道交通存在一定的差異，體現(xiàn)在線路功能定位、客流特征、線路特征及環(huán)保等方面，這些因素都會(huì)對(duì)車輛選型產(chǎn)生較大的影響。

1.1 功能定位

山嶺區(qū)旅游軌道交通線路不僅要滿足游客在景區(qū)內(nèi)各景點(diǎn)之間的觀光出行需求，還需要兼顧沿線居民的日常通勤需要。旅游軌道交通線路的建設(shè)不僅應(yīng)具備生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能，作為特色旅游項(xiàng)目的組成部分更重要的是與周邊地方文化、生態(tài)環(huán)境相適應(yīng)，成為乘客欣賞沿途風(fēng)光的觀景平臺(tái)。

1.2 客流特征

山嶺區(qū)旅游軌道交通主要以旅游客流為主，對(duì)出行體驗(yàn)較為敏感，注重出行過程中的舒適程度，同時(shí)客流分布不均衡、客流潮汐現(xiàn)象等相較城市軌道交通項(xiàng)目更為明顯。全年月均客流及淡季、旺季客流差異性較大，旺季客流約為淡季的2倍，游客多為早、晚進(jìn)出景區(qū)，且早高峰客流更為集中[7]。

1.3 線路特征

山嶺區(qū)旅游軌道交通相較常規(guī)城市軌道交通而言，線路條件差別較大，具體體現(xiàn)在線路海拔高差、坡道和曲線半徑上[8]。如麗江城市綜合軌道交通項(xiàng)目一期工程(1號(hào)線)，線路海拔高差約600 m，全線共設(shè)坡段28個(gè)，最大縱坡為55.0‰；車站最大坡度10‰，最小曲線半徑為80 m。其中，區(qū)間最長(zhǎng)連續(xù)坡道的長(zhǎng)度約11 km，平均坡度約39‰。線路條件對(duì)車輛牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等的性能提出了更高的要求[9]。

1.4 環(huán)保景觀

山嶺區(qū)旅游軌道交通線路途經(jīng)風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)，對(duì)景區(qū)景觀和環(huán)境保護(hù)要求較高。除了自身造型美觀外，車輛設(shè)計(jì)還需與景區(qū)自然景觀相協(xié)調(diào)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)對(duì)沿途環(huán)境的友好，體現(xiàn)出綠色交通的特性。

2 車輛選型原則

車輛選型通常分為系統(tǒng)制式選擇和車輛型式選擇兩個(gè)階段。系統(tǒng)制式選擇是指根據(jù)擬建軌道交通系統(tǒng)的功能定位、運(yùn)量等級(jí)及服務(wù)水平等宏觀因素，確定擬建軌道交通系統(tǒng)的制式。車輛型式選擇是指在明確系統(tǒng)制式后，結(jié)合擬建項(xiàng)目的實(shí)際情況，進(jìn)一步確定軌道交通車輛的驅(qū)動(dòng)、支撐、導(dǎo)向等涉及車輛重要結(jié)構(gòu)性能特性的決策過程。對(duì)于山嶺區(qū)旅游軌道交通車輛選型，除滿足常規(guī)軌道交通車輛的技術(shù)要求之外，還需充分考慮線路條件、客流特征及功能定位等的特殊性。

1) 車輛選型應(yīng)符合山嶺區(qū)的氣候環(huán)境條件，其運(yùn)輸能力需滿足景區(qū)客流普遍分布較為不均的運(yùn)量要求，并保證遠(yuǎn)期線路運(yùn)能有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備。

2) 車輛應(yīng)符合山嶺區(qū)線路較高的技術(shù)要求，以及安全可靠、節(jié)約能源、噪聲低、外形美觀、乘坐舒適等要求。

3) 由于山嶺區(qū)軌道交通線路周圍環(huán)境的特殊性及風(fēng)險(xiǎn)性，車輛的配置應(yīng)具有更強(qiáng)的故障運(yùn)行能力和故障救援能力。

4) 車輛選型應(yīng)綜合考慮整個(gè)城市軌道交通線網(wǎng)車輛選型的規(guī)劃和統(tǒng)一協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)資源的最大共享和利用。

5) 車輛的技術(shù)性能既要代表國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，又要符合中國(guó)國(guó)情，以取得技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理的最佳平衡。

3 山嶺區(qū)軌道交通系統(tǒng)制式選擇

作為山嶺旅游景區(qū)觀光客流的承載主體，系統(tǒng)制式選擇除了滿足日常運(yùn)能要求外，更應(yīng)具備應(yīng)對(duì)季節(jié)性客流和突發(fā)性客流變化的運(yùn)營(yíng)調(diào)整能力。

3.1 系統(tǒng)制式的選擇依據(jù)

山嶺區(qū)軌道交通系統(tǒng)制式的選擇應(yīng)符合線路特征，滿足運(yùn)能要求，與城市規(guī)劃結(jié)合較好，并具有技術(shù)可靠、節(jié)能、環(huán)境友好性高的原則。具體選擇依據(jù)如下：

1) 系統(tǒng)制式應(yīng)滿足高峰小時(shí)最大單向斷面客流要求，同時(shí)應(yīng)考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃及旺季極端客流情況，采用列車擴(kuò)編或重聯(lián)方式滿足客流量要求。

2) 對(duì)于景區(qū)項(xiàng)目而言，特別應(yīng)注重提升游客舒適便捷的乘坐服務(wù)和優(yōu)質(zhì)的觀光體驗(yàn)，并兼顧通勤客流需求。

3) 適應(yīng)山嶺區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件和氣候環(huán)境條件，特別是具備應(yīng)對(duì)極端氣候的能力，盡可能降低對(duì)線路周邊環(huán)境的影響，降低施工風(fēng)險(xiǎn)和工程投資。

4) 系統(tǒng)應(yīng)采用成熟、先進(jìn)的技術(shù)方案，適應(yīng)線路運(yùn)行條件(尤其是在列車處于故障運(yùn)行及救援情況下)。

3.2 系統(tǒng)制式適用性分析

根據(jù)本文提到的山地旅游景區(qū)的客流分布、線路條件、施工建設(shè)難度、環(huán)境氣候因素等特點(diǎn)，可選擇的軌道交通系統(tǒng)制式主要包括有軌電車、單軌交通、中低速磁浮交通、膠輪自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和齒軌鐵路等。本文對(duì)各系統(tǒng)制式的特點(diǎn)及其適應(yīng)性進(jìn)行了分析，并對(duì)比了各系統(tǒng)制式的主要特征，具體見表1[10-11]。

1) 有軌電車。有軌電車是一種由電氣牽引、輪軌導(dǎo)向、環(huán)境友好的中低運(yùn)量軌道交通制式，通常采用鋼輪-鋼軌或膠輪導(dǎo)軌。該制式適用于高峰小時(shí)單向斷面客流量為0.5～1.0萬(wàn)人次/h的軌道交通線路，其旅行速度可達(dá)20～30 km/h；該制式一般采用地面敷設(shè)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、噪聲??；可根據(jù)客流季節(jié)性變化調(diào)整車輛編組和運(yùn)行方式，站間距選擇自由度高；建設(shè)費(fèi)用低；乘降方便。如南平市武夷新區(qū)旅游觀光軌道交通項(xiàng)目。

2) 單軌交通。單軌交通分為跨坐式與懸掛式兩類。單軌交通一般是通過單根軌道梁對(duì)其進(jìn)行支撐、穩(wěn)定和導(dǎo)向。它具有較強(qiáng)的爬坡與曲線通過能力，同時(shí)具備轉(zhuǎn)彎半徑小、運(yùn)行噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)舒適等特點(diǎn)；適用于高峰小時(shí)單向斷面客流量為0.5～2.0萬(wàn)人次/h的線路。單軌交通的缺點(diǎn)是建設(shè)條件較為復(fù)雜，高架結(jié)構(gòu)建設(shè)成本較大，且輪軌磨耗產(chǎn)生的粉塵會(huì)對(duì)景區(qū)環(huán)境產(chǎn)生污染，不適用于對(duì)環(huán)保要求較高的山嶺區(qū)軌道交通項(xiàng)目。

3) 中低速磁浮交通。中低速磁浮交通依靠磁浮列車轉(zhuǎn)向架、懸浮系統(tǒng)及直線電機(jī)牽引系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸抱軌運(yùn)行，具有工程造價(jià)相對(duì)較低、爬坡轉(zhuǎn)彎能力強(qiáng)、綠色環(huán)保等運(yùn)行特點(diǎn)。中低速磁浮交通最大單向運(yùn)能為3萬(wàn)人次/h。但現(xiàn)階段運(yùn)營(yíng)成本較高，工程運(yùn)用相對(duì)較少，故障救援能力相對(duì)較差，在山嶺景區(qū)投資建設(shè)的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)較大。

4) 膠輪自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)。膠輪自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)是采用特制膠輪車輛在專用軌道上運(yùn)行的中運(yùn)量無(wú)人駕駛旅客運(yùn)輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有敷設(shè)方式靈活、工程難度小、安全可靠、綠色環(huán)保的特點(diǎn)。自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)最大單向運(yùn)能為0.5～1.0萬(wàn)人次/h，旅行速度可達(dá)20～35 km/h。但由于其高昂的造價(jià)以及有限的線路延展性，該制式在國(guó)內(nèi)尚未普遍推廣，成本較高，不推薦在山嶺景區(qū)使用。

5) 齒軌鐵路。齒軌鐵路是一種登山鐵路，在普通路軌的軌枕上放置一條特殊齒軌條，在爬坡時(shí)車輛上的齒輪與齒軌條嚙合。該鐵路適用于極陡的山地地形，具有很強(qiáng)的坡度適應(yīng)性，可縮短線路展線長(zhǎng)度，節(jié)約建設(shè)成本。如瑞士少女峰齒軌鐵路，但其運(yùn)行速度較為緩慢、運(yùn)能較低，僅作為小規(guī)模景區(qū)游樂設(shè)施使用。

表1 不同制式軌道交通系統(tǒng)的主要特征對(duì)比

結(jié)合山嶺區(qū)旅游項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)制式選擇進(jìn)行綜合決策：① 工程條件——既有項(xiàng)目大多站間距長(zhǎng)、坡度大、線路曲線半徑??；② 氣候條件——是否存在較多雨雪天氣；③ 景區(qū)旅游特征——要求系統(tǒng)具有觀光性、大視野、旅行速度適中的特點(diǎn)；④ 沿線交通狀況——交通狀況是否復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外已建成的山嶺區(qū)旅游軌道交通項(xiàng)目多選用線路和環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)、成本較低、技術(shù)成熟的有軌電車。因此本文以有軌電車為例，對(duì)車輛型式選擇進(jìn)行深入研究。

4 車輛型式的確定

車輛型式選擇應(yīng)在系統(tǒng)制式確定的基礎(chǔ)上，綜合線路條件、客流特征及功能定位等山嶺景區(qū)的特殊影響因素進(jìn)行考慮。以有軌電車為例，選取決定車輛型式的重要項(xiàng)點(diǎn)，對(duì)車輛型式選擇進(jìn)行分析。

4.1 輪軌型式選擇

有軌電車按輪軌型式，可分為膠輪導(dǎo)軌和鋼輪-鋼軌有軌電車。不同輪軌型式下的有軌電車車輛及其線路特點(diǎn)，見表2。

表2 不同輪軌型式下的有軌電車車輛及其線路特點(diǎn)

從技術(shù)性能層面來(lái)看，鋼輪-鋼軌和膠輪導(dǎo)軌都能滿足大多數(shù)山嶺區(qū)線路坡度大、曲線半徑小的運(yùn)行需求，在部分技術(shù)性能參數(shù)上互有優(yōu)劣。但鋼輪-鋼軌相較于膠輪導(dǎo)軌具有更強(qiáng)的氣候、環(huán)境適應(yīng)性，更加符合山嶺旅游景區(qū)對(duì)于列車性能與環(huán)境友好的較高要求，以及乘客對(duì)乘車舒適度和安全性的需求。

4.2 地板面高度選擇

有軌電車一般有高地板、70%的低地板和100%的低地板3種地板面型式。不同地板面型式的車輛特征分析見表3。

表3 不同地板面型式的有軌電車車輛特征

從技術(shù)層面來(lái)看，3種地板面高度的車輛都能滿足山嶺區(qū)對(duì)爬坡能力、轉(zhuǎn)彎半徑、牽引、制動(dòng)能力的要求。相較而言，高地板車輛轉(zhuǎn)向架空間和輪徑均較大，有空間安裝大功率牽引電機(jī)，更適應(yīng)高海拔地區(qū)電機(jī)功率下降的情況，制動(dòng)容量更充足，更能適應(yīng)山嶺區(qū)線路條件。考慮到景區(qū)項(xiàng)目本身帶有的旅游觀光屬性，高地板車輛的客室空間及側(cè)窗設(shè)計(jì)都更加符合旅游功能定位。同時(shí)，山嶺區(qū)旅游有軌電車多為觀光專線，可視情況放寬對(duì)地板面高度的要求，在滿足車輛性能需求的條件下，可將旅游觀光的需求置于首要位置。

4.3 供電制式選擇

4.3.1 受流方式

目前，國(guó)內(nèi)外有軌電車的受流方式主要有接觸網(wǎng)、接觸軌和車載儲(chǔ)能等形式。不同受流方式有軌電車的特點(diǎn)，見表4。

表4 有軌電車不同受流方式的特點(diǎn)

1) 接觸網(wǎng)式。接觸網(wǎng)受流方式是指將接觸網(wǎng)設(shè)置在線路上方，列車通過安裝在頂部的受電弓與接觸網(wǎng)接觸進(jìn)行取電。該受流方式受流質(zhì)量較好、造價(jià)低、應(yīng)用廣泛，但需要在線路上方設(shè)置接觸網(wǎng)，會(huì)對(duì)項(xiàng)目沿線景觀存在負(fù)面影響。

2) 接觸軌式。接觸軌受流方式是指將接觸軌設(shè)置在列車走行軌的一側(cè)，列車通過安裝在列車側(cè)的集電靴與接觸軌接觸取電。該受流方式技術(shù)成熟且對(duì)景觀影響較小，但建設(shè)成本較高，對(duì)項(xiàng)目所在的氣候環(huán)境有一定要求。由于接觸軌位置離地面較近，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因此還要求線路為全封閉式。該受流方式在有軌電車系統(tǒng)中應(yīng)用稍少。

3) 車載儲(chǔ)能式。車載儲(chǔ)能受流方式是在列車上設(shè)置儲(chǔ)能裝置，當(dāng)列車通過無(wú)電區(qū)時(shí)，由列車儲(chǔ)能裝置供電；當(dāng)列車運(yùn)行至有電區(qū)段時(shí)，由外部電源對(duì)列車進(jìn)行供電或充電。其最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)全線或重要路口的無(wú)網(wǎng)化，但亦存在列車牽引性能、行駛距離受限于車載儲(chǔ)能設(shè)備等缺點(diǎn)。

山嶺區(qū)旅游有軌電車線路通常運(yùn)量較低、線路環(huán)境簡(jiǎn)單、站間距較大，相較于城市軌道交通線路坡度更大。受流方式應(yīng)滿足有軌電車在山嶺區(qū)坡道的牽引力和最大站間距的需求，還需考慮項(xiàng)目所在地的極端氣候狀況及雨雪情況。在滿足技術(shù)需求后，受流方式方可根據(jù)旅游區(qū)對(duì)于景觀效果的訴求，結(jié)合成本等因素來(lái)綜合決策。

4.3.2 牽引供電電壓等級(jí)

國(guó)內(nèi)有軌電車牽引供電系統(tǒng)電壓有DC 750 V和DC 1 500 V兩個(gè)等級(jí)可供選擇。目前，國(guó)內(nèi)新建軌道交通項(xiàng)目大多選用DC 1 500 V。一般而言，采用較高的電壓等級(jí)，從牽引供電距離、電能損耗和投資成本的角度來(lái)看，都具有一定的優(yōu)勢(shì)。城市有軌電車項(xiàng)目由于站間距普遍較短，大多采用DC 750 V的電壓等級(jí)，但考慮到山嶺區(qū)旅游項(xiàng)目站間距大、坡度大等特點(diǎn)，車輛制造成本差別不大的情況下，更推薦采用DC 1 500 V的電壓等級(jí)來(lái)進(jìn)一步提高牽引系統(tǒng)功率、減少供電系統(tǒng)投資。

4.4 列車最高運(yùn)行速度

列車速度目標(biāo)值的選擇與線路的平縱斷面條件、車站分布及項(xiàng)目功能定位關(guān)系密切。與城市內(nèi)部的有軌電車線路不同，旅游項(xiàng)目由于自身具有的觀光屬性，乘客往往傾向于慢速行駛，同時(shí)也對(duì)列車的運(yùn)行噪聲有更嚴(yán)格的要求。因此，對(duì)于有軌電車最高運(yùn)行速度的選擇，既要考慮山嶺區(qū)的特殊線路情況，也要考慮旅游屬性的特點(diǎn)。目前，普遍選擇80 km/h作為列車最高運(yùn)行速度，以求在投資、能耗及環(huán)保各方面達(dá)到最優(yōu)平衡。

4.5 有軌電車車輛服務(wù)性設(shè)施設(shè)備選擇

根據(jù)線路特點(diǎn)、旅行速度、客流來(lái)源以及以人為本的設(shè)計(jì)理念，旅游線路應(yīng)著重考慮車輛設(shè)計(jì)應(yīng)具有舒適的座椅、大視野車窗及信息化設(shè)施等服務(wù)特性。

4.6 有軌電車車輛與景觀和文化的協(xié)調(diào)

山嶺區(qū)旅游有軌電車本身作為一個(gè)旅游產(chǎn)品，除了自身造型美觀外，其設(shè)計(jì)還需與景區(qū)的自然景觀和民俗文化相協(xié)調(diào)。在對(duì)車型外觀進(jìn)行具體比選時(shí)，需兼顧景觀與民俗文化，同時(shí)還需關(guān)注色彩、圖案及裝飾設(shè)計(jì)等因素，以增強(qiáng)景區(qū)視覺沖擊，提高旅游景區(qū)觀光效果，實(shí)現(xiàn)“車中人看風(fēng)景，車外人看車輛”的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

山嶺區(qū)旅游發(fā)展空間巨大，旅游軌道交通既可以作為交通工具，亦可以作為一種新的旅游業(yè)態(tài)。旅游軌道交通車輛應(yīng)符合前瞻性的選型原則，參考國(guó)內(nèi)外中低運(yùn)量軌道交通線路系統(tǒng)制式的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合比選，將“山區(qū)”和“景區(qū)”兩大重要特征作為重要選型依據(jù)來(lái)確定軌道交通項(xiàng)目使用的系統(tǒng)制式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行車輛型式等的確定。