索軌交通的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

索軌交通的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1索軌交通普通城市軌道交通基于普通客車(chē)軌道的懸索式新城市軌道交通（見(jiàn)圖1）是在前人客車(chē)軌道的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一座懸索式新城市軌道交通（見(jiàn)圖1）。它也被稱為空氣動(dòng)力學(xué)（aero）或空中運(yùn)輸（aerobs）。索軌交通在一般線路上,軌道采用柔性復(fù)合索軌,每條索軌由兩根并列的纜索上部覆蓋槽形鋁合金軌道板構(gòu)成,車(chē)輪行駛于軌道板上。在轉(zhuǎn)彎區(qū)段、道岔段和車(chē)站段,索軌則改用鋼型材焊接成的剛性軌道,即硬軌。在曲線段采用硬軌,可平衡離心力,增加車(chē)輛行駛的平穩(wěn)度和軌道的耐磨能力。車(chē)站區(qū)段采用剛性硬軌是保證車(chē)輛在站內(nèi)平穩(wěn)?？俊Ｋ鬈壗煌ㄜ?chē)輛的轉(zhuǎn)向架置于車(chē)體頂部,車(chē)輛懸掛于索軌下方行駛,其導(dǎo)向輪和走行輪均為橡膠輪。車(chē)輛自身帶有牽引動(dòng)力系統(tǒng),可采用多節(jié)車(chē)編組運(yùn)行,能具有與一般城市軌道交通相近的運(yùn)行速度和載客量,故被人們納入了城市軌道交通序列。索軌交通與普通纜車(chē)相比,外形雖很相似,但其技術(shù)內(nèi)涵及功能和在城市交通中所能起到的作用,是普通纜車(chē)索道遠(yuǎn)不能相比的。索軌交通可用于城市平原和各類地形特殊的地區(qū),但曾采用或準(zhǔn)備采用這種交通形式的城市,多用于地形復(fù)雜及跨越河、湖、丘陵等地形障礙較大的地方。2軌道運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展簡(jiǎn)史2.1年集體行動(dòng)線路索軌交通在20世紀(jì)60年代由瑞士人吉爾德·繆勒(GerhardMuller)博士發(fā)明。索軌交通系統(tǒng)的研究工作始于1966年,繆勒博士后為完善其發(fā)明,于1969年在瑞士斯麥尼康(Smerikon)又建了0.6km的硬軌試驗(yàn)線,用每輛可載40人的車(chē)輛于其上試驗(yàn)運(yùn)行。試驗(yàn)線路運(yùn)行半年結(jié)束后,便拆除賣(mài)給了加拿大,安裝在魁北克市一座公園內(nèi)。線路由一座小山出發(fā),跨越臨近一處湖泊后和一個(gè)停車(chē)場(chǎng)連接,作為其間短途客運(yùn)工具,線路長(zhǎng)度為950m,由三個(gè)門(mén)型支架支撐。索軌交通系統(tǒng)通過(guò)這段時(shí)期的研究和試用,已初步獲得成功并基本定型。2.2索軌交通系統(tǒng)1975年,德國(guó)曼海姆市(Mannheim)舉辦園藝博覽會(huì)。博覽會(huì)設(shè)有兩個(gè)展區(qū),分設(shè)在納卡(Neckar)河的兩岸,相距較遠(yuǎn),為此在赫澤根尼公園(HerzogenriedPark)和路易森公園(LuisenPark)之間,建了一條索軌交通(稱為空中客車(chē)系統(tǒng),Aerobussystem),長(zhǎng)3km,于1975年4月18日建成通車(chē)(見(jiàn)圖2)。列車(chē)由9節(jié)車(chē)廂連接組成,載客60人,單向小時(shí)運(yùn)量為1440人。這條線路于博覽會(huì)結(jié)束后按預(yù)定計(jì)劃拆除,總共運(yùn)行6個(gè)月,期間共運(yùn)送乘客258萬(wàn)人次。該系統(tǒng)是在研究開(kāi)發(fā)階段的索軌交通基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)改進(jìn)后的產(chǎn)物,在整個(gè)使用期間沒(méi)有發(fā)生過(guò)嚴(yán)重故障和停運(yùn)事故,對(duì)緩解當(dāng)時(shí)高峰時(shí)間擁擠的過(guò)橋客流起了很大的作用。這時(shí)期的索軌交通系統(tǒng)業(yè)內(nèi)人士稱其為第二代索軌交通。2.3曼海姆空中客車(chē)系統(tǒng)的調(diào)查與研究方法第二代索軌交通成功地試驗(yàn)使用,展現(xiàn)了作為新型城市軌道交通的樂(lè)觀前景,因此許多方面對(duì)此表示極大的興趣。美國(guó)交通部城市交通管理局(U.S.DepartmentofTransportationUrbanmassTransportationAdministration)于1979年首先組織專家對(duì)曼海姆的繆勒空中客車(chē)系統(tǒng)(MuellerAerobusSystem)進(jìn)行了調(diào)查分析,并做了全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)內(nèi)容包括線路、軌道、車(chē)站、車(chē)輛、供電、控制系統(tǒng)、安全與救護(hù)、工程造價(jià)、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)方面。通過(guò)調(diào)查分析,在肯定這一系統(tǒng)的同時(shí),還歸納整理出曼海姆空中客車(chē)在整個(gè)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中存在的許多問(wèn)題,諸如運(yùn)行速度不高、索軌“搓板”效應(yīng)等,并準(zhǔn)備在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究改進(jìn),創(chuàng)建出新一代的索軌交通。隨后,瑞士索軌交通界方面又按改進(jìn)建議重新設(shè)計(jì),并建設(shè)了一條0.84km的試驗(yàn)線路,對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行檢驗(yàn),試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期的目的。2.4索軌交通圖18此后,一些國(guó)家的城市也對(duì)此做了探索研究或做了準(zhǔn)備采用的前期工作。美國(guó)新奧爾良市(NewOrleans)在1980年考慮到1984年該市將舉辦世界博覽會(huì),因此準(zhǔn)備建一條索軌交通線。該市市政當(dāng)局于1980年12月委托凱撒工程咨詢公司(KaiserEngineers,Inc.)編制了可行性研究報(bào)告,報(bào)告于1982年1月完成。擬建的新奧爾良市索軌交通由阿姆斯創(chuàng)公園站(ArmstrongParkStation)至前街站(FrontStreetStation),除首末站外,尚有3座中間站,線路全長(zhǎng)1.75英里(2.815km)(見(jiàn)圖3)。軌道線路為全高架式,縱向基本為平坡,僅在車(chē)輛去維修基地一段,采用了8%的縱向坡度。車(chē)輛最高速度為40km/h,平均速度為19km/h,單向小時(shí)運(yùn)力為3000人次。設(shè)計(jì)還計(jì)劃采用2min的行車(chē)間隔,使單向小時(shí)運(yùn)力達(dá)3800人次。1985年馬來(lái)西亞首都吉隆坡市,曾完成一條長(zhǎng)13.7km的索軌交通的設(shè)計(jì),單向小時(shí)運(yùn)力為5600人次,后因經(jīng)費(fèi)問(wèn)題而未能付諸實(shí)施。美國(guó)休斯敦(Houston)空中客車(chē)公司,在1986年從瑞士購(gòu)進(jìn)全部專利技術(shù),對(duì)索軌系統(tǒng)和車(chē)輛又進(jìn)行了重大改進(jìn),使系統(tǒng)進(jìn)一步完善。主要改進(jìn)的部分有弱化索軌結(jié)構(gòu)的“搓板”效應(yīng),提高行車(chē)速度和安全性。在車(chē)輛方面,改進(jìn)了傳動(dòng)方式和懸掛結(jié)構(gòu),以及采用新材料減少車(chē)輛重量和提高車(chē)輛性能、可靠性等。此外,信號(hào)控制系統(tǒng)也有很多改進(jìn),使索軌交通的使用條件得到進(jìn)一步改善。該公司目前正在配合一些城市籌劃建設(shè)新的索軌交通。香港為了解決不能直接搭乘地鐵的地區(qū)交通問(wèn)題,曾于20世紀(jì)80年代,準(zhǔn)備采用索軌交通連接地鐵,以接駁運(yùn)輸方式解決這些地區(qū)交通,當(dāng)時(shí)曾考慮的線路有5條(見(jiàn)表1)。其中由于新蒲崗至尖沙嘴線路測(cè)算客流較大,準(zhǔn)備優(yōu)先考慮。但以上只是計(jì)劃,至今未見(jiàn)實(shí)施。我國(guó)山城重慶,地處長(zhǎng)江、嘉陵江匯合處,兩江穿行于城市之間,將重慶主城區(qū)和江北區(qū)及南岸區(qū)分隔成三塊,山城各區(qū)之間,地形起伏大、高差懸殊,相互間通行需要橫跨寬闊的江面,上坡、下壩交通極為不便,為此重慶市擬在朝天門(mén)地區(qū)建設(shè)索軌交通跨越江面連接三岸,并于1997年完成可行性研究報(bào)告。重慶的索軌交通線路以主城區(qū)朝天門(mén)為起點(diǎn),設(shè)朝天門(mén)站,跨越嘉陵江與江北區(qū)的覲陽(yáng)新站連接,再折轉(zhuǎn)跨長(zhǎng)江到南岸通向線路終點(diǎn)彈子石站,線路全長(zhǎng)2.6km(見(jiàn)圖4)。線路最大坡度為5.6%,最小平面曲線半徑為40m,支架間的最大跨度為528m。列車(chē)擬采用7節(jié)車(chē)廂編組,每列車(chē)載280人,高峰小時(shí)單向可運(yùn)5400人次。該項(xiàng)工程現(xiàn)仍處于繼續(xù)研究中。我國(guó)山東威海市,由市區(qū)跨海至相鄰的劉公島,目前也在進(jìn)行前期規(guī)劃研究工作(見(jiàn)圖5)。3運(yùn)行速度低由纜車(chē)索道技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的索軌交通,完全擺脫了普通纜車(chē)索道的運(yùn)行速度低,車(chē)輛無(wú)動(dòng)力不能自動(dòng)運(yùn)行,索道的纜索垂度大,以及難于通過(guò)彎道等低技術(shù)水平狀態(tài)。索軌交通是普通索道在技術(shù)上的一種突破性發(fā)展,技術(shù)上的改進(jìn)與創(chuàng)新使其具備了納入城市軌道交通序列的基本條件。3.1軌道交通的主要優(yōu)勢(shì)1鋼結(jié)構(gòu)截面車(chē)輛走行的索軌及懸吊索軌的纜索,其主件和配件均可在工廠生產(chǎn),在現(xiàn)場(chǎng)快速組裝。支架一般都采用箱形截面的鋼結(jié)構(gòu)組成,構(gòu)造比較簡(jiǎn)單,架設(shè)技術(shù)也不復(fù)雜,支立很快。又由于支架間距大,數(shù)量少,所以索軌交通建設(shè)速度很快。據(jù)國(guó)外資料介紹,一般支立一處支架不超過(guò)4天,10km的索軌交通的軌道系統(tǒng)可以在10個(gè)月內(nèi)建成,而且施工時(shí)對(duì)地面交通和城市居民生活的干擾也非常小。2經(jīng)濟(jì)文化跨度積分法索軌交通由于軌道懸吊于承重索下,承重索又具有高承拉力,因此索軌交通支架間可以采用較大的跨度,兩支架間的一般距離,標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)跨度為300m,需要時(shí)也可以增至450m,最大跨度可達(dá)800m。因此,索軌交通可以從空中跨過(guò)江河、湖泊、丘陵、山谷以及地面低層結(jié)構(gòu)和其他障礙物,建設(shè)時(shí)不會(huì)受到這些自然和人工地形及建筑物的阻隔。3索軌交通工程建造的費(fèi)用比后,隧道索軌交通工程結(jié)構(gòu)是一種構(gòu)造簡(jiǎn)單的懸索系統(tǒng),不像其他城市軌道交通,在地面要建設(shè)龐大而笨重的鋼筋混凝土橋梁,在地下要建造費(fèi)用很高的隧道。同時(shí),索軌交通工程在建造時(shí),極少會(huì)引起地面建筑和地下管網(wǎng)的拆遷,而且占地極少,因此建造費(fèi)用比后兩者低得多。據(jù)美國(guó)20世紀(jì)80年代的統(tǒng)計(jì)資料,每一公里索軌交通的綜合造價(jià)為0.1億～0.2億美元,相似的條件同期建設(shè)的輕軌交通,包括地面和高架線路,每公里的綜合造價(jià)為0.48億美元,處于地下的地鐵工程為1.53億美元,即索軌交通的造價(jià)約分別為后兩者的1/3和1/10。4車(chē)內(nèi)噪聲相對(duì)較低索軌交通采用電力驅(qū)動(dòng),不會(huì)產(chǎn)生廢氣污染大氣。索軌交通的驅(qū)動(dòng)和走行系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲都很小,其驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力為采用分散在各節(jié)車(chē)廂頂部的小型電動(dòng)機(jī),比集中采用大型電動(dòng)機(jī)噪聲低得多,也就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有大的噪聲源;此外,走行系統(tǒng)采用充氣橡膠車(chē)輪,在金屬板軌面上行駛也非常安靜。根據(jù)對(duì)曼海姆空中客車(chē)線路的噪聲實(shí)測(cè),常速運(yùn)行時(shí)為60dB(A),最大速度為74dB(A)。同時(shí),車(chē)輛又是行駛在柔性軌道上,幾乎對(duì)周?chē)h(huán)境不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)影響。因此,索軌交通實(shí)為一種“環(huán)保型”城市軌道交通。5懸索橋和懸索橋一座橫跨城市江河兩岸的懸索橋,其優(yōu)美輕盈的曲線造形,會(huì)十分具有詩(shī)意地增添城市的美感。同樣,索軌交通結(jié)構(gòu)形態(tài),與懸索橋十分相近,在弧狀的纜索下懸掛著平直簡(jiǎn)結(jié)的軌道系統(tǒng),于其上行駛著動(dòng)態(tài)的車(chē)輛,只要支架結(jié)構(gòu)選型得當(dāng)和注意車(chē)輛造型和色彩設(shè)計(jì),索軌交通同樣不僅不會(huì)影響城市景觀,而且會(huì)為城市增添新的景色。此外,索軌交通軌道纖細(xì),支架間跨距大,柱式結(jié)構(gòu)很少,不會(huì)像一般高架城市軌道交通,大板橋面和林立的柱體會(huì)給城市景觀和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)某些負(fù)面影響。6有小半徑的情形由于系統(tǒng)構(gòu)造和配置的動(dòng)力特性,索軌交通的最大爬坡能力可以達(dá)到7%,短距離(200m)的坡度可高達(dá)9%,其平面曲線半徑正線一般不小于300m,最小半徑可為50m。但使用小半徑時(shí),和其他城市軌道交通一樣,需減速通過(guò)。索軌交通由于具備上述爬大坡、拐小彎的性能,所以能順利通過(guò)各種復(fù)雜的地形,以及可沿城市干道走行和避免不必要的建筑拆遷。7可以延長(zhǎng)建設(shè)期索軌交通構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工簡(jiǎn)便、速度快,干擾少,易于擴(kuò)建和移遷。當(dāng)線路需要擴(kuò)建延長(zhǎng)時(shí),可以在很少受到客觀條件限制下,快速地予以延建;或當(dāng)需要拆除或移建它處時(shí),也非常方便,而且這種移建也不會(huì)造成過(guò)大的損失。這種工程建設(shè)具備的很大靈活性,是其他城市軌道交通難于與之相比的。3.2速度不同的分析據(jù)國(guó)外一些空中客車(chē)公司提供的資料,列車(chē)設(shè)計(jì)速度可達(dá)每小時(shí)45英里(即73km/h),平均速度為40km/h。但在曼海姆索軌交通開(kāi)通時(shí),原采用的速度為40km/h,后為安全考慮,又改為20～25km/h。因此,對(duì)于這種類型的交通工具,雖然國(guó)外資料說(shuō)經(jīng)研究可以采用近80km/h的速度,但是未見(jiàn)有實(shí)踐檢驗(yàn),只有在確證其安全可靠時(shí),方宜在實(shí)際工程中采用。2跨間索軌較柔索軌使用均勻分布的吊索,將其固定在上面的承重懸索上。索軌與吊索連結(jié)的節(jié)點(diǎn)處剛度較大,而跨間索軌較柔,列車(chē)近似走行在波形索上,因此當(dāng)列車(chē)快速駛過(guò)各節(jié)點(diǎn)時(shí),乘客會(huì)有顛簸感覺(jué),猶如行走在洗衣的搓板上。但研究表明,采用加密吊索,改變吊索與軌索連接方式,可大大弱化這種影響。采用在索軌上覆蓋槽形金屬軌面,也是有效處理這種影響的措施。3當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)因索軌交通車(chē)輛懸吊在空中,運(yùn)營(yíng)會(huì)受風(fēng)速和雷電影響。當(dāng)風(fēng)速較大時(shí),不僅會(huì)引起車(chē)身?yè)u晃,而且也不安全,故索軌交通規(guī)定當(dāng)風(fēng)速大于80km/h時(shí),必須停運(yùn),同樣有雷電天氣也不宜運(yùn)行。4單軌交通與另一側(cè)線路的連接索軌交通高懸于城市上空,又是基本行駛在柔性軌道上,萬(wàn)一列車(chē)在區(qū)間發(fā)生斷電、機(jī)械故障或其他災(zāi)害時(shí),救援工作比較困難,雖然可采用類似單軌交通遇事故停留區(qū)間的救援方式。但是,在同一線路采用與救援車(chē)對(duì)接或與另一側(cè)線路上救援列車(chē)通過(guò)門(mén)對(duì)門(mén)搭橋等方式疏散乘客,由于索軌交通用的是柔性懸索結(jié)構(gòu),故較其他固定式承重