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有軌電車
來源:互聯網

有軌電車(Tramcar;Streetcar)又稱電車或輕軌,是采用電氣牽引輪軌導向的低地板式電動車輛,在專用軌道上運行,具有多種路權方式,以地面線路為主的中低運量的城市軌道交通系統(或大運量地面公共交通系統)。

有軌電車是一種公共交通工具,系統由軌道、線路、車輛、供電系統、車站等構成。軌道有膠輪式或鋼輪鋼軌式兩種,鋼輪鋼軌式軌道與鐵路軌道相似,只是有軌電車軌道一般采用槽型軌。有軌電車車輛種類較多,其結構設計比較圓滑、平順,車輛外觀明快,車身顏色搭配適當。有軌電車供電方式為接觸網供電或無觸網供電,其中無觸網供電包括第三軌供電、儲能式供電等。

現代有軌電車設計車速為70km/h,運營速度為15~25km/h,運量等級通常為0.6萬~1.2萬人次/h,屬于中運量公共交通制式之一。

有軌電車發展分為新興—衰落—復興三個階段,經歷了由畜力、蒸汽、纜索至電力的變革,第二次世界大戰前已在世界范圍廣泛應用;后由于小汽車的興起,加之有軌電車運營效率低下以及第二次世界大戰參戰國軌道交通破壞嚴重,逐漸走向衰落;二戰后由于環境污染及能源危機,有軌電車重新回到大眾視線,各國紛紛進行舊線改造及新線建設,有軌電車重新復興。

現代有軌電車經過車輛和整體系統建設的改進升級,具有節能環保、形象美觀、高效靈活、中等運量等特征,已成為一種新型的公交方式。截至2022年末,中國內地24個城市的有軌電車已投入運營,共計41條線路,總運營里程580.702km,總軌道里程530.186km。

發展歷史

國際

有軌電車是19世紀下半葉在英國馬拉軌道車基礎上發展起來的一種城市交通工具,經歷了由畜力、蒸汽、纜索至電力的變革。國外有軌電車發展經歷了新興—衰落——復興三個階段。

新興階段

1879年,德國西門子公司的創始人維爾納·馮·西門子在柏林工業博覽會上展示了世界上第一輛使用電力帶動的有軌電車。1881年,德國柏林市附近的里希特菲爾德建設的有軌電車開通運營,由于具有較高的運行速度和可接受的投資,很快在世界范圍內取代馬車交通而迅速發展起來。1884年,美國人C·J·范德波爾在多倫多農業展覽會上試用電車運載乘客。1887年,匈牙利布達佩斯創立了首個電動電車系統。1888年,美國弗吉尼亞州里士滿市將有軌馬車線路改建成電氣化有軌電車線路,成為世界上第一個投入商業運營的有軌電車系統。20世紀初期,歐洲和北美很多城市出現了電車系統,有軌電車在世界范圍內迅速發展,逐漸發展成為城市公共交通系統的重要組成部分。如俄羅斯在1914年就有35個城市有了電車運行,在莫斯科有近1000輛有軌電車和6個電車場站,現在仍然保留著950輛有軌電車。

衰落階段

隨著工業時代來臨,小汽車保有量迅速上升,使與之混行的有軌電車的準點率和運行速度大幅下降,導致客流量漸漸流失,經營難以為繼,并最終走向衰落。如法國波爾多市,到1946年已建成總長度200公里,擁有38條線路的有軌電車系統,每天客運量約16萬人次。1947年交通政策轉向發展私人小汽車后而逐漸停止有軌電車運營,1958年該市軌電車系統徹底廢除。20世紀40~60年代受第二次世界大戰影響,各參戰國有軌電車系統受到嚴重破壞。20世紀50年代后有軌電車網絡在北美、法國英國西班牙等地幾乎完全消失。

復興階段

20世紀70年代以來,以汽車為主導的交通模式所帶來的問題日顯嚴重,能源危機、環境污染、土地緊缺、交通擁堵等問題,迫使歐洲發達國家重新將大容量的軌道交通作為發展城市公共交通的重點。由于中小城市無法負擔地鐵的巨額投資,于是現代有軌電車在歐洲中小城市應運而生。歐洲大部分國家重新對傳統有軌電車進行升級改造,提高其行程速度和乘坐品質,以現代有軌電車的身份重新回到人們的視野中,有軌電車逐步發展成為中等運量的軌道交通系統。

瑞士、德國、波蘭、奧地利、意大利、比利時、荷蘭、日本及東歐、西歐等國保留有軌電車的城市,不斷地解決老式有軌電車存在的技術問題,并對早期建設的有軌電車系統進行技術改造,采用了信號控制、線路封閉/半封閉、車地通信等措施,有軌電車網絡仍然保養良好或被繼續現代化。這一時期制造的有軌電車開始采用鉸[jiǎo]接式車體、斬波調速等新技術,明顯改善了乘坐舒適性,大大提高了車輛的載客量。20世紀80~90年代,法國巴黎、斯特拉斯堡波爾多這些曾摒棄老式有軌電車的城市將現代有軌電車重新駛上街頭。

目前世界已有60多個國家和地區、350多個大中小城市建設了現代有軌電車(在歐洲將其稱為輕軌鐵路),特別是在歐美100多個建成了輕軌或現代有軌電車的中小城市中。據不完全統計,全世界有軌電車現有400多條線路,總里程達4000多公里,有軌電車總量達6000多輛。

中國

自1900年開始,有軌電車的出現在全世界掀起一股建設熱潮,1908年中國第一條有軌電車在上海建成通車,隨后沈陽市等地開通運營。1909年以后在大連、北京、天津市、沈陽、哈爾濱市長春市等城市都相繼修建了有軌電車。到20世紀30年代,中國有軌電車發展至頂峰,成為當時城市公共交通的主要交通工具。后因快速發展的汽車工業,而有軌電車準點率和速度低,導致客流流失有軌電車走向衰落,隨環境污染和交通擁堵問題凸顯,20世紀60年代末,中國各大城市有軌電車線路基本拆完,僅剩下香港、鞍山市、大連、長春個別線路沒有拆光。

20世紀70年代至今,有軌電車被重新定位、恢復發展。目前現代有軌電車在國內的沈陽市蘇州市大連市、南京、長春市上海市天津市廣州市青島市淮安市、武漢、成都市云南省深圳市等多個城市陸續建成通車運營。

系統構造

軌道

軌道是有軌電車關鍵的基礎設施之一。軌道結構起著支承車輛運行、導向等作用,部分地段軌道還需要考慮減振降噪等措施。根據路權特征,軌道結構一般可以分為埋入式軌道和非埋入式軌道。根據走行系統的不同,現代有軌電車分為兩種:單廂或鉸接式有軌電車(即鋼輪鋼軌)、導軌式膠輪電車(即膠輪導軌)。

膠輪導軌式軌道

膠輪導軌式現代有軌電車軌道由行車道和導軌組成。車輛行走系統為橡膠輪胎,導向輪經導軌引導車輛運行。導軌一般焊接為無縫結構,鋪設于路面混凝土或瀝青混凝土中。膠輪導軌式有軌電車系統由類似道路的行車道和一條引導車輛運行的特殊導軌組成,車輛走行系統為橡膠輪胎,導向輪在導軌的限制下引導車輛運行。導向系統由導向軌、導向單元(V 形導輪)等組成。導向軌采用特殊斷面形狀鋼軌固定在混凝土道床內。導向單元由兩個傾斜的導輪組成,與導軌成45°角接觸。膠輪導軌式有軌電車為法國Translohr公司獨有技術,第一條線路于2006年在法國投入運營,中國天津、上海市等數個城市投入使用。

鋼輪鋼軌式軌道

鋼輪鋼軌式軌道的有軌電車采用獨立旋轉車輪轉向架作為走行部分,導向靠走形鋼軌,類似地鐵。鋼輪鋼軌式有軌電車在世界范圍內廣泛應用。鋼輪鋼軌式現代有軌電車地面2條鋼軌承擔電車的重力,同時起導向作用。鋼輪鋼軌制式有軌電車軌道與傳統鐵路軌道近似,一般采用槽型軌。

從軌道結構類型上區分,可以分為有砟軌道無砟軌道2種,為了滿足有軌電車與其他交通共用路權,在無砟軌道基礎上又衍生出在共有路權地段應用較廣的埋入式軌道。

有軌電車有砟軌道與傳統有砟軌道基本相同,具有造價低廉、養護維修作業方便等優點。在與道路平交時做類似于鐵路平交道口的特殊處理,使路面車輛可以平順地通過軌道。由于道砟對城市環境有一定影響,且該軌道需要用獨立路權,這限制了有砟軌道在城市主城區的應用,一般應用于郊區等較為空闊地帶。

有軌電車無砟軌道底座板或支承層一般灌注在道路結構中,在上面鋪設道床板或軌道板。軌道的上部結構凸出于道路平面,使得路面交通仍不能運行于軌道之上。在平交道口處,需要將軌道埋入道路中才能使相交道路的機動車平順通過。無砟軌道能夠比較好地滿足城市環境的要求,但線路依然要獨立占用道路資源,并沒解決現代有軌電車與其他交通方式共享路權的問題。埋入式軌道將全部軌道結構埋在道路鋪面之下,軌頂與路面平齊,用路權的需求[15]。

線路特征

有軌電車主要布設在城市主干道,線路敷設方式通常采用地面線,布置方式通常有3種:中央布置、兩側布置和一側布可央布置、兩側布置和一側布置。中央布置方案:現代有軌電車雙線集中鋪設于道路中央,機動車及非機動車道布設于現代有軌電車兩側。兩側布置方案: 現代有軌電車雙線分設于道路兩側的非機動車道上,站臺設置于人行道上,非機動車道設在道路最外側。單側布置方案:現代有軌電車雙線集中布設于道路一側的非機動車道上,站臺設置于人行道上和機非分隔帶上,非機動車道設在道路最外側。

其他特征如下:

1.路權保障:基本采用了專用路權。美國運輸學會提出將現代有軌電車的路權分為A、B、C3個大類,9個小類。A為專用路權,B為部分專用路權,C為無專用路權。對于C類,美國運輸學會建議將其分解成2種來治理:一種是有軌電車與汽車混行,行人在指定位置根據信號燈通行;另一種是有軌電車與行人混行,汽車不得入內。

2.敷設方式:現代有軌電車線路的鋪設形式有地面、高架和地下三種。現代有軌電車的鋪設方式以地面敷設為主、當局部跨越高速公路、城市快速路、交叉口, 以及地塊開發或道路條件不足時,可以采用地道或高架等形式。

3.斷面布置:強調機動車道的占一還一。有軌電車斷面布置設計充分利用道路中分帶或側分帶綠化空間,對于原有機動車道,盡量做到占一還一。

4.信號控制:基本實現有軌電車優先通行的交叉口信號控制。

5.交通一體化:注重與軌道交通的換乘,但與常規公交整合不足。

6.環境設計:重視工程本身景觀設計,對環境設計研究不足。

7.綜合開發:車輛基地的土地綜合利用成為主要方向。

車輛

類型

有軌電車車輛有多種類型。按照車輪型式劃分,有鋼輪鋼軌和膠輪導軌;按照地板高度劃分,有70%和100%低地板車輛;按照車輛長度劃分,有單節車和鉸接車,鉸接車有四軸、六軸和八軸之分;如采用模塊化車輛,則有2模塊和多模塊之分,最多可達8模塊。

鋼輪鋼軌現代有軌電車的走行部稱為轉向架,主要由車輪、構架、軸箱、懸掛及牽引部件等組成。車輪通過軸箱固定于構架上,通過懸掛和牽引部件與車體相連,走行于兩根鋼軌上。轉向架同時起到了承重和導向的作用。

膠輪導軌現代有軌電車的走行部主要由橡膠輪、構架、懸掛及導向輪等組成,橡膠輪被固定于構架上,通過懸掛裝置與車輛相連,橡膠輪走行于普通路面上,只起承重的作用。導向輪通過構架與車體相連,與道路上鋪設的導向軌配合,為車輛起導向作用。

表1 基本車輛結構尺寸

特點

現代有軌電車的車輛定距較小,普遍采用關節式鉸接裝置,總體布局緊湊,車內、車下、車頂空間受到車輛限界的嚴格限制。

現有有軌電車車輛的技術性能較高,車輛速度一般為70~80km/h;車輛自重輕(軸重僅9t左右),單位車體長度的自重應在1.5t/m左右;車輛牽引功率大,單位車體重量功率應在10~12kW/t;車輛起動快,平均起動加速度應在1.0~1.3m/s2;車輛制動快,設有空氣制動、電制動、磁軌制動、彈簧儲能停車等設備,常用制動平均減速度應在1.0~1.5m/s2,緊急制動減速度應在3.0~3.5m/s2,車廂內設有空調。

現代有軌電車更加注重車輛造型設計、外觀設計,車輛運行在城市繁榮地段或高架橋上,要求車輛的的造型和外觀設計必須與城市的文化、景觀等協調統一。車輛總體造型流暢,前部造型和車身造型過渡圓滑、平順。車輛外觀明快,車身顏色搭配適當,面漆的持久性、附著性好。

供電制式

1881年由德國工程師維爾納·馮·西門子設計,在柏林近郊鋪設了第一條電車軌道。當時的供電方式為一條鐵軌通電,另一條鐵軌作回路,但這種線路對街上的交通太危險了,于是西門子采用將輸電線路架高的方式解決了供電和安全問題。

現代有軌電車按供電方式可分為接觸網供電和無觸網供電,其中無觸網供電包括第三軌供電、儲能式供電。

接觸網供電系統是一種懸掛在軌道上方并沿軌道方向鋪設并與軌面保持一定距離的輸電網,沿線每隔40m左右布置接觸網立柱,接觸網線懸掛在立柱上,車輛通過車頂的受電弓(集電弓)或集電桿從接觸網線受電驅動車輛不斷運行。接觸網供電系統是最基本的、成熟的和可靠的供電技術,在國內外現代有軌電車項目中廣泛采用。接觸網沿線,特別是交叉口區域的景觀效果較差,但可能通過精簡接觸網設計、融合環境(如結合路燈、交通島)等方法改善其對環境的影響。

第三軌供電采用在地面上鋪設的供電軌取代架空接觸網。供電軌由3m長的絕緣體和8m長的導電體相間鋪設而成。車輛底部安裝有受電靴,在車輛運行過程中感應裝置感應到有車輛通過時,相應的導電段(必須被車體完全覆蓋)接通電源而帶電,車輛通過受電靴從接觸軌上取電,沒有車輛通過的區域接觸軌不會帶電,以保證其他車輛和行人的安全。在車輛前進過程中,通過不斷切換導電體的工作狀態以滿足車輛連續受電的需求。

在部分景觀、空間限制區段,可以采用儲能式供電(僅限局部困難路段)或地面第三軌供電(目前僅限鋼輪鋼軌),供電電壓在500~900V波動。

車站

車站是有軌電車系統的基本設施。只有通過車站吸引和疏散客流,才能完成運送乘客的任務。有軌電車根據站臺型式的不同,可分為島式、側式和混合式3種。

島式站臺車站

島式車站站臺位于上、下行行車線路之間,列車對向行駛共享站臺。這種車站的線路敷設方式可以采用彎曲和不彎曲兩種形式。對于有中央隔離帶的道路,線路在隔離帶兩側;而對于沒有隔離帶的道路,中央可形成新的綠化隔離帶。

側式站臺車站

側式車站站臺位于上、下行行車線路兩側,列車對向行駛,獨立停靠,因此兩個站臺可以對稱布置,也可以錯開布置。對有安全警戒帶的道路,線路在隔離帶中央;對沒有隔離帶的道路,線路在道路正中央。與島式站臺相比,其站臺布局更加靈活。特別是在交叉口處,車站可以采用錯開式布設方式,這樣可節約交叉口進口道的道路資源,有利于交通組織。

混合式車站

混合式車站的島式站臺及側式站臺同設在一個車站內,一般為換乘站或折返站

特點

優點

1.環保無污染

現代有軌電車是以電力驅動的,所以車輛不會排放廢氣,是一種無污染的環保交通工具,采用現代有軌電車會大大地降低城市污染程度。

2.安全系數高

有軌電車由于沿著地面軌道行車,軌道不會像公共汽車一樣在人群、車流中運行,所以它能夠有效減少交通意外的發生。

3.噪聲小

現代有軌電車采用膠輪,車廂采用橡膠充氣輪胎,軌道槽內鑲有膠墊,高速行駛時基本可以做到無噪音。

4.工程造價相對較低

現代有軌電車與地鐵相比,具有造價低的優勢,1公里路面有軌電車所需的投資約為地鐵的1/3;同時,現代有軌電車建成后維修方便,運營成本低。

5.多種路權方式

現代有軌電車可以根據需要選擇獨立路權、混合路權、全封閉路權及半獨立路權等4種方式,相比地鐵只能選擇專有獨立路權方式,現代有軌電車更加靈活。

6.具有觀光功能

現代有軌電車本身有時尚的外貌,靚麗的外表,能夠成為城市中一道亮麗的風景線;而且相比地鐵在隧道中跑,有軌電車外的風景一直變化,具有觀光的功能。

7.運量較大

有軌電車作為軌道交通車輛,可以根據通勤客流潮汐特點,采用不同編組。

缺點

1.行駛速度較慢

車輛設計上最高速度通常都不超過50km/h。與地鐵相比,它的效率比地鐵低,速度較地鐵慢,載客量比地鐵少。

2.架設電纜占道

由于目前超級電容供電和地下軌供電還處于試驗階段,因此有軌電車一般還需要設置架空電纜,通過接觸網供電,這會影響城市景觀同時也存在一定的安全隱患。

運營

運營模式

現代有軌電車系統運營是現代有軌電車的主要功能。有軌電車運營模式是綜合或者介于公交運營模式和地鐵運營模式之間的具有鮮明特點的運營模式。現代有軌電車建成后可采用成立單獨的現代有軌電車運營公司或移交公交公司管理兩種方案。從現代有軌電車運營特點出發,其與地鐵和公交均有相似之處,但又不是完全相同。現代有軌電車設備系統中的設備專業與地鐵類似,一般可委托地鐵運營公司管理,也可成立獨立的現代有軌電車運營公司管理。

國內運營情況

截至2022年末,中國內地包括沈陽市大連長春市天津市上海市蘇州市、南京、青島廣州市淮安珠海、武漢、深圳、北京、成都市佛山紅河州文山州天水、三亞、嘉興昆明市南平黃石在內的24個城市的有軌電車已投入運營,共計41條線路,總運營里程580.702km,總軌道里程530.186km。

表2 中國內地部分有軌電車運營線路統計

應用模式

有軌電車在中國的應用模式主要可分為骨干型、補充型和特色型3類。

1.骨干型,骨干型是指將現代有軌電車作為特大城市新城內部或中小城市的骨干公交系統。為特大城市、大城市大運量軌道交通的補充。在已建設或規劃建設大運量快速軌道交通的特大或大城市,有軌電車主要為補充線的功能,一是在外圍新區作為軌道交通的延伸,同時兼作新區內部的骨干線;二是在中心城區作為快速軌道交通的加密與銜接,提高中心城區的軌道交通覆蓋密度。該種模式需注重有軌電車與快速軌道交通站點的換乘銜接。

2.補充型,補充型指將現代有軌電車作為軌道交通客流的補充線路。一方面,部分城市軌道交通網絡在城市公交出行中承擔了越來越重要的作用,但同時高客流也給軌道交通帶來了壓力,尤其是在早晚高峰時段;另一方面,盡管中心城區軌道交通線網密度已經較高,仍有多條通道存在多條公交走廊,要再加密軌道交通線路難度較大,可以采用現代有軌電車系統,在中心城區作為軌道交通系統的骨干補充功能。

3.特色型,特色型指將現代有軌電車作為旅游或特色區域公交線路。現代有軌電車具有節能環保、形象突出、舒適性好等特點,在一些旅游景點,或者大型的活動場館,可以采用現代有軌電車作為客流集散工具,并使其融入景點,作為整個環境的交通線和風景線。在旅游地區或大型園區內,有軌電車可以作為旅游特色、觀光公交線路,發揮有軌電車舒適、美觀等優勢。

參考資料 >

術語在線—權威的術語知識服務平臺.術語在線.2023-05-04

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2022年中國各城市有軌電車運營線路及客流數據統計.軌道科技網.2023-04-26

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有軌電車供電制式.軌道科技網.2023-04-26

行業統計.中國城市軌道交通協會.2023-04-26

【講堂】有軌電車的發展歷程及現代有軌電車的優缺點.搜狐網.2023-04-26

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