現(xiàn)代有軌電車的快速發(fā)展是社會發(fā)展的必然需要

周翊民

（城市軌道交通裝備認證技術(shù)委員會，中國交通運輸協(xié)會城市軌道交通專業(yè)委員會，100844，北京∥主任，顧問，教授級高級工程師）

1 有軌電車的發(fā)展歷程

1.1 新興階段（19世紀40年代—20世紀30年代）

1.1.1 有軌電車的出現(xiàn)

有軌電車是指由電動機驅(qū)動、在街道的軌道上行駛的車輛。早期曾用昂貴而效率低的蓄電池作動力。1834年，美國佛蒙特州布蘭登的一位鐵匠T·達文波特制造了一臺用蓄電池供電的小型電動機，驅(qū)動小型車輛在軌道上作短程運行。1860年，美國人G·F·特雷恩在倫敦開辟了3條電車道，后來在索爾福德（1862年）和利物浦（1865年）也建立了有軌電車線路。發(fā)電機的發(fā)明使電車可利用傳輸?shù)碾娔堋Ｓ熊夒娷嚲€路從此在英國、歐洲大陸和美國日益擴展。

從19世紀90年代到20世紀初的20年間，有軌電車出現(xiàn)在歐美及亞、非、南美洲的許多大城市中。歐洲的有軌電車通過彎曲的弓架，從架空線供給電源或通過可調(diào)的折疊式弓架供給電源，與美國采用的單獨輪桿式不同［1］。

1.1.2 有軌電車的發(fā)展高潮

有的運載工具非常先進且速度快（例如火箭），但無法作為公共交通運輸工具，因其無法發(fā)展成網(wǎng)。有軌電車的發(fā)展是符合客觀規(guī)律與市場需求的，同時，科學(xué)技術(shù)也保障了該交通工具能夠在各個方面滿足運輸?shù)男枰?/p>

20世紀20—30年代，全世界掀起有軌電車發(fā)展高潮，城市交通由馬車時代真正進入到有軌電車時代。19世紀末，美國的有軌馬車線路被快速地改造成有軌電車線路。到1895年，美國的有軌電車運營線路已達12 100km。同時還大量新建有軌電車線路。至1920年，美國運營有軌電車的城市共370座，線路總長達到25 000km，有軌電車擁有量近萬輛，年客運量達到137億人次，占美國全部城市客運總量的88%。在歐洲，有軌電車也以驚人的速度發(fā)展，自1895至1900年，約一半歐洲的大城市在興建或改造有軌電車網(wǎng)絡(luò)。其中，1920年英國的有軌電車線路總長達到5 000km，有軌電車擁有量達到1.44萬輛。

1.2 衰落階段（20世紀40—60年代）

“二戰(zhàn)”后，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，家用轎車得到快速發(fā)展，公共汽車也開始發(fā)展，使得道路條件不得不與之相適應(yīng)。而有軌電車的存在，占用了機動車道，進而阻礙了汽車工業(yè)的發(fā)展。因此，有軌電車就不再適合作為汽車工業(yè)快速發(fā)展大環(huán)境下的運輸工具。自上世紀四五十年代始，有軌電車線路被大規(guī)模拆除，但不少城市在城市道路改造過程中仍保留了部分有軌電車線路。我國的上海、北京、天津、沈陽、長春、哈爾濱等多座城市也經(jīng)歷了建設(shè)和拆除的過程，其中長春、大連始終保存了幾條有軌電車線路。

舊型有軌電車主要以下幾個缺點：①有軌電車占用了部分道路空間，阻礙了汽車的通行與發(fā)展。②因當(dāng)時缺乏對輪軌關(guān)系及線路基礎(chǔ)方面的研究，因而其行駛噪聲大，且轉(zhuǎn)彎處尤為明顯。③因舊時道路狹窄，且自行車大量發(fā)展后的路權(quán)公用，導(dǎo)致有軌電車行駛速度低。

1.3 復(fù)興階段（20世紀70年代至今）

汽車的過度發(fā)展造成城市空氣污染、環(huán)境噪聲污染嚴重，這促進了新型現(xiàn)代化有軌電車的快速發(fā)展。

英國輕軌運輸協(xié)會（LRTA，Light Rail Transit Association）副主席Michael Taplin收集整理了全世界79個國家建造地鐵及輕軌系統(tǒng)的城市數(shù)量：截止到2013年3月，有162座城市建有地鐵系統(tǒng)，有571座城市建有輕軌系統(tǒng)；建造輕軌系統(tǒng)的城市數(shù)量約為建造地鐵系統(tǒng)城市數(shù)量的3.5倍。目前，上海地鐵運營線路總里程為473km，而規(guī)劃建設(shè)有軌電車線路為800～1 000km。同時，著名的地鐵制造商致力于開發(fā)、大批生產(chǎn)的新型低地板有軌電車，如西門子的Avenio、龐巴迪的Flexity2、阿爾斯通的Citadis等有軌電車系統(tǒng)已應(yīng)用于世界各地。

2 現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)的特點

2.1 低噪聲技術(shù)

為降低運行過程中的噪聲，現(xiàn)代有軌電車采用了以下新技術(shù)：彈性道床、無縫線路以及低噪聲接觸網(wǎng)與受電弓等技術(shù)；不銹鋼或鋁合金車體，車體較輕；直交變頻、變壓調(diào)速系統(tǒng)；低噪聲電機；橡膠彈性車輪（直徑為550mm或650mm）。車內(nèi)空調(diào)亦應(yīng)用了低噪音技術(shù)。一列現(xiàn)代有軌電車的噪聲低于一輛公共汽車的噪聲。尤其在惰行時，現(xiàn)代有軌電車噪聲極小。

2.2 低地板技術(shù)

歐洲的有軌電車線路均建于道路中間且無站臺。有軌電車采用低地板技術(shù)，便于老人、兒童上車，亦便于嬰兒車、輪椅推上車。例如，西門子的某一款有軌電車在停站時，甚至可把整個車體落到離地面僅5～10cm處，車體中一塊板翻下，嬰兒車、輪椅便可推入有軌電車。

2.3 環(huán)境友好

汽車尾氣是城市環(huán)境中的主要污染源。根據(jù)歐美各主要城市的檢測數(shù)據(jù)，在城市的各種主要廢氣中，來源于汽車尾氣的占40%～90%，而其中家用小汽車和輕型車排出的尾氣占79%。表1是1994年美國公共交通運輸協(xié)會（American Public Transportation Association，APTA）關(guān)于現(xiàn)代有軌電車、公共汽車和家用汽車不同廢氣排放量的調(diào)查結(jié)果。

表1 幾種交通工具廢氣排放量比較表 g／km

由表1可知，家用汽車的CO、NOx、CO2排放量分別為有軌電車的467倍、3倍、9倍，公共汽車的CO、NOx、CO2排放量分別為有軌電車的95倍、2倍、3倍。

Tim Pharah＆Dieter Apel比較了歐洲城市幾種交通方式在環(huán)境污染、能源消耗、噪聲、安全及空間占用等方面的差異（見圖1）。由圖1可知，有軌電車的各項指標遠低于汽車；相對于公共汽車，有軌電車單位客運能力的交通能耗更低、污染更小、安全性更高。由此可見，現(xiàn)代有軌電車是一種可持續(xù)發(fā)展的、環(huán)保的、綠色的交通工具。推廣現(xiàn)代有軌電車能在很大程度上降低城市的污染程度。

圖1 交通模式影響的比較圖

2.4 新型轉(zhuǎn)向架技術(shù)

在地鐵系統(tǒng)中，線路的最小曲線半徑一般為200～250m，而有軌電車線路的最小曲線半徑可為19～25m（19m為位于車場的線路的最小曲線半徑標準），這就對現(xiàn)代有軌電車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計提出了一些特殊的要求。譬如現(xiàn)代有軌電車列車中間部分的轉(zhuǎn)向架包括徑向轉(zhuǎn)向架、獨立輪轉(zhuǎn)向架。獨立輪轉(zhuǎn)向架，即獨立輪對，其兩輪不通過車軸連在一起且可獨立轉(zhuǎn)動，兩輪可擁有不同的轉(zhuǎn)速，以解決列車在小曲線半徑線路上順暢通過的問題。

2.5 新型制動技術(shù)

有軌電車的制動系統(tǒng)在原理上與地鐵系統(tǒng)相同，但是有其特殊之處。因其車輪較小，地板面較低，故其單元制動器或空氣制動器采用的是液壓制動器。采用液壓制動器，也是為了提高有軌電車的制動減速度。在城市道路中，公共汽車的制動距離約為10～20m；而地鐵系統(tǒng)的緊急制動距離約為200多m。有軌電車列車的制動減速度需達到2.5～3.5倍的地鐵列車的制動減速度，否則無法適應(yīng)城市道路運行。該種適用于有軌電車且由計算機控制的制動系統(tǒng)已由同濟大學(xué)吳萌嶺教授成功研發(fā)，并已應(yīng)用于長春市的低地板現(xiàn)代有軌電車上。在沈陽渾南區(qū)開通的4條有軌電車線路上，有3列列車也安裝了此種制動系統(tǒng)，其中1列車已運行了近3萬km。經(jīng)專家鑒定后，該種制動系統(tǒng)即可批量生產(chǎn)。

2.6 造價低

一般情況下，有軌電車系統(tǒng)的造價小于1億元／km，而地鐵系統(tǒng)的造價則高達6～10億元／km，有軌電車系統(tǒng)的造價大大低于地鐵系統(tǒng)的造價。

2.7 實現(xiàn)路權(quán)專用

對于有軌電車的道路空間占用問題的解決方法，如果新規(guī)劃的道路較寬，則可借鑒公交專用道的思路，建議建設(shè)現(xiàn)代化有軌電車線路專用道；若建于道路中央，該專用道亦可作為道路中央隔離帶。

建議在公共交通中使用有軌電車優(yōu)先通過權(quán)，解決路權(quán)問題。國外的有軌電車實行感應(yīng)式信號控制（即原為紅燈，有軌電車通過時即變?yōu)榫G燈放行）。該方面有待于交通管理部門、城市規(guī)劃部門共同研究。

3 新型有軌電車適用范圍與建議

（1）地鐵網(wǎng)絡(luò)未輻射到的區(qū)域。有軌電車為中、小運量運輸工具，無法取代大容量的地鐵系統(tǒng)。表2為有軌電車與其它交通方式在運營速度和運能方面的比較。目前，上海投入運營的軌道交通線路已達12條，總里程473km，盡管軌道交通網(wǎng)絡(luò)已較為發(fā)達，但市民仍需花費較多時間乘坐道路公交到達附近地鐵站換乘地鐵，市民出行“最后一公里”問題亟待解決。對于已開通地鐵系統(tǒng)的大城市，有軌電車可用于地鐵網(wǎng)絡(luò)無法輻射到的地區(qū)，促進有軌電車與地鐵的銜接，實現(xiàn)市民出行“門到門”運輸。

表2 有軌電車與其它交通方式在運營速度和運能方面的比較

（2）在距離短、客流量大的區(qū)域可建設(shè)有軌電車系統(tǒng)予以補充。

（3）大城市外圍地區(qū)依靠有軌電車與城市地鐵系統(tǒng)銜接。遠離大城市中心的衛(wèi)星城和有一定規(guī)模的各種開發(fā)區(qū)可修建獨立的有軌電車系統(tǒng)，并設(shè)站與到達中心城的地鐵系統(tǒng)相銜接。以松江新城為例，作為上海的衛(wèi)星城，可以建設(shè)有軌電車系統(tǒng)，以輻射全衛(wèi)星城區(qū)域，亦可作為地鐵線路的延伸。

（4）大城市外圍區(qū)域內(nèi)部。目前一些城市的科技開發(fā)園區(qū)規(guī)模較大，且位于遠離市中心的郊區(qū)。科技園區(qū)與居住小區(qū)間、工業(yè)開發(fā)園區(qū)與居住小區(qū)間，居民的出行問題均可借助于有軌電車來解決，且開發(fā)區(qū)內(nèi)的道路寬度也適合有軌電車系統(tǒng)的發(fā)展。

（5）發(fā)展中的市區(qū)人口幾十萬的新興中小城市，或規(guī)劃新建城市，可考慮修建有軌電車。中小城市因其城市規(guī)模較小、人口密度較低，中小運量的有軌電車系統(tǒng)恰與上述兩個特征相匹配。

同時，城市中心道路規(guī)劃時應(yīng)考慮到建設(shè)有軌電車系統(tǒng)的必要性和可行性。同時，城市交通運輸管理部門應(yīng)該制定相應(yīng)的措施，優(yōu)先滿足有軌電車系統(tǒng)的運營要求。

另外，為適應(yīng)城市今后30～50年發(fā)展的需要，有軌電車需能滿足市民生活水平提高后對舒適性的要求。臺北捷運中的高運量線路6節(jié)編組列車運量與大陸A型車8節(jié)編組列車運量近似（部分技術(shù)參數(shù)比較如表3所示），而臺北捷運規(guī)定車廂內(nèi)定員為每平方米不得超過6人，但上海的設(shè)計規(guī)范為每平方米8～9人。這在很大程度上降低了乘客乘坐地鐵的舒適度，進而導(dǎo)致乘客選擇舒適度更高的私人小汽車交通模式出行。因此，提高舒適度是促進有軌電車發(fā)展的重要因素之一。

表3 臺北捷運高運量線路車輛與大陸A型車部分技術(shù)參數(shù)比較表

4 我國有軌電車技術(shù)發(fā)展情況

發(fā)展現(xiàn)代有軌電車是社會發(fā)展的必然需要，我國有能力提供具有國際先進水平的、全套的現(xiàn)代化有軌電車系統(tǒng)的技術(shù)裝備。采用低噪聲的路基與無縫線路，采用先進的信號與運營調(diào)度系統(tǒng)，可提高運營效率與安全水平。目前，我國的客車制造廠商已可批量生產(chǎn)70%與100%低地板、新型低噪聲、低能耗的有軌電車。

長春客車股份有限公司為沈陽渾南區(qū)提供的70%、100%低地板有軌電車，已完全達到國際水平。不僅如此，我國整個鐵路機車車輛工業(yè)的水平與國際水平基本相近，并且我國已開始向澳大利亞、印度、巴基斯坦、沙特阿拉伯、阿根廷、巴西等國家大批量出口我國的客車制造廠商制造的地鐵車輛。

100%低地板、70%低地板有軌電車的地板面高度分別為356mm、361mm，載客人數(shù)相同，而后者比前者約便宜300～400萬元／輛。若有軌電車線路設(shè)置站臺，地板面高度則毫無意義。歐洲有軌電車線路，因其位于馬路中間，故100%低地板較有優(yōu)勢，便于乘客上下車。

5 需根據(jù)線路與旅客需要選擇不同種類的軌道系統(tǒng)

軌道交通系統(tǒng)可劃分為有軌電車系統(tǒng)、地鐵系統(tǒng)、近郊線路系統(tǒng)、超過40km遠郊或衛(wèi)星城鐵路系統(tǒng)、省內(nèi)和經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)的城際鐵路、客運專線和高速鐵路等6個層次。表4為不同層次軌道交通系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)比較表。

各種主要的軌道交通方式在中國都得到了全面的發(fā)展。如今存在的一個大問題是：郊區(qū)（市郊）鐵路應(yīng)用的是城市軌道交通模式。市郊線的功能定位是把住宅集中地、衛(wèi)星城的居民盡快送達市中心，其次是解決沿線居民相對集中地點的居民出行問題。現(xiàn)在有些城市受到沿線居民的壓力，把市郊線按照市中心區(qū)軌道交通模式來規(guī)劃，站間距離偏小，增加了市郊線的全程旅行時間，使旅行速度下降，這便失去了建設(shè)市郊軌道交通的意義。

表4 不同層次軌道交通系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表

［1］大不列顛百科全書［M］.北京：中國大百科全書出版社，1998.

［2］左忠義.現(xiàn)代有軌電車的技術(shù)經(jīng)濟分析［D］.大連：大連鐵道學(xué)院.2001.

［3］隋悅家.現(xiàn)代有軌電車及其車輛的發(fā)展［J］.城市車輛，2001（5）：36.

［4］謝琨.現(xiàn)代有軌電車與城市建設(shè)［J］.城市軌道交通研究，2000（1）：62.

［5］訾海波，過秀成，楊潔，等.現(xiàn)代有軌電車應(yīng)用模式及地區(qū)適用性研究［J］.城市軌道交通研究，2009，12（2）：46.