膠輪導軌電車對廈門市快速公交1線運能改造的適應性分析

周小斌

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司430063，武漢∥教授級高級工程師）

廈門市快速公交（BRT）系統全程為專用車道，不受紅綠燈影響，平均運行速度達到了38 km/h（相當于當地常規公交運行速度的3倍），發車準點率高達99.5%，現已成為市民出行的重要交通工具。廈門市BRT系統客流增長速度非常快［1］，客運量從2008年開通時的單日2.5萬人次，發展到如今日均32萬人次，年均客運量超過1億人次。BRT系統以占廈門全市不到8%的公交車輛，承擔了近15%的公交客運量，具有高效、準點、安全、便捷、舒適等優勢。

1 廈門市BRT系統運營現狀

1.1 現有運營線路

廈門市BRT系統已開通運營6條快線（見圖1），其中：快1線由第一碼頭站到廈門北站，長度35.7 km；快2線由第一碼頭站到同安樞紐站，長度44.9 km；快3線由第一碼頭站到前埔站，長度10.8 km；快5線由前埔站到廈門北站，長度29.3 km；快6線由前埔站到同安樞紐站，長度38.5 km；快7線由洪文站到開禾路口站，長度9.0 km［2］。

圖1 廈門市BRT系統線網示意圖

1.2 既有車輛及定員

廈門市BRT系統目前主要有兩種型式車輛：12 m長車型和18 m長車型。這兩種車型均為廈門金龍客車廠生產的內燃車輛，使用柴油。其中：12 m長BRT車輛尺寸（長×寬×高）為11 980 mm×2 550 mm ×3 190 mm，最大額定載客量95人（含駕駛員）；18 m長BRT車輛尺寸為17 900 mm×2 550 mm×3 030 mm，最大額定載客量160人（含駕駛員）［3］。截至2018年10月，廈門市BRT系統配置247輛（含備用）BRT車輛，其中12 m長為144輛，18 m長為103輛。每輛車標配2名司售，整個運營配置司售約500人。

1.3 現狀客流及運能測算

根據2010年—2015年客流統計數據，廈門市BRT系統的年客流量從2010年的7 607.8萬人次增加到2015年的1.2億人次，年平均增長率為9.8%。目前，廈門市BRT系統的日均客流量約為32萬人次，單日最大客流量達到38萬人次；最大客流出現在工作日早高峰時段，高峰最大斷面客流達到1.44萬人次/h，出現在龍山橋站—臥龍曉城站區間下行方向。在此區間內有BRT 1、2、3、7等4條線同時運行，根據各線最大運能測算，在龍山橋站—臥龍曉城站區間BRT運能合計為1.37萬人次/h，已不能滿足乘客出行需求。

廈門BRT 1線（以下簡為“快1線”）的客流量最大，2018年1～10月快1線共運送旅客7 845萬人次，占BRT總運送旅客人數的80%。快1線客流高峰時段潮汐現象明顯。高峰時段部分區段由于車輛到站時已經滿載或趨近滿載，站臺及車廂內過度擁擠，乘客上下車困難，從而導致車輛停站時間延長，大量乘客滯留站臺，甚至出現車輛超員載客仍不能滿足客流出行需求的情況。因此，急需提高廈門快1線的運能。

2 快1線改造方案探討

2.1 快1線的線路條件

快1線線路條件為：正線最小平面曲線半徑150 m，正線最大坡度34‰，設計速度60 km/h。

2.2 系統制式選擇

根據快1線建設時預留的條件，結合線路客流現狀，若進行線路改造，可選有軌電車、地鐵（B型車）、直線電機系統、跨坐式單軌、自動導向軌道（APM）等系統制式。各種系統制式具體參數見表1。

表1 各種系統制式基本指標比較表

從既有改造工程工作量、車輛能耗、噪聲振動、設備國產化、工程造價、社會影響等進行研究，快1線如要升級成直線電機系統、地鐵（B型車）、跨坐式單軌及APM等系統制式，均需進行既有橋梁改造、部分房屋拆遷、站臺改造等工作，投資量大、工期長，改造期間既有線路必須停運，且審批流程復雜，因而升級成上述系統制式的可操作性不高［4］。

與常規的BRT相比，現代有軌電車屬于低中運量公共交通，在運能及運營速度方面更具優勢［5-6］，可以填補大運量軌道交通和常規道路公交之間的空白。快1線若采用有軌電車系統，則改造工作量小、對既有線路運營影響低、投資少，可操作性強。因此，快1線改造擬采用現代有軌電車系統制式。

2.3 車輛選型

從世界范圍的應用來看，有軌電車車輛主要分為兩類：一類是單導向軌式膠輪導軌電車（以法國Translohr膠輪車輛為代表），另一類是雙走行軌式鋼輪有軌電車。

2.3.1 膠輪導軌電車

膠輪導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。車輛走行系統與汽車一樣為橡膠輪胎，導向輪在導軌的限制下引導車輛運行［7］。法國勞爾公司的Translohr系列單導向軌式膠輪導軌電車的第一條線路于2006年在法國投入運營，目前已在法國克萊蒙費朗、圣德尼-撒塞雷，意大利帕多瓦、威尼斯-美斯特、拉蒂納，以及我國天津、上海等多個城市已投入使用［8］。勞爾有軌電車的導向系統由導向軌、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。圖2 a）和圖2 b）為青島四方公司生產的有軌電車的導向系統，由導向軌、導向輪等組成。

圖2 單導向軌式膠輪導軌電車的導向系統

2.3.2 鋼輪有軌電車

鋼輪有軌電車采用獨立旋轉車輪轉向架作為走行部分，靠走形鋼軌導向，類似地鐵。鋼輪有軌電車在世界范圍內廣泛應用。

2.3.3 制式比選

膠輪導軌電車和鋼輪有軌電車的主要指標對比詳見表2。

表2 鋼輪有軌電車和膠輪導軌電車的主要指標對比分析

通過比較兩種有軌電車可知：鋼輪有軌電車車內空間、載客量比膠輪導軌電車大；鋼輪有軌電車受轉向架、鋼輪鋼軌摩擦性能限制，在爬坡、轉彎、加速、減速等方面的性能不如膠輪導軌電車；兩種電車的車內、外噪聲比較接近。

對于膠輪導軌電車，膠輪承擔整個車輛的質量，中間導軌為車輛運行時提供導向，對運行道路的路面厚度要求僅30 cm；而鋼輪有軌電車則需鋪設兩條鋼軌，其道床厚度一般為500～700 cm［9］。因而，采用膠輪導軌電車對廈門市BRT既有線路路面的改造量更小。

廈門市為國內知名旅游城市，尤其是島內風景更為優美。根據相關要求，島內段不可采用架空接觸網供電。因此，鋼輪有軌電車與膠輪導軌電車均需采用超級電容、蓄電池等車載供電方式，以滿足需求。

2.3.4 造價比選

從土建、電氣、控制中心、車輛段、車輛購置費等方面對改造費用進行估算。膠輪導軌電車在軌道、路面及基層加固等方面與鋼輪有軌電車相比有著較大的優勢，改造費用低，具體對比見表3。

2.3.5 比選結論

綜上，從動力性能、改造工程量、投資等方面考慮，膠輪導軌電車在最小曲線半徑、最大坡度、運行加速度、緊急減速度等方面具有優勢，改造路面工程量小，在改造工程施工時不需要中斷BRT運營，是廈門市BRT系統改造制式選型的優選方案。

表3 膠輪有軌電車和鋼軌有軌電車的投資估算對比分析

3 改造適應性分析

3.1 道路改造

以既有的快1線為基礎，在既有道路和橋梁路面下挖深度30 cm內進行小幅路面開槽，并安裝預制混凝土塊及軌道（見圖3）。改造不會影響道路和橋梁原有的承載能力、耐久性、舒適性、安全性、穩定性等性能［9］。

圖3 膠輪導軌電車道路及軌道敷設示意圖

改造工程可采用倒邊施工，分為左側道路施工、右側道路施工、中間道路施工3個階段。非施工道路可容納2輛BRT車輛同時行駛，同時為BRT車輛劃分臨時雙向車道。

路面改造工程包括：路面開槽、安裝混凝土預制塊等。采用在夜間空窗期路面施工，改造速度可達到110 m/d，改造工期約為10個月。

3.2 車站改造

6模塊導軌電車長度為46 m，4模塊導軌電車長度為32 m。車站長度為60 m，可滿足高峰時段2輛4模塊車輛連掛運行，前后車門最大間距小于58 m。因此，車站只需在原有BRT車站基礎上進行簡易改造，無需加長站臺，施工量小，改造過程對現有公交系統影響也很小。

3.3 供電系統改造

針對快1線的改造，推薦2種供電模式。島外段、島內段擬分別采用接觸網供電、無接觸網供電。

（1）接觸網供電：膠輪導軌電車供電系統采用10 kV分散式供電，牽引網采用750 V架空接觸網，牽引降壓混合變電所采用箱式牽引降壓混合變電所。

（2）無接觸網供電：利用超級電容+蓄電池的儲能系統，能夠保證膠輪導軌電車在接觸網斷電或者無接觸網的路段正常行駛3 km。BRT線路的站間距較小，可將充電裝置設置于改造后的車站內，對站內現有的基礎設施影響小，在乘客上下車期間即可完成車輛充電。