轨道交通运营管理教材第1章

城市轨道交通运营概述城市轨道交通已经成为现代城市交通体系的重要组成部分。本章重点介绍城市轨道交通系统的发展和分类，分析现有不同类型城市轨道交通系统的技术经济特性和运营特征，从时间与空间角度探讨城市轨道交通系统运营组织的特点和原理，剖析运营组织工作的主要目标和基本要求;在国外城市轨道交通实践基础上，分析做好城市轨道交通运营管理工作的重要性和具体方法。1.1城市轨道交通系统的发展1.1.1城市轨道交通的产生地铁的产生源于将列车引人城市中心的构想。1804年，英国人特雷维西克试制了第一台行驶于轨道上的一蒸汽机车;1825年，英菌在达林顿到斯托克顿间修建了21km的世界第一条铁路。1929年，巴黎引人由马驱动的公共马车，纽约1831年也引人这种车辆。马车运输迅速增长，但其缓慢颠簸、不舒适，且容易造成街道的车辆拥挤及阻塞。后来把马车放在钢轨上行驶，形成了轨道公共马车，这就是城市轨道交通的雏形。1832年，世界上第一条马拉的城市街道铁路在美国纽约的第四大街开始运营;1855年，这种有轨道的马车安装成本下降，轨道与代公共马车，有轨马车在美国及欧洲迅速扩展，1890年总的轨道里程达到9900km，在平交道口出现了交通阻塞。因此人们考虑采用机车代替马车来牵引，以提高运营速度。1843年，英国人皮尔逊提出修建地下铁道的建议，1860年开始修建，采用明挖法施工，为单拱砖砌结构。。1863年1月10日建成通车，线路长6.4km，用蒸汽机车牵引，这是世界上第一条地铁线路。此后，地铁作为新型的城市公共交通方式,1874年，在伦敦首次采用盾构法施工，于1890年12月18日建成了另一条约5.2km的地铁线路，并首次采用电力机车牵引。从此，轨道技术被大量用来解决人们在城市内的出行。城市轨道交通系统的分类城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统称为城市轨道交通系统。城市轨道交通经过一个多世纪的发展，形成了多种多样的城节轨道交通方式。各国对城市轨道交通的分类各有差异，常用的分类方式有以下几种（1）按构筑物的形态或轨道的铺设方式划分，城市轨道交通可分为三类.地下铁路:位于地下隧道内的那部分铁路称为地下铁路;地面铁路:位于地面的铁路称为地面铁路;高架铁路:位于地面之上的高架桥的铁路称为高架铁路。(2)根据城市轨道交通系统高峰小时单向运输能力的大小，城市轨道交通系统可分为三类:高运量城市轨道交通系统:高峰小时单向运输能力达到30000人以上，属于该种类型的城市轨道交通系统主要有重型地铁、轻型地铁及中低速磁悬浮系统等;中运量城市轨道交通系统:高峰小时单向运输能力为15000–30000人，属于该种类型的城市轨道交通系统主要有微型地铁、高技术标准的轻轨和独轨铁路;低运量城市轨道交通系统:高峰小时单向运输能力为5000—15000人，属于该种类型的城市轨道交通系统主要有低技术标准的轻轨、自动导向交通系统和有轨电车。(3)以导向方式划分，城市轨道交通可分为两类:轮轨导向:一般钢轮钢轨系统如地铁、轻轨、有轨电车等均属于轮轨导向方式；导向轮导向:单轨和新交通系统的胶轮车辆属于导向轮导向系统。(4)以轮轨的材料划分，城市轨道交通系统可分为钢轮钢轨系统和胶轮钢筋混凝土城市轨道交通系统。地铁、轻轨、有轨电车属前者，单轨和新交通系统属后者。(5)按运能范围及车辆类型划分，城市轨道交通可分为市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、独轨交通、有轨电车、自动导向交通、小断面地铁、胶轮地铁、索道等类型。针对国内外各种城市轨道交通方式的特点及城市轨道交通的适用范围，这里将城市轨道交通系统分为以下几种。(1)市郊铁路:城市市郊快速铁道是由电气或内燃牵引、轮轨导向、车辆编组运行在城市中心与市郊、市郊与市郊、市郊与新建城镇间，以地面专用线路为主的大运量快速城市轨道交通系统。通常其所有权不属于所在的城市政府，而由铁路部门经营。(2)地下铁道:简称地铁，国际隧道协会将地铁定义为轴重（轴重是指一个轮对承受的机车或车辆重量。轴重反映了轨道承受的静荷载强度，它决定了各部件交变应力的平均应力水平。轴重一般是事先确定的，比如设计DF4B机车的时候，就确定了轴重为23吨、6根轴，那么实际造出的机车，重量必须要在138吨左右（一般允许3%的误差）。对机车而言，轴重越大，则机车总重越大，能够发出的最大牵引力也大些；对货车而言，轴重越大，则货车总重越大，相应的载重也较大。但是轴重大则对线路的承重能力要求较高，对轨道的冲击也大，因此高速列车要求轴重尽量小一些。）相对较重，单方向输送能力在3万人次/h以上的城市轨道交通系统。一般线路全封闭，在市中心区全部或大部分位于地下隧道内，因而可实现信号控制的自动化，具有容量大、速度快、安全、准时、舒适、运输成本低、不占城市用地，但建设成本高等特点，适用于出行距离较长、客运量需求大的城市中心区域。根据资料分析，为了降低工程费用，地铁系统中地面和高架线路所占的比重越来越大。在世界范围内，地下铁道地下部分约占70%，地面和高架部分约占30%，甚至有的城市地铁系统全部采用高架形式，只有部分城市地下铁道系统是完全在地下的。地下铁道是历史遗留下来的一个专有名词。(3)轻轨交通:轻轨交通系统个范围比较宽的概念，它是在有轨电车的基础上发展起来的电气牵引、轮轨导向、车辆编组运行在专用行车道上的中运量城市轨道交通系统，输送能力1.5一3.0万人次/h。它的车辆轴重较轻，施加在轨道上的荷载核相对于城市铁路和地铁的荷载来说比较轻，因而称之为轻轨。轻轨系统有好几种类型，一种是德国的轻轨系统(图1-3，图1一4)，基本上是从有轨电车改造过来而成，如斯图加特轻轨;第二种轻轨是大部分新建的，如道克兰轻轨;第三种是利用原有城市间铁路或城市市郊铁路线路，如曼彻斯特的梅株凌克、洛杉矶轻轨等。新建的轻轨中，越来越多面线路来穿过市中心。这些线路在路口拥有先行权，路权形式也有多种。伦敦把轻轨路权分为三种:LRTI，指与其他交通及行人共享路面;LRT2，线路固定于道路上，在紧急情况下其他车辆可驶人其路面，类似公共汽车专用道;LRT3，路权专月，线路与其他交通及行人全部隔离，或是立交化的地面铁路，或是地下或高架铁路(4)独轨交通:又称单轨铁路，单轨铁路是由电气牵引、具有特殊导向和转折装置、列车编组运行在专用轨道梁上的中运量城市轨道交通系统。通常分为跨座式和悬挂式两种，如图1-5和图1-6所示。前者跨在一根走行轨道上行走，其重心位于走行轨道上方;后者车辆悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面，其重心处于轨道梁的下方。(5)自动导向交通系统:自动导向交通系统在一些文献中称为新交通系统。这种交通系统的主要技术特征是轨道采用混凝土道床、车辆采用橡胶轮胎，有一组导向轮引导车辆运行，列车运行自动控制，可实现无人驾驶等。一般说来，凡是适应地区多样化的交通需求，使线路和车辆提供最高的运输效率和良好的服务质量的公共运输系统和设备都是自动导向交通系统。狭义的自动导向交通系统则是指由电气牵引，具有特殊导向、操纵和转折方式的胶轮车辆，单车或数辆编组运行在专用轨道梁上的中运量轨道运输系统。自动导向交通系统的研究起源于1968年美国一个名为“Tomorrow’sTransportation”(未来的运输)报告中。这种轨道运输是20世纪70年代先后建成投入运营的自动导向交通系统，有美国达拉斯沃斯堡机场的PeopleMovers系统和摩根城的PersonalRapidTransit系统等。经过20世纪70年代的研制，进人20世纪80年代后，日本、法国和德国等国家也建成自动导向交通系统，其中尤以日本发展最快，在神户、大阪等城市先后建成7个自动导向交通系统，线路总长达到48km。（6）有轨电车:由电气牵引、轮轨导向、单车或两辆编组运行在城市路面线路上的低运量城市轨道交通系统。现代有轨电车由于采用整体道床，轨面和路面保持同一水平，因此机动车辆和行人可以进入，是一种混合交通。车辆运行速度较低，行车安全和准时性较差，运量较小，单向高峰小时运量通常在1万人左右。（7）线性电机城市轨道交通系统：·由线性电机牵引、轮轨导向、车辆编组运行在小断面隧道、地面和高架专用线路上的中运量城市轨道交通系统。之所以将线性电机牵引的城市轨道交通系统列为独立的系统，是因为该系统与地下铁道、市郊快速铁道、轻轨有明显的区别。它是利用线性电机在磁场相互作用下，直接产生牵引力，属于非黏着驱动，车轮只起到支承和导向作用。从运输能力上分析，因采用小型车辆，属于中运量系统，使用在地铁中可以称为小断面地铁，也可以用在高架线路上。线性电机车辆轮径小，可以明显降低车辆台面高度和缩小车辆尺寸而不减小内部空间，如图1一所示。（广州3、4号线）1.2城市轨道交通系统的技术经济特性目前，城市轨道交通系统已经呈现多样性发展态势，各国对城市轨道交通系统的分类存在一些概念上的差异，这些差异是由于对城市轨道交通系统的技术经济特性认识不同所造成的。以下将分别介绍常用的一些主要城市轨道交通系统的技术经济特性。1.2.1地铁系统地下铁道通常采用专用线路，没有平面交叉。线路除修建在地下隧道外，部分修建在地面或高架桥上。一般采用双线，个别城市也有四线地铁情况。正线最大坡度一般为3%，最小曲线半径一般为300一400m。轨道较多采用焊接长钢轨，混凝土整体道床。地铁车站按其运营功能划分有终点站、中间站和换乘站。由出人口、站厅、通道、楼梯、自动扶梯、站台、售票房、行车作业用房和机电设备用房等组成。车站设备的通过能力根据远期高峰客流量以及考虑留有余地进行确定。车站的站台设计为高站台，有侧式、岛式和混合式等型式。早期地铁多为侧式站台，现在软多选择的是岛式站台，但高架中间站的站台宜采用侧式站台。站台长度应满足远期列车编组长度的需要。地铁车辆宽度在2.8一3m左右。车辆设计除具有大容量的特点外，在牵引控制、调速制动以及故障诊断等方面广泛采用了各种先进技术，具有自动化程度较高的特点。车辆坐席有纵向和横向两种布置。车辆定员为200一320人。车辆的最高速度可达80一100km/h，运营速度约为35一40km/h。单向小时最大运输能力在30000-60000人之间。地铁列车在信号系统控制下运行。控制方式主要有采用色灯信号、自动闭塞设备、调度集中控制和采用列车自动控制系统、宝、计算机集中控制两种类型。列车自动控制系统(ATC)由列车自动防护(ATP)、列车自动驾驶(ATO)和列车自动监督(ATS)三个子系统组成。列车编组辆数通常为4一8辆，但也有10一12两编组的情况。列车运行的最小间隔时间可达到75so。各国地铁系统的建设标准并不完全一致。根据日本的统计资料，地铁系统的技术经济参数主要有:(1)最小运行时间间隔:2min;(2)每节车厢的乘客人数:280人(按0.14m²/人计算);(3)每列车编组车厢节数:6一10;(4)每小时单向最大运送能力:50000一80000人.(5)时刻表速度:30一60km/h;(6)建设投资(包括车厢):250-300亿日元/km;100日元=8.35，300亿=25.05亿RMB〔7〕运营费用:6.66亿日元/(km·年);6.66*0.0835=0.556RMB（8）最低经济运输量:12200人/(km·天)(假定平均票价为150日元/人=12.5)。线性地铁经济参数地铁领域中还有一种技术称为线性地铁(小断面地铁)。根据传统的电动机原理，它将转子、定子的半径设计成无限大，转子、定子即相对为平行的平面，将转子和定子平面相对安装在车辆底部和轨道中间，通电之后即可如电动机原理一样驱动车辆在线路上运行。与传统电动车辆相比，线性电机驱动方式具有车辆自重轻、爬坡能力强(60%--80%)、线路曲线半径小(最小尺寸50m)等优点。这种地铁的特点是断面较一般地铁断面小，从而降低了建设成本;它还采用厂较小的曲线半径和较大的坡道，可以高架，维护容易。其主要参数有(1)最小运行时间间隔;2min;(2)每节车厢的乘客人数:142人(按0.14m²/人计算)（3)每列车编组车厢节数:4一8;(4)每小时单向最大运送能力:170