关于有轨电车设计规划和工程实践的发展与思考.pdf

第5期（总第230期）2023 年 10 月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGN o.5 (S e r i a l N o.2 3 0)O c t.2 0 2 311关于有轨电车设计规划和工程实践的发展与思考程 樱1,2，刘 静 之1,2，荆 毅1,2，杨 鑫1,21.上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125；2.上海有轨电车工程技术研究中心，上海 200125摘要：城市轨道交通低运能系统具备敷设灵活、经济适用、建设周期短等优势，是构建资源节约型多层次城市轨道交通的重要组成部分。首先,基于国内已有案例对有轨电车的功能定位进行梳理和归纳，列出 4 大类功能定位，并对各自模式下的设计要点进行总结。其次，对目前有轨电车在建设运营中的新模式和新技术进行介绍。最后，提出网络化建设运营、与人工智能等先进技术充分融合、提升运营后评估等建议，为有轨电车未来的可持续建设与运营提供参考思路。关键词：有轨电车；低运能轨道交通；网络化建设运营；后评估；规划建设中图分类号：U239.5 文献标识码：A 文章编号：1004-4655（2023）05-0011-05收稿日期：2023-09-11第一作者简介：程樱（1987），女，高级工程师，硕士，主要从事轨道交通系统设计。DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2023.05.0031 国内有轨电车建设运营概况城市轨道交通低运能系统是服务于主城区、外围组团城区、工业园区、旅游景区等高峰小时单向最大断面客流在 0.51.2 万人次的城市轨道交通系统，是构建资源节约型多层次城市轨道交通的重要组成部分。因其具有敷设灵活、经济适用、建设周期短等优势，在国内城市轨道交通低运能系统越来越受到重视1。根据中国城市轨道交通协会团体标准 T/CAMET 000012020城市轨道交通分类2的规定，我国城市轨道交通低运能系统包括有轨电车系统、导轨式胶轮系统、电子导向胶轮系统、悬挂式单轨系统 4 种制式。截至 2022 年 12 月 31 日，中国内地共开通运营低运能系统 708.2 km。其中，24 个城市、39 条有轨电车线路投入运营，工程建设长度 528.1 km，运营里程达 578.3 km。6 个城市、7 条电子导向胶轮系统线路投入运营，总里程 106 km。2 个城市、2 条导轨式胶轮系统线路投入运营，总里程23.9 km3。悬挂式单轨系统尚在建设中、暂无已开通运营的线路。其中，有轨电车制式占比达 82%，属于低运能系统的中坚力量。自 2010 年开始，我国开始复兴有轨电车，历经 10 a 发展，以平均每年新开通 50 km 的速度保持稳步增长。2019 年，各城市有轨电车平均客运强度为0.0892 万人次/（kmd），其中，深圳龙华有轨电车示范线平均客运强度为 0.26 万人次/（kmd），居全国首位。受新冠疫情影响，全国城市轨道交通客流在 2020 2022 年均有不同程度下降，而上海松江有轨电车、苏州高新区有轨电车、成都有轨电车蓉 T2 等线路在疫情期间仍呈现增长态势。通过开通新线路实现网络化运营、增加与大运能轨道交通的换乘，提高有轨电车的便利性与可达性，进一步吸引客流。2 有轨电车功能定位有轨电车在国内的应用有多种形式，同一线路可能兼顾多种功能定位。主要有以下 4 类具体应用方向。2.1 型大城市和中等城市的骨干公共交通系统中小城市受到客流运输需求限制，不具备建设大运能城市轨道交通条件，或者仅具有建设规模较小的轨道交通的需求。低运能系统可以用作城市的骨干公交网络，或者与公共交通共同形成城市的骨干公交。该定位下应注重线路覆盖主要客流走廊。122023 年第 5 期程樱，刘静之，荆毅，杨鑫：关于有轨电车设计规划和工程实践的发展与思考淮安现代有轨电车 T1 是国内首条进入城市核心区的有轨电车线路，作为骨干公共交通连接淮安市新、旧城区。2019 年日均客运强度 1 367 人次/km，居全国前列，见图 1。图 1 淮安有轨电车系统嘉兴有轨电车一期工程示范线连接嘉兴南站与中心城，旨在提升中心城骨干公交功能，缓解城市交通拥堵，支撑老城有机更新，促进城市空间拓展。示范线于 2021 年开通试运营，全长 13.8 km，旅行速度 20.9 km/h，最小行车间隔 5 min4，见图 2。图 2 嘉兴有轨电车系统2.2 超大、特大城市和 I 型大城市的区域骨干公 共交通系统在已建设或规划建设大运能快速轨道交通的超大、特大或 I 型大城市，低运能系统的主要功能为补充线，具体有 2 种应用模式。当用于新区、郊区或者特定区域时，功能为区域内的骨干公共交通系统，这种模式下，线路在覆盖区域内主要客流走廊的同时，还要特别注重与大运能轨道交通系统的衔接与延伸。当用于中心城区时，功能为城区大运能系统的加密与衔接，目的是提高中心城区高品质公共交通的覆盖率。第 2 种模式下，低运能系统不一定能够彼此联通或成网，而是优先注重与大运能系统的衔接，作为大运能轨道交通的补充，实现中心城区小范围的覆盖与加密。松江有轨电车作为上海松江区的骨干公共交通，已建成 2 条示范线，服务范围包括新桥、松江工业区、松江新城。两线总长 30.7 km，目前共开通运营2个交路，运营里程39.2 km，设置车站44座，连接松江新、老城区，居民区和重要商圈，并与轨道交通 L9、金山铁路实现换乘，见图 3。图 3 松江有轨电车系统广州新型有轨电车海珠线试验段作为轨道交通的加密线和旅游线，线路基本沿珠江敷设；首站可与轨道交通 L4 和 L8 换乘，末站可与轨道交通 L3和 APM（自动旅客捷运系统）换乘。2022 年日均客运强度为 1 316 人次/km，居全国前列，见图 4。图 4 广州海珠有轨电车系统2.3 大型园区或旅游地区的特色公共交通系统在大型园区或旅游地区，有轨电车可以作为特色公交线路，发挥舒适、美观的优势。如武夷有轨电车，实现与高铁南平市站、武夷山景区的无缝衔接，不仅有效服务通过铁路、航空方式抵达武夷山景区的客流，而且满足武夷山市和武夷新区居民的出行、通勤需求，见图 5。图 5 武夷有轨电车系统132023 年第 5 期程樱，刘静之，荆毅，杨鑫：关于有轨电车设计规划和工程实践的发展与思考2.4 景区或园区内部的非公共交通功能线路有轨电车也可用作景区内部观光旅游线路、园区内部通勤线等非公共交通方式。华为松山湖溪流背坡村小火车是全国第 1 条工业园区有轨电车联络线路，用于员工内部出行。是国内第 1 条以企业需求为导向进行设计的线路，开创了国内由企业自身投资建设有轨电车线路的先河，见图 6。图 6 华为松山湖有轨电车系统3 有轨电车技术发展3.1 车辆系统多样化编组目前，国内 90%以上线路采用的车辆均为标准编组，整车长 3038 m、载客量 300 人左右（站立标准 6 人/m2），由 35 个车体模块和相应数量转向架模块组成。现代有轨电车采用车辆的模块化编组技术，通过调整模块组合数量来突破传统的标准编组限制，从而适应不同线路客流强度的需求。长编组型式可以采用增加模块数量的方式，模块数按不同车辆结构形式一般为 58 模块，单车车辆定员最多可达 600 人。值得指出的是，在线路开通初期，由于客流强度低，采用长编组会造成发车密度减小，服务水平下降的情况，因此通常考虑线路近期或远期采用长编组方案。目前，除了昆明长水国际机场旅客捷运系统采用 7 模块浮车型有轨电车以外，国内其他有轨电车线路在建设运营初期均没有直接采用多模块的长编组型式，但在线路条件上预留未来客流增长后采用长编组的条件。长编组还可以采用两车连挂的方式，北京现代有轨电车西郊线在节假日采用两车连挂重联运营的方式，原有5 模块车厢扩展至 10 模块，车辆长度由 32.5 m 增加至 65 m，运力提高 1 倍，见图 7。两车连挂的长编组方式既可以在高峰时重联运行，缓解大客流运输难题，又可以在低峰时独立运行，提高发车密度，改善服务水平。图 7 北京西郊线重联运营短编组是在标准编组的基础上，采用更少的模块与转向架，降低车辆长度，一般采用 23 模块组成，车辆长度 2028 m。通常适用于园区、景区等客流较小的线路，在客流断面较小的情况下可以提高发车密度，从而保证较好的服务水平，如苏州高新区有轨电车 T2 采用 3 模块短编组车辆。张家口太子城冰雪小镇有轨电车采用新型的短编组低地板车辆，该车辆编组为 2 个动力转向架（含司机室模块）和 1 个拖车转向架模块组成，全长约 27.6 m。3.2 超级电容储能供电技术快速发展超级电容满足城市轨道交通车辆快起快停、大功率充放电、安全环保的使用要求，并且符合城市景观要求。国内率先将超级电容技术应用于有轨电车工程,形成 7 500 F、9 500 F 和 12 000 F 等容量等级的产品谱系，2014 年起在工程项目上推广应用。武汉东湖高新区有轨电车采用 48 kWh 的超级电容系统，满足隔站充电的需要，实现“全线无触网，无需站站充”的运营模式。超级电容在使用过程中，由于周边环境中温度、湿度变化，使用过程中电流、电压变化，单体电容组成模组后不同单体间的制造工艺误差等因素，造成超级电容使用寿命降低，储能量衰减，这也导致行业发展初期对于是否选用超级电容技术存在顾虑。统计 2014 年 2017 年开通运营的部分线路中超级电容储能衰减数据，具体见图 8。虽然各线路的使用条件和运行情况各有不同，但超级电容的储存能量变化率基本在 10%，相差不大；同时，从运行里程数据看，运营初期的衰减较大，经过一段时间的运行后，衰减速度趋于稳定，衰减率变化小，满足超级电容 100 万次或 10 a 的寿命要求，证明超级电容在城市轨道交通运营中的可靠性。截至 2022 年底，国内以超级电容供电的线路已经累积达到 300 km。75%的新建线路（2010 年后开工或运营）采用超级电容供电方式。142023 年第 5 期9 6009 2008 8008 4008 0007 6007 2006 8002015 2016 2017 2018 2019 2020 电容：F1 号车2 号车3 号车4 号车5 号车6 号车7 号车5.9%12.4%11.1%10.2%9.4%9.1%8.3%单位：年图 8 部分线路超级电容储能衰减情况图3.3 接触网轻量化发展传统接触网致力于朝轻量化、景观化迈进，更加贴合城市生态环境。成都有轨电车蓉 T2 研发使用新型接触网悬挂系统，在保证安全性、适用性的前提下，提升了接触网的景观化表现，极大地改善沿线景观，达到景城一体的设计理念，见图 9。图 9 成都有轨电车轻量化接触网3.4 弱电系统集成化有轨电车作为地面运行的轨道交通系统，系统设置受到车站安装条件和（低地板）车辆车载设备安装空间的限制。弱电系统集成化改变了其他轨道交通弱电子系统分开设置的方式，实现了车站、车载设备的高度集成一体化。近年来，随着弱电系统集成和大数据等技术的发展，建设统一的综合运营调度管理平台进行运营、维护、乘客服务管理的综合集成模式，成为有轨电车弱电系统建设的主流模式。该模式下，以行车指挥为核心，实现列车运行监控、电力监控、环控、乘客信息、广播、视频监控、自动售检票等弱电系统的集成，将行车调度、电调、信息调、维调等多系统调度有机结合，更好地为行车服务。这种模式有利于提高建设和运营维护的效率，减少运维人工投入，有效推进各大弱电系统之间的综合承载、联动关系，为线路间的互联互通、新线扩容、网络化运营提供了技术基础，近年来成都、深圳等地新建的有轨电车弱电系统均采用该种方式。3.5 轨道路基一体化全装配有轨电车线路大都敷设于既有道路上，施工周期长，施工期间对周围交通运行和居民生活的干扰显著。快速，绿色施工正成为有轨电车建设面临的迫切需求。近年来，轨道路基设计开始探索结构一体化，向着减少管线迁改、降低投资、快捷化施工的方向迈进。在此基础上，进一步发展了有轨电车全轨道路基一体化全装配式技术（见图 10），推进有轨电车绿色施工，提高有轨电车在老城区的生命力，在促进资源节约和环境保护、空间格局形成方面具有重要意义。目前，轨道路基一体化全装配式技术已运用于浙江嘉兴、湖北黄石等项目。钢轨+扣件系统轨道道床路基一体化预制板支承层预制桩图 10 轨道路基一体化全装配式断面图3.6 网络化建设与运营有轨电车运营组织模式主要分为独立运营和网络化运营 2 类。独立运营是指每条线路各自运营，在线路之间进行换乘。如淮安、北京西郊线属于单一交路独立运营模式，苏州高新区属于多交路独立运营模式。网络化运营是指利用互通道岔实现线路之间的共线运营，在固定轨道上灵活组织多条线路的运营方式。沈阳浑南、深圳龙华、武汉光谷、上海松江等均属于这一模式。随着对公共交通研究的逐步加深，越来越多的城市开始以网络化运营为规划设计目标，重视有轨电车的网络化建设网络化运营城市网线比见表 1。由表1可知，内地几个城市复线系数在1.11.6，对比运营已 30 余年的香港屯门轻铁（复线系数2.8），尚有较大差距。在既有工程长度的基础上，有待进一步研究论证增加运行交路的可行性，从而提升运营效益。表 1 网络化运营城市网线比一览表线路名称运营长度/km线路长度/km复线系数沈阳浑南102.663.401.62武汉光谷32.329.801.08上海松江39.230.681.28长春17.512.201.43香港屯门轻铁101.136.102.80程樱，刘静之，荆毅，杨鑫：关于有轨电车设计规划和工程实践的发展与思考152023 年第 5 期4 有轨电车发展建议4.1 坚持公交优先理念，实现有轨电车的网络化 建设运营有轨电车作为 1 种高品质、环境友好的低运能交通系统，与城市交通绿色、可持续发展的理念完美契合。但国内多数城市的有轨电车刚刚起步，以单线运营为主，没有形成网络效应，有轨电车的优势尚未有效发挥。网络化建设运营是发挥现代有轨电车综合效益的必然趋势。在大城市，宜将有轨电车作为大运能城市轨道交通的加密和补充，与轨道交通网络充分融合，共同发挥网络效应；在中小城市，将有轨电车作为城市公共交通系统的骨干，逐步建设形成有轨电车线路网络，发挥其规模效应，并做好与常规公共交通系统的衔接，实现“门到门”的出行目标。4.2 通过控制系统集成化和智能化，提升智慧运 维水平有轨电车控制系统，相比地铁、轻轨可以做大量“简化”。从集成的角度出发，将必要功能系统有效提炼，并横向与其他系统集成；从目标性的角度出发，使系统界面尽量简化，促进运营管理的简化和高效，从而有效降低运营人工成本和维保成本。目前，控制系统设计上对“集成”这一概念较为认可，但是，对于集成的范围、深度和程度还存在较大争议，仅仅做“界面集成”远远不够。随着人工智能、大数据、云存储等技术的成熟与普及，有轨电车控制系统应在智能化高度集成的基础上，向云技术和高速通信相关业务方向进一步延伸、进化，提高服务水平，丰富乘车体验和交互场景，提高获客吸引力，提升运维的智慧化水平。4.3 建立针对有轨电车投资建设和运营的可持续 投融资模式和保障机制有轨电车工程建设和运营成本比地铁低，但高于道路公交，过程中涉及专业多，对于拟建有轨电车的部分城市，仍面临资金不足等问题，制约有轨电车规划的落地实现。“十四五”城市轨道交通规划建设实施方案（发改基础20211302 号文）5中，对于低运能轨道交通系统，明确提出了“建设期项目总投资中的财政资金比例不得低于 80%”的要求。因此，需对项目总投资进行全过程控制，提高财政资金使用效率，辅助政策制定、溢出效益反哺等保障机制。此外，还应积极探索合理有效的新投融资模式。如湖北黄石现代有轨电车一期项目是国内首个获得国际金融组织支持、首个由国家发改委和财政部联合审批立项的项目，工程投资由 3 部分组成：开发银行通过主权贷款提供 57.5%资金人民币，地方财政资金投入 40.0%，企业自筹 2.5%。该项目为政府主导型模式的发展提供 1 种全新、可行的思路。4.4 建立后评估制度，做好有轨电车技术经验总 结文献 5 的规定，运营 3 a 后客流强度不达标的线路要组织专题评估。目前，仅有三亚有轨电车在试运营满 1 a 之际，完成正式运营前安全评估。据此，有必要建立有轨电车项目的定期评估制度，对评估内容和方法形成技术规范；及时开展项目后评估工作，并基于评估结果，对线路运营进行动态优化改善。此外，有轨电车在国内投入运营近 10 a时间，伴随技术升级，产业链完善，积累了丰富经验，对已有项目的成功经验和失败教训进行系统总结，指导新项目的投资、规划、设计以及运营，促进新线建设运营水平提高。5 结语有轨电车作为 1 种高品质的低运能轨道交通系统，是构建多网融合轨道交通网络体系的有效支撑，对于提升公共交通吸引力、实现城市交通绿色、可持续发展具有重要意义。国内城市在规划建设现代有轨电车时，应根据城市的公共交通现状水平和客流需求情况，确定其功能定位，从而提高客流廊道布设的精准性，细化网络化运营组织，逐步建设形成有轨电车网络，提供高效优质的交通服务。构建绿色，智慧化，分层次多模式的有轨电车系统，推动我国有轨电车系统的可持续发展之路。参考文献：1 胡建忠,邢星,马世伟.中小运能轨道交通系统的国际应用对上海虹桥国际中央商务区轨道交通规划的启示 J.城市轨道交通研究,2023(5):157-162.2 中国城市轨道交通协会.城市轨道交通分类:T/CAMET 000012020 S.北京:中国铁道出版社.2020.3 中国城市轨道交通协会.城市轨道交通2022年度统计分析报告R.2023.4 嘉兴市铁路与轨道交通投资集团有限责任公司.嘉兴有轨电车 T1线全线开通运营 J.城市轨道交通研究,2022(S1):131.5 国家发展改革委住房城乡建设部.“十四五”城市轨道交通规划建设实施方案 A.2021.程樱，刘静之，荆毅，杨鑫：关于有轨电车设计规划和工程实践的发展与思考115ABSTRACTSIt proposes a dynamic iterative technical process of transportation physical examination-problem research and judgment-plan preparation-implementation evaluation,a three-layer technical architecture of data perception-digital base-application system,and key technologies such as multi-source data fusion technology,transportation TIM simulation technology,and artificial intelligence deduction technology.It introduces relevant practical cases of digital intelligence technology in Shanghai urban transportation renewal,such as the post-opening evaluation of the North Cross-Channel,the G50 reconstruction project,and the improvement of traffic quality in street public spaces.Keywords:urban transportation renewal;digital intelligence technology;digital base;artificial intelligence;facility renovation;street spaceDevelopment&Thinking on the Design Planning&Engineering Practice of TramCHENG Ying1,2,LIU Jing-zhi1,2,JING Yi1,2,YANG Xin1,2(1.Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China;2.Shanghai Tram Engineering Technology Research Center,Shanghai 200125,China)Abstract:The low-capacity urban rail transit system has the advantages of flexible laying,economic applicability&short construction period,and it is an important part of building a resource-saving&multi-level urban rail transit system.Firstly,based on existing cases in China,the functional positioning of tram is sorted out&summarized,and four major functional orientations are listed,and the design points under each mode are summarized.Secondly,the new models&technologies of tram in construction&operation are introduced.Finally,suggestions are made on networked construction&operation,full integration with advanced technologies such as artificial intelligence,and improvement of post-operation evaluation,which may provide reference ideas for the sustainable construction&operation of tramcars in the future.Key words:tram;low-capacity rail transit;network construction&operation;post-evaluation;116ABSTRACTS planning&constructionResearch on the Application of Static Drilling Root-Embedded Pile Based on Industrialized ConstructionZHOU Xiao-yu1,2,ZHOU Liang1,2,YAN Xing-fei1,2(1.Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China;2.Shanghai Industrialized&Assembled Municipal Engineering Technology Research Center,Shanghai 200125,China)Abstract:Static drilling root-embedded pile is a new type of green&environmentally friendly pile foundation,which has the advantages of low noise,no soil compaction,and less mud discharge.It has been widely used in industrial&civil construction projects.In order to study the applicability of static drilling root pile technology in elevated bridges in the soft soil area of the Yangtze River Delta,relying on the design of the new construction project of Shanghai S26 highway,in-situ&non-in-situ test pile tests are conducted on the test piles.Unidirectional multi-cycle load tests&ultimate load bearing performance tests are conducted on the test piles in the vertical&horizontal directions.Simultaneously,pile body quality control&integrity testing tests are conducted.Combined with the analysis of the test data,the key engineering technical indicators such as the bearing performance,construction performance,and economic efficiency of the static drilling root-embedded pile are analyzed.The results show that the static drilling root-embedded pile is suitable for the soft soil layer in the Yangtze River Delta region,with reliable vertical and horizontal static and dynamic load bearing performance.It has high construction efficiency,clear quality control points,and economic advantages compared to traditional bored piles.The research results can provide a reference for the promotion of static drilling root-embedded pile method under similar soil conditions.Keywords:static drilling root-embedded pile;elevated bridge;embedded construction method;non-in situ test pile;staticdynamic performanceStudy on the Influence of Different Rainfall Levels on the Characteristics of Influent in Large-Scale Combined Sewerage Treatment Plants