CN101134464A - A/b/c组合路线网与轨道交通 - Google Patents
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Abstract
一种寓往返(B线)于环绕(A/C线)的路线网,简称A/B/C组合,适用于各类轨道交通。其平面模式一,节能环保,安全高效,适用于人口稠密的都市及区域公交;以高架挂轨配套,无交错而汇通,A/C线各行其道,无始无终,畅通无阻。其立交模式二、三,更方便快捷,智能运筹城际轨道交通;配以新型轻铁车辆,立交枢纽站,能同时满足众多乘客的最佳选择。其技术特点:(2+6)单向环绕、换道技术,减少换乘,高峰时加长车列,加密班次,提高路效;(5+7)同步抵离、换道技术,方便换乘,提高旅客、列车时效;(3)运行中脱接技术,变相提速,节省停站,一步到埠。无论平面或立交,A/B/C组合都能大大改观人口密集都市或地区的交通现状,并可持续发展。
Description
现行的交通路线不外乎两种:往返线(Back and Forth),简称B线;环绕线(Circular),简称C线。以这两种基本线路交错成网络,免不了平交路口(红绿灯)或立交桥;车速受限,拥堵频繁,挤占绿地,耗能排污。
本发明是一种创新的路线系统——寓往返(B线)于环绕(A/C线)路线网,简称A/B/C组合。其特点是:将传统的往返路线隐藏于若干无始无终的单向环绕路线之中,既分段完成了往返,又免于调头换道。
将都市或区域按交通干道分隔为若干板块,似象棋盘或蜘蛛网。沿每个板块的边缘设置环线车辆,形成环环相靠,而不交叉的格局。当每环上的车辆同时按顺时针方向(C线)行驶时,便与相邻板块C线形成一段往复(B线)。可是都市边缘板块与郊区接壤,没有邻近环线,必须增设反方向的大环城线(Anti-circular),简称A线,才能确保每段路线的往复(图1a-b)。若将每环C线同时改为逆时针方向,则大环城A线变为顺时针,效果相同。
很显然,A/B/C组合路线网特别适用于各类轨道交通;这也符合生态城乡的发展方向。也正是因为其独特优势,A/B/C组合派生出如下轨道交通的新模式和新科技。
一, 挂轨交通——独辟蹊径,反其道而行
既然有别于传统交通,那么在同一层面上A/B/C组合就会与它们(包括行人)格格不入。换言之,最好让另类的A/B/C组合独占一层空间。都市地表的拥挤和地下施工的难度显然机会渺茫;高架似乎是唯一的出路。可是在世界各大城市,高架公路和轻轨早已捷足先登,留下的空档支离破碎。
当环保组织为了少伐森林,呼吁人们将用过一面的办公纸反过来再用时,我们是否注意到高架路桥的反面也可以利用呢?请看上海的高架路已经将这个大都市分割成板块(图2)。稍加改进,我们可以在新一代正反双面高架路桥的底部,设计安装双挂轨轻铁(以下简称双面高架和挂铁,设计1,图3a)。钢筋混凝土挂轨与横梁整体预制,再加角钢包边;横梁须加强,承担上下重力;立面镂空,通风透光,便于维修路轨等。车轮朝天,嵌入双轨之间,就像正路面车辆的倒影。每节车厢须独立配备动力和驾驶室;前后门垂直,具有磁力或机械接驳、脱离功能。根据东亚城市的人口密度,车厢长度宜在大巴与地铁之间,每节2-3对自动门。也可按挂轨弧度,软接2-3段为一节车厢。每列挂铁1-5节不等,随客流量机动。在亚欧美大陆城市设计为右行,配合上下两层交通流向;中程中速,取代市内大部分燃油公交;配套接驳地铁、长途汽车(含出租车与私家车)、铁路、机场、码头等(图4、图7)。
传统高架路大都建在经常塞车的主干道上,所以双面高架的正反面交通不仅志同道合,而且同靠右行(英、日、港澳...则同靠左行),互补客源。在各枢纽站设置楼梯或电梯,高架正路面设大巴、小车停车站,立体停车场或升降机,;在预留地面交通的高度设置挂铁站台,并连接周边的商场二楼。
如此一桥两用,上下互不干扰;也许只有武汉,南京长江大桥可比。不过它们是双层桥,都市的空间谁更适宜呢?高架桥的跨度取决于横梁的长度;横梁的长度又与高度成正比。双面高架不仅比双层高架少了一道横梁,还节省了横梁加车轮的高度。挂铁将车轮藏在无人问津的角落,腾让出的却是黄金空档。对于桥下地面交通,尽管限高雷同,双面高架在挂铁暂停时,可通过超高两米的车辆,如游行彩车、深夜的大货车;而双层高架只好多建升降桥了。还有:外观及乘客的视野,结构与造价,噪音和油污......仍是双面高架占优。可以预测,能在长江大桥加塞第三层的,也非挂轨莫属。
其实,挂轨运输并非无人尝试。工厂的行车,家居的拉门都属挂轨。可惜它们的路线都是往复穿梭,局限于单轨1-2车,或双轨2-4车。正如能造卫星的国家多,而能将它送上轨道的国家少;挂车容易,调头、换道难!地心引力无处不在,不管你是趴着,还是挂着。A/B/C组合使上述问题迎刃而解。因为所有挂铁都在A/C线上绕自己的圈,根本无须调头换道。
由此可见,A/B/C组合与挂轨交通唇齿相依。前者将后者从死胡同引上了阳关道;而后者又为前者在都市丛林中挤出了专用舞台。合理设计A/B/C网络,精心研制挂轨车辆,可以大大缓解拥堵,改观都市的交通秩序;能够取代大量燃油车辆,促进环境保护,和谐社会与可持续发展。
二,安全高效——以巧见长,稳中求快
首先,挂轨交通的另类层面,基本排除了与正常交通(包括行人)的碰撞磨擦;只要精心设计制造,便可天马行空,悬而不玄。其次,重力作为挂轨设计的大敌,反过来又防止了出轨或脱轨,提高了安全性。其三,雨雪雷电及其引发的意外事故经常影响正路面交通;反路面的挂轨反而是全天候的,风雨无阻,连站台都享有免费顶棚。
提速可以提高运力和效率,但同时提高了车、轨条件和风险,增加了噪音。随着技术的发展,挂铁也会逐步提速;不过,A/B/C组合更重视稳中求快; 还将率先发展更多轨道交通的新科技,让其它列车系统望尘莫及。
例如技术(2):鉴于A/C线都是单向环绕,永不相交,甚至没有始发和终点;就像繁忙的溜冰场,只要大家保持同向同速,既安全又能充分利用场地。在上下班高峰期可以成倍地加长列车,加密班次;直到占满过半路轨,而毋须担心拥堵。 A/B/C组合挂轨的有效使用率(地效)显然高于地铁和轻铁。经常塞车、欲速不达的地面干道更没法与之相比,因为挂轨以其百分之几的占地,便按部就班地反超其客运量;上演了现代版的龟兔赛跑。
还有技术(3):让列车在运行中脱离、接驳。即将到站的列车在运行中脱离尾部车厢,过站后再接驳运行中的上次遗留车厢;下车乘客提前移往尾部;继续旅程者则不断移往前部,节省停站时间,一步到埠。如果地铁用100公里时速,平均90秒驶完一站路程,再停站30秒;那么使用技术(3)只需75公里均速,就能同时驶完全程。
如每次脱离,接驳的车厢数相等,列车长度不变;繁忙时少脱多接,列车加长;空闲时多脱少接,列车缩短。注意:挂铁不必换道,并不意味着不能换道。为了增减挂铁车辆,每条C线至少设置一处吊挂换道装置(设计4,图5),通常在与A线交会段;而挂铁总场也设在A线上,便于同时更换,增减各C线车辆(图6a)。
火车已跑了两个世纪,技术(3)却难以采用。关键在于:站距,车速,道岔,调头......诸多变数,风险莫测。而对于独占一层面,自成A/B/C体系的列车,只要等距离设站,统一车速,辅以计算机联网操控,运行中接脱便指日以待。(技术5)若再将所有A/C线车速,站距均等,统一时刻表;就可让各方向列车同步抵离站台;方便了三岔,四岔口......的旅客换乘(图6c)。尽管在运行中抵离站台,列车也必须遵守统一时刻表;所以各站各列车的脱接也大致同步;间隔2-3分钟,便不会追尾。有趣的是,T字、十字站的乘客会自然选择前门下、后门上,在站台上合理循环。旅客与列车的时效相辅相成,与现行公交“人等不到车,车揽不到客”形成鲜明对照。
随着挂轨换道设计(4)的发展和完善,将C线改进为:(技术6)单向分道连环(图8a);兼顾右转乘客,减少换乘。在A/B/C组合条件下,换道也采用技术(3),到站和换道的乘客都移到尾部车厢,运行中脱离、停站、换道......由于挂轨换道较正轨慢,岔路口...各方向挂铁的换道也必须同步进行(技术5,图6b)。在繁忙时段则同步改回主线;支线车辆同时应变为拉门式往复(图8b)。在经纬格局都市中,这种可变支线多为一字形或L形。背靠背的L支线可以少绕弯,并互补为往返B线(图7c,8c)。
单向分道连环技术(6)还为复式A/B/C组合(模式一,图1c)创造了条件。在环套环、蛛网格局的都市,可用内环A线兼作外环C线;只设最外环A线即可。鉴于每个外环都大于内环,要保持技术(5)同步抵离站台,有三种选择:a)增加外环C线环数;b)增加外环C线上的车辆;c)加大站距,同时提高车速,保持同步抵离(技术7)。考虑到外环人口密度递减,而直道加长,乘客对速度的企盼值递增;选择技术(5+7)是非常明智的。
三,节能环保——人性化管理,可持续发展
在全球提倡环境保护、绿色城市的今天,A/B/C组合挂轨响应了发展公共轨道交通的呼吁;以低污染,零排放改善、促进了都市公交;利用高架路桥闲置底部,大大节省了造价;几乎不占绿地,只用3-4m的夹层空间,节约了更为宝贵的土地和环境资源。
挂轨比地铁成本低,工期短;挂铁较大巴载客多,班次密;就连供电缆的安装也比有轨,无轨电车简易、安全。在繁华的闹市区,挂铁可以取代燃油公交,降低污染,腾出更多步行街,露天广场,非机动车道;节省了隔离栏、红绿灯和交通管理人员。
当前,全球的城市化发展突飞猛进。A/B/C组合本身可以伴随城市扩张,不断增加新板块C线,扩延反向大环城A线(图7a)。而原段A线并不浪费,只是改入新C线。对于都市内的古迹保护区,市郊的森林公园,旅游胜地也能和谐相辅。只要度身订造一环C线,便能有效围护(图4a-b、图7b)。
挂铁路线的规划应重视直线,优先远程,甘当(地铁、长途公交)配角,互补客源(图4,7)。挂轨建设一般首选既定的高架公路。但在中心区、闹市区,环保又高效的挂轨宜先行施工、运行,预留上层公路。毕竟高架路桥是自下而上建筑的。
即使对居住郊外的自驾者们,挂轨网络也能给予人性化安排。在各枢纽站设置立体车库,链接高架路,挂轨站和地面街道;让司机们根据路况,避免塞车,选择换道或换乘公交。
大小形状各异的C线(含可变支线)板块内,还要因地制宜配套细小支线或子系统(图4a-b-c)。同一层面上可以设置单挂轨,运行较小而慢的短途车辆。设计(8,图3b,)是以工字钢为单轨,由齿轮链条、纤绳牵引的四座、八座小型挂轨车辆。其优点是:环线挂轨可被100%利用;站台也无处不在。缺点是:由齿链机统一控制全线,速度不快,停站不少。 若改为蓄电池动力,须配置无线电遥控;以便调度空车,控制过快、过慢车辆。 如兼备两种动力,可以将纤绳设为活扣,在客流高峰期挂扣,开机运行前者;平时则脱扣、停机使用后者(图10a-b)。
在同一挂轨上,也能采用人力,行驶蓄电池助力的自行车(设计9,图9a);因无需龙头,二人对坐,只须一对加长(或双层)脚踏(图9b)。该车加设顶棚、车厢,以及老幼座位可以用于全系统。 当工字轨及两边夹轮较小时,应增加一个下轮变通驱动(图9c)。
在世界各大城市,除航空以外,基本有三大层立体交通:传统的地面及水面交通,地铁及地下隧道,高架路、立交桥及空中缆车。在香港颇为普及的串楼走廊、过街天桥(以下简称廊桥)多数有空调、隔音设施;与地铁、大巴站,室内商场(Mall)串联,环境优雅。虽然只多了半个步行层,却让人们川流不息,不可或缺。未来的挂轨站正处于同层高度,可以无缝连接。
无论单、双挂轨都需要相对平面。而将起伏自如的缆车引入都市,既可与挂轨站平接,又能在条件许可的站台立交(图4c,10d)。这对于地势起伏的游览区(图4a),带廊桥的闹市街区更为实用。当然,缆车厢和站台须加以改进。设计(10,图10c)改进缆车为纵向单列,座椅可旋转90度,便于侧面上下;并改进自动扶梯或扶道用作上下客站台,将自动扶手改为右高左低,并与缆车同速,方便乘客上落。用于上下廊桥,缆车还能兼任自动扶梯,但别疏忽了在廊桥下适当安装压缆绳的轴轮(图10d)。
四,立交A/B/C组合——智能化运筹,前景无限
对于城际轻轨交通,平面复式A/B/C组合(模式一)同样适用;只需按国际常规改为左行。 由反面挂轨转正面路轨,又摆脱了都市经纬向街道的制约,单向环绕、分道技术(2+6)可以更轻易,广泛地采用(图6c)。以长三角地区为例:(图11)沿太湖设内环,沪—宁—杭为二环,沿江、海再三环......该模式避免了绕小圈,但“之”形支线弯道仍较多,仅能保持主C线(通常绕狭长圈)方向的相对直线。在经济发达,市镇密集的平原地区,有必要,也有条件因地制宜,研发立交A/B/C组合路线网。
请注意:在立交条件下,绕个8字只是一个圈而已;A/C线可能不再有大小之分,改为逆时针(Anti-Clockwise)和顺时针(Clockwise)更便于理解。由平面到立交,A/B/C组合模式二(图12b)有了长足的改进。
若以A/C线立体环绕设定区域,而从A线延伸出若干经向B线,再从C线延伸出纬向B线,构成方格网状(图12a)。考虑到轻铁的高速、长程,该模式重视直线、减少换乘,以区间大循环优越于平面模式一;同时保留了单向环绕、转向的(2+6)技术特色。不足的是:a)一旦圈定A/C线,无论向内补充,还是向外扩展将更为复杂;b)当一条B线发生故障时,左右邻线的循环都要受影响。
为此,修正技术(2+6)为半连环,或机动连环;变通模式一的无始无终为多始多终,改为一端甚至两端机动掉头;使各B线独自往返,也给外围延伸,连接邻近区域的轨道交通留下端口(图12b)。必须强调:A/C线外围各换道口,进出车辆是基本平衡的;端口站同时也是枢纽站。广义理解:a)掉头也是继续环绕;b)当邻近区域也采用A/B/C组合时,A/C线的环绕仍然无始无终,只不过更加复杂而已。
在此基础上,循序采用技术(5+7+3)。尽管城际列车很难实现等站距条件,还是应当精心测算,合理设置枢纽站;将各站间距离控制在一定范畴(如30-40公里)。然后统一时刻表,让各枢纽站各方向列车同时(如XX:00,20,40)发车;借助于计算机网络控制,以变速(90-120公里/时)或增减小站的方法;在20分钟左右,同步抵离下一枢纽站。如此,各枢纽站各方向来车也同步抵离,并停站约18分钟,方便换乘。早晚时段客流较少,可以统一延长发车间隔时间,减少班次(如:XX:00、30,均速60-80公里/时),改短车列,暂停运行中接脱(技术3)。反之,高峰时段则同步缩短间隔,增加班次(如:XX:00、15、30、45,均速120-160公里/时;甚至:XX:00、10、20、30、40、50,均速150-200公里/时),加长车列,减免中途小站。
为了适应上述,必须设计A/B/C组合新型高速列车。每节车厢(或连体两三段)都兼机车,具备动力、驾驶和磁力或机械接脱功能。车底中央加齿条,配合站台爬坡动力齿轮。为了保持流线形车头及驾驶室方向,前门采用卷闸门(设计11,图13);调头站的路轨设置应为:Y型,环型,或蝶型(图14a)。
A/C主环线上各T字换道口,除了按枢纽站距设置外,更宜建成仿十字站(图14a)。理由:a)保持同步抵离、脱接、换道;b)便于向外延伸发展;c)兼顾市内公交。在正轨立交条件下,各十字(四岔)路口枢纽站均可采用单向分道(技术6,图14b),让四方向停站列车同步换左道,在四个直角空档各设两条弧形换道支线,其间设弧形站台;视支线长度、备用(增减、更换)列车数量及维修需要,可在外侧增加支线。
单向环绕、换道技术(2+6),同步抵离技术(5+7),运行中脱接技术(3)都将智能化。计算机程控网络遍布各列车驾驶台、前后门,各大小站台、道岔、升降机、车库......每到一个十字枢纽站,不同乘客可以选择:a)移往前部车厢,免停直行;b)移往尾部车厢,下车;c)留在尾部车厢,左转;d)下车转乘,右转;e-h)往四个不同方向,上车。
考虑到冲积平原多为三角洲,人口密集、市镇星罗棋布。模式二经纬十字B线为四方向,只适用于象棋局(方格);对于跳棋局(三角,六边形),A/B/C组合必须再建立模式三(图12c)。增加了一对B线,共计三对线、六方向;我们姑且称之为:横(或竖)、撇、捺线。
立交模式三的设计更加集智广益。被包围在立交三对路轨中央的三角形、六方向枢纽站(设计12,图14c),六方来车同步钝角左转,停在三高三低六个空档;六档各设两条弧形换道支线及站台,其中内侧一段设为可水平调向升降路轨,与地下环形车库衔接;三个低位站台前方路轨中央,设置助爬坡动力齿轮。届时,该站旅客将享有每10-30分钟12种选择,比十字站多出50%。如条件许可,将地铁站、小(出租、私家)车站,长途大巴站,甚至直升机停机坪......都组建在一起;创下世界之最。
凡符合站距条件的双向站也应按枢纽站设定时刻表,确保路网全局有条不紊。在合适标准站距的乡野,可以建设新市镇。这与国际上的TOD,交通导向发展,不谋而合。都市一小时经济圈、生活圈将成倍扩大。 驾车族、公车群则大大减少;人们会更多选择环保、安全、便捷的轨道公交。
总之,A/B/C组合的各模式、各项设计和技术是互动互补,相辅相成的。它们是安全高效的关键所在;也共同体现了A/B/C组合的独特优势。
A/B/C组合路线网还适用于区域交通(如旅游区/图7b、保税工业园、大型机场),户内运输(如生产线,邮政)......甚至待开发的领域。在未来的实践中,A/B/C组合思路将继续发展和完善,不断派生出更多的新科技。
附图说明
图1,a-b)A/B/C组合路线网示意图;
c)复式A/B/C组合,平面模式一示意图。
图2,上海市区现有高架路概况。
图3,a)双挂轨轻铁侧视、正视图;
b)单挂轨小型车辆正视、侧视图。
图4,深圳市中心区地铁、挂铁路线示意图;a)莲花山公园。
图5,挂轨换道装置示意图。
图6,a)T字、十字路口,挂铁站台示意图;
b)T字路口换道示意图;c)A线与各C线换道示意图。
图7,南京市中心区地铁、挂铁路线示意图;b)玄武湖公园。
图8,单向分道连环示意图。
图9,挂轨自行车及脚踏示意图。
图10,a)齿轮链条牵引,b)蓄电池动力单挂轨车辆示意图;
c)都市缆车与自动扶梯站台示意图;
d)都市缆车起伏于廊桥,或立交示意图。
图11,长三角城际轻铁采用复式A/B/C组合(模式一)示意图。
图12,b)A/B/C组合立交模式二;c)A/B/C组合立交模式三。
图13,新型轻轨列车侧视、正视图。
图14,a)仿十字枢纽站示意图;b)十字枢纽站,可满足20种
乘客需要;c)*形枢纽站,可满足30种乘客需要。
Claims (10)
1.一种寓往返(B线)于环绕(A/C线)的路线网,简称A/B/C组合,适用于各类轨道交通。其平面模式一适合人口稠密的都市及区域公交;配套设施(1)双挂轨轻铁,(4)双面高架路桥,(8)挂轨换道装置,(9)单挂轨及车辆,(10)新型缆车与站台。其立交模式二、三可以智能运筹城际轨道交通;配套设施(11)新型轻铁车辆,(12)立交枢纽站。其技术特色有:(2+6)单向环绕、换道;(3)运行中接驳、脱离;(5+7)等速等站距,变速约等站距,同步抵离、脱接、换道。
2.根据权利要求1,并与其模式一配套的设计(1)双挂轨轻铁;其特征是:车轮在上,倒挂行使,每车厢(含软接连体)配备独立动力、驾驶室;除侧门外,前后设自动门,具有磁力或机械接驳、脱离功能。
3.根据权利要求1,2,并与其配套设计的(4)双面高架路桥,其特征为:正反两面两用,互不干扰;桥底横梁加强、镂空,设置配合(1)的挂轨及电缆;在预留地面交通的高度设置站台,并平接周边的廊桥及二楼商场;在枢纽站设楼梯、电梯和立体停车场,高架正面设停车站;在必要处安装设计(8)挂轨换道装置;其特征是:吊挂移动,以多横梁固定轨距,允许双轨适度弯曲、伸缩。
4.根据权利要求1,2,3,同样以环线挂轨运行,衔接高架站台的配套支线;其特征为:(9a)工字或槽型钢单挂轨,4-8座小型车厢;双动力:机动齿轮链条加活扣纤绳,带无线遥控的蓄电池电机;(9b)以工字钢为单轨、蓄电池助力的倒挂自行车,2-4人对坐,只需一副加长脚踏。
5.根据权利要求1,2,3,同样以环线悬挂,可起伏运行,平接或立交高架站台的,新型(10)缆车与站台;其特征是:改进缆车为纵向单列,座椅可90度旋转,侧面上落;改进自动(扶梯、扶道)扶手为左低右高,并与缆车同速,设为站台。
6.根据权利要求1,并在其条件下派生的技术(2+6),其特色为:单向(小转弯)环绕、换道,无始无终,可以成倍加长车列,加密班次,提高运力和路轨利用率;既重视直行,又兼顾换道乘客,减少换乘。
7.根据权利要求1,6,并在其条件下派生的技术(5+7),其特色为:统一时刻表,等速等站距,变速约等站距,保证各枢纽站、各方向列车同步抵离、换道,方便换乘,提高列车与乘客的时效。
8.根据权利要求1,6,7,并在其条件下派生的技术(3),其特色为:列车到站不停,只脱离尾部车厢;过站后再接驳运行中的上次遗留车厢;下车乘客提前移往尾部,继续旅程则移往前部,节省停站时间,一步到埠;停站车厢也有充裕时间上下客。
9.根据权利要求1,并与其模式二、三配套的新型(11)轻轨车辆,其特征是:每节车厢(含软接2-3段)独立配备动力和计算机程控的驾驶室;除侧门外,前后设磁力或机械接驳、脱离装置及自动门;为保持流线型,车头采用卷闸门,车尾适配车头造型;车底中间装齿条,配合站台爬坡动力齿轮。
10.根据权利要求1,并与其模式二、三配套的:设计(12a)四向(十字)立交枢纽站,其特征是:四方来车同步小转弯,停在四个直角空档,各档设两条弧形支线,中间夹站台;设计(12b)六向(*形)立交枢纽站,其特征是:六方来车同步钝角小转弯,停在三高三低六个空档,各档设两条支线夹一个站台;三个低位站台前方路轨中央装动力爬坡齿轮;内侧六支线可换道延伸至双层环形车库,并设升降机连通上下层。
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