CN101654106A - A(b)c组合轨系与应用模式 - Google Patents

Abstract

一种以A(B)C环线组合为一体的轨道交通系统；其特征在于：将往返双B线与环绕A/C线分解、重组、互补，便能寓往返于环绕，免于调头换道；从而加密车次，避免拥堵，节约资源，成倍提高运力和效率。其平面模式一，立交模式二、三，兼容模式四、五，适用于都市单轨、地铁，城际轻轨等，能多快好省地改善人口密集地区的轨道交通，并可持续发展。

Description

A(B)C组合轨系与应用模式

轨道交通的路线结构和搭配合成轨线体系(Track System)，简称轨系。世界既有轨系以往返线为主。铁路基本为树状往返轨系，由主干生出枝丫末梢。往返线适合构建“走廊”，直达效果好；但至少有两个始发终点站，列车必须调头(双头车首尾调换)换道(Switch，又译转辙)。环线始于都市公交或游乐场，用于地铁、轻轨、高架单轨等。封闭环线无始无终，单头列车无须调头换道(简述为环线优势)，却难免绕道之嫌。所以都市捷运(如地铁)轨系通常采用多条独立往返线成放射状集散客流，辅以一两条环城线作周向串连。

若将往返双线B与环线A/C分解重组，即可革新为A(B)C组合环网：

B线(Line B)——Back-and-forth往返，(B)——隐形的往返；

C线(Line C)——Clockwise Circle顺时针环绕；

A线(Line A)——Anti-clockwise Circle逆时针环绕。

将都市或区域圈以顺时针大环C线，圈内以交通干道分隔成若干板块；类似于象棋盘或蛛网。沿每个板块的边缘设置逆时针A线；便形成了圈内环环相靠而不交叉的格局。当各A线上的车辆同时按逆时针(Anti-clockwise)方向行驶时，便与相邻A线形成一段往返B线。在都市边缘则与顺时针大外环C线(Clockwise)互补往返。

A(B)C组合为网状轨系，以环线为主(可达百分百)；而往返B线若隐若现于若干无始无终的A/C线之中。所以我们将B加上括号，居中于A、C。如此，各环列车既分段与邻线互补往返，又免于调头换道；从而增长车列，加密班次，避免拥堵，节约资源，成倍提高运力和效率。

从环线结构与功能来看，图1将传统的“环套环”革新为“环靠环、靠成环”格局。长环A线既保持进出城直达往返，又享有环线优势。在同一层面无立交，以“内环+长环+外环”构成典型的A(B)C组合轨系平面模式。

就路轨类型而言，地铁造价高、施工期长，虽有“大动脉”之誉，缺少“中小动脉”配套也难以覆盖全盘。平面模式(简称模一)最适宜中运量高架单轨(Monorail，又分悬挂、跨坐二式)；配套于地铁。北京市民多数在二、三环上班，居住却在四、五环外，数百万人每日通勤朝聚晚散，高峰时段拥堵难免。世界各大都市都有类似难题。图1轨系针对主要矛盾强化集散交通，为北京量身订做的双面高架路网，具有显著优势如下：

1)挂轨与跨轨均难于换道(需10s)，而环线组合免于换道，正好为其避短；

2)高架独享一层2-3m空间，模一另类轨系与传统交通互不干扰，方可扬长；

3)挂轨与高架公路志同道合，才能一路两用节省用地，降低造价，缩短工期。

4)路网虽庞大，却可向外扩建，对内分环(图1a/d)，逐片连环，持续发展；

5)高架恰好围护了中心古城区和周边园林(图1p)，尽少影响景观，集约环保；

6)挂轨电车安全便捷，可取代燃油公交，减少私家车，节能减排，改善空气；

7)环线优势派生若干新科技，使得同等路轨资源的运力和效率成倍提高。

在A(B)C组合轨系中，大小不同、形状各异的A/C环线既单向环绕(Uni-Directional Circle，缩写UDC)，又与多边邻线擦肩而过，互补往返。这种各自为环，组合成网的格局，减少了交叉堵点，增加了流通汇点；有效均衡地段峰谷，疏导人流。比较传统的往返轨系，各A/C环线可成倍加长车列，加密班次(如1min)和站点(如500m)，而不必等候换道或担心尾大不掉。

环轨列车好像棒球运动的跑垒，各垒球员同时起步，也几乎同时踏足下一垒。利用挂轨的独享空间等距设站，统一车速，便能让各站、各方向列车同步运行(Synchro Operation at All Stops)，简称SOAS技术。设图1二至五环10km，最低车速30km/h，那么最多20min驶完全程。若列车长50m，安全间距50m；那么路轨利用率可达50％。不知现存路轨的利用率能否达10％上下。

当然其中漏算了停站时间；确切地说是“忽略不计”。因为列车可在运行中脱离、接驳(Separate/Connect On Moving，简称SCOM技术)；到站不停，只提前甩脱尾部车厢，过站后再顶接运行中的上次遗留车厢。下车乘客提前移往尾部，整车厢靠站，上下客时间充裕(近1min)；继续旅程则不断前移，过站免停，一步到埠。比较整列逐站停靠，采用SCOM技术只需个别车厢轮流靠站；主列则边脱边接，不停环绕，周而复始。此一举有三得：

1)节省了多数车厢连同乘客的能耗和时间，加快全线运行；

2)即使某一环故障，延误一班仅1min；不至于影响周边环线和全局；

3)各站台的长度、占地(空间)和造价也节省了大半。

图1设计的北京长环A线纵连二至五环(图1b)，客流必然近二环密集，向五环逐步稀疏。站点的设置间距也可以逐渐增长(如750m)，车速相应加快(如45km/h)，维持各站同步抵离。辅以计算机程控，变速不等站距，维持SOAS。

由于早高峰进城热、出城冷，晚高峰相反(朝聚晚散效应)，长A线半环冷、半环热。因同步设计，停站车厢的时间宽裕(近1min)，可满足“热站”乘客下空上满的需要；而“冷站”时间过剩。若按1∶1-2间隔设大小站，当列车回转客流骤减时，主列加快(45km/h)，尾部车厢跳停大站；停站时间减至10-20s，富余70-80s自行1-2小站。SCOM+尾厢兼停小站，可将“冷半环”的运行时间腾挪给“热半环”，有效化解拥堵，平衡聚散效应。

有得自然有失，模一轨系优化了图1各长环线与二环A线、五环C线，却将二环C线和五环A线分为若干段；三、四环线交通也难以兼顾。解决办法：

1)将挂轨T字站设于二环地铁站之上，互补客源，方便换乘；

2)如内环没有其他便捷交通，可在图1虚线处增设C线，与A线互补往返；

3)挂轨或跨轨不必换道、平交，并不意味着不能换道、平交。

在图1外环三线交会的T字路口设置两处吊挂换道装置；将各A线改进为：单向分道(Uni-Directional Branching，UDB)连环；兼顾直行乘客，减少换乘。由于挂轨换道需10s，各T字站各方向挂列的换道也采用技术SOAS+SCOM，到站和换道的乘客都移到尾部车厢，运行中脱离、停站、换道…同步进行；技术SOAS+SCOM+UDCB融会贯通，一气呵成。

至于三、四环与各长环线平交路口可设计锅盖状转盘(图2x/y)，在正圆形槽内作90-120度旋转；用于十字、Y形路口平交(图1x/y)，间歇通过4-6方向列车。补充挂轨或跨轨平交能够保持更长程直线，兼顾交叉线。即使局部、间断恢复红绿灯，挂轨A(B)C组合仍具有良好的机动性。在高峰时段暂停换道，保证主线畅通；三、四环车辆应变为拉门式往返(图1s，仅标出1环某段)。平时则分经纬向同步，交错通过路口。如：1、3、5…分，经线双向链接；2、4、6…分，纬向往返通过。

挂轨或跨轨转辙、平交装置还有助于调度、增减、更换车辆；针对峰谷客流调整运力。相比传统轨系的不断提速，A(B)C组合更注重技巧：减免停站则变相提速；加长车列、加密班次更稳中求快。

郊区或城际轻轨少了楼宇街道的制约，又享有立交和分道之便；传统轨系似乎够用了。A(B)C组合又有何革新与优势呢？

1)首先以网代树(状轨系)，将区域(如长三角，图3)边缘围上A/C双线，让贯穿区域的单头(Uni-direction)列车绕进转出；禁免双头(Bi-direction)列车的调头换道往返。

2)圈内往返双线纵横撇捺，尽量取直线串连市镇，立交成网；在各市镇十字(图3-m2)、星*形(六向，图3-m3)交叉点设立交枢纽站。

3)边缘或区内的T字、Y形、五向交汇站，均改为十字、星*形(图3-tm2/sm3)；增设双线作Y形、环形或半蝶B形转头(图3y/o/b)，多设站点保持与其他3-5对线同步，又兼顾市内交通及周边发展。

尽管城际列车很难实现等站距条件，但是合理设置枢纽站(如：镇东或镇西可相差3-5公里)，仍可将各站间距离控制在一定范畴(如30-40公里)。在乡野适合标准站距的交汇点可以建设新城镇(图3a)。站距差异可借助于计算机程控，以变速(90-120km/h)或增减停小站的方法，确保同等间隔(如20min)同步抵离。

上述措施为无始无终的环绕优势创造了基本条件，列车均衡布局，有序接力，SOAS+SCOM+UDCB系列技术得以广泛运用和充分发挥。立交与平面模式显然不同的是：A/C线已难分大小内外，环绕也是广义的，绕出区域再绕回也未尝不可。

在每个十字立交枢纽站(简称模二m2)，四方向停站列车同步换左道，在四个直角空档各设两条换道支线，其间设弧形站台；视增减、更换机车及维修需要，在外侧增加支线。各方向的旅客可以选择：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；加上离站客e)上车。四个方向合计，共20种选乘。

比较传统车站，A(B)C组合枢纽站密集了班次而非车道，因为没有滞留列车；候车室和站台分方向，无须太大也不必又多又长。比较动车组班次稀、停站少(沪宁之间只停1-2站)又短(1min)；A(B)C组合列车不仅方向多、班次、停站密、机动免停一步到埠，而且上下客集中、停站充分，人/车/路的效益相得益彰。

六方向枢纽站(简称模三m3)无论建站规模与交通功能都大得多。虽然只增加了一对往返线，却有三处立交，六室候车。六方来车主列同步直行通过；尾厢同步钝角左转，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；视增减、更换列车及维修需要，在外侧增加向左换道的支线。该站旅客每班次(10-30min)享有42种选乘，是十字站的两倍多。

当然，自然地貌和历史形成的市镇布局并不规则，m2象棋局、m3跳棋局，乃至乱局交织。模二、模三同属A(B)C组合范围最广的立交轨系，也得因地制宜交织在一起；只需保持偶数路口，可进可出，有来有往。

巴黎的地铁METRO与郊区轻铁RER各管一段，分头设站。采用A(B)C组合轨系的地铁与郊铁(含城际轻铁)却能无缝整合，并轨兼容(模式四)；这样既避免重复建设路轨、站台等；又方便旅客出行，减少换乘。

首先将地铁与郊铁列车统一标准(长宽高、轨距、门距、电缆…)，让所有的路轨及站台兼容；供电缆偏移至右上方；各上下客侧门标准化，并与各站台、幕门吻合。列车改为单向行驶，前后门自动脱接，并自备动力、驾驶室。考虑到地铁客流量大，每节车厢可设为2-3段软接连体，占地铁站台1/3-1/2长度为宜；座位的设置根据长、短途需要各自保留，也便于乘客识别。

设计或既有地铁为经纬立交十字，贯穿东南西北至郊区转为地表或高架，共有四个终端；郊铁借壳设四个始发站，路轨向四方延伸。增设A/C环城双线，与四站立交(图4a，简称模四)，；环线外侧C线供郊铁单向环绕、换道；内侧A线供地铁单向环绕，四进四出隧道，看似四小圈，实则绕一大圈。

模四轨系的特色是内外有别：地铁只限于A线上行驶，内环可大于外环，单环既免调头换道，又可“自补自”往返。郊铁补充外环C线，又机动换道。城、郊轨系无缝链接，互补环城线往返。

借鉴模二的十字枢纽站UDCB技术，只要统一地铁与郊铁的停站、车速和班次，便可让郊铁穿城而过。设：地铁每5min过一班车，郊铁则15min一班；那么：每刻钟过两班地铁、一班郊铁。在地铁路段，郊铁完全充当一班地铁，同速同站；方便了进出城的旅客于各地铁站直接上落。

郊铁入境随俗，必须执行地铁时刻表，出境则恢复郊铁时刻表；可谓平稳过渡。反之，在百万人口以下的中小城市，郊铁可先入为主，将穿城路段潜入地下；伴随绕城线发展再让位于地铁。采用上述组合轨系，各兼容站台只需现在的一半长度(2-3节)，又可节省用地，降低成本。

SOAS+SCOM技术同样适用于模四；只需在列车(6节车厢)分段时考虑地铁站台的长度及东西、南北枢纽站之间的站数。若站数成双，地铁采用“3+3节”脱、接；若站数为3的倍数，则用“2+2+2节”。郊铁进城时分为三段(3+3+X，或4+2+X)，首段直行免停，顶接上次留站2-3节车厢进入地铁段；中段2-3节直行停站；尾段X节进站前由列车尾部脱离，单向换道左转上环城C线，到左侧或右侧枢纽站再分换道左转，等候会合穿过市区的郊铁。

无论都市既有或规划地铁轨系是双十字、星*形(图4b，2A线6终端)，还是井字(图4c，3A线8终端)等不规则格局，城郊的终点站都会成对增加。只要用环城线串连起所有城郊枢纽站(树改网)，酌情增设逆时针环绕A线，同样兼收并蓄。注意，环线或一头在外的往返线不在此列，保留为换乘配套轨系亦可和睦共处。

纽约的地铁为了兼顾长短程旅客而设快慢线；快线只停区间大站，加快旅程；慢线则多设站点(间隔约500m)，缩短人们的步行路程。不过，将往返双线改为快慢四线，也增加了占地和造价。亚洲都市的条件很难相比，即便在地下，两旁高楼的基桩也没给地铁留多宽的空间。

若将模一叠加于模四，可成就并隧兼容轨系模式五。将挂轨引入双面隧道(图5)的顶部，让挂鉄与地铁背靠背行驶，同向同线。隧道的造价昂贵，主要在宽度，而不在深度。将挂铁及站台叠加于地铁及站台之上，节省了宽度空间；将隧道挖深，立柱加高2-3m的成本则很有限。此举一遂两用，既兼顾长短快慢旅程，又可节省用地和造价。

挂铁速度较慢，又位于隧道上半部，离地面更近；宜加密班次，多设小站(500m内)，地下连通街区；方便路人居民，还让沿线更多物业升值。地铁只设区间大站(2-5km)，可加长车列，运量更大，速效更高。

注意：若按模四轨系，挂轨出隧道时在地铁之上，左转后则绕到高架路下；挂轨比正轨弧度大，坡度小(图4d)。高架外侧须增设环城挂轨C线。如果同城双面隧道、高架的挂轨联网，宜自成半蝶形A线(图4e)绕回隧道；全城挂轨统一标准，模一、模五A线互补往返，共用大环城C线。如此，模五不仅成就了快慢线互补，还融合模一完成了挂轨立交与多轨系协调。

从模一到模五，无论挂轨、跨轨或正轨，平面、立交或兼容，A(B)C组合轨系魅力初现，蓄势待发。交通科技日新月异，变革百年轨系正如水到渠成。A(B)C组合的核心理念其实颇为传统：路线才是纲，纲举目张。

附图说明：

图1为“内环+长环+外环”的平面模式示意图，p为古迹或园林绿地保护区，t为T形站点，a为外扩环线，d为内分环线，b为长环及大小站设置，x为平交换道转盘设置，s为高峰时拉门式往返路段。

图2为挂轨平交换道装置——锅盖状转盘示意图，其中x1/2用于十字路口平交换道，y1/2/3用于Y路口平交换道。

图3为城际轻轨立交模式示意图，其中m2为十字站点，m3为星*形站点，sm3为增设市内线成星*形站点，t为T形站增设市内线成十字站点，a为乡野交叉点，可建设新市镇；图3-y/o/b分别为单头列车Y形、环形、蝶形转头方法示意图。

图4-a/b/c为模四、模五轨系示意图；d为挂轨叠加于地铁之上，出隧道时扭转到高架底部示意图；e为挂轨出隧转高架作蝶式转头，同时联网高架挂轨，并充当其中部分A线。

图5为双面隧道内，挂轨与地铁轨道及站台设置示意图。

Claims (8)

1、一种革新轨系：将往返双线B与环线A/C分解、重组为一体的环线路网，简称A(B)C组合；其特征在于：以环线取代并包含往返线；将B线隐形于若干无始无终、互逆环绕的A/C线之中；既分段取直往返，又免于调头换道；由此而派生一系列独特新科技和应用模式，成倍提高轨道交通的运力和效率。

2、根据权利要求1，并因其环线优势而派生的UDCB+SOAS+SCOM系列技术；其具体特征在于：

UDCB——单向环绕分道技术，单向环绕无始无终，可加长车列，加密班次，提高运力和效率；单向分道让乘客随不同车厢直行或小转弯分道，减少换乘；

SOAS——同步运行技术，等距或约等距设站，等速或约等速行车，确保各枢纽站、各方向列车同步抵离、换道、停靠，方便换乘，同步提高列车与乘客的效率；

SCOM——运行中脱接技术，列车到站不停，只提前甩脱尾部车厢，过站后再顶接运行中的上次遗留或小转弯车厢；下车或小转弯乘客提前移往尾部车厢，靠站时间充裕，还可以兼停小站；继续直行者则不断移往前部，节省停站，一步到埠。

3、根据权利要求1，2，并以其优势为前提的平面模式；其特征在于：以“环靠环、靠成环”无立交成网，只需2-3m薄层空间，适用于高架挂轨或跨轨，取代燃油公交，配套地铁等；其中尤以“内环+长环+外环”均衡放射状轨系，既集约环保，又能安全高效地疏导大城市朝聚晚散的交通拥堵。

4、根据权利要求1、2、3，并为之配套的挂轨或跨轨平交装置；其特征是：以正圆锅盖状转盘作90-120度旋转，间歇吻接3-4方向轨道，平交通过列车；该装置还可用来调度、增减车辆。

5、根据权利要求1、2，并以其优势为前提的立交模式；其特征在于：改树状轨系成网状，免除双头列车调头换道，适用于市镇密集地区的城际轻轨交通；以外环线围绕区域，区内纵横撇捺取直线串连市镇，立交成网；在各市镇十字、六向星*形交叉点设立交枢纽站，并控制各站距离于标准范围内；采用UDCB+SOAS+SCOM系列技术，人/车/路的效益相得益彰。

6、根据权利要求1、2、5，并以其优势为前提的地铁/郊铁并轨兼容模式；其特征在于：将既有或规划地铁往返线贯通市区，成十字、双十字、星*形、井字等，保持偶数终端；增设地面、地下或高架环城线串连各终端，形成一至多条A线；郊铁借壳各终端设十字枢纽站，并补充环城C线，绕城或穿城而过；节省资源避免重复设站，又方便进出城的旅客于各地铁站直接上落。

7、根据权利要求1、2、6，并以其优势为前提的挂轨/地铁并隧兼容模式；其特征在于：将挂轨引入地铁隧道的顶部，站台叠加于地铁及站台之上；由于挂铁速度较慢又离地面更近，宜多停小站，集散客流；地铁只停区间大站，可加长车列，运量更大，速效更高；一遂两用可以长短、快慢互补，又节省空间和造价。

8、根据权利要求1、2、6、7，并为之配套的双面隧道；其特征是：将隧道挖深，立柱加高2-3m，利用隧道顶部的反面路安装挂轨，让地鉄与挂轨轻铁背靠背行驶；出隧道转入高架底部，又能与高架挂轨并网。

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