CN102303612A - 双层轨立体快速交通系统 - Google Patents

Abstract

一种能有效解决城市交通拥堵问题的有轨交通工具，实质为一套双层运行的轨道系统。其下层运行悬挂式列车，和上层主车共用一轨；其上层也是一套系统，由主车和分车构成，主车在主车轨道持续不停地运行，分车可以停留在分车轨道任意位置，两轨道紧邻，运行时：主车到来之前，乘客先进入分车，分车启动，当两车速度达到相同时两车同时开门，交换乘客，分车脱离并减速最终停止，乘客下车。需要架设的轻轨穿越六层小区上空，上下层有人行步道用于候车，沿线每百米有升降梯，送乘客到达两层步道高度，系统统一控制有序稳定运行。

Description

双层轨立体快速交通系统

(一)技术领域

本发明适用于解决城市中的交通拥堵问题，是一种在速度、效率方面尤为突出的交通工具。 

(二)背景技术

目前，城市土地资源有限空间狭小拥挤，交通拥堵现象非常严重，现有的交通工具由于受道路资源的限制加上交通信号灯的影响，运行速度和效率也受到限制，在早晚高峰时间路面大量拥堵的车辆令人苦不堪言，应对日益增加的客流，采用高架桥设计但高架桥墩占据路面空间，很多城市新建地铁和轻轨，但地铁轻轨成本高，出租车运营效率低、快速公交占据路面资源，普通公交速度慢不适应城市快节奏的生活，这些交通工具和设施均不能有效解决拥堵，而很多城市都面临或即将面临交通拥堵的世界性难题，目前针对交通拥堵所提出的解决方案，如：限行、收费等都只能起到缓解的作用，真正从根本上解决需要一种便捷又实用的交通工具，它需要具有效率高速度快等优点，能迅速疏散大量客流，又能在安全成本方面等方面做到优秀，这种理想的交通工具将逐渐成为人们出行的首选。 

(三)发明内容

为了提高人们的出行速度降低交通拥堵率，本发明在综合考察现有交通工具的基础上提出两种交通工具，并由这两种工具构成一个整套的双层运行的轨道交通系统：其下层运行悬挂式列车，和上层主车共用一轨；上层又是一套系统，由主车和分车构成，主车在主车轨上持续不停运行，分车可以停留在分车轨的任意位置，两轨道紧邻，整套系统最适合于环形轨道上运行。其中上层系统也可以不使用分车和分车轨，上层站台与下层站台交叉设计，速度比下层快，运行方式同现在的轻轨，做为本发明的候选方案。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先考察城市中六层以下小区的分布，选择一条合理的路线架设轻轨，轻轨的架设需六根裸露的钢轨，其中的四根为分车轨，另两根为主车轨，两分车轨道分别位于主车轨道两旁，轻轨能穿越六层小区上空，桥墩位于小区内高度在八九层左右，轻轨沿线每间隔百米左右有台升降梯，升降梯位于桥墩下或合适的位置，升降梯可以把人送到轨道面高度，在这个高度上沿着其两条分车轨道旁有两条人行步道，用于乘客候车区或行走区，当主车到来之前乘客进入分车，关闭车门分车启动并在某个位置两车速度达到一致，两车同时打开车门，乘客走进主车或从主车进入分车，两车关闭车门，分车脱离并减速，最终停在其轨道的某个位置，打开车门乘客下车，主车持续运行。 

下层运行悬挂式列车，和上层主车共用一轨，下层也需要一条人行步道用于候车，乘客乘坐相同的升降梯进入此层人行步道，列车为多节组合像现在的轻轨每间隔一定距离停一次，或根据客流情况有选择地停在某处，乘客若想离开步道也需要乘升降梯到达地面，上下层共用相同的升降梯，上下两层步道间可设有连接梯相连。 

本发明的有益效果是： 

1、方便乘客：小区居民可以足不出户，甚至在家门口就能乘升降梯或由六楼楼顶经楼梯或经高层连通过道进入系统上下层步道候车；上下层列车运营方式不同但各有其优势，如：上层速度快下层载客量大，供乘客根据客流情况或自己的需要来选择。 

2、速度快：上层主车持续不停止地运行，而乘客是乘坐主车到达目的地，中间没有停顿，会比地铁省时一半左右，会成为城市中速度最快的交通工具。 

3、效率高：上下层同时运行且共用同一条主车轨道，效率倍增；或上下层列车行驶方向相反，实现双向通行；下层可为十六节列车组合，会成为城市中运载量最大的交通工具。 

4、系统性：上层系统中，分车运行由主车控制，整套系统又由统一的控制中心控制，多套这样的系统可以构成一套交通网络，系统分层控制灵活操控从而保证运行的安全性。 

5、空间利用：这种设计充分利用城市中六层高度以上的空间，而且地面占用空间很小，对于沿线高于六层的高楼都可以架一条过道连接到系统，乘客不需下到地面，省时且省力。 

6、拥挤程度：沿线乘客可于任意进入系统的出入口进入上下层系统，较地铁仅能于每站上下车的情况，人流较分散客流密度小，下层系统可采取交叉站停靠的方式减小拥挤程度。 

7、电力系统：上下层以轨道面呈对称分布，驱动装置都是通过滑动接触薄钢板获得电力，上下层列车共用同一套电力系统，节省空间和资源。 

8、经济方面：该双轨结构简单，主要为六根钢轨和桥墩及外层的运行罩，建设成本较地铁低很多而且施工周期短，使用太阳能等绿色能源低碳环保，节省电力而地铁内照明耗能大。 

9、通风设施：通过运行罩顶部的百叶窗口，列车每次经过更换罩内的空气，从而保持与外界气体畅通，在通风方面较地铁好。 

10、防灾方面：在防火、防洪、防震等方面均优于地铁，在火灾、地震发生时车辆立即停止乘客立即下车并沿步道向两边逃生，双轨运行在较高空，不会受洪水或暴雨的侵袭。 

(四)附图说明

下面结合附图和实例对本发明进行进一步说明。 

图1为上层系统运行原理图。 

图2为分车俯视示意图。 

图3为主车轨道示意图。 

图4为双轨运行罩横截面示意图。 

图5为双轨运行环形轨道示意图。 

图6为上层效果及主车车门构造。 

图7为系统运行效果图。 

(五)具体实施方式

图1为上层系统运行原理图，在图中，两条平行线表示主车和分车轨道，主车轨宽为主车车宽，分车轨宽分车车宽，假设在分车轨道上每间隔百米有一辆分车用ABCD标识，现在假设主车在A位置，B处的分车接收主车发出的无线信号，B分车开始启动运行，到达C处时两车速度到达一致，然后：同时开门、交换乘客、同时关门、分车脱离并减速最后停在D位置，而主车持续运行速度不改变。 

所有分车都按照这种方式运行，如：C处分车经D处交换乘客最后停在D前方某位置，如E，依次类推，主车过境后所有分车都前进相同的距离。所有分车都由即将到来的主车控制，分车依次启动，分车之间不会相撞，整套系统循环有序，最适合在环形轨道上从而保证稳定持续地运行。分车在主车到来之前启动，运行于主车前面，第一次接近主车车门时两者速度正好相同，迅速交换乘客分车分离，紧接着后面的分车就到来了，就像流水线一样，当系统做到最优化时会看到主车刚关门又开门，乘客可以随时随地上下车非常方便。主车样式可如同现在的C型轻轨列车，两侧面都有车门，当主车为一节车厢四个车门时，如图1所示，分 车用ABCDEFGHI表示，两分车轨道上依次安放四辆分车，分车四个一组依次从后向前与主车车门对接，组内分车间距相同，假设为50米，组间较组内间距大，假设为150米，由以上分析可知A分车最终停在Ⅰ位置，其行驶距离为300米，假设车速为60千米/时，行驶时间为30秒，除去加速减速的时间，乘客有20秒进行上下车，在这三百米距离内有六辆分车，平均间距50米，乘客最多沿步道走25米找到分车，平均走12.5米就能进入分车；若将此距离提高4倍即乘客平均走50米进入分车内，对应的可将车速提高到120千米/时，分车行驶时间60秒，乘客上下车时间40秒，足以保证上下车时间的充裕；也可以增加组内分车数量，减少乘客行走距离同时又增加分车载客总量。分车也能发出无线信号，信号中包含自身的信息，如：所在位置，加速度、车内载客量以及经计算后的实时数据等，主车接收获取分车信息从而实时控制分车的运行，并能预测分车接下来的运行情况，如：何时停在何位置等，实时通信实时计算实时控制，也是能够保证分车的运行安全。假设数据采样间隔为1秒，采集的分车数据为速度10米/秒、加速度为5米/二次方秒，1秒后采集数据为速度12米/秒、加速度负3米/二次方秒，假设加速减速的临界点在该时间间隔中间位置，这样就能计算出分车所走的距离，这个距离加上先前分车位置就能得到分车的现在位置，当把采样间隔改为0.1秒甚至0.01秒时就能对运行数据精确计算，并根据计算数据实时精确控制。(也能分析出分布在分车轨道上距离其最近的几辆分车之间的距离，若不是均匀分布或将会出现碰撞情况时会发出信号控制某辆分车提前运行，也能计算出在安全范围内分车轨上最多能容纳分车数量和分车间最合理的距离)。系统分层控制灵活操控安全稳定有序，主车和分车及时交换信息达到实时同步运行，上层系统由上层控制室控制，整套系统由统一的控制中心控制。 

当运行中出现紧急情况，如分车故障无法运行，分车向主车报告情况，由主车控制后续分车推动其进入维修站的轨道上，避免对后续分车的影响，分车轨道每间隔千米有一维修站，可以停留故障分车。当分车内检测出火灾等事故时，分车停止运行并开门，乘客进入人行步道，当主车出现类似事故，主车停止运行并打开两侧的车门，乘客可经分车轨进入人行步道来逃生，分车轨道间有填充物，如：塑料板等。在早晚高峰客流较多的情况，上层运行饱和后采取限流措施，采用下层系统来实现分流，下层载客量大，具体实施方式如下：系统根据进入上层步道上的人数，以红绿黄三种颜色表示客流密度，乘客进入上层系统前就能根据指示灯得知拥挤情况，上述三种颜色的灯只能显示该站的拥挤程度，实际可能会有更多的乘客都到达同一个地方下车，这样分车拥挤使乘客无法下车，解决上述不足可采取以下方案：乘客进入上层系统前需要输入自己此行的目的地，并有一个指示牌显示各站的下车时拥挤程度，当乘客观察指示牌发现自己的目的地下车不拥挤，并且上层在该站上车也不拥挤时就可以选择上层。对不同的拥挤程度可以采取不同的收费方式，从而做到限流的目的而又不会限制乘客的人身自由。当客流较少时上层收费价格可以比下层低，从而引导乘客进入上层，充分利用上层资源，上层速度快节省乘客时间，下层系统此时减少投入列车数量。当乘客或物品被车门夹住后，主车无法正常关门，车门会迅速弹开再关门，此时系统或许会出现一些变化，但上层系统主车分车实时通信，系统始终处在一个动态调整的过程中，这种影响会慢慢消失。 

图2为分车俯视图，分车前后为弧面形设计，长宽高可按3∶1∶2(m)，箭头方向为分车行驶方向，在图中A处为分车的制动装置，B处为分车的动力装置，分车由主车控制电力驱动，计算机自动操控，通过滑动接触分车上方的钢缆获得电力。当两辆分车距离过近，主车发信号令分车减速，当距离较大时令分车加速。分车内部可以容纳30人分三排站立，上方有手扶，A、B位置处可以设置座位供特殊人群使用。两侧面都有车门，乘客上车时从一边车门 上车，当与主车交换时会自动打开另一边车门，参考图6所示，分车门设计为伸缩式，即分别向两个相反方向运行的同时再伸缩，从而在车门打开时，车门占据的空间小，也就使得分车车门能够加大，增大通行能力。 

图3为主车轨道截面图，主车轨道必须足够坚固不变形，两轨道间有连接杆固定，上层轨型同现有的轨道，下层需要运行悬挂式列车，每根轨设计一个沟槽，两轨上沟槽开口均向内，槽内车轮可以滚动，主车轨采用嵌入式能嵌入到桥墩顶端靠内的区域，参考图4所示，图中黑色部分为主车轨，桥墩对应位置足够坚固，车轨顶部与桥墩顶面平行，两个车轮沿主车轨运行，两轮上的作用力在轨下方连接到下层车厢顶部，动力装置位于车厢顶部通过齿轮直接驱动车轮转动。与下层相反，上层主车动力装置位于车厢底部，上下层共用一套电力系统，在两轨间有一根钢缆，和现在地铁一样上下层都是通过滑动接触钢缆获得电力。钢缆为片状设计即为薄钢板，其尺寸可为：高30厘米厚3厘米长度可任意长，使用时薄钢板为垂直方向安放，薄钢板表面有孔螺钉能穿过该孔，需要两根连接杆其前方有孔，两孔间通过螺钉螺帽等紧固件连接在一起，从而将两个连接杆固定到薄钢板上，两连接杆另一端分别固定在主车轨道上。连接杆的作用类似现在铁轨的枕木，稳定主车轨道不形变。实际使用时：将整个薄钢板的外表，除上下方与滑竿接触的部位外都加一层绝缘材料，在与连接杆连接的部分再加绝缘材料，从而做到绝对的绝缘，防止主车轨道带电。为了预防主车轨道带电，可以设有一套漏电检测设备，当检测到主车带电后发出报警，并能根据设备提示信息找出漏电位置。 

图4为双轨运行罩横截面示意图，由于该双层轨行驶在六层小区的上空，其产生的噪音和振动会对小区居民，尤其是住在六层居民造成影响，现在采用以下方式来消除这种影响：将双层轨全部包含在一个由有机玻璃构成的穹顶运行罩内，如图4所示，阴影部分为桥墩，黑色部分为主车轨，M为驱动装置上下层各一套，其中间的为供电系统，上下层都是通过滑动接触中间的薄钢板获得电力，分车轨位于桥墩顶端，人行步道位于轨道两边，在人行步道两边设有两排座位，分别面向内，座位不占用步道，进而充分利用剩余空间，由于下层没有分车轨，下层步道较上层宽，以上除桥墩为混凝土浇筑外，其他为钢结构，桥墩占用地面的空间很小，钢结构框架需足够坚固。本发明轨道面的候选方案为：其中轨道面也可以为混凝土直接筑成或由预制板拼接构成以此来加固本结构，上下层轨道分别位于该混凝土结构之间。以下为罩壁部分的设计：在运行罩下方的内壁上先铺设一层能够减振的柔软物质，如海绵等，然后再在上面加一层类似于蜂窝状的消音管，这样就阻碍列车运行时振动的传递，同时又极大的减小了噪音。此外消音管又能消除罩内的部分噪音，为了节省成本，消音管可以为塑料制品；对于运行罩内壁正上方，可加一扇百叶窗，可仅由一个圆弧形扇片构成，高出穹顶罩顶部一定距离，能起到通风换气的作用，同时又能防止雨水渗入到罩内，列车到来时其前方空气受压，气体由百叶窗流向外，当列车离开时空气又会吸向罩内；由于穹顶罩位于六层小区上空，阳光几乎不受遮挡照射在其表面，所以可以在该罩的外表面铺设一层太阳能电池板，其产生的电能可以为列车行驶提供部分电力，也可以为罩内照明空调等设备供电。乘客有三种方式进入运行罩：一、由升降梯进入罩内人行步道上侯车，所以在罩的侧壁上安装有自动门，当与电梯门对接后两门同时打开，交换乘客后两门再同时关闭。二、乘客也可以由六层楼顶进入罩内，将现有小区楼顶进行改造，在楼顶建一个楼梯，能通向运行罩外侧壁，在罩侧壁安装有自动门，乘客由该门进入罩内人行通道候车。三、对于高于六层的沿线高楼都可以在罩高度处建一条过道，连通双轨系统和高层建筑物，楼内乘客不需要下到地面再由地面上升到双轨高度，节省时间的同时也省去物力人力，乘客进入所有自动门前都有检票机。轻 轨沿线应尽可能的将高层建筑连接到系统中，从而可以将人们的生活工作娱乐购物等都集中在空中进行，如同一座空中的城市，人们可以不用下到地面就能完成日常生活的衣食住行。考虑到台风暴雪等极端天气对运行罩的影响，罩侧壁的设计要极大的减小风的阻力，罩顶坚固能支撑起罩的稳定，该交通系统在一个几乎封闭的空间内运行。 

图5为双轨运行环形轨道示意图，该双层轨需要在一个环形轨道上运行，轨道的走向根据实际情况因地制宜，选择合理的路线架设轨道，轨道可穿越小区上空但不限于小区，也可以重新规划不选择小区，或沿路边架，设桥墩位于人行道上或占用小区部分区域，或穿越街区厂房等所有可以穿越的地方，轨道高度也可以重新确定，实际路线布局需要考虑各方面因素，如乘客想快速到达目的地，轨道线可设计为类长矩形，如图5-1所示，矩形的两长边实际为曲线，两短边要保证主车分车能够转向；考虑的成本等因素，需要架设一条轨道服务沿线更多的居民，可将轨道线设计为类圆环状，如图5-2所示；或将两者结合起来，建多条围绕市中心的类圆环线和通向城市副中心的类矩形线，如图5-3所示，在连接的地方实现零距离换乘，从而形成一套双层运行的轨道交通网络，可与地铁、公交等交通工具协同工作，共同为城市交通服务。 

图6为上层效果及主车车门构造。当两车速度绝对相同时，同时打开车门不会出现安全问题，但实际情况会有隐患，为了做到绝对的安全，主车车门处需要特殊设计，以下方案可供选择：方案一：电磁式，两车门四周绕有线圈，同时通相反方向电流时产生异性磁场，彼此紧紧吸引，当分车需要脱离时，同时通相同方向电流产生相反方向磁场，相互排斥，分车可以分离。方案二：挂钩式，实则为一铁棒，正常行驶时它会隐藏在主车门右方，当两车需要交换乘客时会伸出来，从而能推动分车使其保持速度不变，当分车要分离时它又会缩进去，分车可以分离。参考6所示，图中圆圈处为铁棒所在位置，同时分车后部也要有个凹槽，槽内有缓冲物质，减轻因两车接触时的冲击。同时在凹槽内有金属片，当铁棒接触到该凹槽的金属部分时接通电源，两车门立即打开，当两车门全部关闭后，车门关闭处又接通电源，此时金属棒可缩后主车内，两个控制部位形成互锁实现协同工作，从而保证主车分车完全对接后开门，车门完全关闭后分车再可以分离，而做到绝对的安全，其中上述金属棒的伸出为受主车控制。方案三：手动控制，当两车开门后，乘客用手按动装置锁定两车，分离时解除锁定。 

图7为系统运行效果示意图。图中上下层运行方向相反，实际可根据所在地客流情况可设计为相同。 

Claims (10)

1.一种双层轨立体快速交通系统，是一套双层运行的轨道交通系统，主要由上下两层分系统构成，其特征是：上层分系统由主车和分车构成，主车在主车轨道持续运行不停止，分车可以停在分车轨道任意位置，下层分系统运行悬挂式列车，和上层主车共用一轨，其中上层系统中，分车载客并在主车到来之前启动运行，两车速度达到一致时，同时开门交换乘客分车脱离并减速最终停止乘客下车，乘客乘坐主车到达目的地，上层系统候选方案为上层不使用分车和分车轨，其运行方式同现在的城市轻轨，速度比下层快。

2.根据权利要求1所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：架设轻轨需要六根钢轨，其中两根为主车轨另外四根为分车轨，轨道能够穿越六层小区上空但不限于小区，有上下两层人行步道，轻轨沿线每间隔合适距离有升降梯，升降梯可位于任意合适的位置，乘客乘升降梯到达两层人行步道候车。

3.根据权利要求1所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：分车前后端为弧面形设计，前端有制动装置后端有动力装置，分车由主车控制电力驱动计算机自动操控，分车车门采用伸缩式设计，能分别向两端开关的同时并伸缩，分车轨道位于桥墩顶端。

4.根据权利要求1所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：系统采用分层控制，分车的运行由主车控制，两车实时通信并根据通信数据实时计算，使主车能够实时控制分车的运行，主车由上层控制室控制，整套系统又由统一的控制中心控制。

5.根据权利要求1所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：系统于一个穹顶罩内运行，罩外壁铺设有一层太阳能电池板，罩内下壁有减振和消音装置，上壁有百叶窗来通风换气，侧壁有自动门能与电梯门对接。

6.根据权利要求1或2所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：乘客可由升降梯进入罩内，也可以由六层楼顶通过楼梯进入罩内，对于高于六层的沿线建筑通过过道进入罩内，罩侧壁分别对应有自动门，乘客进入罩内需要检票，自动门前都有检票机。

7.根据权利要求1所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：上层系统运行饱和后采用下层来实现分流，按拥挤程度采取不同收费价格，分车采用备用轨道停放故障分车，当检测到火灾等事故时，分车或主车自动停止运行，并打开车门乘客沿人行步道向两端逃生，同时罩壁上的自动门立即打开，除电梯门。

8.根据权利要求1所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：系统轨道路线根据实际情况采取不同的路线方案，可采用类长矩形或类圆环形设计，或将两者结合在一起，构成一套双层运行的轨道交通网路线。

9.根据权利要求1或2所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：主车轨道足够坚固不变形，上端形状如现有钢轨，下端有一个沟槽，两轨上沟槽的开口均向内，槽内车轮可以滚动，主车轨道间有两连接杆，其一端分别连接主车轨另一端均连接薄钢板，连接部分加有绝缘材料，薄钢板表面除上下端外全部加有绝缘材料。

10.根据权利要求1或9所述的双层轨立体快速交通系统，其特征是：上层系统动力装置位于车厢底部下层系统位于车厢顶部，上下层列车分别通过滑动接触薄钢板的上下端获得电力，上下层共用一套电力系统，并且该系统配有一套漏电检测装置。

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