首都机场线采用LIM轨道交通方式的探讨【摘要】介绍了常见的轨道交通方式,以首都机场线为例,根据其线路定位和特点,就其采用LIM轨道交通方式进行了探讨,并与采用其他轨道交通方式进行了比较,论证了选用LIM轨道交通模式的可行性。【关键词】首都机场线;LIM轨道交通;可行性 发展轨道交通是解决大城市交通问题的一项根本措施。世界各国大都市都建立了先进、通畅的城市轨道交通系统。纵观世界轨道交通发展历史,多元化发展是共同规律。我国目前有10余个城市正在建设20余条轨道交通线,上海修建了世界上第一条磁悬浮运营线,北京市宣布在2008年奥运会举办前将建成包括地铁、轻轨在内的近300km轨道交通线。我国轨道交通正在进入快速发展的新阶段。1 首都机场线概况 首都机场线起于东直门综合交通枢纽,为地上线,沿二环路经东坝河向北、经过三元桥、四元桥,再沿机场高速路直达首都机场新航站楼,到达机场南侧转入地下,线路全长约27km。全线共设东直门、三元桥、首都国际机场2号航站楼和3号航站楼4座车站和一座车辆基地。地铁机场线的最高运行速度可达每小时100km,计划2008年建成通车。轨道交通机场线的建设将缩短首都机场与中心城区的通行时间,对于改善首都机场的交通状况、加强其国际航空港的地位有着重要意义。首都机场线具体位置见图1。
2 轨道交通方式 轨道交通依据交通容量范围可划分为特大、大、中、小容量四种系统,按敷设方式可分为隧道(包括地下、水下)、高架和地面三种。按支撑形式或牵引方式可分为轮轨接触系统和磁轨接触系统,前者包括市郊铁路、地铁、轻轨、有轨电车,单轨、胶轮轨等,后者包括直线电机LIM,磁悬浮等。2.1 市郊铁路 市郊铁路相当于在市区和郊区间的铁路,其编组灵活,能实现高效运输,最大可按10~12辆编组,单向每小时最大运送能力可达68万人,与地铁、轻轨等轨道交通形式相比,市郊铁路具有速度高,站间距大,运送能力强等特点。2.2 地铁 地铁多建于超大城市或特大城市市区内部,轴重普遍大于13t,可达到单向高峰小时断面流量4万人次以上,属于大容量快速轨道交通系统。运营速度一般为35~40k/h,最大车速可达80k/h。可吸引大量客流,还可建为综合换乘中心和商业服务中心,充分利用地下空间,缓解城市用地紧张状况。但地铁造价昂贵,建设周期长。2.3 轻轨 轻轨一般用于中等城市或交通状况较好的大城市或特大城市市区外围卫星城、旅游景区、经济开发区等与市区联系的交通干线,轴重普遍小于13t,单向小时客运能力1~4万人。24 磁悬浮 目前比较成熟的磁悬浮铁路技术主要有日本的超导超高速磁悬浮ML(Maglev)、德国的常导超高速磁悬浮“运捷”TR、日本航空的常导中低速磁悬浮HSST三种。2.5 直线电机LIM 直线电机LIM也称为轮轨直线电机铁路,简称直线电机客运系统、直线电机系统、直线电机铁路、直线电机地铁。它是介于磁悬浮与传统轮轨铁路之间的交通方式,在支承方面与轮轨系统相同,即利用车轮起支承作用;但在驱动方面却采用了磁悬浮铁路的方式,即采用直线电机牵引。3 LIM轨道交通特色3.1 造价更低 由于LIM利用感应原理来推动车辆前进,不需要将旋转运动转换成直线运动,从而省去了齿轮箱等一系列传动机构。这样,车厢底板面可以大大降低,从而减少车体断面的尺寸。安装直线电机的车辆断面比传统车辆小,宽度为89%、高度为77%。3.2 良好的选线特性 直线电机车辆不受轮轨之间粘着限制,因此具有较好的爬坡能力。常规铁路的坡道一般不超过3%~4%,采用直线电机后坡度可以增加一倍,可达6%~8%。因此非常适合城市轨道小曲线、大坡度性能的需要。有利于城市轨道交通选线,达到较好的工程、经济性能。3.3 良好的牵引和制动性能 将直线感应电动机的定子部分安装在车上,转子部分变成一条感应轨,铺设在两个走行轨之间。当通过电流时,定子和转子两部分产生的磁场相互作用,直接拖动车辆运行和实现车辆制动。由于牵引力和制动力均来自磁场间的相互作用,这种非粘着性驱动不受车轮与轨道间摩擦系数的影响,与普通标准地铁相比,可产生较高的启动加速度和制动减速度。3.4 安全性好 列车可以采用全自动化运行控制方式,安全程度高。站内装置了安全监测系统,接收到异常信息会立即自动命令列车紧急停车。3.5 运送能力适中 运送能力可以达到每小时3万人次,在具有一定规模的地铁网络中能发挥其应有作用,非常适合中小运量。3.6 噪音低 由于驱动系统没有任何旋转部分,其运行噪音可以维持在很低的水平。直线电机列车可使噪音水平降至70dB以下(测量处距轨道中心10m,车速为60km/h),比普通地铁降低10dB左右。3.7 养护维修及其他 直线电机的应用大大减少了侧滑及空转现象,可以节省养护维修费用。4 首都机场线采用LIM轨道交通方式的可行性 首都机场线主要输送民航客流和接送客流,表1是首都机场高峰小时旅客吞吐量预测。
2008年高峰小时人数达到了18000,正好在LIM轨道交通的优势运距内,由于中间设站较少,对启动、制动加速度要求较高,相对HSST和TR而言,由于后者不易保持悬浮状态稳定性,对磁浮系统提出了严格要求,而LIM轨道交通技术较为成熟,目前已在至少6个国家10余条线路上得到应用。从这个意义上看来,首都机场线采用LIM轨道交通方式更为合理。 鉴于上海已采用德国TR技术建成世界第一条运营线,沪杭磁浮线也已正式立项,首都机场线作为北京面向世界的一扇窗口,采用目前国内还没有运营线的LIM轨道交通,无疑是北京的一道靓丽风景线,有助于提升其作为世界性大城市的形象。 首都机场线途经区域拆迁费用高,而且已有建筑物使得选线的余地变得非常小,LIM的小曲线半径、大坡度特色能减少地下及管线改动工程量,同时便于施工。此外,造价低,安全性高,噪声低,养护维修量少,在城市中采用直线电机轨道交通较常规的轻轨地铁更具优越性。 综合考虑各种轨道交通方式,并对三种技术选型即LIM轨道交通、HSST和TR的运行速度和票价差异等因素进行对比,并考虑安全、事故、环境等社会经济效果的评价,根据北京市政院所作的客流量预测,对首都机场线而言,从优到劣方案排序为:LIM轨道交通优于HSST,HSST又优于TR。参考文献:[1]董焰,单连龙.中国城市轨道交通未来十年发展趋势及政策导向[J].城市轨道交通研究,2004,(3):6~9.[2]郝海龙.直线电机车辆动力学仿真研究[D].北京交通大学[硕士论文],2005.3.[3]俞展猷.直线电机在城市轨道交通系统中的应用[J].中国铁路,2003,(4):46~48.[4]时瑾,魏庆朝,万传风.直线电机地铁线路设计关键技术[J].中国铁道科学,2004,(2):130~133.[5]顾保南,姜晓明,程曜彦,等.论城市轨道交通最小曲线半径标准的选择[J].同济大学学报,2003,(4):428~431.
