山嶺區(qū)旅游軌道交通車輛選型策略*

黃小通

(1. 中鐵建云南投資有限公司， 650220， 昆明；2. 中國鐵建昆侖投資集團有限公司， 610040， 成都∥高級工程師)

據(jù)聯(lián)合國世界旅游組織的統(tǒng)計，山地旅游占全球旅游總量的20%左右，成為新的旅游發(fā)展熱點[1]。山嶺旅游區(qū)生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，但環(huán)境脆弱，在低碳環(huán)保的發(fā)展理念下，軌道交通在山嶺旅游地區(qū)具有十分廣闊的發(fā)展前景[2]。與常見的城市軌道交通項目不同，山嶺區(qū)旅游軌道交通發(fā)展處于起步階段，其車輛選型還有待于進行系統(tǒng)性、針對性的梳理研究。現(xiàn)有研究主要針對城市范圍內的軌道交通車輛系統(tǒng)，從線路的主要特征、系統(tǒng)制式、供電系統(tǒng)、資源共享等方面，提出系統(tǒng)選型方案[3]；并從車輛編組、供電制式、受流方式等方面，確定車輛選型的具體技術要求[4]。而山嶺區(qū)旅游軌道交通線路的車輛選型還有許多不同之處。文獻[5]從系統(tǒng)制式、地板形式、供電系統(tǒng)選擇等方面出發(fā)，對車輛選型進行了探討；文獻[6]分析了齒軌制式、普通輪軌制式、單軌制式、纜索制式和磁懸浮制式在旅游觀光線上的適應性。本文在汲取上述研究成果的基礎上，以山嶺區(qū)旅游項目特征為切入點，對車輛的系統(tǒng)制式及選型進行研究，以期為后續(xù)山嶺區(qū)旅游軌道交通項目的車輛選型決策提供借鑒。

1 山嶺區(qū)旅游軌道交通系統(tǒng)特征分析

由于運用場景的不同，山嶺區(qū)旅游軌道交通與城市內部的軌道交通存在一定的差異，體現(xiàn)在線路功能定位、客流特征、線路特征及環(huán)保等方面，這些因素都會對車輛選型產(chǎn)生較大的影響。

1.1 功能定位

山嶺區(qū)旅游軌道交通線路不僅要滿足游客在景區(qū)內各景點之間的觀光出行需求，還需要兼顧沿線居民的日常通勤需要。旅游軌道交通線路的建設不僅應具備生態(tài)環(huán)境保護功能，作為特色旅游項目的組成部分更重要的是與周邊地方文化、生態(tài)環(huán)境相適應，成為乘客欣賞沿途風光的觀景平臺。

1.2 客流特征

山嶺區(qū)旅游軌道交通主要以旅游客流為主，對出行體驗較為敏感，注重出行過程中的舒適程度，同時客流分布不均衡、客流潮汐現(xiàn)象等相較城市軌道交通項目更為明顯。全年月均客流及淡季、旺季客流差異性較大，旺季客流約為淡季的2倍，游客多為早、晚進出景區(qū)，且早高峰客流更為集中[7]。

1.3 線路特征

山嶺區(qū)旅游軌道交通相較常規(guī)城市軌道交通而言，線路條件差別較大，具體體現(xiàn)在線路海拔高差、坡道和曲線半徑上[8]。如麗江城市綜合軌道交通項目一期工程(1號線)，線路海拔高差約600 m，全線共設坡段28個，最大縱坡為55.0‰；車站最大坡度10‰，最小曲線半徑為80 m。其中，區(qū)間最長連續(xù)坡道的長度約11 km，平均坡度約39‰。線路條件對車輛牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等的性能提出了更高的要求[9]。

1.4 環(huán)保景觀

山嶺區(qū)旅游軌道交通線路途經(jīng)風景名勝區(qū)、自然保護區(qū)，對景區(qū)景觀和環(huán)境保護要求較高。除了自身造型美觀外，車輛設計還需與景區(qū)自然景觀相協(xié)調，同時強調對沿途環(huán)境的友好，體現(xiàn)出綠色交通的特性。

2 車輛選型原則

車輛選型通常分為系統(tǒng)制式選擇和車輛型式選擇兩個階段。系統(tǒng)制式選擇是指根據(jù)擬建軌道交通系統(tǒng)的功能定位、運量等級及服務水平等宏觀因素，確定擬建軌道交通系統(tǒng)的制式。車輛型式選擇是指在明確系統(tǒng)制式后，結合擬建項目的實際情況，進一步確定軌道交通車輛的驅動、支撐、導向等涉及車輛重要結構性能特性的決策過程。對于山嶺區(qū)旅游軌道交通車輛選型，除滿足常規(guī)軌道交通車輛的技術要求之外，還需充分考慮線路條件、客流特征及功能定位等的特殊性。

1) 車輛選型應符合山嶺區(qū)的氣候環(huán)境條件，其運輸能力需滿足景區(qū)客流普遍分布較為不均的運量要求，并保證遠期線路運能有適當?shù)膬洹?/p>

2) 車輛應符合山嶺區(qū)線路較高的技術要求，以及安全可靠、節(jié)約能源、噪聲低、外形美觀、乘坐舒適等要求。

3) 由于山嶺區(qū)軌道交通線路周圍環(huán)境的特殊性及風險性，車輛的配置應具有更強的故障運行能力和故障救援能力。

4) 車輛選型應綜合考慮整個城市軌道交通線網(wǎng)車輛選型的規(guī)劃和統(tǒng)一協(xié)調，實現(xiàn)線網(wǎng)資源的最大共享和利用。

5) 車輛的技術性能既要代表國內外發(fā)展趨勢，又要符合中國國情，以取得技術先進和經(jīng)濟合理的最佳平衡。

3 山嶺區(qū)軌道交通系統(tǒng)制式選擇

作為山嶺旅游景區(qū)觀光客流的承載主體，系統(tǒng)制式選擇除了滿足日常運能要求外，更應具備應對季節(jié)性客流和突發(fā)性客流變化的運營調整能力。

3.1 系統(tǒng)制式的選擇依據(jù)

山嶺區(qū)軌道交通系統(tǒng)制式的選擇應符合線路特征，滿足運能要求，與城市規(guī)劃結合較好，并具有技術可靠、節(jié)能、環(huán)境友好性高的原則。具體選擇依據(jù)如下：

1) 系統(tǒng)制式應滿足高峰小時最大單向斷面客流要求，同時應考慮遠期規(guī)劃及旺季極端客流情況，采用列車擴編或重聯(lián)方式滿足客流量要求。

2) 對于景區(qū)項目而言，特別應注重提升游客舒適便捷的乘坐服務和優(yōu)質的觀光體驗，并兼顧通勤客流需求。

3) 適應山嶺區(qū)復雜的地質條件和氣候環(huán)境條件，特別是具備應對極端氣候的能力，盡可能降低對線路周邊環(huán)境的影響，降低施工風險和工程投資。

4) 系統(tǒng)應采用成熟、先進的技術方案，適應線路運行條件(尤其是在列車處于故障運行及救援情況下)。

3.2 系統(tǒng)制式適用性分析

根據(jù)本文提到的山地旅游景區(qū)的客流分布、線路條件、施工建設難度、環(huán)境氣候因素等特點，可選擇的軌道交通系統(tǒng)制式主要包括有軌電車、單軌交通、中低速磁浮交通、膠輪自動導向軌道系統(tǒng)和齒軌鐵路等。本文對各系統(tǒng)制式的特點及其適應性進行了分析，并對比了各系統(tǒng)制式的主要特征，具體見表1[10-11]。

1) 有軌電車。有軌電車是一種由電氣牽引、輪軌導向、環(huán)境友好的中低運量軌道交通制式，通常采用鋼輪-鋼軌或膠輪導軌。該制式適用于高峰小時單向斷面客流量為0.5～1.0萬人次/h的軌道交通線路，其旅行速度可達20～30 km/h；該制式一般采用地面敷設，環(huán)境適應性強、噪聲?。豢筛鶕?jù)客流季節(jié)性變化調整車輛編組和運行方式，站間距選擇自由度高；建設費用低；乘降方便。如南平市武夷新區(qū)旅游觀光軌道交通項目。

2) 單軌交通。單軌交通分為跨坐式與懸掛式兩類。單軌交通一般是通過單根軌道梁對其進行支撐、穩(wěn)定和導向。它具有較強的爬坡與曲線通過能力，同時具備轉彎半徑小、運行噪聲低、運行平穩(wěn)舒適等特點；適用于高峰小時單向斷面客流量為0.5～2.0萬人次/h的線路。單軌交通的缺點是建設條件較為復雜，高架結構建設成本較大，且輪軌磨耗產(chǎn)生的粉塵會對景區(qū)環(huán)境產(chǎn)生污染，不適用于對環(huán)保要求較高的山嶺區(qū)軌道交通項目。

3) 中低速磁浮交通。中低速磁浮交通依靠磁浮列車轉向架、懸浮系統(tǒng)及直線電機牽引系統(tǒng)實現(xiàn)無接觸抱軌運行，具有工程造價相對較低、爬坡轉彎能力強、綠色環(huán)保等運行特點。中低速磁浮交通最大單向運能為3萬人次/h。但現(xiàn)階段運營成本較高，工程運用相對較少，故障救援能力相對較差，在山嶺景區(qū)投資建設的市場風險較大。

4) 膠輪自動導向軌道系統(tǒng)。膠輪自動導向軌道系統(tǒng)是采用特制膠輪車輛在專用軌道上運行的中運量無人駕駛旅客運輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有敷設方式靈活、工程難度小、安全可靠、綠色環(huán)保的特點。自動導向軌道系統(tǒng)最大單向運能為0.5～1.0萬人次/h，旅行速度可達20～35 km/h。但由于其高昂的造價以及有限的線路延展性，該制式在國內尚未普遍推廣，成本較高，不推薦在山嶺景區(qū)使用。

5) 齒軌鐵路。齒軌鐵路是一種登山鐵路，在普通路軌的軌枕上放置一條特殊齒軌條，在爬坡時車輛上的齒輪與齒軌條嚙合。該鐵路適用于極陡的山地地形，具有很強的坡度適應性，可縮短線路展線長度，節(jié)約建設成本。如瑞士少女峰齒軌鐵路，但其運行速度較為緩慢、運能較低，僅作為小規(guī)模景區(qū)游樂設施使用。

表1 不同制式軌道交通系統(tǒng)的主要特征對比

結合山嶺區(qū)旅游項目的實際情況，對系統(tǒng)制式選擇進行綜合決策：① 工程條件——既有項目大多站間距長、坡度大、線路曲線半徑小；② 氣候條件——是否存在較多雨雪天氣；③ 景區(qū)旅游特征——要求系統(tǒng)具有觀光性、大視野、旅行速度適中的特點；④ 沿線交通狀況——交通狀況是否復雜。國內外已建成的山嶺區(qū)旅游軌道交通項目多選用線路和環(huán)境適應能力較強、成本較低、技術成熟的有軌電車。因此本文以有軌電車為例，對車輛型式選擇進行深入研究。

4 車輛型式的確定

車輛型式選擇應在系統(tǒng)制式確定的基礎上，綜合線路條件、客流特征及功能定位等山嶺景區(qū)的特殊影響因素進行考慮。以有軌電車為例，選取決定車輛型式的重要項點，對車輛型式選擇進行分析。

4.1 輪軌型式選擇

有軌電車按輪軌型式，可分為膠輪導軌和鋼輪-鋼軌有軌電車。不同輪軌型式下的有軌電車車輛及其線路特點，見表2。

表2 不同輪軌型式下的有軌電車車輛及其線路特點

從技術性能層面來看，鋼輪-鋼軌和膠輪導軌都能滿足大多數(shù)山嶺區(qū)線路坡度大、曲線半徑小的運行需求，在部分技術性能參數(shù)上互有優(yōu)劣。但鋼輪-鋼軌相較于膠輪導軌具有更強的氣候、環(huán)境適應性，更加符合山嶺旅游景區(qū)對于列車性能與環(huán)境友好的較高要求，以及乘客對乘車舒適度和安全性的需求。

4.2 地板面高度選擇

有軌電車一般有高地板、70%的低地板和100%的低地板3種地板面型式。不同地板面型式的車輛特征分析見表3。

表3 不同地板面型式的有軌電車車輛特征

從技術層面來看，3種地板面高度的車輛都能滿足山嶺區(qū)對爬坡能力、轉彎半徑、牽引、制動能力的要求。相較而言，高地板車輛轉向架空間和輪徑均較大，有空間安裝大功率牽引電機，更適應高海拔地區(qū)電機功率下降的情況，制動容量更充足，更能適應山嶺區(qū)線路條件?？紤]到景區(qū)項目本身帶有的旅游觀光屬性，高地板車輛的客室空間及側窗設計都更加符合旅游功能定位。同時，山嶺區(qū)旅游有軌電車多為觀光專線，可視情況放寬對地板面高度的要求，在滿足車輛性能需求的條件下，可將旅游觀光的需求置于首要位置。

4.3 供電制式選擇

4.3.1 受流方式

目前，國內外有軌電車的受流方式主要有接觸網(wǎng)、接觸軌和車載儲能等形式。不同受流方式有軌電車的特點，見表4。

表4 有軌電車不同受流方式的特點

1) 接觸網(wǎng)式。接觸網(wǎng)受流方式是指將接觸網(wǎng)設置在線路上方，列車通過安裝在頂部的受電弓與接觸網(wǎng)接觸進行取電。該受流方式受流質量較好、造價低、應用廣泛，但需要在線路上方設置接觸網(wǎng)，會對項目沿線景觀存在負面影響。

2) 接觸軌式。接觸軌受流方式是指將接觸軌設置在列車走行軌的一側，列車通過安裝在列車側的集電靴與接觸軌接觸取電。該受流方式技術成熟且對景觀影響較小，但建設成本較高，對項目所在的氣候環(huán)境有一定要求。由于接觸軌位置離地面較近，存在安全風險，因此還要求線路為全封閉式。該受流方式在有軌電車系統(tǒng)中應用稍少。

3) 車載儲能式。車載儲能受流方式是在列車上設置儲能裝置，當列車通過無電區(qū)時，由列車儲能裝置供電；當列車運行至有電區(qū)段時，由外部電源對列車進行供電或充電。其最大優(yōu)點是可以實現(xiàn)全線或重要路口的無網(wǎng)化，但亦存在列車牽引性能、行駛距離受限于車載儲能設備等缺點。

山嶺區(qū)旅游有軌電車線路通常運量較低、線路環(huán)境簡單、站間距較大，相較于城市軌道交通線路坡度更大。受流方式應滿足有軌電車在山嶺區(qū)坡道的牽引力和最大站間距的需求，還需考慮項目所在地的極端氣候狀況及雨雪情況。在滿足技術需求后，受流方式方可根據(jù)旅游區(qū)對于景觀效果的訴求，結合成本等因素來綜合決策。

4.3.2 牽引供電電壓等級

國內有軌電車牽引供電系統(tǒng)電壓有DC 750 V和DC 1 500 V兩個等級可供選擇。目前，國內新建軌道交通項目大多選用DC 1 500 V。一般而言，采用較高的電壓等級，從牽引供電距離、電能損耗和投資成本的角度來看，都具有一定的優(yōu)勢。城市有軌電車項目由于站間距普遍較短，大多采用DC 750 V的電壓等級，但考慮到山嶺區(qū)旅游項目站間距大、坡度大等特點，車輛制造成本差別不大的情況下，更推薦采用DC 1 500 V的電壓等級來進一步提高牽引系統(tǒng)功率、減少供電系統(tǒng)投資。

4.4 列車最高運行速度

列車速度目標值的選擇與線路的平縱斷面條件、車站分布及項目功能定位關系密切。與城市內部的有軌電車線路不同，旅游項目由于自身具有的觀光屬性，乘客往往傾向于慢速行駛，同時也對列車的運行噪聲有更嚴格的要求。因此，對于有軌電車最高運行速度的選擇，既要考慮山嶺區(qū)的特殊線路情況，也要考慮旅游屬性的特點。目前，普遍選擇80 km/h作為列車最高運行速度，以求在投資、能耗及環(huán)保各方面達到最優(yōu)平衡。

4.5 有軌電車車輛服務性設施設備選擇

根據(jù)線路特點、旅行速度、客流來源以及以人為本的設計理念，旅游線路應著重考慮車輛設計應具有舒適的座椅、大視野車窗及信息化設施等服務特性。

4.6 有軌電車車輛與景觀和文化的協(xié)調

山嶺區(qū)旅游有軌電車本身作為一個旅游產(chǎn)品，除了自身造型美觀外，其設計還需與景區(qū)的自然景觀和民俗文化相協(xié)調。在對車型外觀進行具體比選時，需兼顧景觀與民俗文化，同時還需關注色彩、圖案及裝飾設計等因素，以增強景區(qū)視覺沖擊，提高旅游景區(qū)觀光效果，實現(xiàn)“車中人看風景，車外人看車輛”的目標。

5 結語

山嶺區(qū)旅游發(fā)展空間巨大，旅游軌道交通既可以作為交通工具，亦可以作為一種新的旅游業(yè)態(tài)。旅游軌道交通車輛應符合前瞻性的選型原則，參考國內外中低運量軌道交通線路系統(tǒng)制式的應用經(jīng)驗進行綜合比選，將“山區(qū)”和“景區(qū)”兩大重要特征作為重要選型依據(jù)來確定軌道交通項目使用的系統(tǒng)制式，并在此基礎上進行車輛型式等的確定。