轨道交通中,轨道到底发挥什么作用?

首先补充一点,跟据题主的问题描述,这个问题的出发点是讨论对于中运量的公共交通系统(量化指标约为单向高峰小时1万~3万人次),轨道形式相对于有一定独立路权的快速公交(BRT)的优势。这一类的轨道交通既包括传统轮轨(例如轻轨、有轨电车),也包含单轨系统、胶轮轨道系统、中低速磁悬浮等。至于大运量地铁、通勤铁路、重铁乃至货运铁道,并不是讨论的核心,传统轮轨所谓载重大、阻力小的特点并不是各类轨道交通共有的特点

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各种形式的轨道发挥的共同作用,是引导车辆行进方向。这带来的最大好处是提升运量。轨道交通运量更大的一个原因是轨道交通列车更长、更宽

  • 轨道交通可以有多节车厢串接在一起,由一名司机负责开行,因此运输相同数量的乘客需要更少的班次和更少的驾驶员。驾驶员少降低了人工成本;班次少则可以避免多个车辆堆积在一个车站的情况,另外对于和社会道路有交叉甚至混行的系统,班次少可以减少对社会普通交通的打扰(试想一下,如果BRT半分钟一趟车,且有控制红绿灯的优先权,会发生什么)。
  • 轨道交通不需要人为控制转弯,也不用考虑和社会道路的兼容性,因此车体宽度受的限制更小。同时,轮轨自不必说,即便是单轨和胶轮轨道,也因为车辆方向被自动限定了,从而可以放置更多的轮子来提高车辆的承重能力,所以车体可以做的更宽。公交车的宽度一般最大也只有2.5米,而轨道交通车辆最小也有2.5米,可以很轻松的达到3米左右。

但即便如此,很多人仍会有一个疑问,假如说不考虑对社会车辆的打扰,那么公交车只要不断地加车,好像也可以达到一定规模的运量,而且很多轨道交通系统需要配备更多的站务员和轨道维护人员,似乎人力也不少。对此我的观点是,轨道交通可以带来与大运量匹配的系统稳定性减少各种人为错误的发生率。大家都知道,越是庞大的系统,发生错误造成的损失越大,容错率越低。如果系统太不靠谱,乘客就不愿意搭乘公共交通,更多的选用私家车出行,公共交通的意义就打了折扣。关于这一点,轨道形式具有明显的优势:

  • 从驾驶员的角度:驾驶员只需要负责控制列车加减速和开关门,不需要掌控方向。同时,轨道车辆可以更好地判断前车距离和前方限速,及时对驾驶员给出一个合理的速度指令。甚至,在很多轨道交通线路中,已经可以实现高度的、乃至完全的无人驾驶。这种简单化的运行模式可以显著降低司机出错的概率。
  • 从乘客的角度:轨道交通车辆的轨迹被精确限定,进出站不需要打方向盘,停车位置和角度很容易掌控。所以,乘客可以在一个很长的站台内候车,分散上下车的位置,达到快速乘降的目的。而如果是BRT,相信大家都有等车时同时来两辆甚至三辆公交车的经历,乘客就会蜂拥而来又蜂拥而去,降低上下车的效率,也不利于乘客分散到各个车辆内。
  • 从列车的角度:轨道交通普遍受天气影响较小。一方面,轨道车辆不必担心侧向打滑的问题,受雨雪天气的影响有限。悬挂式单轨甚至完全避免了积雪的问题。另一方面,得益于更精确的信号系统和更简单的控制,轨道交通对可视距离的容忍度更高,雾霾天气即便受到影响也小于普通BRT。
  • 从车站的角度:当客运量达到一定规模时,无论是什么样的公共交通系统都需要配备一定的站务员,负责处理一些日常事务和各种疑难杂症。例如说售票检票,例如说系统故障时对乘客的疏导,例如说协助残障人士快速上下车。如果是无人车站,那就只有靠司机身兼数职处理这些事物,增大系统延误或者扩大延误的概率。实际上,正是因为轨道交通能实现更高程度的自动化和标准化,对人工站务员的需求也是更小的。

另一方面,BRT的优势在于可以直接开到社会道路上,灵活性高。而如果公交线路客运量大,需要在较大范围内拥有独立路权,那么对于专车专属一条路走到底的线路,无轨相对于轨道就不再有什么优势,沥青路面支持各种各样车辆的特点也不重要了。此处,沥青路面和普通钢轨、单轨、胶轮轨道是同级的待选项,选用什么就看大家各自的优缺点。BRT专用道看似成本低,但需要更大的总道路宽度,所以如果是在既有城区修建则受到很大限制;若是修高架,单轨可能反而比高架柏油路的成本更低;有轨电车独立路权的部分可以修在道砟上,排水和维护也比柏油路简单。

此外,轨道交通多采用电力传动。因为既然有了轨道,配置第三轨或接触网为列车提供能量就是很顺手的事。人们都知道,电动车最大的瓶颈是续航能力,而轨道交通甩掉了电池的包袱,就能够充分发挥电机相对于内燃机的各种优势,比如说起动转矩更容易做大,比如说减速时可以进行能量回馈,比如说更容易做成动力分散的动车组,而这些对于频繁起停的公共交通来说都是比较重要的优点。

要说明的一点是,轨道交通的运行速度和轨道形式有关,像单轨、胶轮轨道的最高速度相对BRT未必有什么区别。轨道交通的快速性,主要是通过前述的独立路权、高效的乘降、更低的错误率和更高的标准化程度实现的。不过,轨道交通过弯时可以设置超调,即轨道本身设置一定的倾斜角度,这倒是可以提高过弯速度。

还有一点是关于安全性。轨道交通能缓解与社会车辆冲突和雨雪天气侧滑的隐患,加上自动化程度高、驾驶方式简单,事故率整体上比较低。但另外一方面,如遇到突发的地震、海啸等灾害,轨道交通(特别是单轨)比起地面上的BRT要更难疏散,且存在脱轨的可能,灾后修理恢复也需要更长的时间完成。

最后,从乘客的角度而言,在相同速度下轨道交通普遍运行更平稳,乘车体验更好。除了低地板有轨电车,对于其它类型的轨道交通,乘客可以在高站台上候车,车辆客室地板下方有足够多的空间放各种机器,所以车内地面更平整,不会为了放车轮而出现左一个台阶右一个台阶的情况,这样车内空间利用率就有了一定的改善。此外,轨道交通车站也更容易和建筑物结合,提高乘客的候车体验,比如说机场航站楼之间的摆渡系统就广泛采用轨道交通系统,其比登机口摆渡车的体验要好得多。所以,决策者从形象和便民的角度考虑,也愿意多选择建设轨道交通。

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题外话,有一个特例是世界上很多城市闹市区中运行的只有一节车厢的有轨电车。

我认为这主要是一个历史遗留问题。因为钢轨的载重量天然的要更大一些,同时在20世纪上半叶,汽车的技术还不是很发达,燃油也不是很充足,那么靠电的铁道列车相对而言就能提供更大的载客量。

现在它们能继续存在,是因为维持运营不需要投入多少新建成本,以及一些情怀上、文化上的因素。对于新建系统而言,闹市区一两节的有轨电车和BRT相比就没什么明显的优势了。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:知乎用户(登录查看详情)

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