第第3章章 地铁运输系统地铁运输系统 由于铁路捷运地下隧道建设费用日益增长，以及针对营运弹性与经济的要求，“小型地铁”（Mini-Subway或Neo-Metro）的发展正逐渐受到都市运输界的重视。所谓“小型地铁”是指车辆设备、行车隧道、地下车站等的尺寸均较一般铁路捷运系统小的地铁。由于具较小型的轨路设施与车辆设备，使初期建设费用降低，同时在运作上也具有相当大的弹性，成为一种经济有效的都市中运量捷运系统。 3.1 小型地铁的发展理念 小型地铁的发展，起源于19世纪后期在欧洲建造的几个地铁捷运系统，如伦敦、柏林、布达佩斯等，其中以伦敦的“Tube”历史最久，也最为有名。伦敦的捷运路网共长400余公里，其中约有40里程在地下。主要施工方法有两种：早期建造的路线，在市区部分系以“明挖覆盖”（Cutand Cover）方式构筑较浅的坑道（称为“Underground”）而成，使用较宽的矩形车辆，即通称的“Surface Line”。另外在20世纪初期开始使用较新式的隧道钻挖（Tunneling）方法，于地下平均27米深处钻掘隧道（称为“Tube”），使用较小型车种。这几条市区路线，称为“DeepTube Line”，或简称Tube”。其最深处达地下67米。 当初进行Tube路线建造时，由于受制于施工技术水准，内径3.6米（12英尺）的隧道是能够达到的最大极限。同时受地上蜿蜒而行的街道的限制，地下路线亦随之产生了不少急弯。虽然今日的 Tube 规划人员已不再受到上述条件的限制，但是当年在此种受限情况下发展出来，“曲折路线，小断面隧道，精缩车厢”的折衷式铁路捷运系统，却在今日的都市运输技术领域中，以“Mini-Subway”的新貌崛起，成为日受瞩目的中运量捷运系统新秀。 除了上述的伦敦Tube系统外，世界上尚有其他不少铁路捷运系统使用小型车厢。由于各系统大多系于早期发展，且建造时受限条件及考虑方向未必相同，故有些系统虽采用小型车厢，但隧道内径尺寸并未相对减缩。 小型地铁的发展理念主要系基干土木工程费用在捷运系统的建设费用中约占7580，其中隧道部分更是占了相当大的比率。隧道工程费用大致与其断面积大小成正比例，因此致力达成最小的隧道直径，成为工程设计的着力重点，而其所牵连的相关因素也导致了小型车厢的设计取向。英国 Metro-Cammell Ltd车厂的顾问 F.Bonneres曾收集目前欧美使用的捷运车种资料及其配置于地下隧道时的内径尺寸。 1904年完成的纽约地铁 1890年营运至今的伦敦Tube 小型地铁目前在世界各地呈现相当程度的发展： 英国及其欧洲城市，着重于原有系统的整建与扩充；日本方面除了致力于传统铁路车厢及设备的小型化之外，更着手开发“线性马达车厢”；其他地区也开始陆续出现小型地铁型式的AGT系统。 3.2 小型地铁发展概况 伦敦乃至全世界的第一条地铁于1863年开通，长约6.4公里。使用“开挖回填”方式建造，蒸汽机车牵引，后于1884年完成“环状线” (Circle Line)。直到1890年12月建造长5.2公里，从现称“Northern Line”的Kling William Street站到泰晤士河南岸的Stock well站的世界第一条 Tube Line，并以电动机车牵引，开启了伦敦 Tube 发展的新篇章。此后系统不断扩充，主要着重于原有路线延长、车辆改进及服务现代化方面。长22.5公里、自1962年动工至1971年完工的Victoria Line是50余年来的第一条Tube铁路新线。它全部采用地下钻挖方式施工，隧道内径3.8米。1977年开始进行将Piccadilly线延伸到Heathrow国际机场的工程，于1986年初完成环绕场区的6.4公里路线，成为继美国克利夫兰、德国法兰克福之后，提供市区与机场间直捷服务的都市捷运系统。 3.2 小型地铁发展概况 3.2.1 伦敦Tube Line 另外，从 Baker Street到 Charing Corss 的 Jubilee 新线的第一期工程亦于1979年完工通车，使Tube路线里程倍增。 精缩隧道断面已成今日地铁建造趋 Tube使用的车厢配合隧道断面设计成具圆弧形车顶的外形。目前Piccadilly线使用的是1973年车种，列车通常由两个三车组成的车组联挂而成（共六个车厢），头尾车厢配置驾驶室，头部设计有内开的安全门供逃生用。车体由钢架覆铝皮构成，以减轻车重及营运成本。每个车厢长约17.7米，宽2.6米，高2.9米，坐位44个，车身两侧各设两个高度延伸到车顶的双开滑动车门。高峰时间列车最短间隔为90120秒，一小时单方向可达33车次，平均靠站时间为2025秒。列车最高速度为100公里小时，平均每小时33公里。在最拥挤状况下，一列6车组成的列车最多可载运1210人。 Tuble采用1.435米的标准轨距，使用600伏特的直流电，但有些路线特别设计有“第四轨”系统（Fourth Rail System）传送电力，与运行轨分开，以避免电流沿铸铁轨道断面回流。“自动化”是伦敦Tube近年来的改善重点，Victoria线从1969年初通车即采用自动列车运转（ATO）、自动售票控制设备及闭路电视监控设施。其他路线亦正逐步改进，并实施“一人随车”运作，每列车仅派一人随车，只负责车门的开关及列车的启动。在接收到随车人员以按钮方式传达的启动信号之后，列车即以自动方式加速（可在1015秒钟内达到32公里），并以设定的速度运行至下一车站后自动停车。 伦敦运输局目前正在进行Tube新车种的开发。新车种的车体由铝合金焊成，比目前使用的车种轻巧，车门略突于车身，沿外缘滑动开关，与目前含在车体内侧启闭方式不同。车厢地板将由木料改成合成纤维。电气设备方面将使用较轻量的马达与车轮。列车以两个设有驾驶室的先头车分挂于首尾两端，并将两个中间车联挂其中构成一个车组，最多可联挂成8车列车，采用600伏直流电。伦敦Tube与Surface使用的车厢Surface车厢内部，宽2.85米 苏格兰的格拉斯哥捷运系统是目前世界上最小的小型地铁，建于1896年，长10.4公里。它是包括15个车站的全地下环状路线，隧道内径只有3.4米，轨距为1.435米的标准轨距。列车由两车组成，每车长12.6米、高2.7米、宽2.3米，为世界上最小的铁路捷运车厢，钢架铝皮构成车身，平均运行速度26公里小时，每车42个坐位，站位为51人。该系统于20世纪80年代初整修，年运量约15 000 000人次 3.2.2 格拉斯哥小型地铁运输系统 1984年3月23日完工通车的Tyne & Wear Metro系统，号称是全英国第一个具整体性的都市运输系统。除了营运上与公共汽车及汽车停放设施密切配合外，该系统创造了几项特色：（1）78的路线用地利用该地区的英国国铁原有轨道；（2）车厢采用轻量的联结型LRV；（3）新建5公里地铁隧道系按内径4.75米的小型地铁兴建。 3.2.3 Tyne & Wear Metro 柏林的第一条地铁于1902年开通，属于欧洲早期地铁系统之一。自1944年开始，随着德国的分裂，该市的 U-Bahn（地铁）系统也一分为二。西柏林拥有8条路线，长105.4公里，116个车站；东柏林则只有两条线，长16公里，23个车站。西柏林使用的捷运车厢分“大型规格”（Grossprofil）与“小型规格”（Kleinprofil）两种。大型车厢有1965年推出的DL型及1973年出厂的F型系列，车厢尺寸大致相同，长、宽、高为32米、2.65米、3.43米，与其他城市的MRT系统或伦敦Surface Line使用的车厢断面比较，还算是小型车种。于1965年与DL型车厢同时使用的西柏林 A3L 型小型车厢，宽度只有2.3米，高3.18米，比伦敦Tube车厢还紧凑，是典型的Mini车种。 3.2.4 柏林的U-Bahn系统柏林U-Bahn列车 1985年5月2日，法国里尔市VAL捷运系统第一号线全线开放通车，在长13.5公里的路线中，约有67的路段在地下，其中5公里为深挖隧道。由于使用2.06米的车厢，在6.4米宽的椭圆形隧道断面中，容纳了两股车道及两旁各70厘米宽的安全走道，成为世界上第一条市区的小型地铁式AGT系统。另外美国西雅图的Sea-Tac：及亚特兰大的Hartsfield国际机场，分别于1973及1980年开通以小型地铁方式服务机场旅客的全地下式AGT客运系统。西雅图国际机场小型地铁式的客运系统 3.2.5 小型地铁式的AGT系统 大阪市交通局在1980年初期开始进行小型地铁的发展研究，以现行外径6.8米（内径5.7米）的隧道为基准，在断面面积减半，并使用高、宽、长分别为2.95米、2.45米、12米的小型车厢（现行车厢尺寸为3.75米2.89米18米）的情况下计算一内径 4.1 米的捷运隧道方案，发现土木工程费用可以降低3040。而小型车厢以每车载客70人左右，6车组成一列车，运转间距2分钟，以乘用效率150200的条件运作，其单方向高峰小时运载能量可达 20 00025 000 人次。于前述最大运能下与大型车厢系统比较，小型地铁在车辆费用及动力消耗费用方面亦无大幅增加。因此小型地铁的系统总建设费大体上要比现行地铁系统节省2030。除了费用较省外，小型地铁在都市道路底下空间的利用，也较现行系统充裕。小型地铁运量约为一般地铁的1312，而比AGT系统高出约1倍。3.2.6 日本在小型地铁方面的发展 日本对小型地铁的研究，除大阪市外，东京都方面也有突破性的发展，利用车厢装置“线性感应马达”可降低地板高度并减少设备，达到精缩车厢体形的目的。1981年在“日本铁道技术协会”的指导下，日立制作所、三菱电机、日本车辆会社等组成集团，开发“线性马达车厢”应用于小型地铁的3年研究计划。1983年12月开始集团在日立制作所的“水户工场”进行实车试验；根据前述3年研究计划的研究成果，大阪市营地铁鹤见绿地线及东京都营地铁12号线分别于1988年的9月及12月决定采用线性马达驱动的小型地铁技术。该技术称为“Linear Metro”。Linear Metro示意图Linear Metro感应轨 日本的第一条Linear Metro大阪鹤见绿地线（大阪市营地铁 7 号线）于1989年3月20日开始营运。自市区一端的京桥站至博览会场的鹤见绿地站，全程长5.2公里，其间设有3个中途站，列车运行时间为10分钟。鹤见绿地线使用的线性马达车厢长宽高为15米2.49米3.115米，列车由四部车厢编组而成，随未来需求的增加，可编组成六节车厢的列车。该路线尚有向市中心区方向延长的计划，自京桥至心斋桥间5.7公里的路线，预定在1996年完成，届时路线长度将达10.9公里。鹤见绿地线车厢内部鹤见绿地线列车鹤见绿地线轨道 东京都营地铁12号线，在路线上分成“环状”及“放射状”两大部分。环状线部分自新宿地区起向东北经柳町、春日、上野广小路、藏前、森下、清澄、门前仲町、月岛、浜松町、麻布十番、六本木、青山一丁目、代代木至西新宿，长约29公里。其间绕经东京都的核心地区、下町地区、山手地区等，与东京都现有的辐射状地铁及铁道运输路线均有交叉，同时也将补充原先铁道路网服务不及地区，而构成东京都的新铁道路网。此环状线全部为地下路线，一般称为“地下的山手线”（现在的 JR 山手线为高架），由东京都政府交由东京都地铁建设株式会社负责建造，预定1996年开放营运。都营12号线放射线部分，自新宿沿着西北方向伸展，经东中野、练马，到达新社区光丘，全长约14公里，共设12个车站，由东京都交通局的高速电车建设本部负责建造。其中光丘至练马段的4.8公里已于1991年12月10日先行完工通车，成为东京都最新的地铁路线，其余练马至新宿间的9.1公里于1994年完成。 东京都营12号线的线性马达车厢在规格上与大阪系统大致相同，长宽高为16.5米2.5米3.15米，稍大于鹤见绿地线车厢，线性马达容量120千瓦也大于大阪系统的100千瓦，列车由六至八节车厢组成。 都营12号线列车 至1996年，大阪市营地铁7号线及东京都营地铁12号线均全线完成，日本拥有约54公里长的Linear Metro，而在以线性马达驱动的小型地铁技术方面领先各国。 另外，在前述的传统地铁小型化方面，日本也于1989年8月随着京都市小型地铁运输系统“东西线”的开工而进入实施阶段。京都市的小型地铁路网是以京都驿以北的御池为中心，由南北线与东西线形成十字形的50公里路网。其中，乌丸线（南北线）从北山至竹田的11.1公里已于1990年10月全线通车，采用传统的高运量铁路捷运技术，车厢长宽高为20米278米 3683米，隧道内径为6.05米。东西线自京都市东部山科地区向西穿越核心地区至西部的洛西地区，全长约30公里，是京都市内惟一的东西向都市捷运路线。东西线的第一期工程，自核心地区的二条至醍醐地区，长约12.7公里，于1994年配合京都建都1 200周年完工通车。基于对建设及营运费用的考量，东西线采用了小型铁路捷运系统技术，使用精缩的车厢，长宽高为16米2.4米 3.15米，隧道内径为4.6米。 京都市小型地铁运输系统东西线的建造，开始了日本小型地铁技术发展的新纪元。 根据日本方面的看法，小型地铁最适合于运输需求在每小时 20 000人次左右，而其他以高架式为主的中运量系统(如AGT、单轨系统)较难应用在都市环境，例如市区对景观、日照、噪音等问题要求较严格。因此从布设弹性、都市空间有效利用的观点而言，小型地铁较其他中量系统具备较为优越的条件，可以作为中型城市的运输主轴，也可以作为大都市中心市区的辅助路线。 在世界都市交通趋向讲求“规模经济”与注重“环境品质”之际，小型地铁今后如能在车厢电气设备小型化及维护、逃生与防灾问题的处理上有更完善的发展，则很可能在地铁与高架式中运量系统之间开拓出相当可观的应用领域。3.3 结 论