漫话“自动导向轨道交通系统”

来源:公众号“轨道城市”
2020-12-07
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APM、AGT、VAL、旅客捷运系统、自动运输系统、新交通系统……从事轨道交通行业的人士,一定对这些名称都不陌生。这些名字指的是同一种系统制式吗?如果是,为什么有这么多名称?为何不统一名称?


一、概述


实际上,依据国家规范《城市公共交通分类标准[CJJ/T114-2007] 》,APM、AGT、VAL有一个统一的名称——“自动导向轨道交通”。对应的,也有一个行业规范《自动导向轨道交通设计规程(征求意见稿)》已经发布。


详见:住房城乡建设部标准定额司关于征求行业标准《自动导向轨道交通设计规程(征求意见稿)》意见的函(建标标函[2017]52号


http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201702/t20170227_230765.html


在该标准正式出台之前,理论上已经有《城市公共交通分类标准》对该类系统制式进行了明确定义,但为何大众乃至业内仍然对此名字莫衷一是?名称只是一个符号,相较于名称,我们更关心该系统制式的本质和技术特点,明白了本质就不会被一个名称给忽悠。例如“云轨”(其实就是轻型胶轮跨座式单轨),例如“子弹头列车”(其实就是日本早期开发的动力分散型高速动车组),这些好听的名字下面,到底是和以往系统制式有着明显区别的一种全新技术制式,还是换汤不换药的一个披着美丽皮囊的忽悠大众的一个工具?


笔者尝试分析一下自导向轨道交通系统存在不同名称的原因,并对这种制式的特点进行简要描述。


二、历史原因


——APM、AGT、VAL各种名称的由来


显然,为何不统一名称,有一个显而易见的原因,就是这种系统制式的发展起源于不同国家,不同供货商。有点类似于牛顿和莱布尼茨分别发现了微积分的意思,牛顿从微分入手推导,莱布尼茨从积分推导入手,后人不断在此基础上总结、完善叫做“微积分”。


1
APM系统


国内首先接触“APM”应该是2008年首都机场T3航站楼内部摆渡线,引进庞巴迪交钥匙工程的线路,线路全长约2.0km,采用全自动运行的Innovia APM100系车型。随后2010年广州珠江新城旅客自动运输系统(全长3.94km,平均站间距473m)延续了这种技术的使用,最新的国内项目是上海8号线三期工程(全长6.6km,设站6座),目前在建,预计于2017年年底通车试运营。由于这种车型的原型车多应用于北美,且庞巴迪给它起的名字就是“APM”,故国人一直称呼这种系统制式“APM”,英文全称Automated People Mover,大陆翻译成旅客自动运输系统,台湾翻译成旅客自动捷运系统,与他们将地铁翻译成“捷运系统”保持了一致。


APM最早是由西屋公司(WestingHouse)在1960年代发明的,其后该技术1996年为“Adtranz”公司收购,随后2001年整个Adtranz公司被庞巴迪交通运输收购,也就有了今天一提到APM,就想到庞巴迪。2014年,庞巴迪已与中车浦镇厂合资,进行中国大陆的APM国产化工作,一同国产化的还有庞巴迪的跨座式单轨系统。


APM在北美已经是一个专用名词,为此,美国土木工程协会于2013年发布了行业标准《Automated People Mover Standards》(ASCE 21-13),该标准对APM的定义如下:

Automated People Mover (APM) : A guided transit mode with fully automated operation , featuring vehicles that operate on guideways with exclusive right of way.


北京首都机场T3航站楼“APM”系统


广州珠江新城APM系统


上海8号线三期APM系统


庞巴迪公司的“APM”应用于全球多个城市,大多数线路应用于机场,少数线路应用于城市。根据维基百科的统计数据:全球目前总共线路条数28条,其中城市轨道交通线路4条,机场内部摆渡线24条,占比85.7%。


具体到车型来说:


APM100:18条机场摆渡线,3条城市轨道交通线路;

APM200:3条机场摆渡线,1条城市轨道交通线路,APM256;

APM300:3条机场摆渡线。


部分APM线路统计如下表所示,感兴趣的读者可自行维基百科查到几乎全球所有线路统计[1]



这些线路具备两个明显特征:


一是线路全长超过10km 的线路屈指可数;


二是大多为机场内部摆渡线。


机场内部摆渡线与常规通勤线具备明显区别,一是客流具备突发特征,来了一趟航班,就有客流,没有航班时的平峰客流可以忽略不计。只要还有航班(包括晚点的航班),就有乘客乘坐的需要,所以乘坐北京首都T3航站楼航班的乘客经常会发现无论多晚抵达T3航站楼,都能免费乘坐摆渡车APM,但往往这个时候往返于东直门——T3航站楼的机场快轨已经停运了(目前北京机场快轨从T3航站楼出发的末班车时间为23:00)。


2
VAL系统


VAL”系统是法语的缩写(法语:Véhicule Automatique Léger,意为自动轻轨车辆),由法国北部里尔大学教授Robert Gabillard发明,并为马特拉(Matra)公司制造生产投入商业运营,最早于1983年应用于里尔地铁1号线系统,该系统被视为世界上第一条商业运营的全自动驾驶线路,也就是目前国内极度热门的全自动驾驶线路的鼻祖。马特拉公司是一家从事汽车、航空、武器装备生产的公司,二战中还曾提供军备,后来其交通运输部门为西门子公司并购,因此目前一提到VAL系统,我们首先会想到西门子公司。


西门子的VAL系统,目前全球应用13条线路,全长约141.7km,其中应用于机场的线路4条,占比30.8%,9条应用于城市轨道交通线路,占比69.2%。西门子分别给应用于城市和机场的线路各取了一个名字“CityVAL”和“AirVAL”。


注:数据来源于西门子官网。


VAL系统应用的线路长度较多大于10km,但超过15km的线路却屈指可数。


从已经开通运营的VAL线路和APM线路来看,两者具备一个共同点:


线路长度短、站间距短、运行环境相对封闭(机场或大型商场中心)、服务客流突发性强、服务时间尽可能长(最好是全天候24h)……以上种种特点和需求,导致了“全自动驾驶”轨道交通的诞生,所以无论是北美的APM线路,还是法国的VAL线路,还是日本的AGT线路,几乎全部采用了全自动驾驶技术。


当“全自动驾驶”、“全自动运行”席卷全国发展热潮之时,上世纪80年代的北美、法国和日本已经从胶轮自导向系统中尝到了甜头,可以说胶轮自导向系统是全自动驾驶地铁线路的鼻祖。几乎所有APM和VAL系统均采用了开放式司机室、封闭式司机台的布置,且设置了全自动车钩,可以灵活编组。坐过北京机场T3航站楼摆渡APM的乘客会发现,两节车之间竟然没有贯通道,这不太符合一般地铁和轨道交通的逻辑吧?实际上这是APM在设计之初为了保留的“高峰期多编组重联运行、平峰期短编组独立运行”而设计的,全自动驾驶可以保证在缩短发车间隔的同时不增加运营成本,而短编组意味着同样运能情况下,可以为乘客提供更高的发车密度,即“小编组、大密度”,这也是APM车辆设计较短(12m左右一节)的原因之一。

  

VAL 208(里尔)


APM 100(旧金山机场)


APM 100(马德里机场)


法国里尔的第一条VAL地铁建设者Francis Kuhn在其报告中论述[2]里尔地铁最初建设的目标如下:


(1)为乘客提供更高质量的服务,具体包括:


  • 更小的发车间隔,平峰期不低于5min的发车间隔,高峰期尽可能达到1min的发车间隔;

  • 每天更长的服务时间,不少于20小时:早上5:00~凌晨1:00;

  • 更多的座席,不低于55%的座席比例;

  • 旅行速度目标:≥34km/h。


(2)相对常规地铁来说,通过减少土建基础设施的成本以进一步减少地铁的建设成本,这意味着需要采用一种更小尺寸、更灵活的系统制式以适应城市;


(3)控制运营成本:在提高服务质量的同时,运营成本能不增加,而当时运营的主要成本是人力成本,因此减少运营工作人员成为了目标之一。


正因为有了如上述的“顶层目标”,这才有了VAL系统这种新的系统制式诞生,里尔地铁最早发明的VAL系统主要技术参数如下表所示,这是为了适应需求而做出的发明,是标准的正向设计。



3
AGT系统


AGT(automated guided transit),直接翻译过来为“自动导向轨道交通系统”,前文提到的住建部发布的行业标准即采用此名称,也是国内拟统一采用的名称。根据该行业标准的术语,AGT定义为“一种以无人驾驶胶轮车辆为主导的,在专用线路的运行道与导向轨上全自动运行的城市轨道交通系统制式。”此定义关键词包括无人驾驶、专用线路、胶轮、全自动运行。


细看该标准的车辆、轨道及主编单位等内容,可知其以广州珠江新城庞巴迪“APM”为基准进行编写,即从该标准出发,可认为APM=AGT。


在该标准出台之前,国内一般将AGT视为日本专有技术,即日本“新交通系统”中的一种。


日本的新交通系统(包括AGT、单轨、轻轨(LRT)、中低速磁悬浮(HSST)、架空缆车等),是运量和运输距离介于地铁和公交车中间的交通系统,如下[3]


日本新交通系统(介于公交车和城市地铁之间的中运量交通系统)


日本的AGT系统[4]


広島新交通1号線  新加坡Punggol LRT Line(三菱重工制造)


三、技术原因


——APM、VAL、AGT的区别


住建部拟颁布的自动导向轨道交通标准,以广州珠江新城APM系统为基准,让从业人员看到了技术标准统一的希望,既然都是胶轮自导向系统,这些厂商制造的车辆或系统是否相互兼容呢?


以庞巴迪最新的APM300、西门子VAL208、日本三菱AGT系统为例,三者主要技术参数对比如下表所示,为突出本系统的特征,将国内应用最广泛的钢轮钢轨B型车亦列于其中。


本系统与常规钢轮钢轨系统最大的区别在于其支撑和导向装置,即采用了胶轮-混凝土支撑,胶轮导向装置。由于早期技术原因,广州珠江新城APM采用了三相AC600V五轨牵引系统,包括3根供电轨和2根接地轨,其中车场为1根接地轨和信号轨;中间轨道导向,车辆运行于水泥运行面。


APM的轨道(运行轨、供电轨、导向轨)


庞巴迪APM中央导向原理示意图、转向架示意图


庞巴迪中央导向系统的道岔


对比APM、VAL和AGT系统主要技术参数,可以发现三者定位几乎完全相同:单节车体尺寸长度在12m左右,定员100人左右(约为B型车的60%),体现了其中低运量的定位。由于车体定距短,采用单轴转向架,其最小水平转弯半径可达30m,而胶轮驱动、较轻的车身使其爬坡能力达到60‰以上。


尽管三者定位相同,但转向技术却各有特点。除了庞巴迪采用的中央胶轮导向系统,三菱重工主要采用两侧胶轮导向系统,更有西门子最新VAL系统采用的中央钢轮导向系统,类似于劳尔的胶轮有轨电车系统。


三菱两侧导向系统


西门子中央钢轨导向系统


抛开轨道及其导向装置的特殊设计,三者可以等同于一种制式。但正是由于导向装置的不同,导致三者目前尚无法完全兼容。但可以肯定的是,三者技术特点非常接近,适宜应用的线路特征也非常类似。除了庞巴迪已于2014年与浦镇厂进行合资外,另外两家技术目前尚未实现国产。


四、小节


更小的车身、更灵活的曲线半径通过和爬坡能力,并从诞生以来就是全自动驾驶系统的典范,促使APM/AGT/VAL系统已在全球有了成熟广泛的应用(尤其是机场应用),但相较于常规钢轮钢轨地铁,本系统为何像跨座式单轨、中低速磁浮、直线电机等系统一样,应用没有如此全面而广泛呢?


笔者认为,根本原因是本身这种需求就少,毕竟城市轨道交通更多的需求是大运量、骨干线路;另一个原因是胶轮系统在具备低噪声、更高黏着等优势的同时,也具备先天的缺陷:运能受限、导向装置的复杂性、轮胎更换的运营成本,导致其很难成网络化运营,看看APM/AGT/VAL和跨座式单轨的道岔装置就能明白,这种专用轨道设施相较于传统轮轨系统要复杂得多,复杂意味着更高的建设成本和运营成本。


APM/AGT/VAL能否像“云轨”那样在全国各地开花呢?让我们拭目以待。


[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Bombardier_Innovia_APM

[2] The VAL: Lille Urban Community Subway’s Experience 1972-2001.

[3] New Urban Transit Systems Reconsidered-A Better Transport Environment for the Next Century[J], Japan Rail &Transport Review 16. June 1998.

[4] 俞展猷 城市轨道交通中的新交通系统[J], 中国铁路 8/2002


***

本文为轨道城市原创内容。



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