新型交通工具在交通運輸中的應用進展和展望＊

張 輪 張 孟 楊文臣 莊倩倩

社會文明的進步與科學技術的發(fā)展，給人類的出行方式提供了無限的想象空間?，F代意義的交通工具，人類已經不再將人或物的“到達”作為機動出行的惟一目標，速度、安全、服務、節(jié)能及可持續(xù)等多層次的出行需求正在發(fā)展，磁浮列車、超級圈列車及大飛機等高速、經濟和綠色的新型交通工具不斷涌現，不斷提升并豐富著人類對城市及交通文化的追求［1］。同時，人們更要求交通工具具備越來越高的安全性、節(jié)能性、環(huán)保性、舒適性和智慧性，又要兼顧城市景觀，誕生了很多介于“航空”與“地面”、“軌道”與“自由駕駛”、“駕駛”與“自動控制”等之間的中間類交通工具。新型交通工具在縮短心理體驗的物理距離的同時，更注重滿足人們不同層次的出行需求。

本文收集國內外新型城市軌道交通工具、新型城市地面交通工具及新型航空交通工具的運行數據，跟蹤其工程應用進展和關鍵技術研發(fā)進展，通過新系統、新工具及新技術的跟蹤，分析國內外新型交通工具的發(fā)展趨勢，并結合我國城鎮(zhèn)化階段發(fā)展的特征，探討新型交通工具的發(fā)展對我國構建城市綜合交通運輸體系的啟示。

1 新型城市軌道交通工具

城市地鐵歷經多年的技術研究和運營經驗積累，逐漸發(fā)展成為城市公共交通的骨架。以磁浮列車、新型有軌電車等為代表的新型城市軌道交通工具見表1。

表1 新型城市軌道交通工具

1.1 磁浮列車

磁浮列車（magnetic levitation train，Maglev）是利用磁鐵吸引力和排斥力使車輛浮起來，且運行在特殊軌道上的列車。磁浮列車系統主要由高速磁浮牽引供電系統、線路軌道系統、車輛及運行控制系統4大子系統組成［2］。Maglev速度界于高鐵和航空交通工具之間，具有速度快、運行安全、平穩(wěn)舒適、無噪聲等特點。但是，其牽引供電系統斷電后的系統安全保障措施至關重要，而且，強磁場運行對人體健康及生態(tài)環(huán)境平衡等的潛在影響是大眾關注的焦點。2002年12月，世界上第一條最快的商業(yè)運營磁懸浮列車正式在中國上海投入運營，線路全長30 k m，雙線上下折返運行，最高設計運行車速達431 k m／h。

1.2 儲能式現代有軌電車

有軌電車（tram，電車）采用電力推動，單節(jié)編組的車輛（最多3節(jié)）通常在街道沿線運行，是一種環(huán)保公共交通工具。歐洲、美國對有軌電車交通技術長期不懈的研發(fā)已證明其能夠安全、經濟、高效地運營。進入21世紀，儲能式現代有軌電車完全靠超級電容提供動力，無需架設外部供電網，且采用100%低地板的包容性車輛設計技術，實現乘客的水平上下車［3］。其節(jié)能環(huán)保，可去除傳統有軌電車在城市上空的視覺污染，且可與機動車共享路權。2012年，中國南車株機公司生產出全國首創(chuàng)的儲能現代有軌電車。2013年6月，儲能式現代有軌電車廣州海珠試驗段動工，完工后將實現其在世界的首次示范運行。

1.3 空中軌道及自動導軌交通

空中軌道列車（sky train，空軌）是一種懸掛式的單軌交通運輸系統，列車被吊在半空中行駛。其具有能耗低，零污染、軌道可拆卸變更等特點，且造價低，占地面積小，但其速度偏低且運營里程短，對城市公共交通的分擔能力有限［4］。自動導軌交通（auto mated guideway transit，AGT）則是依靠導向軌引導方向，采用橡膠車輪車輛在平板軌道上自動運行的新型快速客運交通系統。AGT系統可分為個人快速交通系統（PRT），自動客運系統（APM）及無人駕駛直線電機交通系統（L M）。其運轉靈活，環(huán)保，但軌道會發(fā)生波浪磨耗，維保困難，且行車密度難以提高［5］。1900年，世界首條空軌運營線在德國烏波塔爾誕生。目前，PRT系統已在阿聯酋馬斯達爾城、韓國順天等地示范運行。

2 新型城市地面交通工具

以石化燃料為動力的傳統地面交通工具能耗較高，噪聲和尾氣排放等帶來嚴重的環(huán)境污染。新型城市地面交通工具從動力能源、車輛結構、車輛控制、車輛材料入手，采用創(chuàng)新動力驅動技術和自動控制技術，突破傳統地面交通工具的缺陷，為解決城市交通問題提供新的解決方案。以新能源汽車、智能車等為代表的新型城市地面交通工具見表2。

表2 新型城市地面交通工具

2.1 新能源汽車

新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動機之外所有其他能源汽車，主要包括混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池電動汽車等。混合動力汽車（hybrid electric vehicle）采用石化燃料和電力混合驅動，其可靈活切換驅動方式，但長距離高速行駛基本不能省油。純電動汽車（batter y electric vehicle）主要采用蓄電池作為儲能動力源，其結構簡單，節(jié)約能源，且可利用晚間用電低谷進行充電［6］。但其連續(xù)運行里程、動力性能、電池研制及配套設施建設仍是技術難題。燃料電池電動汽車（f uel cell electric vehicle）通過氫氣、甲醇等燃料的化學反應產生電流來驅動電機，其動力性能好，無噪聲，零排放，但是燃料電池組的一體化，商業(yè)化電動汽車燃料處理器和輔助部件的集成化是尚存的技術挑戰(zhàn)［7］。日本豐田等汽車廠商的混合動力汽車的研制處于世界領先，美國特斯拉（Tesla）的Model S全電動車的性能已逼近甚至超越傳統汽車，以燃料電池為動力的運輸大客車在北美的幾個城市中正在進行示范項目，我國目前上汽等大型汽車廠商均瞄準汽車驅動電力化趨勢，推進新能源產業(yè)化，代表性車型有比亞迪“秦”系列純電動汽車及上汽氫動力汽車等。

2.2 智能車

智能車（cybercar）是一種具有完全自動駕駛能力且在道路行駛的智能車輛，其繼承汽車的傳統優(yōu)勢，且依托于公共交通系統的新機動性的理念，提供點到點服務，形成一種新的車輛共享的組織形式，是“以人為本”理念在新型交通工具中的最佳體現［8］。其現階段已應用于殘障人士、停車場、交通樞紐等特殊領域服務。cybercar具有零污染、多功能、機動靈活、安全可靠等特點，具有雙向運行模式的cybercar如何逐步替代私人交通，以及智慧基礎設施（具有專用高速智慧行駛區(qū)間）的建設，將是其大范圍應用的挑戰(zhàn)。

2.3 超級圈列車

超級圈列車（hyperloop）是以“真空管道運輸”為理論核心設計的交通工具，其車體采用膠囊狀的增壓艙，利用直線電機驅動，在減壓管道中懸浮運行。超級圈列車最高設計時速可達1 220 k m／h，且真空管道運輸的造價較低，其可附著到既有高速鐵路架橋上以節(jié)省成本。它是elon Musk于2013年8月公布的一種新型交通系統設計概念，具有超高速、低能耗、零污染等優(yōu)點。

3 新型航空交通工具

3.1 大型飛機

大型飛機（large aircraft）是指起飛總重超過100 t的運輸類飛機，國際航運體系習慣上把300座以上的客機稱作“大型客機”，而在我國150座以上的即被稱作“大型客機”。其特點是尺寸大、高可靠性及長壽命，飛行高度在10 000 m左右，航程可達15 000 k m，載客量為150～600名。但其投資大，氣動外形要求嚴格，零件材料和形狀結構復雜［9］。歐洲空客A系列和美國波音7系列已投入運營，我國C919大型飛機也于2011年12月順利通過國家級初步設計評審。

3.2 無人駕駛飛機

無人駕駛飛機（un manned aerial vehicle）是一種依托機載自動駕駛儀和程序控制裝置，地面采用無線遙控設備對其跟蹤、定位、遙測、遙控及通信，實現程序自動控制的不載人飛機［10］。其空氣動力性好，機動靈活，但受氣候環(huán)境影響大，飛行距離有限，系統控制的滯后性及安全保障仍有待突破。無人飛機雖本身不是一種交通工具，但其作為一種空中檢測平臺已廣泛應用于交通領域，包括交通監(jiān)控和信息采集、交通管理控制和自然災害監(jiān)控等方面。

4 展望

4.1 新型交通工具發(fā)展態(tài)勢

在軌道交通工具方面，以城市軌道交通為骨架的城市公共交通系統經歷了從無到有、再到網絡化運營的階段，以高鐵和動車組為骨架的城際軌道交通極大地促進了城市間的聯系。但是，軌道交通在中心城區(qū)內地鐵600 m服務半徑的覆蓋率達到55%，仍存在部分薄弱地區(qū)以及缺乏地鐵線路覆蓋的高客流走廊。新型有軌電車可以作為中心城區(qū)地鐵線路的補充與延伸，同時可以作為區(qū)域內部公共交通系統的骨干，或是作為組團內與地鐵站點間的快速聯絡紐帶，形成地鐵線路的飼喂線，進一步擴大地鐵系統的服務范圍。

在地面交通工具方面，小汽車交通的高強度、高密度和高聚集使用帶來了嚴重的交通問題，其最大優(yōu)勢是便利性、機動性和舒適性，交通需求的本質是人和物的移動，而非交通工具的移動。因此，我們應采取機動交通“管、限、控”等綜合措施，緩其發(fā)展速度，限制其使用，發(fā)展貼近出行者起終點且換乘便利，出行時耗小且舒適，可與小汽車競爭的公共交通與慢行交通一體化系統，以高效的公共交通代替小汽車。同時，“綠色、低碳、高效、優(yōu)質”的電動汽車等新型地面交通工具正在進入并改變人們的出行方式。

在航空交通工具方面，我國民航年平均運送旅客及空中物流處于高速增長態(tài)勢，世界民航運輸機將繼續(xù)向大型化發(fā)展，并逐步培育“樞紐＋輻射”的航空運輸發(fā)展模式，即旅客通過支線航班匯聚到樞紐機場，再由大型運輸機運送到另一樞紐機場，最后再乘坐支線客機到達目的地。大飛機作為一種高安全、高速度、大客量及低排放的高品質大型空中運輸方式，可實現大量人群或大宗貨物的長距離“高效益”出行。在經歷了以汽車為代表的陸上交通文明和遠洋船舶為代表的海上文明，以大飛機為代表的空中文明正在發(fā)展。

4.2 我國城市交通發(fā)展的戰(zhàn)略選擇

我國城市化率迅速提升，已從1980年的19.8%發(fā)展到現在的50%，城鎮(zhèn)化發(fā)展必然帶動城市交通的發(fā)展。為滿足不同層次交通出行需求，多種交通方式全面發(fā)展，包括大運量的地鐵，中等運量的磁懸浮、中低運量的BRT系統，低運量的常規(guī)公交等，大城市多模式綜合交通系統格局初步形成。城市交通的快速機動化帶來了中國城市與交通的巨大變化，但在提升出行便利性和質量的同時，由于交通機動化與城市建設、管理發(fā)展、交通行為及文化的不適應，中國城市的交通阻塞、事故和污染等問題日益嚴峻。

為更好地解決新型城市化交通發(fā)展的問題，打造國家樞紐城市，自快速網絡化地發(fā)展地鐵和修建BRT系統后，新一輪的新型有軌電車系統建設正在國內大中城市推行。不難看出，引入高品質的新型交通系統，構筑“模式多樣、層次分明、等級合理、銜接有序”的多模式一體化綜合交通系統，成為“北上廣”等眾多城市所采取公共交通政策的基本出發(fā)點，以“共享、暢達、綠色、公平”為特征的現代服務型綜合交通體系正在演變和發(fā)展。

5 結語

交通與城市及其文化和公共政策之間高度關聯，如何選擇正確的交通戰(zhàn)略，科學發(fā)展交通系統并動態(tài)地應對其問題，優(yōu)化整合多種交通工具，不僅決定著交通發(fā)展，更決定其城市的命運。因而，高度認識城市及交通發(fā)展對國民經濟和民生的關鍵作用，采用可持續(xù)發(fā)展原則及高新交通工具技術，構筑“共享、暢達、綠色、公平”的現代多模式綜合交通系統，實現城市與交通，交通系統構成要素與社會、心理、生態(tài)、資源及環(huán)境等多目標間的和諧，是破解城市交通困局，加快推進新型城鎮(zhèn)化可持續(xù)健康發(fā)展的關鍵。比新型交通工具更重要的是，建立新技術的評估及跟蹤評價體系，交通決策者必須從感性及行政化的決策走向理性地系統科學論證，并根據自身城鎮(zhèn)化發(fā)展的條件和特點，對接高品質的交通出行服務需求，因地制宜地發(fā)展和改善城市交通系統。

［1］ 丁志華.新型交通方式在城市交通中的適用性研究［D］.南京：南京林業(yè)大學，2012.

［2］ 張金平，張奕黃.磁懸浮列車的原理及現狀［J］.交通科技，2002（6）：81－84.

［3］ GLICKENSTEIN，H.Electric trams without the wires［J］.Vehicular Technology Magazine，2006（4）：50－54.

［4］ LONG B，CHOOCHARUKUL K，NAKATSUJI T.Psychological factors influencing behavioral intention toward f uture sky train usage in phnom penh，cambodia［J］.Transportation Research Recor d，2011（2）：63－70.

［5］ CHAPMAN H，CHAPMAN M.A new architectural design of elevated s mall group auto mated rapid Transit［J］.Journal of Public Transportation，2011，14（4）：63－87.

［6］ 李小穎，侯志祥.我國21世紀電動汽車發(fā)展的對策［J］.交通科技，2002（1）：39－40.

［7］ T HOMAS C E.Fuel cell and battery electric vehicles compared［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2009，34（15）：6005－6020.

［8］ ASA M M.SLI MAL H，YVES S，et al.Advanced approach f or the public transportation regulation system based on cybercars［J］.RAIRO Operations Research，2010，44：85－105.

［9］ 于 勇，陶 劍，范玉青.大型飛機數字化設計制造技術應用綜述［J］.航空制造技術，2009（11）：56－60.

［10］ KORPELA C M，DANKO T W，OH P Y.MMUAV：Mobile manipulating un manned aerial vehicle［J］.Journal of Intelligent ＆ Robotic Systems，2012，65（1－4）：93－101.