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轨道交通运载与城市生活空间兼容问题研究——以山城重庆为例

作者:许云涵·张琨浩·周晟卿     发布时间:2019-5-6 点击数:1045

 轨道交通运载与城市生活空间兼容问题研究——以山城重庆为例

 许云涵·张琨浩·周晟卿

指导老师:徐力

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摘要:改革开放以来,随着我国经济规模的不断扩大,得益于城市化建设的需求。我国各大城市轨道交通的日益发达,人们的出行日益便捷。而在纷繁复杂的轨道交通网络里,也导致了一系列诸如城市基建空间浪费、噪音、光污染、运载量与人口密度不匹配等社会问题等,这些问题也值得我们作一些相关的调研和探讨。本课题选取地形复杂、城建空间资源紧张的山城重庆为例,对部分轨道交通探察研究。例如选取重庆轻轨2号线李子坝站,对它穿越居民楼一系列检测进行定性和定量分析,并研究穿楼而过是否可以应用到其它有类似轨道建设空间有冲突的城市区域城市,从而避免和其它基建设施领域(如商业、居民楼等)土地规划冲突,来节省现在十分缺乏的土地资源,提升空间利用率。

本论文中,我们分别测量了重庆轻轨与上海轻轨的站台附近区域的噪声、震动和人流量,以及附近居民楼里不同的楼层里的噪声与环境音,将两者对比,能够发现重庆轻轨微震动且低噪音的优势是显著的。

于是我们将轻轨作为研究对象,建立数学模型,综合考虑轻轨的震动与噪声对周围的影响,以及轻轨的速度与班次,研究它的载客量是否被限制,本文研究了轻轨冗余系数,并前往上海赤峰路轻轨站测量客观的线路平均客流,通过载客能力来判断是否可以在其它领域能够得以沿用。通过对比,我们得出此类轻轨应对上海3号线的客流是不足够的,但是应对人流量不大的二三线城市能够游刃有余。此类轻轨的优势如果得以应用,对于缓解绝大多数城市交通可做出巨大贡献。

关键词山城重庆;轻轨穿楼

 

 

 目  录

 

第一章  绪论................................................................................................................ 5

1.1 轨道交通发展................................................................................................. 5

1.2 轨道交通建设问题......................................................................................... 6

1.3 经典案例......................................................................................................... 7

1.3.1 日本高速公路穿楼而过...................................................................... 7

1.3.2 长春穿楼而过轻轨.............................................................................. 8

1.4 重庆轨道交通简述......................................................................................... 9

1.5 课题开展与实施........................................................................................... 10

第二章  实验过程...................................................................................................... 11

2.1 实地考察....................................................................................................... 11

2.2 测量点概述................................................................................................... 12

2.2.1 测量点分组编号................................................................................ 12

2.2.2 重庆测量点........................................................................................ 14

2.2.3 上海测量点........................................................................................ 15

2.3 Sketch Up 3D模型...................................................................................... 17

2.3.1重庆李子坝站模型............................................................................. 17

2.3.2 上海测量点所在轻轨站模型............................................................ 17

2.4 数学模型....................................................................................................... 18

2.4.1 变量列表............................................................................................ 19

2.4.2 模型建立............................................................................................ 19

第三章  重庆轻轨噪声震动数据分析...................................................................... 20

3.1 震动数据分析............................................................................................... 20

3.2 噪声响度数据分析....................................................................................... 20

3.2 分析小结....................................................................................................... 25

第四章  重庆上海轻轨噪声震动对比...................................................................... 26

4.1 比较标准说明............................................................................................... 26

4.2 震动数据对比............................................................................................... 26

4.3 噪声数据对比............................................................................................... 27

4.3.1 环境音................................................................................................ 27

4.3.2 噪声数据对比.................................................................................... 29

4.4 制动分析....................................................................................................... 33

4.4.1 自动式空气制动................................................................................ 33

4.4.2 电力制动............................................................................................ 33

4.5 分析小结....................................................................................................... 34

第五章  模型分析...................................................................................................... 35

5.1 模型假设....................................................................................................... 35

5.2 变量列表....................................................................................................... 36

5.3 模型建立....................................................................................................... 36

5.4 速度嵌入模型............................................................................................... 37

5.5 模型整合....................................................................................................... 39

5.6 模型计算....................................................................................................... 39

第六章  结论与展望.................................................................................................. 40

6.1 重庆李子坝站建设合理性总结................................................................... 40

6.2 穿楼轻轨的实用性及拓展性....................................................................... 42

6.3 研究展望....................................................................................................... 43

参考文献...................................................................................................................... 44

 

 


第一章  绪论

 

在绪论中将介绍轨道交通的发展史以及现如今轨道交通建设对于城市发展的巨大作用以及面临的种种问题。针对各种土地利用的冲突问题,我们介绍了早年世界各国一些缓解此类冲突的交通建设先例。其次概述我们选取的研究对象所在城市的交通状况,以及李子坝站的具体情况,阐明选择其作为研究实例的具体原因。并以此作为铺垫介绍了我们在此项研究过程中的具体课题规划和实施方案。

1.1 轨道交通发展

随着城市的快速发展,人们的生活水平日益提高,人均家用车辆日益增多。随之而来的交通拥堵、停车难的现象愈来愈严重,轨道交通成了人们出行的重要选择。铁路有轨电车轻轨地铁是我们常见的轨道交通。

首先发明了火车,随后18世纪的工业革命出现了蒸汽机火车,不久第一条铁路就此建成。从1840年到1913年是世界铁路迅速发展,期间世界第一条地铁——英国伦敦的大都会地铁于1863年诞生。随后过了二十几年世界第一条有轨电车在美国运行。到了19世纪初,中国有了第一条有轨电车并在上海通车,经过五十几年的研究,在北京建成中国第一条地铁。1978年在比利时国际公共交通联合会上便有了“轻轨交通”这一称呼。[1]

20世纪70、80年代,各国加大地下铁道建设。20世纪50年代初,旧式有轨电车行驶的不便和城市道路面积减少,导致世界各国纷纷拆除有轨电车线路。20世纪60、70年代是地下铁道建设高潮发展时期,因地下铁道造价高,西方建造了一种噪声低、速度快、灵活的有轨电车。20世纪末,以地铁和轻轨为代表的城市轨道交通占主导地位。发展城市轨道交通是解决大城市交通问题和实现可持续发展最有效的途径之一,现在全世界已有40多个国家300多座城市修建了城市快速轨道交通系统。轨道交通低能耗、少污染、安全快捷、舒适高效、运载量大、较高的准时性,大大提高了市民的出行效率,帮助市民节省了出行时间。

在现代交通体系中轨道交通和土地相互影响,建设轨道交通可以缓解中心城区的交通压力,中心城区的人口则会外移,这样不但保护旧城区,而且也推动了边缘城区土地的开发。城市建设中,轨道交通与土地利用相辅相成,有着密不可分的内在联系,两者相互制约、相互促进。城市轨道交通与城市建设共同发展能优化城市结构,政府需要积极地宏观调控,合理利用土地资源、加强对轨道交通建设用地的控制,并进行轨道交通与城市土地利用协调规划的保障政策研究,以此使城市发展建设与轨道交通相适应。市政公用设施的建设与轨道交通建设之间

需要形成相互配合,一起带动周边土地开发、推动发展。[2-4]

轨道交通工程的修建极大程度上缓解了我国城市公路交通运输拥堵的现状。特别是我国的几座一级发达城市,轨道交通的建设为日渐趋向饱和的公路交通解决了燃眉之急。对于现在的大多数人来说出行的第一选择不是开私家车坐出租车,而是乘坐轨道交通。轨道交通不但在出行的成本以及方便程度上为市民提供便利,在出行泊车,道路拥堵上等现代交通典型问题上也给了市民一个最好的解决方案。但是,轨道交通的大量建设也带来了一些不可避免的问题。[5-6]

 1.2 轨道交通建设问题

在轨道交通为人们带来巨大便利的同时越来越发达的轨道交通以及人们对于轨道交通的更高更复杂的期望都给轨道交通建设施工企业提出了更高的要求,也为轨道交通发达的城市带来了诸多问题。例如轨道交通占用了大量宝贵的土地资源、阻碍了公路建设和区域经济贸易,给邻近轨道交通的居民们带来了噪声和振动,影响了他们的日常生活。特别是在一些优质的土地资源缺乏的城市或地区轨道交通的建设难上加难这时就体现出轨道交通的一些劣势。轨道交通无论地铁轻轨都需要较为平坦的土地和大致稳定的海拔,对地质地形都有要求。一些多以丘陵山地的城市地区就难以普及轨道交通。即使建设也将消耗的大量优质的土地资源导致其他建筑难以同步覆盖。这就导致了一个现实的问题,在一些的地形较为复杂又人口繁多的发达城市轨道交通的建设就很大程度上排挤了其他建筑的建造空间。而这些城市修建地下铁又往往难以达到建造要求或是施工难度巨大,表面上看这只是少数个例出现的问题。[7-8]

但是实际上在不久的将来许多超级城市在人口、交通、基础设施建设、土地资源等方面将达到饱和,匮乏的土地资源将无法大量被用来建设轨道交通。尤其是轻轨这种需要安全距离,以及巨大占地面积的轨道交通更加无法建设用来缓解交通压力。同样包括轨道交通在内的其他基础设施建设将无法及时普及,在人们还没有找到一个全新的城市公共交通模式之前轻轨和基础设施建设的有机结合将会是缓解城市交通,高效利用土地资源的最佳方案。但世界各国均采用了一些交通基建和楼宇建设相互融、相包含,公用用地的举措来克服这种地理空间冲突的问题。例如道路穿楼而过是此类设计的一种经典案例。

1.3 经典案例

1.3.1 日本高速公路穿楼而过

在我们设想的同时国外已经有将公路与办公楼结合的成功先例。日本大阪市中心城区北区的"门塔大厦"(Gate Tower Building)从5到7楼是阪神高速道路,因为办公大楼不愿给阪神高速道路的建设让步,僵持了5年,最后达成协议把大楼的5到7层租给高速公路,让高速道路从办公路中穿过。阪神高速与"门塔大厦"完全无接触,高架路独立支撑,并且大楼安装了防振动、防噪声的装置,这样就不会让在高速上行驶的车辆对大楼的日常运作和生活作息产生较大影响。高速公路从楼中穿过这样的奇景吸引了许多游客前来参观。[9-10]

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图1日本大阪市中心城区门塔大厦

1.3.2 长春穿楼而过轻轨

2002 年,长春轨道交通 3 号线在南湖大路站穿2楼的商场而过。长春位于东北平原中部,地势较为平坦,高度差、坡度很小。在抚松路开运街驾驶到卫星路的过程,要经过开运街、南湖大路两条大道。因为开运街上有重要的客运车站——长春南站,所以长春轨道交通 3 号线不能直接在路面上驶过。长春轨道交通 3 号线工程的资金有限,修建地下线路成本昂贵,所以不得不用高架跨越的方法,让长春轨道交通 3 号线跨越开运街和南湖大路。长春轨道交通 3 号线南湖大路站下的桥墩是依靠着商场,桥墩厚度大、高度高,在平坦的地面建造出这样的列车穿过商场2楼并非难事。南湖大路站附近有较热闹的南湖大路、电台街、开运街三条大街且临近长春南站,所以南湖大路站和商场建在一起能便利人们吃饭和购物。所以其实早在2002年我国就有轻轨穿楼而过的先例。但是这并不是高难度的真正意义上的穿楼。长春3号线轻轨的高度虽然高但是桥墩高度比起商城楼房也只有3层楼高。实际施工难度不大,但是这种将轻轨与其他建筑结合的概念在国际上是先例。但是长春轨道交通 3 号线采用的A型列车噪声响,振动大,非常扰民,不适合穿越居民楼。如果这种列车捆绑一套特殊的减震减噪系统再与居民楼穿插,将会大幅度增加居民楼以及轻轨建造成本。所以这一设计也只能放在喧闹的商城。[11-12]

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图2 长春轨道交通 3 号线南湖大路站

1.4 重庆轨道交通简述

重庆是我们国家有名的山城,到处都是连绵起伏的山,地貌类型复杂多样,以山地为主,分为中山、低山、丘陵、台地、平原五大类,地势高差大、层状地貌明显。重庆是地形复杂人口繁多的大型城市。在重庆很早就将面临土地资源饱和的问题。这种地形复杂,公路交通压力巨大地下铁建设难度大或地质不达标;轻轨又不得不在多丘陵的地形上建造;选取这种复杂交通状况的重庆契合合我们的主题讨论和研究。[13-14]

作为重庆轻轨代表性特点的李子坝站是我国第二例也是施工难度最大知名度最高的一例穿楼轻轨型建筑。我们选择重庆李子坝站作为我们本次研究的主要研究对象。2005年,重庆轨道交通2号线列车在李子坝站穿楼且闻名全国。经过李子坝站时,轻轨从大楼中穿行而过,穿过19层高的居民楼,流传于全国人民,报纸中纷纷报道,而李子坝站也成为重庆的一大旅游亮点,这也可以作为我国轨道交通发达,能克服各种地形地貌建设的典型代表。轻轨穿楼而过不仅解决了高度差所带来的轨道建设难题,还节省了土地资源,并给居民们带来了很大的便捷。[15]因此对于研究以李子坝站为代表的重庆轨道交通具有十分重要的意义。

由于无法调研到目前一个人口爆炸城市建筑密度巨大,交通及基础设施建设都达到绝对饱和的超级大城市,所以我们对于轨道交通与城市土地资源的问题研究只能够选取一个相对人口繁多,交通情况复杂,地形地质复杂,地下铁路施工难度大的城市作研究对象而在我国,重庆是这样的一座符合我们调研预期的特殊城市。重庆,国家中心城市,中国西南地区经济贸易、科技航运中心。常住人口3084.43万,城市地形复杂,地貌以山地丘陵、江河沟谷为主。由于人口繁多、经济增长,高效运输的城市轨道交通急剧短缺的。在如此需求状况下,城市轨道交通的大基建势在必行,但由于地质地形等天然地理因素影响,建造地下铁路系统的建设成本高、建设难度大,难以形成大规模高效的复杂地下网络系统。造价相对实惠,建设难度相对低、空间利用率较高的地上轻轨系统成为必然选择。但复杂的山地使得重庆的地上轻轨建设不像平原城市那样有足够的空间和地形便利。因此对于重庆的地上轨道交通建设研究具有非常重要的意义,也符合我们的调研预期背景。而重庆轨道建设的特点正好是高效利用了山地结构和楼宇建筑作为天然的轨道铺设地基,不仅有效利用了紧张的建筑空间,而且特殊的镶嵌结构也有效的避免了轨道交通带来的一些不利影响。在这里我们要特别强调重庆轨道交通2号线李子坝站的设计理念,也就是近期网络流传的“穿楼而过”。[16-18]

1.5 课题开展与实施

基于以上叙述的内容和问题,在此项研究课题中中我们分为以下几个步进行:

首先,我们对重庆轨道交通,特别是李子坝站进行实地考察和检测。在李子坝站和其附近居民楼分别测量了噪声振动的数据,并进行实地拍摄记录,在数据和照片的基础上建立了模型。

其次,对初步研究的结果建立数学模型,我们主要研究李子坝站的噪声振动值、重庆轻轨2号线和居民楼的建筑结构,考察这种节省土地资源的轻轨穿楼设计的优势及对于大人流的运载能力分析。

再次,在对于李子坝站地铁分析的基础上,对上海轻轨1号线呼兰河站的检测值进行对比,分析两地铁站的相似类型数据。并拓展到重庆上海两地轨道交通设计布局的优劣。

最后,对于重庆李子坝站的成功融入城市建设,我们进一步思考能否将这一类穿楼轻轨移植到上海这种楼宇密度高,人口密度大的大城市。从而能否作为缓解交通拥堵及土地紧张的双重问题的良好方案。




第二章  实验过程


我们的实验方案分为四步过程。首先,我们将前往重庆李子坝站实地考察,通关具体情况确定测量点并且制定测量方案。其次,我们将测量两噪声响度及振动振幅等关键数据并分析数据得出初步判断。再次,制作3D模型具体量化李子坝站的建筑结构进行数据模拟分析。最后建立数学模型,量化轻轨的载客能力,并与上海的轻轨进行各数据的比较。

2.1 实地考察

为了研究重庆穿楼轻轨的特性及其优越性我们亲自来到重庆李子坝站实地考察。在考察的过程中我们拍摄实物照片,作为我们之后建模的原始模型。以下4张图是李子坝站的正面背面概况实景图。

1.jpg

图3 重庆李子坝站实景图:

(a)轨道与居民楼宇侧视图;(b)轨道下楼层住宅和商铺;(c)地铁站旁居民楼;(d)测量点居民楼侧视图。

为了接下来的制作等比例3D模型,我们拍摄了这些照片作为原始数据,从照片中可以清楚地看到重庆李子坝轻轨站的宏观结构以及站台上方的居民楼建筑。1-5楼是商铺,中间6-8楼是轨道交通区域。其中,6楼是站厅,7楼是设备层,8楼是站台层。9楼以上是民居住宅。

从图a、b的角度来看轻轨的轨道向上倾斜,这就意味着轻轨要进行一个小角度的爬升进入居民楼内的站台。并且轻轨的轨道的桥墩和承台明显在建造时对垫高了椿柱使轻轨能够上升到李子坝站8层站台的高度。从图b可以看到九楼的住户下方就是8楼的站台,这将直接面对8楼轻轨可能带来的噪音以及振动。从站外的角度看并未发现任何特别的建筑设计用来减小振动和噪音。我们重点检测此楼层的噪音响度来判断轻轨对于居民生活的影响与否。

从图c中可以清楚地看到有一栋小楼就紧挨着轻轨轨道建在靠马路的一侧。在侧面的居民楼上测量点距离轻轨更近,能够获取的数据更加准确,并且在上海地铁也能找到相对应的测量点,能够取得数据与之比较。通过比较就能评估重庆李子坝战的轻轨与上海轻轨在噪声振动传播上的不同。所以我们经过讨论决定在紧挨着李子坝站的白色居民楼上测量所需的噪音和振动数据。

从图d中可以看到李子坝轻轨站背面直接连接的是一条公路,容易看出这条公路比站前的公路高出了4,5层楼左右的高度。这个高度差同时限制了轻轨的线路走向。任何轻轨都不可能一下跨越5层楼将近15到20m的高度差。城市轻轨不是“过山车”。于是这样的地形进一步限制了轻轨必须从李子坝正街通过。提高了李子坝站轻轨穿楼的必要性。

2.2 测量点概述

2.2.1 测量点分组编号

在李子坝站与呼兰路站,我们各测量了10个数据,其中4个是环境音响度,5个是轻轨通过时产生的噪声响度,如表所示。

在环境音数据当中,其中1个是轻轨站台处的环境音,3个是不同楼层里环境音的响度,我们将环境音进行分类,其中轻轨站台处的环境音记为Q组,重庆轻轨站台噪音记为q,上海轻轨站台噪音记为q’。将居民楼环境音记为P组,其中重庆三个居民楼环境音记为p1,p2,p3,而将其平均值记为p,上海也是如此,居民楼环境音平均值为p’。

在轻轨经过产生噪声响度的数据中,4个是居民楼内测得的轻轨通过时对居民楼的影响,1个是在站台处测得的轻轨通过时噪声响度。我们将上海与重庆居民楼内轻轨通过时产生噪声记为A,B,C,D四组。其中,A组噪声响度对照表也包含重庆a测量点与上海a’测量点(a与a’为重庆与上海的相同情况)。B组噪声响度对照表也包含重庆b与上海b’,以此类推。而轻轨站台测得的噪声响度对照表为O组。

测量点分组

测量点分类

编号含义

P组

重庆测量点p,

上海测量点p’

居民楼内环境音平均值

Q组

重庆测量点q,

上海测量点q’

轻轨站台处环境音平均值

A组

重庆测量点a,

上海测量点a’

低于轻轨一层居民楼窗边

轻轨经过所测噪声响度

B组

重庆测量点b,

上海测量点b’

与轻轨同一层居民楼窗边

轻轨经过所测噪声响度

C组

重庆测量点c,

上海测量点c’

高于轻轨一层居民楼窗边

轻轨经过所测噪声响度

D组

重庆测量点d,

上海测量点d’

高于轻轨一层居民楼走廊内

轻轨经过所测噪声响度

O组

重庆测量点o,

上海测量点o’

轻轨站台处

轻轨经过所测噪声响度

表1 测量点分组编号表

2.2.2 重庆测量点

1.jpg

重庆李子坝站所测大楼及测量点位置分布

重庆测量点a(也是环境音测量点p3 位于李子坝站站台楼层层面的下一层,即位于所测居民楼的7楼,与轨道相差大约2至3米的距离。

重庆测量点b(也是环境音测量点p2)位于重庆轻轨李子坝站站台楼层层面的同一层,即测量点在所测大楼的8楼的楼道口处,测量点B距离轻轨非常的接近,大约窗口前1至2米处就有轨道。

重庆测量点c(也是环境音测量点p1) 测量点c点为在位于重庆轻轨李子坝站站台楼层层面的上一层,即在所测大楼的9楼的在楼道口,C点处在轻轨上3至4米的距离。

重庆测量点d 位于重庆轻轨李子坝站站台楼层面的上一层,而与c点不同的是,位置在居民楼的走廊内,而不再是楼道口,两地之间距离不远,大约只是4至5米的距离,但是之间有个门的阻挡。

重庆测量点o(也是环境音测量点p)位于重庆李子坝站站台处,与轻轨间的水平距离距离大约为1米。

1.jpg

图5重庆李子坝测量点分布图:(a)重庆轻轨a测量点(轻轨下一层)细节图;(b)重庆轻轨b测量点(轻轨同一层)细节图;(c)重庆轻轨李子坝站轨道测量点;(d)重庆轻轨李子坝站轻轨到站时刻测量点。


2.2.3 上海测量点

1.jpg

呼兰路站所测大楼以及测量点位置图

上海测量点a’(也是环境音测量点q1)位于呼兰路轻轨站的楼层层面的下一层的居民楼,点即在该居民楼的4楼。低于轻轨层面大约2至 3米,处于窗边,窗户能够完全打开。

上海测量点b’(也是环境音测量点q2)   位于呼兰路轻轨站的楼层层面的同一层的居民楼。即所测居民楼的第5层楼,而这一测量点的窗户不能完全打开,而因为这一窗户的作用,构成了声屏障,要安静很多。

上海测量点c’(也是环境音测量点q3) 位于呼兰路轻轨站的楼层层面的上一层的居民楼。即所测居民楼的第6层楼。在这一测量点窗户能够完全打开。

上海测量点d’ 位于呼兰路轻轨站的楼层层面的上一层的居民楼的走廊内。这一测量点不在是在窗边测量,是在走廊内,有门的阻隔,较为安静。

上海测量点o’ (也是环境音测量点p’)位于上海呼兰路轻轨站站台处,在站台旁直接测量。

1.jpg

图7 (e)上海轻轨呼兰路轻轨站与轻轨同一层居民楼测量点b’;(f)上海呼兰路轻轨站站台测量点o’;(g)上海呼兰路轻轨到站。

2.3 Sketch Up 3D模型

2.3.1重庆李子坝站模型

通过以上素材我们利用软件建立了一个李子坝的3D模型,从模型中我们能够直观的看出站台的结构,周边建筑以及测量点空间关系。能够帮助我们更加清晰地进行分析。以下是模型截图:

1.png

图8 重庆3号线李子坝站3D模拟图:(1)李子坝站模型宏观全景图;(2)李子坝站模型右侧侧视图;(3)李子坝站模型俯视图;(4)李子坝站模型左侧侧视图。


该模型还原了李子坝周边建筑格局和地理形势,并基本按照1:500的尺度比例作图。从模型中可以清楚地看到轻轨站后方的地形地势较高,特别是后方紧邻一条公路,崎岖的高度差,使得轻轨线路无法后移绕过居民楼(与居民楼分开建造)。限制了轻轨线路的走向。通道狭窄,但居民楼与轻轨都要利用土地资源,体现了轻轨穿楼而过的合理性和必要性。


2.3.2 上海测量点所在轻轨站模型

 

1.png

图9 上海1号线呼兰路站3D模型图:(1)模型正视图;(2)模型右侧视图;(3)模型俯视图;(4)模型宏观全景图。

此模型还原了上海轻轨噪声测量点所在站台的建筑建构及周边建筑布局。并体现了测量点所在具体位置,在后文中将采取sketch up模型代替实景图进行阐述。


2.4 数学模型

我们建立模型是一是为了考察穿楼而过的轻轨放到上海在载客量上能否胜任交通能力,二是如果有巨大的人流产生的噪声导致不适合建设这种建筑。从这两点来考察这种建筑能否应用在上海。

轻轨本身就有减噪减振的功能,我们不构建数学模型加以分析和阐述在此。我们将主要评测这种楼上铺设轻轨的理念在上海的狭小的室内空间中能否应付如相对巨大的人流量。

2.4.1 变量列表

变量名称(单位)

变量符号

变量说明

载客能力 (人/s)

R

列车平均每秒单向载客人数

客流量 (人/s)

r

整条线路平均每秒进站人数

最大载客量 (人)

x

车厢编组数*单节车厢最大载客量

班次间隔时长 (s)

Δt

轻轨到站时间间隔平均值

速度 (m/s)

v

列车平均速度

冗余程度(系数)

k

列车空余载与总载客量的比值

车长 (m)

l

作为调节单位的量出现在模型

表2 轻轨客运数学模型变量表

 

2.4.2 模型建立

我们的数学模型包含载客能力、客流量、最大载客量、班次、速度、冗余程度、车长等元素。

经过思考及计算得出以下模型(模型的具体建立过程的详细论述将在下文第五章模型建立体现)。

1.png



化简:

2.png


 

第三章  重庆轻轨噪声振动数据分析


在本章中将根据数据,具体分析重庆李子坝站的噪声震动强弱,并与国家标准比较,考察此建筑是否能够做到穿楼而过不扰民,对其噪声振动的特点进行具体分析。并与建筑结构相结合,探寻其噪声与振动与建筑结构的关系,得出初步结论。

3.1 震动数据分析

震动数据采自轻轨站与轻轨同层(即李子坝站8层)窗户玻璃。由于地面振动过小我们的测震仪精度过小难以捕捉,但人体却能够清晰感受震动。我们采取了测量同层窗户玻璃的平均振幅来量化这种感受。图10是我们测得的三组震动数据平均值。

从表中可以清晰地看到在-25m到-4m即还未进站的范围内,震动较小,在-1m到11m这段列车运动经过测量点范围时振幅数值才较大。具体表现为轻轨经过时震动较小几乎无感受,或者感受短暂而幅度较小。在站台旁几乎没有什么感受。这是在轻轨旁测得的数据,已经使人感觉不到。进入居民楼测量后测震仪显示数字几乎没有涨落,轻轨经过时也趋于稳定所以我们不将数据在此显示。

1.png

10 重庆李子坝站距离轻轨列车震动强弱


3.2 噪声响度数据分析

关于重庆噪声的测量分为噪声测量及环境音测量。由于考虑到轻轨旁噪声受人流影响所以我们分别测量了轻轨旁的环境音大小及居民楼的环境音平均值。噪声测量测量点如下表3:

 

测量点分组

测量点

含义

P

测量点q

居民楼内环境音平均值

Q

测量点p

轻轨站台处环境音

A

测量点a

低于轻轨一层居民楼窗边

轻轨经过所测噪声响度

B

测量点b

与轻轨同一层居民楼窗边

轻轨经过所测噪声响度

C

测量点c

高于轻轨一层居民楼窗边

轻轨经过所测噪声响度

D

测量点d

高于轻轨一层居民楼走廊内

轻轨经过所测噪声响度

O

测量点o

轻轨站台处

轻轨经过所测噪声响度

表3 重庆李子坝站各测量点说明


p测量点是居民楼内3层楼面所测的环境音的平均值。由于3层楼面的环境音测量点都在窗口旁边,而且没有窗户,只有铁丝网的阻隔,所有楼外的噪声都被测量出。此外,由于重庆地势的高差,7楼环境音测量点有一条马路,马路上汽车经过的噪声对此有一定的影响。如图11所示总体来看,环境音还是较为安静的,出现70以上的分贝也只占少数。

1.png

图 11 李子坝站p测量点(居民楼)环境音响度平均值


q测量点是轻轨站台的环境音。环境音还是安静的,测量时该站台人流量并不大,人们说话产生的声音也很小,马路上汽车通过的噪声也未能传达到轻轨站台,因此,轻轨站台的环境音也较为安静。

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图12 李子坝站q测量点(站台)环境音响度分布


在图13中,可以看到轻轨通过时,噪声的分贝值是一个缓慢上升和缓慢下降的过程,并没有突然的升高与降低,也因此造成较大的噪音污染。轻轨通过时国家标准的轨道交通噪声限制为70分贝,其符合国家标准。

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图13 李子坝站a测量点(轻轨上层)噪声响度分布


b测量点是在轻轨经过时位于轻轨同一层居民楼的窗边所测噪声响度。一些噪声值超过了国家标准的轨道交通噪声限制70分贝。因为山城重庆高度差的关系,居民楼8楼也就是与轻轨同层的那层,其旁边就是嘈杂的马路,且居民楼未安装减少噪声的隔音板,所以噪声会较响。

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图14 李子坝站b测量点(轻轨同层)噪声响度分布


c测量点是在轻轨经过时位于高于轻轨一层居民楼的窗边所测噪声响度。噪声值略微超过国家标准的轨道交通噪声限制70分贝。因为未安装隔音板和紧邻吵闹的马路,所以噪声值略微超过国家标准。

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图15 李子坝站c测量点(轻轨上层)噪声响度分布


d测量点是在轻轨经过时位于高于轻轨一层居民楼的走廊内所测噪声响度。可以看出重庆轻轨2号线噪声小,这也是居民楼不安装隔音板的理由。即使不装减噪设施,轻轨的噪声也不会给居民的日常生活带来噪声困扰。

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图16 李子坝站d 测量点(轻轨上层走廊)噪声响度

o测量点是在轻轨经过时位于轻轨站台处所测噪声响度。符合国家标准的轨道交通噪声限制。

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图17 李子坝站o测量点(站台)噪声响度分布


3.2 分析小结

由此看来,重庆轻轨通过时对其周围的居民楼并没有带来太大影响。只有在同一层面紧邻轻轨的窗口,超过了国家标准范围,其它都符合。最大分贝值与最小分贝值的差值也在15分贝左右,偏差是极小的。

并且,轻轨经过时噪声也没有突然的上升与下降,而都是一个缓慢上升的过程,因此也不会因为噪声突然的上升而产生强烈的反差。而在居民楼的走廊内部,轻轨通过时的噪声几乎不造成影响,在图中都难以辨认其峰值,更何况室内与走廊内部还相差着一个门的阻隔的作用,所以在门内更加不会因为轻轨经过而被影响。

从站台的测量数据分析,轻轨站台的环境音是安静的,较为平稳且比较低,着轻轨通过时对声音应该会有一个较大的增长与下降的幅度,而重庆轻轨2号线的经过,并没有一个大的涨幅,在低的环境音的条件下,也未造成影响,更加体现着它造成的噪声的低,而其噪声的最高值也远远的低于国家标准的轨道交通限制。

总体看来,不管是在居民楼内部,还是在李子坝轻轨站台处,轻轨经过时测得的噪声,它们的影响都是微弱的,在站台处的影响都并不大,在走廊内的噪声就已经难以看出其峰值,在室内的情况可想而知。从各种位置,各种环境,微震动与低噪声的优势都是显著的。



第四章    重庆上海轻轨噪声震动对比


为了具体研究重庆轻轨是否真正在噪声震动上有明显的优越性,在本章中我们将上海作为参照,在一个相似轻轨站旁选取相同的测量点,两者进行比较,形象地体现重庆轻轨可能具有的优缺点。并作为接下来探究穿楼轻轨拓展性迁移性的数据基础。在本章中将具体分析两者差异的可能原因,并得出初步结论。


4.1 比较标准说明

为了更好的将重庆和上海的数据进行有效的对比,需要控制一定的变量。而因此就需要测量点和轻轨间的距离做到一致,于是我们设定两个变量,其一是在轻轨经过时,轻轨车头距离测量点的距离远近,而另一变量是测量点所测得的噪声响度(振动振幅)。在规定与轻轨车头间距离时,以测量点为原点,轻轨未驶过测量点时,距离显示为负数,当轻轨头与测量点处同一平面上时,距离显示为0,当轻轨头驶过测量点时,距离显示为正数。

而由于重庆轻轨2号线的轻轨长度大约为19米,上海轻轨的长度大约为23米,比重庆轻轨长出了6米左右,所以上海轻轨的噪声与振动会持续更长的时间。所以轻轨车头未到达测量点时,即距离显示为负数时,无影响。而距离显示为正数时,有一段距离重庆轻轨车尾驶过,而上海轻轨仍未经过,因为会导致上海噪声(振动)持续更长的时间。


4.2 震动数据对比

震动的测量点选取在站台,上图表记录了从轻轨驶来,到经过的整个震动变化的过程,从中可以明显看出重庆轻轨的震动是更加略微的。由于地面震动过小我们选择将测震仪紧贴玻璃窗进行测量。用玻璃窗放大地面震动,以此量化震动。

从震动角度来看上海轻轨站的振动明显高于重庆。并且由于上海轻轨通常采用6到8节编制,而重庆只有4到6节编制。而且重庆的轻轨长度比上海轻轨短

6到7米。所以上海的轻轨总长大于重庆轻轨总长约12m左右。所以持续震动的时间要长于重庆。在表中能够清楚地看到上海轻轨持续震动时间较长。

重庆的轻轨震动小,持续时间短。在-25m到-4m及11m到29m的低震动段,平均只有两到三微米的震动量。

上海轻轨的震动较大且持续时间长。-25m到-16m的低震动段也至少有6到7微米的震动范围。在上海轻轨站人们能够较为清楚地感受到轻轨带来的地面震动甚至有些乘客在楼下的商铺都有明显的体感。

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图18 李子坝站与呼兰路站震动振幅强弱对照图


4.3 噪声数据对比

4.3.1 环境音

由于环境音的测量与轻轨是否经过无关,所以在环境音对比图表中,不采用与轻轨车头距离作为横坐标,而是采用时间,以便于观察环境音随时间变化的一个变化幅度。

在上海测量的环境音在高楼里,周围环境安静,窗户阻挡了汽车通过时的噪声。重庆处测量的地点在所测大楼的7楼。而由于重庆的地势高差,该楼7楼外是另条马路,无窗户的阻隔,致使环境音高于上海环境音。相比轻轨,重庆李子坝站后方的公路可能更为繁忙,相当多的货运车以及小型车从该路经过。该公路在模型中已用红色颜料标出。

由于公路距离居民楼以及我们的测量点都非常近。我们认为此噪声对于其他的数据测量有相当大的影响。所以我们将这一影响通过两座城市轻轨站台环境音的比较体现出来。从图19中能够清楚地观察到两地的环境音有明显的不同。重庆环境音明显高于上海环境音10到12分贝。这相当于上海处于两个人正常说话的声音范围,而重庆则是相当于在公路上的声音。

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图19 李子坝站与呼兰路站环境音响度平均值对照P


这样的差距是由于减噪设施的差距造成的。上海的许多轻轨在站台旁都配备了隔音屏障以及隔音窗。一些临近居民楼的地方还有固定的不可开启的隔音窗。但是在重庆并没有这么优良的隔音设备配套,居民楼往往直接接触外界,没有统一加装隔音设备。所以在这方面重庆就没有上海的配备齐全。

另外我们的研究对象李子坝站位于李子坝正街,背后紧靠桂花园路。由于桂花园路地势高出李子坝正街20m左右。所以桂花园路距离轻轨站台的直线距离很近,相当于就在站台楼下。同时距离我们的测量点也很近,特别是与轻轨同层的测量点测得的数据受公路影响很大。我们通过环境音对比如图20所示将这一影响呈现出来。

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20 李子坝站与呼兰路站Q组(站台)环境音响度分布对照


因为测量环境音,所以仍然采用时间作为横坐标,来反应轻轨站台的环境音在一段时间内的变化幅度。

重庆轻轨站台如图5a-d所示,周围居民楼围绕,较为安静,在62至65范围内进行波动,而轻轨处在8楼,马路上汽车通行的噪声并不能够影响到站台的环境音。

上海轻轨站台如图7e-f所示,由于呼兰路轻轨站是位于高架上,后景如图f所示,所以汽车高速通过时会带来较大的噪声,环境音也因此提高。

从图20中可以发现,上海轻轨站台的环境音也总是高于重庆站台的环境音。也因此会给重庆和上海噪声的变化幅度带来影响,在这种环境音条件下,重庆轻轨经过时造成的噪音变化幅度应会大于上海,而若变化幅度相同或是比上海轻轨变化幅度小,那就体现了重庆轻轨经过时噪声小的特点。


4.3.2 噪声数据对比

从图21可见上海轻轨经过时对噪声的影响是大的,它的最高值,达到80分贝以上,而重庆轻轨经过时的噪声最高值都没有超过75分贝,可见上海轻轨经过时带来的噪声是巨大的,且超过80分贝的峰值也出现了3次,带来的吵闹的刺耳声也很多,而重庆轻轨只是一个缓慢的上升和下降的过程。

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图21 李子坝站与呼兰路站A (轻轨上层)噪声响度分布对照

 

在图表22中可见噪声比较的对比,重庆高于上海。在2.2测量点概述中,可以看到上海的居民楼有很好的声屏障,即固定减噪窗户(不能打开),窗户很有效的阻隔了轻轨的噪声,从而使得轻轨通过时噪声变化幅度很小,以至于几乎没有。而且距离轻轨距离较远。而重庆的测量点无窗户阻隔,与轻轨之间的距离也比较近,窗口离轻轨轨道十分接近,所以所测得的噪声分贝值比较高。再有,就是上海轻轨的轨道上装有隔音板,消除了大量噪声,在隔音板与窗户间的双重阻隔下,噪声的变化也就很小了。而重庆轻轨既没有隔音板,也没有窗户,距离轨道也十分接近,所以噪声分贝值远高于上海。

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图22 李子坝站与呼兰路站B组(轻轨同层)噪声响度分布对照


一个重要原因就是上文提到的环境音差距。两者的环境音相差12分贝左右。这还是在上海加装了减噪设施的情况下测得的数据。图表5中数据显示两地在有轻轨经过时噪声差距平均只有5到6分贝,比无轻轨经过时的12分贝减少了一半左右。这也体现了重庆轻轨的噪声实际上小于上海轻轨噪声。是由于环境音及减噪设施的差别形成了重庆轻轨噪声高于上海轻轨噪声的现象。

在图23中,重庆轻轨经过时噪声的变化仍是有个缓慢变化的过程,但是上海轻轨经过时噪声的变化不稳定,在图中有3个明显的峰值,带给人们的刺耳程度比缓慢上升的刺耳程度要严重很多。

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图23 李子坝站与呼兰路站C组(轻轨上层)噪声响度分布对照

而根据上层走廊内的响度检测发现如图所示,两条折线在表中呈纠缠状两者的噪音值相近。由于在走廊内,距离轻轨的距离相对于窗边更远,而这也是居民回家时的必经之路。采取的测量点都有一个门的阻隔,都在门内测量,因此噪声的变化幅度都是略微的。

在-50m到-5m的距离较远范围中我们看到折线并未纠缠。且重庆在这阶段噪声较大,所以更加体现了重庆李子坝站的环境音较大。

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24 李子坝站与呼兰路站D组(轻轨上层走廊内)噪声响度分布对照

 

其中由于环境音的不同,上海的环境音明显高于重庆,但是变化的幅度却相差不大,因此也更加体现了重庆轻轨最大噪声值的小,同时给环境音带来的影响也很略微。如图表25此测量点选在站台旁,也最明显,最直观的反映了上海轻轨和重庆轻轨经过时噪声的差异。

从图中可以看到上海噪声响度完全大于重庆噪声响度。并且在30m到40m这一阶段重庆轻轨噪声跌落明显,但上海轻轨噪声响度却在持续上升并且出现了整个测试过程中的峰值。很明显这是轻轨制动的过程中发出的噪声,所以不同车型的制动的不同,可能是造成两地轻轨噪声相差较远的直接原因之一。

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25 李子坝站与呼兰路站O组(站台)噪声响度对照



4.4 制动分析

4.4.1 自动式空气制动

通过观察以上图表可以发现除了两地明显的噪声差以外,在上海的数据折线中我们发现上海轻轨每到快要完全停下的时候即在30到40m左右的范围内往往会出现两到三个峰值。每次测量都有这种情况。而这个时段正好是轻轨最终制动的时间段。

由此我们推想可能两种轻轨的制动不同也会带来噪声的差距。通过查阅资料我们发现,上海由于使用的是地下铁直接上升至地面作为轻轨,所以其制动方式仍旧采用的是地下铁的自动式空气制动方式。该制动方式通过压力空气作为制动原动力。压缩空气作为动力推动闸瓦,完成制动。当列车完全停下后又要松开阀门放出过量压力空气。就是这时大量压力空气通过闸门将产生响度大频率高的尖声噪音。严重影响周边环境,在数据中体现为车辆接近静止的峰值。

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图26 自动式空气制动结构原理示意图


4.4.2 电力制动

而重庆轻轨采用的是电力制动,并采用了再生制动吸收装置。该制动系统是依靠利用电动机的可逆性原理,将惰行列车的动能变换成电能,把牵引电动机变为发电机,这时牵引电动机轴上作用着与电枢旋转方向相反的力矩,此力矩在机车动轮上产生制动力,使列车减速或停车。全过程不产生噪音,并且再生制动吸收装置可以使整个线路上实现电制动时多余能量的回馈吸收。

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图27 单轨列车电力制动的截面结构示意图



4.5 分析小结

经过以上分析可知重庆的轻轨噪声小主要是由于轻轨本身的优越性。而轻轨站台的建筑设计几乎没有减振减噪设施。于是我们查阅资料发现重庆2号线轻轨运用的正是绪论中提及的单轨跨座式轻轨。此类轻轨最大的特点就是噪音振动极小。

单轨跨坐式轻轨的关键设计在于轮胎。轻轨摒弃了传统的钢制轮以及钢轨,转而采用了橡胶质轮胎以及混凝土结构。橡胶轮胎压过混凝土就跟汽车轮胎在马路上一样。由于车轨的混凝土更加平整,电力驱动引擎声音小,所以甚至单轨轻轨会比汽车更轻。

跨座式单轨列车除了噪声振动小之外,由于搭载橡胶轮胎,性能更加向汽车靠近。所以此列车的爬坡能力与地形适应能力也得到了极大的提升。强大的地形适应能力也为其提供了穿越楼房的能力。这种能力又完美契合所在城市地形往往复杂多变的特点。在不穿楼的部分以及其他线路,可以适应多变的地形。总的来说这种轻轨的各项优势都高度适应了穿楼设计以及该设计所在城市的潜在要求。

虽然单轨跨座式列车具有相当多的优势,但它的缺点也是显而易见的。速度以及载客量就是它牺牲的方面。由于放弃了钢制轮以及钢轨它的速度最高只能达到80km/h,平均速度视地形而变只有40km/h到60km/h左右。单轨列车同时也无法搭载大型车厢。作为C型车,它的最大载客量仅220人/节,六节编制也仅有1320人,是车厢节数相同的A型车的1/2。

为了评估穿楼设计能否在上海等其他大型城市建造。我们建立了数学模型用来计算评估此列车能否移植其他城市。

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图28  单轨跨座式列车

 

 

第五章  模型分析

 

5.1 模型假设

这个模型的使用前提是在假设上海(或其他地方)考虑到穿楼轻轨的优越性,有意向或正在规划在新建线路上添加一个或多个穿楼轻轨站台。而与其配套的轻轨则必须用到一组噪音振动小,或者与之前提到的跨坐式单轨列车有相同优越性的列车。才能够使用此模型对其载客能力进行测评。

由于噪音及振动是单轨跨座式列车此类小型列车的优势所以我们在模型中并没有加入关于噪声和振动的参数。默认这类列车的噪声振动达到标准。这样简化了模型,使其不会过于繁杂影响最重要的计算。

 

5.2 变量列表

变量名称(单位)

变量符号

变量说明

载客能力 (人/s)

R

列车平均每秒单向载客人数

客流量 (人/s)

r

整条线路平均每秒进站人数

最大载客量 (人)

x

车厢编组数*单节车厢最大载客量

班次间隔时长 (s)

Δt

轻轨到站时间间隔平均值

速度 (m/s)

v

列车平均速度

冗余程度(系数)

k

列车空余载与总载客量的比值

车长 (m)

l

作为调节单位的量出现在模型

表2 轻轨客运数学模型变量表


5.3 模型建立

我们建立模型是一是为了考察穿楼而过的轻轨放到上海在载客量上能否胜任交通能力,二是如果有巨大的人流产生的噪声导致不适合建设这种建筑。从这两点来考察这种建筑能否应用在上海。

轻轨本身就有减噪减振的功能,所以在模型构建中我们就可以不考虑这两个因素。我们将主要评测这种穿楼而过轻轨载客能力能否应付在上海的如此大的人流量。

经过思考我们发现如果希望达到目的,必须量化轻轨的载客能力然后与线路上的人流量进行比较。所以我们定义载客能力为R,与客观人流量r进行比较。

而在模型中最大载客量、速度、班次是我们模型的3个重要变量。很显然能够得出

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但是考虑到除了第一站空车外后面站不可能无人,所以我们引入了冗余系数k。这样k*x就能比较准确地量化轻轨的平均载客量。如下:

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但是容易发现我们的速度虽然重要但是没有出现在模型中。但是显然速度对于载客能力是有影响的。所以我们在接下来叙述速度进入模型的逻辑。


5.4 速度嵌入模型

首先,我们要有一个宏观的概念,现在摆在面前的是首发站开始,至少有两站以上的完善轻轨线。

为了方便研究先控制变量:假设站距随机且不变,连续两趟车间隔时间不变,这样一来轻轨v处理后将被看作一个不变的均值。还有轻轨靠站时间也计算在间隔时间之内。

现在第一辆车从首发站出发,经过一站距离,然后第二辆车即出发这样一来就可以使载客量最大化。

然后我们来讨论速度对其影响因素:对于单一个体来说我想乘轻轨到某个足够远的地方那么速度就直接关系到方便程度。这个是我们比较直观的体会。

但对于运营体系来说,速度决定了相关变量:


Ⅰ 两站间隔

虽然我们之前已经定义了轻轨相邻两站距离随机且恒定。但是如果两站站距较长,并且我们对1.png有要求,且不变的情况下,维持1.png所需要的列车班次就会增加这是直接影响到成本的,如图:2.png,假设正常行驶完一站需要3分钟,且3.png

1.png

图29 圆1、圆2表示第一辆列车及第二辆列车(车长即圆的直径不计)。

2.png

图30 图中站距未变,由于速度减小了所以列车到站的时间变长。圆1、圆2、圆3分别表示第一辆列车,第二辆列车级第三辆列车(车长即圆的直径不计)。

由于要求3.png分钟所以甚至①车还未到站③车就要出发了但这样显然不安全,所以实际运营时的站距设计就会随速度相应减少。


Ⅱ 全程里程数

如果车速过慢就会如Ⅰ 中所述那样减小两站间距。这样一来对于目的站较远的乘客来说我不但要承受更小的车速,还要忍耐更多的站台停靠的时间。如果全程长度不变,速度的减少将会使全程时间成倍增加。过长时间的运营对乘客更是对车辆是一种考验。对于小速度轻轨来说过长的续航会加快列车老化,提高成本。所以速度减小,全程长度也会相应减小。

 

Ⅲ冗余程度 k值

对于个体乘客来说,不管轻轨站距或长或短,速度或快或慢。从一个地方到另一个地方得位移是不变的。所以Ⅰ、Ⅱ的变短也伴随着更多乘客要多做几站以到达目的地,而这就会对冗余程度k产生较大的影响。于是v与k就这样产生了联系。


5.5 模型整合

经过我们的研究发现k除了与v相关,更是与我们最终要比较的r有着直接关系。显而易见如果一条线路的平均人流量r越多具体体现为每一站上车的人将会增大,所以r与冗余程度明显相关。所以经过研究与尝试计算得出了一下公式:

1.png

化简:

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所以最后的模型将与r^2比较如果大于则能够承载r所在线路的交通能力,否则不行。

 

5.6 模型计算

    我们通过查找相关资料获得了模型所需的各项数据,并亲自测算了上海的3号线轻轨线路的平均客流量为1.18519人/s左右。通过带入数据并计算我们发现模型得出的值为1.2557,而r^2的平方是1.4046。则得出结论。加入了搭载c型车的单轨跨坐式列车还是难以胜任上海巨大人流量的情况。特别高峰时期,轻轨的拥挤程度难以想象,就现在的A型车都难以完全承载巨大的客流量,更何况搭载C型车的单轨列车。


第六章  结论与展望


结论主要分为两个部分即一:重庆李子坝站建设合理性总结及,二:穿楼轻轨的实用性及拓展性。在第一点中我们将总结它的建筑优势以及载客列车的具体优势以及为民众带来的便捷。在第二点中我们将总结我们对于穿楼轻轨建筑的拓展迁移性研究,具体阐述这种穿露轻轨的优势及可能为其他大城市带来的优势,及其缺点。最后说明我们的研究过程的不足及遗憾,对穿楼轻轨的研究提出展望。

 

6.1 重庆李子坝站建设合理性总结

重庆李子坝的穿楼轻轨低噪声低震动的两方面原因是一:设计者采用了单轨坐跨式轻轨。并且充分利用了此类轻轨的爬坡能力以及穿越地形的能力。二:建筑结构为李子坝的居民带来了巨大的便利,但同时也没有为他们带去噪声及振动。总体来说这是设计者成功利用单轨坐跨式轻轨配合地形,创造出的新型轨道交通建筑的典型成功案例。

 

一、重庆李子坝站建筑设计的优势

重庆李子坝轻轨站的建筑设计十分巧妙。首先,设计师面临的是左面是山坡右面是江岸低地势的狭窄建筑通道,居民楼轻轨站以及马路需并排建造。于是穿楼而过的李子坝轻轨站应运而生。设计师采用新式的单轨跨座式轻轨规避了噪声对居民的影响。建筑的左面借隆起的山坡建造地基,右面则建在平地上。整体建筑如依附在山坡上一般。从右面上楼,到了7楼出站居然就是公路。

其次设计师为了减小震动对居民的影响,将轻轨地基与房屋承重地基分开20cm建造,如此一来轻轨来去造成的震动就与整栋楼房建筑绝缘了。就连站台上的地面震动整幅也几乎为零,居民根本感受不到轻轨的存在。巧妙的设计奠定了重庆李子坝站成功的基础。

二、 单轨坐跨座式轻轨的优势

不容忽视的是单轨坐跨式列车爬坡强,地形适应性强,噪声震动微弱是它的天然优势。采用混凝土结构搭建的轨道,配合全橡胶包裹的轮胎代替钢轨,虽然速度稍逊但是造价低廉。整体结构与地形兼容性强。就如以上所述的穿楼而过的轻轨,就是单轨坐跨式轻轨巧妙运用的典范。

重庆轻轨2号线穿越李子坝站时,居民楼没有收到轻轨经过时噪音的影响,也无震动的感受,这其中低噪音与微震动的优势显而易见,而实现这一优势也必然会损失一些其他的优势。

跨坐式轻轨的速度有所限制。与上海的轻轨相比,它的速度相对来说是很低的,平均速度60km/h,最高速度不超过80km/h。而由于重庆轻轨2号线的站头之间的距离短,在这样的低速情况下,两站之间所用时间只有2分钟。轻轨2号线在渝中半岛段的路线没有沿人流量最大的城市主干道中山路和长江路,而选择了人流量相对较少的嘉陵江滨江路及李子坝正街穿隧道至大坪。因为站距短、人流少,所以避免了速度慢不高效的劣势。

2号线的列车长度短。重庆其他线路轻轨的车厢数量就比2号线多出两节,所以它的载客量并不多,相比其他轻轨,这是它的劣势。而2号线的两列车之间时间间隔是短的,拥挤程度也并不高。班次的增加使得车厢的长度较短没有给乘客带来太大影响。

由此看来,重庆轻轨2号线的速度与载客量相对而言是劣势,但是因站台近,间隔短,人流少,并未给乘客带来麻烦。

更重要的是此类单轨坐跨式列车并没有地形限制,它与地形的极高兼容性给了它更大的优势。特别是超强的爬坡能力使得它能够在重庆这座地形复杂的山城中随意穿行。这是这种列车赋予重庆,更是重庆给予这种列车的机遇。它们相互之间的包容融合,造就了我们今天能够看到的重庆轨道交通。

 

三、重庆李子坝站为居民带来的便利

并没有带来致命的缺点,但是带来的优势,却是巨大的。

居民楼出行十分方便。轻轨就在家里楼下,走下楼梯,便能到达轻轨站,不用再顶着烈日在外步行,而轻轨的噪声与震动也没对居民生活造成影响。

给楼下的商铺带来更大的人流量。楼下1~5楼是商铺,轻轨带来的人流,下楼时去购物是非常方便的。根本不用离开一幢大楼,不仅方便,也带来商铺的兴隆。

另外此类单轨坐跨式列车也成为了重庆的一大特色。《火锅英雄》中展现了重庆这一独特的风景线,预告片中就有轻轨二号线的李子坝站从一幢居民楼的6楼和7楼之间穿行而过的镜头,重庆3D的魔幻地形让轻轨呈现出云霄飞车的趋势。轻轨穿楼而过,震惊了全国人民甚至是国外。报纸中纷纷报道,而李子坝站也成为重庆的一大亮点。有的人们特地前来观赏,拍照留念。它增添了城市的美感,也带动了旅游业的发展,更是表现我国轨道交通科技水平发达的标志。

 

6.2 穿楼轻轨的实用性及拓展性

穿楼建筑大大提高了土地面积的利用率,如今随着人口的日益增加,一寸土地一寸金,穿楼建筑节省了土地面积,是一个很好的突破点。 从节约土地资源、提高土地综合利用效率的角度,地铁无论是高架车站还是地下车站,与周边各类建筑尤其是公共建筑、商办建筑更紧密地结合也是一种趋势。这种基础设施建设相互重叠结合的折叠概念也逐渐走入了人们的视野。李子坝站只是这种新概念实现的排头兵、里程碑。

在上海也将有穿楼的轨道交通线了。根据最新的上海地铁18号线规划方案,江浦路站将在新华医院院内设置一个地铁出入口。这样设计不仅节省了土地成本和建筑成本,还方便了人们去医院,缩短了路程,一出地铁站就能到达医院,比以往更加省时省力。但是地铁穿过医院也会带来一些问题。地铁除了噪音比轻轨大以外,承载量也远大于轻轨,如果像单轨轻轨那样穿越楼栋,对近邻会有影响。地铁的噪声可能会影响到病人的休息,如果想要降低噪音,可能要放慢地铁速度,这样慢速的地铁会给这条线路上的其他乘客带来不便之处。地铁进进出出的人流也许会给医院带来少许混乱,会影响医院原本的秩序。所以这样的穿楼建筑是否真的能给我们带来许多便利,还有待进一步的商榷。

相对于上海我们更倾向于将这种轻轨及建筑引入其他人流量较少的一线城市甚至二三线城市。在许多城市成本以及性价比成为了许多城市建设轨道交通的阻力。此类轻轨的造价低廉,超高的性价比完美契合了这些城市的交通需求。再考虑到它的超强的地形适应能力,以及低噪音低振动,正好契合许多城市复杂的地形以及各种各样的需求。值得注意的是我们论文的比较对象是繁忙的地铁3号线。模型的最终运算结果R与客观数据r^2的差距很小仅仅只有0.2,也就是说,此类轻轨的还是有一的载客能力。作为其他一线城市或者二线城市的轨道交通,既能很大程度上缓解交通,造价又十分低廉。在应对人流量不这么庞大的二三线城市的交通时能够柔韧有余,而其价格又不会使政府和开发商望而却步。此时它的优越性就能完全体现出来。对于缓解大多数城市的交通可以做出巨大的贡献。

所以其实比起上海这样的大城市更适应A型车地下铁,单轨坐跨式轻轨也更加适合小城市的复杂地形和相对较低的人流量。而穿楼轻轨的设计更加方便了乘客,也是此类轻轨灵活运用的体现。

 

6.3 研究展望

以上叙述的是本次研究的全部过程以及结论。在本次研究中我们找出了重庆李子坝站穿楼轻轨实现低噪声低振动的具体原因。并评估了此类建筑移植到上海等大城市的可行性。讨论了单轨跨座式列车的优越性及其适用的环境。

但本次研究也存在些许遗憾。我们通过查阅资料得知上海17号线徐泾北城站北临公路南临水道,也和重庆李子坝站一样面临着狭窄的线路规划路段以及轻轨和医院两种建筑。据设计师透露上海也将出现穿楼而过的轻轨。由于时间原因以及在策划中的缘故我们无法到达现场观察地形以及评测人流量。具体车型是设计的一部分我们也无从得知,所以在本次研究中无法涉及。

在本文的最后,我们希望今后有机会或者有其他同样对穿楼轻轨感兴趣的研究者。在上海17号线通车后能够来到现场,对其建筑结构进行分析,查看搭载列车车型,与重庆穿楼轻轨对比。讨论上海穿楼轻轨具有的独特优越性。如果能够依次建立数学模型评测改设计的各方面能力,评估它能否迁移在其他地方建造起到更多更好的效果。

甚至有机会能够建立一个较为广义的模型,从环保、载客能力、节省土地资源、方便程度等各方面量化穿楼轻轨,从而计算穿楼轻轨在不同城市不同线路的应用能力及实际意义。这也是我们一开始设想而由于各种原因没有完成的。希望我们能够亲自做到这一步,也同样希望对此有兴趣的研究者将这个研究性课题拓展下去。挖掘更深的深度,拓宽应用的宽度,使这项研究性课题具有更深远的意义。

 

 

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