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关键词:轨道交通,设计,投资控制
轨道交通工程投资控制有其自身的特点和规律,贯穿于项目建设的全过程和建设程序的所有步骤。但每个阶段投资控制的重要性却不一样,越是建设前期,投资控制的作用越大。设计阶段是投资控制的关键阶段。因此,结合工程特点,在设计阶段明确投资控制目标、分析结构与过程、选择方法与措施、优化关系处理、突出控制重点,将对降低工程造价起到关键作用。
1、投资控制目标的设置
轨道交通工程项目投资控制目标是随着工程建设实践的不断深人而分阶段设置的,设计阶段投资控制目标是其中最重要的阶段目标。一般说来,轨道交通工程项目的建设过程分为5个阶段,即项目建议书阶段、可行性研究阶段、设计阶段、建设实施阶段、试运营与竣工验收阶段。这5个阶段的投资控制目标既是相对独立的,又是相互联系和不断递进的。
在项目建议书阶段,主要设定投资的初步估算目标。其投资分析、测算的数据精度要求较粗,内容相对简单,往往通过对项目主要工程量和内容的框算,并参考同类项目的有关经验数据综合平衡,结合项目特点给出投资的初步估算,其估算误差一般在士20%左右。但此阶段作为项目的投资策划,第一次明确提出了投资控制的初步目标。
在项目可行性研究阶段,主要是确定投资估算目标,即对项目建设中的工程量和各种可能涉及的费用合理性进行考虑,并进行较为全面的动态估算,估算误差应控制在±10%左右。国家规定,此阶段的估算投资额应对项目总造价起控制作用。
在项目设计阶段,可研投资估计是编制设计概算的依据,设计概算一般不应超过可研估算10%原则上,这是项目总投资的最高限额,不得任意突破,如有突破须报原审批部门批准。因此,设计概算是编制投资计划、进行投资包干、考核设计经济性、实行项目招标、核定合同价格的最重要依据,也是项目投资控制目标的重点。经验表明,设计阶段影响项目投资的权重可达80%~90%左右,抓住此阶段的投资控制目标就抓住了根本。
在项目建设实施阶段,以设计概算及设计为指导的工程招投标活动确定的中标合同价格,将是此阶段投资控制的目标。这个阶段投资控制的任务是按设计图施工,使实际支出控制在中标确定的合同价格范围内。
在项目的竣工验收阶段,投资控制的任务就是搞好项目结算和决算,检验项目投资是否控制在国家批准的项目设计概算或修正概算内。
综上所述,设计阶段作为实施投资控制的关键阶段,其投资控制目标的设置必须科学合理,必须按其规律依次确立。
2、工程项目的结构与过程分析
从轨道交通工程的项目内容划分,人们一般把投资结构划分为几大组成部分,即施工准备、土建(车站、区间等)、设备(车辆、供电、信号、通信、空调通风、给排水与消防、电动扶梯、自动售检票、环境监控、防灾报警、车辆段等)、钢轨及扣件、其他费用(征地拆迁、勘测设计、研究实验等)、预备费、建设周期贷款利息等。根据广州、深圳、南京等城市轨道交通建设投资概算分析,其中各部分占投资的大致比例分别为:施工准备占1%~3%,土建占25%~35%,设备占30%~40%,钢轨及扣件占2%左右,其他费用占10%~15%,不同筹措方案建设期银行利息占5%~7%.
轨道交通工程设计阶段投资控制也是一个逐步推进的完整过程,一般包括以下几个主要内容。
首先,对已获批准的可行性研究报告中投资估算部分进行认真分析,在此基础上编制设计招标文件(或设计委托书)。一般说来,工程可行性研究报告都有投资估算偏小的倾向。如果将这一估算作为设计阶段投资控制的基本目标,无疑有很大的压力。因此,在设计招标文件中应对设计目标中的投资控制提出原则意见,并就合理选用相关技术经济指标、制定节约投资降低成本措施等提出详细要求。这就是控制过程中限定范围的工作。如在南京地铁的设计招标文件中,明确提出设计必须实现“安全可靠、功能合理、经济适用、技术先进、用户满意”的目标,在安全可靠、功能合理的前提下,应尽可能追求经济适用、降低造价,必须实行限额设计。
其次,在设计招示中重点对设计投标方案作投资控制分析与评价。应在考察设计单位的资质、信誉和人财物保障条件时着重考虑其对投资控制的能力,应对设计投标方案的设计指导思想是否正确、建设标准是否合理、限额设计是否有保障、投资控制措施是否得力等方面进行综合比选,以确定最合适的设计单位中标。这就是控制过程中识别主要特性的工作。南京地铁在设计招标时就将设计单位的设计投资控制能力作为主要的特性来考核。
第三,设计单位制定经济评价体系,明确主要经济控制指标,推行限额设计,选用科学合理的设计概算编制方法。这就是控制过程中订立标准的工作。标准是衡量投资控制绩效的依据和准绳。标准来自控制目标并服务于控制目标,订立标准必须根据设计阶段投资控制的特点定量确定。
第四,业主与设计单位共同采取行之有效的控制方法及组织措施、经济措施、技术措施、合同措施,及时收集控制中的各种动态数据,认真对比分析研究,确保设计方案的优化与概算文件编制质量。
第五,抓好过程控制,及时衡量绩效。所谓衡量绩效就是抠出投资控制中的实际工作情况与标准之间的偏差信息,并根据这种信息来评估实际控制工作的优劣。只有在投资控制过程中不断地将实际控制状态和效果与标准进行对比,找出差异,才能对控制活动进行客观公正的评价,才能不断趋近控制目标。
第六,认真诊断及纠正,精心做好设计概算审查和调整。如果设计阶段投资控制衡量绩效后发现偏差,就要诊断偏差,分析偏差产生的原因并加以纠正,直至最后完成对设计概算的审查和修正。3、投资控制的方法与措施选择
设计阶段投资控制必须借助科学合理的方法。技术经济分析方法是轨道交通工程设计阶段投资控制较为有效的方法,主要有方案比较法和价值分析法。
方案比较法是一种简便而适用的方法。轨道交通工程设计根据功能需求提出各种技术方案,对各种方案在安全可靠、功能合理的前提下进行技术经济指标系列对比分析,从中挑选经济指标最优的方案,并同时达到控制投资的目的。在同样满足功能要求的前提下,技术经济合理的设计方案,可以降低工程投资5%~20%。因此,凡能进行定量分析对比的设计内容,均应通过计算,用数据说明其技术经济合理并比较选择。特别要注意占工程造价比例较大的建筑材料和机电设备选用的经济性,尽量采用标准化、系列化设计。
价值分析法是以较低的寿命周期费用,可靠地实现必要的功能,较适用于对轨道交通工程设计方案进行分析和优选,投资控制的效果比较明显。价值分析法的表达式用V=F/C表示。式中V为价值,F为功能,C为寿命周期费用。提高设计价值有以下途径,即:功能提高、费用不变;功能不变,费用降低;功能提高,费用降低;功能稍降,费用大降;功能大增,费用稍增。在轨道交通工程设计中,通过价值分析控制投资的二个步骤是:一是在功能合理的前提下识别非必要费用;二是抓住功能与费用之间的数量关系,找出减少费用的环节;三是寻找消除非必要费用的多种办法,如修改设计,改变原材料品种、规程和供应来源,选择更合适的机电产品,采用更合理的运营模式、生产组织形式及管理方法等。同时,价值分析应侧重在降低费用潜力大的对象上。
南京地铁1号线在工程设计的许多方面都进行了技术经济分析,作了多方案比选。全线13个车站共做了40多个方案。很多车站方案多次论证,投资控制效果明显。总体设计单位在设计中,对全线的12段线路进行了全面的优化和完善,既确保了功能合理,又降低了造价。设备的选型定型及按设计招标采购是影响投资的重要方面。业主与设计单位在每个设备系统的用户需求书编制中都是几易其稿,进行严格的技术经济分析,效果良好。
设计阶段投资控制必须依靠强有力的组织、技术、经济、合同措施保障。组织措施主要是建立合理的设计管理模式,明确业主、设计单位及监理单位在设计阶段投资控制中各自的任务及职责,确定投资控制流程,制定相应的规章制度,落实投资控制人员。技术措施主要是发挥业主、设计单位及监理单位的技术优势,协调、平衡好设计工作的各个方面,特别要通过系统分析、价值分析、方案比较、限额设计、优化设计等技术手段,将投资控制落实在实处,从源头控制设计输人的正确性以及技术标准和文件深度的合理性、统一性。经济措施是调动设计人员控制投资积极性的重要方面。经济奖惩既是对设计成果的价值确定,更是为设计提供激励和制约的基本动力。对设计方在设计中通过技术措施而节约了工程投资的,或功能较原来基础有较大提高的,业主应给予一定的奖励。对设计方未取得业主同意的不合理超投资限额设计,业主应扣减设计费。鼓励监理方发挥主观能动性,多提优化设计方案,尽心尽责实施投资控制,效果明显者给予重奖。合同措施是通过设计合同、监理合同的签定,明确业主、设计单位、监理单位的权责利,这是投资控制落实的有效保障。合同措施必须对设计目标中投资控制定位。南京地铁1号线就是将“经济适用”作为设计目标之一明确定位的。
4、投资控制与设计费用、标准的关系优化
4.1投资控制与设计费用的关系
按照惯例,设计单位设计的费用,与其设计工程的投资额挂钩。国家发文规定了不同种类、大小的工程设计费取费的指导费率。这种设计费的取费方式带来的问题是:进行了限额设计,或通过设计阶段的投资控制降低了工程造价,如何分解设计费,调动设计单位和设计人员积极性?在南京地铁工程的设计中,设计总费用计算基数为国家批准的工程可行性研究报告中投资估算的相关部分,选取某一确定的费率,确定设计总费用。总体总包设计费及分项设计费根据投资估算,考虑各设计单位设计工作的技术含量、难易程度、复杂性、重复性、实际投人工作量和行业收费水平等因素,在设计总费用的范围内,经综合平衡先一次确定相应设计费用,业主也在其中预备一块作为设计奖励基金和设计变更费。设计费由各设计单位包干使用。设计方在确认设计费合理、完整的基础上,包干完成合同规定的所有设计任务。设计费用与设计概算投资脱钩,不因项目投资的增减而增减,确保设计人员科学对待设计,推行限额设计。业主重视并处理好投资与设计费、设计质量的关系,做好设计工作总体评价,尽量使设计工作量和设计业绩与设计费匹配。根据设计工作评价结果,对确因实际原因增加了设计工作量的给予适当补偿;对通过精心设计提高质量降低造价的给予奖励;对没有做好限额设计、投资控制的设计除责令修正外还可作适当处罚。投资控制与设计费用这种关系的建立,避免出现长期以来设计工作中存在的怪圈:设计费用与投资费用按比例挂钩,谁将设计概算做得大,谁就可以按比例多拿设计费用,最后导致优化设计、控制投资的设计费降低,而放弃控制、突破限额的反而可得额外得好处。
4.2投资控制与设计标准的关系
轨道交通工程必须保证质量。质量首先取决于设计质量。设计质量的前提是设计标准的选择。这种选择必须与投资控制结合起来,做到两者的协调一致,相互制约,防止片面追求标准提高而放松投资控制的倾向,也不能因为投资控制的要求而消极地降低标准。为保证设计阶段确保质量前提下的投资控制,必须重视以下工作:一是业主和设计单位应及早确定全线的技术标准,注意标准的总体优化,确保整个系统的技术协调一致性和技术标准匹配性,应体现单项工点服从系统,系统服从整体的技术标准原则;二是对于全线系统设计、工点项目带有共性的设计,应统一设计标准、规范、深度和要求,采用标准设计,按国家有关规定及业主对投资控制的要求执行,工点、系统设计应积极采用模块化标准设计;二是合理选择相应的设备标准体系,认真做好全线车辆、机电设备的选型定型,车辆、机电设备技术标准的选择应确保设备性能完善、质量可靠、维修方便。
目前,国内已建成的轨道交通信号系统车地通信和PIS车地通信采用802.11标准的无线局域网传输技术。专用无线调度广泛应用窄带无线数字集群技术,TETRA就是典型的代表。TD-LTE技术相比WLAN+TETRA网络具有众多的优势,更适合轨道交通多业务宽带无线通信承载。
1.1抗干扰能力强
从工作频段的情况来看,国内主流的WLAN采用的是2.4GMHz、共计80MHz的带宽,每个信道的带宽为22MHz,完全不重叠的信号仅有3个。这意味着在隧道区间内AP有效的覆盖距离仅有200m左右,故地铁采用WLAN+TETRA技术实现CBTC、专用无线调度及PIS系统显然会对安全运营带来不确定的因素。相比WLAN网络,LTE有着完善的抗干扰技术,采用正交频分复用技术即OFDM具有完善的编码、重传和IRC(干扰抑制合并)机制,拥有毫秒级的调度机制,可根据干扰情况动态调度资源。
1.2传输速率较高
较高的传输速率,可满足高速移动及大容量网络传输的要求。802.11b采用2.4GHz频段,可支持11Mbit/s的共享接入速率;802.11a工作在5.8GHz频段,其速率高达54Mbit/s。但是,在快速移动下,系统需要很大的控制信息开销来克服由于移动带来的频移、衰落等,不能很好地满足移动的要求。TETRA满足语音通信和28.8Kbit/s的无线数据传输需求,但是面对着越来越多的视频信息等传输需求,窄带无线集群技术已经不能胜任。LTE在20MHz频谱带宽上能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率,能够为350km/h高速移动用户提供接入服务,并同步支持语音、视频、数据传输,完全可与PIS、信号车地无线共享网络。
1.3网络结构简单
LTE以分组域业务为主要目标,取消了电路交换域,趋近于典型的IP宽带网结构,意味着网络架构与目前WLAN类似。LTE结构简单,维护方便,系统时延较小。同时,无线融合技术方案取代了各系统分设的大量的区间设备,能够净化安装空间。
1.4QoS保证
WLAN二元安全架构对应3个物理实体,AP无独立身份,易受攻击,无法保证安全。LTE拥有9级QoS算法,带宽基于业务需求按需分配,在与PIS、无线列调等系统共用网络时,可以最大程度地保证CBTC带宽需求。
1.5技术日渐成熟,商业化程度也较高
LTE网络已经在全球应用,中国移动率先在中国部署LTE网络提供公众服务,国内主要LTE供货商均可提供成熟可靠的产品。采用LTE技术,尤其是采用具有完全知识产权的TD-LTE无线宽带集!群技术,将是我国城市轨道交通车地无线系统融合的最重要选择。
2轨道交通各系统的功能需求
2.1专用无线调度系统
采用专用无线调度,实现了轨道交通固定用户与移动用户之间的语音、数据信息、视频信息及附属网管信息的传输和交换。专用无线调度分为了行车调度、维修调度、环控调度及车辆段/停车场无线调度4个部分。按照一个TD-LTE小区并发10路无线通话考虑,包括选呼、组呼、全叫和紧急呼叫的任何一种呼叫形式,每路呼叫带宽需要32Kbit/s,10路并发需要320Kbit/s,同时在一个小区内要有1~2路的视频通话,传输的带宽按照384Kbit/s考虑。
2.2乘客信息系统
PIS车地无线通信主要指控制中心向运营车辆下发一些视频和各类文本信息等,为下行业务。在列车正常运营情况下,每列车可接收1路高清晰数字视频信息,视频编码采用MPEG-2、MPEG-4或H.264格式,每路占用带宽一般为4~6Mbit/s。
2.3列车视频监视
列车视频监视业务主要指运营车辆将列车内实时视频监控图像传输至控制中心,为上行业务。在列车正常运营情况下,轨道交通内的运营人员以及地铁公安分局人员,利用视频监视等设备接收、观看列车内实时视频监控图像,图像的压缩格式宜采用MPEG-4或H.264等。一般情况下,每节车厢内设置2台摄像机,首尾司机室各设置1台摄像机。6辆编组列车共14路视监视频信息,控制中心根据需要可实时随意调看其中2~4路图像,每列车通过无线系统将图像信息上传至车站,再经主干网络传到控制中心。按每路视频图像占带宽1.5Mbit/s考虑,视频业务需要6Mbit/s以上带宽。
2.4信号系统车地通信
信号系统的车地通信可以保证列车和乘客安全,是实现列车运行高效、指挥管理有序的手段。信号系统具有安全性高、通过能力强、较好的抗干扰能力、可靠性高、自动化程度高、限界条件苛刻等特点,其车地通信主要为CBTC业务,系统需要占用100Kbit/s的上下行带宽。
2.5车辆检测信息及列车FAS信息
能为传送列车车辆内部温度、烟度、有害气体浓度和列车轴温、实时车速等环境信息提供通道,以便中心对列车进行监控;信息传输需要带宽不超过200Kbit/s。提供列车FAS火灾告警信息的传输通道,满足中心对列车火灾信息的监控。信息传输需要带宽不超过100Kbit/s。各业务实时性及带宽需求。在列车高速运行的情况下,车地无线系统要保证无线网络的带宽(下行大于8Mbit/s、上行带宽大于7Mbit/s),以满足运营指挥的需要。基于目前主流LTE设备技术情况,需申请10MHz以上专用频段(含保护频段),才能满足上述车地无线业务的需要。此外,通过LTE系统提供的宽带无线环境,在带宽允许的情况下,还可支持未来各类无线业务的扩展。例如,实现各类专用移动终端的无线通信业务,包括维修系统的无线维修终端、综合监控系统的无线监控终端等,保证各类业务的终端灵活化,满足现场维修、监控、指挥等业务需求。
3TD-LTE解决方案
基于TD-LTE技术的城市轨道交通无线通信系统融合解决方案应用网络架构。整个应用系统依场所设置分为3个子系统,分别为控制中心子系统、车站/车辆段及停车场子系统、车载子系统。下面分别简要论述3个子系统组成及功能。
3.1控制中心子系统
控制中心子系统是该融合解决方案专用系统的核心,主要包括LTE核心网设备、无线调度业务服务器DSS,信号系统ATS服务器、CCTV和PIS等业务应用服务器、网络管理系统(含网管终
端及打印机等)及TD-LTE基站设备等。TD-LTE基站设备用以实现控制中心的室内覆盖,TD-LTE核心网EPC向上和各类业务控制平台CCTV中心、PIS系统、信号系统等连接,无线调度业务服务器DSS可提供专业的无线集群调度业务。同时,在控制中心调度大厅,设置行车调度、防灾调度、维修调度台及录音设备等。 3.2车站/车辆段及停车场子系统
车站内主要安装TD-LTE基站设备,包括BBU、RRU。基站设备可以实现本车站的站内覆盖,也可以通过漏泄同轴电缆对线路区间进行覆盖,并可以通过RRU实现拉远覆盖。在沿线各车站值班员处设置车站固定电台,给移动作业人员配备便携台。在车辆段及停车场通信机房内设BBU,RRU设备和天线均安装于机房楼顶的天线杆塔上,对于封闭空间等弱场区需增加RRU进行覆盖。在车辆段/停车场信号楼内设置行车调度台,在检修库内的运转排班室内设置运转调度台。另外,给车辆段/停车场的移动作业人员配备便携台。
3.3车载子系统
车载子系统布置在每列车前后的司机车室内,为司机提供专业的无线集群调度通信。集群车载台采用与TAU共用车载天线的方式。TD-LTE车载终端(TAU)部署在列车编组的前后司机车厢内,其车载天线安装在司机车厢外侧,并尽量保证与泄漏保持视距,TAU通过以太网接口与车内交换机连接,实现TAU与车内数据业务的信息交互;车内采用以太网环形组网,各车厢通过车载交换机互联。车厢内的闭路电视监控信号通过TAU、经LTE上行回传到控制中心,PIS的流媒体信息则通过TAU、经LTE下行传送到车内的PIS车载服务器上。单列编组前后司机车厢各部署一套TAU,两套TAU以主备方式工作。
1金属性短路
金属性故障主要是指由于第三轨或者是接触网与走形轨间产生直接金属性接触后,造成其绝缘支架击穿,从而形成与大地的短路。比如在2010年时,北京地铁一名乘客随身携带的金属水平尺从站台中堕落,造成正在运行中的列车与第三轨之间的通路,从而导致了金属性短路故障的发生。造成该种故障的另外一种原因也可能是在停电检修作业的过程中,没有及时将接触网接地线撤销,从而在恢复供电时发生金属性短路故障,如果此时特别是在运行期间不能及时对故障位置进行确定和排出,势必会对轨道交通的运行产生较大的影响。
2非金属性短路
非金属性短路主要是指第三轨与走形轨经过渡电阻短路或者是绝缘泄漏,从而发生非金属性短路故障。比如在雨雪天气环境下,暴露在户外的城市轻轨在雨水或者是积雪作用下被覆盖,间接的成为导体从而与行轨发生短路。另一方面,也可能是在长时间的运行过程中接触网或者是第三轨的出现绝缘老化现象,从而导致电流外放和泄漏,泄漏的电流通过绝缘支座在流向接地扁铜后经由变电所地网,最终回流至变电所负极,从而引发非金属性短路故障。同金属性故障相比,非金属性故障下产生的短路电流相对较小,所以造成了其短路现象不容易被察觉。但是随着运行时间的不断加长,可能会产生接触电压或者是跨步电压,严重情况下还会出现电弧,从而使短路故障进一步扩大,给城市交通轨道电力系统的稳定运行以及人身安全都带来了较为严重的影响。
二、城市轨道交通供电直流侧短路故障定位的几种方法
当前阶段,城市轨道交通运输中供电直流侧短路故障定位所采用的方法主要有阻抗法以及行波法两大类:
1阻抗法
城市轨道交通供电直流侧短路故障定位方法中的阻抗法又可以分为单端量阻抗法和双端量阻抗法两种:(1)单端量阻抗法。该种供电直流侧短路故障定位方法的工作原理相对较为简单且易于实现,并且具有着装置成本优廉的特点。但是其在实际运行过程中的故障定位精度较差,主要原因是在定位过程中容易受到对侧系统过渡电阻的影响。在对该种方法的实际运用过程中,可以采用微分方程工频法、一元二次方程法以及迭代法和电压法等,从而消除过渡电阻或者是对侧系统对单端量抗阻法故障测量精度造成的影响。(2)双端量阻抗法。该种故障定位测量方法是当前城市轨道运输供电直流侧短路故障定位中被广泛运用的技术方法,其主要是通过对两端电压流量的推算,并在故障点电压相等的基础上实现故障位置信息的获取,其凭借着对现代通信技术和高精度互感器以及故障录波装置等现代技术和设备的支撑,实现了强大的故障定位功能。
2行波法
行波法是城市轨道交通直流输电系统中较为常用的一种方法,主要是在行波传输的理论基础上达到实现故障定位的目的,通过对不同的故障行波到达测量装置的速度以及时间差等,对故障位置进行计算。以上两种主要的故障定位方法具有着较多的优点,在直流输电系统的故障定位中得到了较为广泛的应用,但是在城市轨道交通直流供电系统中应用时,其对测量设备以及通讯设备具有着较高的要求,相应的设备投资较大。
三、基于贝瑞隆模型的时域故障定位原理和实现
1基本原理分析
对于城市轨道交通来说,其供电直流侧发生短路故障后,导致了保护装置动作,在该故障造成的过程中,其进行故障定位时能够采用的主要数据为在保护动作发生前馈线保护装置所记录的电流和电压信息,不利于故障定位的实现。不论是对于以上单端测距还是双端测距方法来说,其都是以电压以及电流的基波相量为基础的,但是在当前故障发生和切除时间越来越短的情况下,大多数基波相量数据是无法进行准确提取的。对于基于分布参数模型的输电线路时域故障定位方案来说,其可以通过对跳闸前原始数据的采用,不需要进行相应的滤波处理,直接性的在时域对故障距离进行测算,其与直流输电线路本质上不存在较大的区别,仅仅是两者能量集中频域不同,所以该方案模型能够有效实现对城市轨道交通主流侧输电线路短路故障的定位。
2定位实现在城市轨道交通
关键词:可持续发展;城市规划;轨道交通;建造运营成本
作为文明历史发展中的崭新时代,城市的诞生宣告了人类生存方式的彻底变革,也由此开创了城市建设与规划的初始形态。今天,伴随全球化的大潮,中国正经历着前所未有人口迁移与国土城市化过程,充满中国特色的城市规划实践,越来越体现出面向未来可持续发展的先进理念。交通是现代城市规划中一个不可或缺的方面,对于中国这样一个各方面处于跳跃式发展的人口大国,科学地制定切合实际又具有前瞻性的城市交通规划,意义尤其重大深远。
本文以当前城市化加速背景下城市交通规划面临的重大选择作为切入点,对如何解决轨道交通与现存城市公交系统的协调发展,特别是如何经济、优化地建造与运营城市轨道交通,提出自己的看法与建议。
1轨道交通是我国城市交通规划的重大选择
城市交通规划面临的一切问题起源于三个基本因素:人口剧增、城市化加谜与出行方式机动化。为此,规划者们必须在各种可能的决策方向之问慎重取舍。国外专业杂志《世界城市化展望》2004年载文指出,全世界人口从1950的25亿左右增长到2000年60多亿,只用了半个世纪的时间,预计再过30年将达到80亿以上。作为世界最大的发展中国家,中国改革开放二十多年来的社会经济发展带动了1亿3千万农村人口流入城市,一般城市居民的交通出行方式也在过去二十多年里发生了根本性的变化。城市出行方式机动化日益加速,造成了今日中国主要大中城市里司空见惯的“出门难行路难”问题。专业人士称之为严重的城市道路交通拥挤。
一般而言,城市交通方式大致可分为步行、自行车、摩托助动车、小汽车与公共交通国内外的城市交通基本上都经历过从步行、自行车到摩托、小汽车大体相同的发展过程。但是,当人类普遍进入小汽车时代后,美国和欧洲选择了不同的交通方式和城市形态。美国以小汽车为主要交通工具,城市多数呈现分散、蔓延的形态。欧洲大陆则十分重视公交、特别是轨道交通,大城市通过轨道交通将市中心、近郊生活就业区与远郊卫星城镇连结起来,形成多中心的城市形态[1]。轨道交通系统的诞生,使城市的发展从中心聚集型向离心分散型转变成为可能,也因此造就了城市中心的“职住分离”现象。应该承认,私人小汽车和轨道交通是目前发达国家城市中具有代表性的两种交通方式,分别突出地体现着更优的生活质量与更高的运输效率。改革开放前,这两种交通方式在我国大城市中的数量少到几乎可以忽视不计的程度,近年来,它们已分别迈出了从无到有的第一步,表现_出强大的生命力。
城市的功能和社会活动的多样化是大城市的基本特征,由此决定了大城市的交通需求必然是多种多样的,人们可选择的出行方式也应该是多种多样的,并且所有的出行方式都可以在各自适用的范围内发挥出最大优势口[2]。我国的城市交通机动化正处于起步状态,自行车等非机动车仍是目前大部分城市中居民出行的主导方式。随着社会经济持续、快速增长与人民物质文化水平不断提高,建立多层次、立体型多元化的交通体系,是我国数量迅速增长的大城市的唯一发展方向。在此目标之下,科学规划的轨道交通理论上提供了最大限度满足可持续发展要求的可能性。
城市交通拥挤现状,决定了各级政府部门在宏观决策过程中,理当重点考虑规划在环境系统、资源系统、社会系统等多方面具有可持续发展优势的城市轨道交通公共交通系统[3],这方面国内刊物近来论著颇多,本文不欲在此重复赘述。以下谨从技术与经济的角度,探讨进一步解决轨道交通建设面临的一些具体问题,加速走向它的现实可行性。
2轨道交通需重视与城市公交系统的和谐
一般而言,轨道交通规划工作的核心内容是要充分实现路线选址与转乘配套两者的最优化,与现有的公交系统在各个环节上达到最大限度的互相补充协调运作。
首先,城市轨道交通是一项涉及面广泛复杂、需要许多专业协调配合的大型系统工程,必须与城市建设发展中长期规划密切结合起来进行。作为城市规划的有机构成部分,轨道交通的规划与整个城市交通的线网规划实为一体。为了避免客流稀少,线路走向应尽可能合理,否则,小客流低运量必然导致轨道交通无法发挥预期的骨干作用。总之,结合城市的总体客运需求合理规划布局,是保证城市轨道交通主导地位的必要条件。当然,这种合理布局要充分考虑不同城市的用地空间总体规划。北京地铁线明显采用了沿城市道路走向布局的方式,轨道交通网络形态与市区道路棋盘式格局高度一致,恰恰体现了保护北京古城的特殊要求。这方面类似的例子,还有南京地铁1号线采用高架方式从中华门附近跨越古城,也充分考虑了地下车站与周围环境、高架线路与地面景观的协调需要。
其次,在以轨道交通为主导编制城市公交综合规划时,要十分注意加强交通换乘枢纽的建设,将轨道交通与现有的常规公交体系统一安排、有序调整,保证轻轨、地铁等轨道交通与城市公共汽车、出租车、轮渡等多种交通工具的方便转接,以及与机场、火车站、港口等其他运输场所的顺利衔接。前文所举的欧洲发达国家的大城市,面对小汽车交通的冲击,纷纷寻求一种新的交通发展模式,在通向郊区的沿线地铁站大量修建小汽车停车场,引导小汽车乘客换乘后进入中心城区,使轨道交通的大运量优势得以发挥。国内方面新近建成的上海火车南站,则成功地将铁路与两条城市轨道交通与几十路近、远郊公交汽车线的零距离换乘需要融入规划设计中,成为一个值得学习借鉴的样本。
最后,我们不能不充分注意轨道交通与整合改善城市常规公交之间的互动关系。世界上绝大多数国家的轨道交通都是在既有城市公交体系形成后逐渐发展起来的。在未来相当长一段时间内,公共汽车/电车仍将是人们出行使用较广泛的交通工具之一。根据我国许多城市目前的经济发展水平与人口规模及交通总量需求,常规公交的整体地位短期内变化不大。但是,常规公交系统效率低下的现状应该在逐步发展轨道交通的过程中加以综合整治与改善。除了科学制订线网布局,修建港湾式停靠站台,合理编制车辆运行图,建设服务查询显示信息系统等具体措施外,从规划立法角度保障公交的道路优先使用权的思路也有待于细化落实。
近来,在轨道与公套发展背景如何建设大容量快速公交系统(BRT)引起了专业规划人员的高度关注。BRT是一种利用现代化大容量专用车辆、在专用道路空间快速行驶的一种公交方式。它具有接近轨道交通的运力与快捷,建造和运营成本又相对低廉,而且很大程度上可以利用改造提升现有的城市公交道路系统,在某些人口规模不是很大的城市中甚至可以考虑作为轨道交通的替代方式。
2003年国务院81号文件出台后,国内许多城市马上把发展BRT项目推到了缓解城市交通拥堵的前台。北京市新近编制的中心城区公共汽/电车厂线网规划中包含了18条BRT线路,总长约300多km,在强调机动性与可达性高度协调的前提下,首次将BRT作为一个功能层次融人公交线网整体结构中。此外,昆明市在园艺世博会期间开通的国内首条位于道路中央的公交专用道,即将升级为规范的现代BRT系统。杭州根据城市发展模式与空间功能布局制订的中远期公交规划,也确立以轨道与BRT为骨干,东西走向穿城而过的首条28kmBRT今年已基本开通。
3轨道交通应解决低成本建造运营问题
作为城市中最大的基础建设项目之一的城市轨道交通投资巨大,京、沪、穗前几年修建地铁的综合造价平均每千米超过了6亿元人民币。显然,大多数国内城市的经济能力很难承受起如此高昂的成本。因此,不解决轨道交通的造价问题,城市轨道交通难以实现。综合考虑轨道交通的建造与运营费用,笔者以为解决成本问题拟应围绕以下三个方面认真思考。
3.1轨道交通的用地空间应体现预留渐进原则
一般轨道交通建设成本中,包括拆迁费用在内的占用土地成本是其中不可忽视的一个组成部分,并不因为某些国家无偿划拨方式而改变它的社会成本性质。为了降低这方面的成本,许多城市在已经完成的公交总体规划中,都为轨道交通的线路场站建设预留了用地空间。然而,线路建设的具体时机取决于城市发展的不同进程,某些线路的客流形成需要一个长期渐进的过程。
因此,如何既能适应逐渐增长的客流需要,又能合理有效地利用预留土地空间,是低成本发展轨道交通中必须慎重规划考虑的现实问题。在巴西的大多数城市里,市政当局大都在轨道交通近期没有开发的走廊上发展前文介绍的快速公交,将BRT专用道建在道路中央,初衷就是为了降低轨道交通项目的初期投资与运营费用[4]。实际上,北京2005年全线通车的第一条BRT线路,正是敷设在预留的M8轨交走廊上,完全满足了近期单向8000人次/h的客流需求。
经济合理地使用土地空间,不仅需要作为城市规划中发展轨道交通的指导原则加以确立,更应当具体落实在轨道交通系统工程的每一个子项目的设计图纸上。根据《上海市城市总体规划1999—2020》,到2020年将建成800km左右轨道交通线,如果全都继续采取目前的集中供电模式,届时仅该项子系统就需建造50多座主变电所。
暂且不论一座主变电所动辙上亿元的巨额投资,仅建造变电所及电缆通道所需占用消耗的土地资源就将十分惊人。有鉴于此,最近上海相关部门已组织专家进行优化方案论证,将2020年前全网18条线路原先计划建造的51座主变电所减少为39座,更可节约投资10亿元人民币以上。
3.2轨道交通的建造模式要体现经济合理原则
世界城市轨道交通近百年的历史展现了丰富多彩的发展模式,为我们提供了地铁轻轨、导轨、有轨电车、郊区铁路、磁悬浮等多种选择模式,线型电机牵引系统则被公认为最有发展前途的一种在我国百万以上人口的城市中,因地制宜地利用现有条件低成本发展轨道交通,已有了一些成功的经验。上海的明珠轻轨一期有3/4长度是改造利用原先的铁路内环线,这对武汉等其他一些存在废弃或利用率很低的铁路既有线路城市,不啻是一种有益的启发与示范。另外,东北沈阳、长春、哈尔滨等城市,还存有部分有轨电车线路[5],在此基础上统一规划发展现代轨道交通,应该也能够达到节省一部分费用成本的目的。
其实,国内城市轨道交通建设成本居高不下的原因之一,还在于脱离国情片面追求豪华档次。表现在规划设计上就是大量采用类似于公共汽车系统的高线网密度、小站间距、低负荷强度。需知,轨道交通本质上属于快速大量运送中长距离乘客的交通工具,依靠其他交通工具为它输送客源,达到大运量高负荷。由于低线网密度、大站间距模式能够明显提高运行速度、缩短旅行时间,所以不但可以降低工程造价,而且还可以降低运行成本。正因为如此,将BRT系统规划为轨道交通线路两端的延伸段,或选择“轨交+BRT”的混合网络模式,都有助于达到适当降低轨道线网敷设密度的低成本目标。
另外,国内轨道交通运营成本高的部分原因,还与计划经济遗留下的传统思维方式与条块分割的管理模式密切相关。直到今天,许多城市在申请轨道交通立项时,每条线路都规划有独立使用的车辆段、控制中心、主要变电站,这套小而全的空间与管理体系必然造成资源的极大浪费。在轨道交通十分发达的日本,高速交通营团运营管辖着8条线路总长183.2km,但是所属16个车站统共只设置了1座综合控制中心。反观国内,即使在资源共享程度较高的上海地铁系统,已建和待建的控制中心仍有8座,另加1座轨道交通运营协调及应急中心。
3.3轨道交通的管理配套要体现因地制宜原则
如前所述,城市轨道交通的规划不应盲目追求高标准,该建地面、高架的绝不钻入地下、该建轻轨的绝不建地铁,因为后者的造价往往是前者的3倍以上。此外,对地铁建设成本影响甚大的土建工程中,其地下车站底板的埋置深度与车站建筑高度是决定造价大小的两个关键因素。因此,合理设计基坑深度与车站建筑高度对降低总成本的意义,无论如何也不应低估。
如果说轨交模式、建造标准的选择较多地影响到土建工程造价部分,轨道工。程总造价的另外一半(45%~50%)则取决于技术装备等硬件的建设、购置、安装费用。以地铁车辆为例,目前国产价格仅为进口产品的1/2~1/4。因此,降低成本费用的关键之一,是提高构成技术装备主要部分的车辆、牵引、供电、信号的国产化水平。这方面,较晚竣工投入使用的南京地铁为我们提供了很有说服力的例证。据有关杂志介绍,该项目通过车辆项目的合同谈判与国产化方案的慎密调整,大大减少了进口部件和材料,降低了进口设备的国际运输成本,在成功实现70国产化率的情况下,车辆项目合同价从最初的每辆约135万美元降低到116.5万美元,与设计概算相比节约投资4000多万人民币。
当然,轨道交通总体上属于公共产品领域,单纯的票务收入远远不足以偿付开通后的日常性运营支出,中长期的财务收支平衡对世界各国都是一个需要艰难应对的挑战。笔者了解到的香港地铁总收入中,票务收入约占60,其余409,6中广告与物业管理各占一半[6],这一香港较为成功的地铁和物业综合发展经营模式,今年初已通过成立合营公司引入北京地铁4号线的管理,各方都期待着它能为国内轨道交通建设运营展示一种令人鼓舞的前景。
参考文献
1邹胜勇.面向可持续发展的城市总体交通结构优化[J].交通运输系统工程与信息,2006,6(2):108.
2DavidBAYLISS.世界范围的城市交通可达性现状(英文)[J].TRI杂志(交通版),2006(2):17—18.
3樊颖玮.城市交通可持续发展问题的思考[J].交通与运输,2006(2):67.
4全永棠,孙壮志.关于BRT与轨道交通的理性思考[J].交通运输系统工程与信息,2006,6(2):117.
在城市轨道交通中施工方法主要有几种,比如居然金、管片拼装等等。其中,在掘进工艺中有掘进的速度、土压以及出渣量等等。在城市轨道交通建设的过程中,一定要根据当地土层的情况以及覆土的情况等进行仔细的研究,对于不同的掘进数量的参数进行适当的调整,最终才能够达到想要的结果。
(一)管片拼装
1.在城市轨道交通施工过程中的盾构结构
尾部常常残留一些渣土,当我们在进行管片整体上台的时候,螺栓经常出现一些问题,在处理螺栓问题时,如果螺栓没有办法穿过,那么螺栓上的橡胶圈就会失去原有的作用,这样就会导致有水渗透到里面,造成很大的安全事故。
2.在城市轨道交通的理论施工的过程中
管片要与掘进方向保持一致从而达到合适的拼装,千斤顶的使用也要在使力方向做好很好地把握。推力过大或者过小都会产生十分不好的影响。
3.城市轨道交通挖掘施工的时候
通常会把拼装后完成的管片弄成一个整体来进行保存,选择的空间一般是一个封闭的空间。在与此同时,我们要注入一些浆液,这些浆液和地下水在一起以后会对这些拼接好的管片产生出一定的浮力作用。其中,在一些水量比较大的地区,城市轨道交通施工在输入浆液的时候要经过十分长的一段时间。随着时间的增加,那么,浆液和地下水对管道的浮力就越大。
4.城市轨道交通施工中的盾构的尾部
管片要进行拼装。我们要根据城市轨道交通施工的具体情况,确定详细的管道拼接质量。如果盾构机在进行曲线的掘进时候,要保持相关部件姿态的一直。盾构结构在近些年来的城市轨道交通建设中的利用是在不断的增加,并且得到了很广泛的应用,这几年已经积累下来许多比较成熟的施工技术。我们一定要注意盾构掘进技术的使用。
(二)城市轨道交通工程质量
1.对于城市轨道交通来说
首先要对盾构机尾的渣土进行仔细的清理,之后再进行拼装,除了这些以外,这些工作要一些选择一些操作十分熟练的技术人员来完成这个工作。
2.在完成拼接管道交通的时候
一定要注意固定螺栓,并且要利用一些工具来固定螺栓。城市轨道交通在施工的过程中千万不能马虎了事,一定要仔细检查每一个固定螺栓。在完成这个工作之后,接下来就要进行第二个固定工作,在第二次固定工作的时候,千斤顶千万不能拿掉。
3.盾构工作的流程
一定要与管片的拼接的要求达到一致。根据管片的实际情况,要保持管道与管道之间的距离。
4.在城市轨道交通建设中
一定要加强浆液与盾构的配合。要尽大可能使得浆液在最短时间里凝固,在做这项工作的时候,一定要注意轨道建设的防水,防止出现影响工程实施的情况。
二、城市轨道交通工程质量的保证措施
(一)我们在轨道交通实施的过程中
一定要对土的压力进行严格的控制,除此之外,其他相关工作也要做到严格控制。要做到在城市轨道交通建设时期,保持平衡土压值达到合理状态。
(二)城市轨道交通建设时候一定要注意把握掘进速度
要把它控制一个合理的范围里。还要使得掘进的速度在一种快速、均匀的状态下通过,要注意不能出现较大的波动。还有就是注意要与注浆进行配合,适时地调整注浆的速度,避免因为注浆速度太快而给仓库带来较大的压力。
(三)在城市轨道交通的建设时候
一定要注意盾构的曲线工作,但是更为精确的是在曲线的切线处,对于这个度的把握就要求的十分严格,偏差既不能过大,也不能过小。之所以选择这么做就是为了能够很好地防止地面出现太大的波动状况。即使如果真的在城市轨道交通施工的过程中出现这个情况,就要利用前鸡丁来进行合理的调节。
(四)城市轨道交通的施工过程中
一定要制定一定的沉降变形的参考表,其主要的作用就是为了很好地起到警戒的作用。还有就是要加强对地面和附近建筑的实时监控,一定要确保数据的每天更新,确保通讯能够保持在畅通的阶段。特别需要注意的就是,当城市轨道交通施工经过一些比较重要的建筑物的时候,一定要做到在第一时间把准确的信息发送给正在施工的工作人员,以便于施工人员根据具体情况及时的做好调整工作。
三、结语