书城工业技术图说高科技与现代交通
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第8章 探寻地底下的“游龙”——地下铁道(2)

动力集中式列车

动力集中式列车是铁路运输中最传统的运行方式,由一台动力机车牵引数个无动力车辆,在轨道上行驶,机车大多是在列车的最前端牵引车辆,亦有自车尾逆推牵引的情况,除使用于客运外,常见于货运及军事用途。

3.地铁的优点和缺点

地铁的广泛使用和建设就可以看出人们对它的需求量很大。可是现代社会交通工具那么多,地铁凭什么如此受欢迎呢?现在就让我们一起了解一下它有什么优点和缺点吧。

如今很多城市都大力建设地下铁。地下铁首先一个优点就是节省土地。由于一般大都市的市区地皮价值高昂,将铁路建于地底,可以节省地面空间,令地面地皮可以作其他用途。

另外,城市交通工具的噪音一向很大,比如喇叭声、汽车的发动机噪声等。而地铁不需要用到喇叭,采用电动机噪音也很小。并且铁路建于地底,可以减少地面的噪音。 还有一个最重要的原因。当初人们建造地铁,很大程度就是为了缓解交通堵塞问题。由于地铁的行驶路线不与其他运输系统(如地面道路)重叠、交叉,因此行车受到的交通干扰较少,可节省大量通勤时间。 最后,地铁还能节约能源,减少污染。在全球暖化问题下,地铁是最佳大众交通运输工具。由于地铁行车速度稳定,大量节省通勤时间,使民众乐于搭乘,也取代了许多开车所消耗的能源。 一般的汽车使用汽油或石油作为能源,而地铁使用电能,没有尾气的排放,不会污染环境。

动力分布式列车

另外,现在的地铁一般使用动力分布式列车,更是具有显著的优点。例如,动力分布式列车在两端都有驾驶室,列车掉头时无需先把机车在一端脱钩后再移到另一端挂钩,省却调车的时间,同时亦减少车务人员的工作及提高安全(机车亦可以用推拉操作达到一样的效果)。动力分布式可以容易组合成长短不同的列车。有些地方的动车组会先整成一列,到中途的车站分开成数截,分别开向不同的目的地。如日本东京的成田特快列车(NEX,机场联络系统)在市区有两个起讫点,或九州地区的鸥、绿与豪斯登堡经常会以串连的方式一起行驶,然后再脱钩分别驶往三个不同的目的地。

还有就是,动力效率较高,特别是在斜坡上。动力分布式车辆的重量放置在各个带动力的车轮上,而不会成为拖在机车后面无用的负重。再生制动等动力制动充分可靠,列车从高速减速到40km/h(不同的列车可能不同)程度几乎不用空气制动作动作,速度再降低空气制动开始补充,所以制动部件磨耗小,粉尘污染少,再生制动的时候,能源利用效率高。因为同样的原因,每轴的载重较少,动力分布式上的动力轴对路轨的坚固程度或者说损害较低。因此选用动力分布式列车的高速铁路路线,其对铁路的线型及路轨的要求较动力集中式列车为低。动力分布式因为有较多的电动机,所以再生制动能力良好。对于停站较多的近郊通勤铁路、地下铁路,这优点特别明显;而也因电动机多,即使有一、两组电动机发生故障,列车也能正常行驶。同时,动轴多,粘著利用低,即使很恶劣的天气,车轮也不会打滑,虽然可以具备比大客车还高加减速性能,但是恶天侯加减速性能也不易受影响。环境友好,由于列车车辆之间牵引力小,所以列车可以轻量化,这样车外噪音小对线路周边影响小。线路适应力强,安全性高。由于动轴多,所以可以适应陡坡,最大8%。由于加减速度很高,所以很多情况下可以做到目视距离内停止,也就是说,看到前方线路上有障碍,同等初速度实行紧急制动,如果是动力分布式列车能购回避成功,动力集中式车辆就可能来不及停车而撞上。因为动力分布式运转快、占地小,行走市郊的通勤铁路很多都是动力分布式列车。轻轨运输、地下铁路等领域亦几乎全是动力分布式的天下。

地铁施工耗时较长

当然,地铁也有它的缺点。首先建造成本高,由于要钻挖地底,地下建造成本比建于地面高。建设周期长,同样由于要挖地道,铺设铁轨,设备等等,以及各种调试工作。地铁从开始动工到投入运营需要很长的时间。地铁建设前期时间也较长,由于需要规划和政府审批,甚至还需要试验。从开始酝酿到付诸行动破土动工需要非常长的时间,短则几年,长则十几年也是有可能的。还有就是安全性问题。虽然地铁对于雪灾和冰雹的抵御能力较强。但是对地震、水灾、火灾和恐怖主义等抵御能力很弱。由于地铁的构造,而导致极易因为这些因素发生悲剧。为此自地铁出现以来,工程师们就不断持续研究如何提高地铁的安全性。如果发生地震,很容易导致行进中的车辆出轨,因此地铁都设计有遇到地震立即停驶的功能。为防止地铁地道坍塌,处于地震地带的地铁结构必须特别坚固。如果发生水灾,由于地铁内的系统低于地平线,而导致地上的雨水容易灌入地铁内的设施。因此地铁在设计时不得不规划充分的防水排水设施,即使如此也可能发生地铁站淹水事件。为此在发生豪雨之时,地铁车站入口的防潮板和线路上的防水闸门都要关闭。一个知名的例子是台北捷运在纳莉台风侵袭时曾经发生淹水事件。

地铁建立紧急应对机制

而如果发生火灾,在以前,人们不太重视地铁站内的防火设施,车站内一旦发生火灾,瞬间就会充满烟雾,而引发严重的灾祸1987年11月18日,英国伦敦地铁站发生火灾,导致31人死亡。产生火灾的原因之一是因为伦敦地铁内采用了大量木质建筑。因此,日本地铁部门规定在地铁站内禁烟来避免火灾。2003年2月28日,韩国大邱广域市的地铁车站因为人为纵火而产生火灾,12辆车厢被烧毁,192人死亡,148人受伤。这次火灾产生如此严重死伤的原因除了车厢内部装潢采用可燃材料之外,车站区域内排烟设施不完善也是重要因素,加上车辆材质燃烧时产生了大量的一氧化碳等有害物质,而导致不少人中毒死亡。另外,地铁由于主要使用动力分布式列车,因此也具有一些该类列车的缺点。动力分布式列车由于电动机多,零组件也较为复杂,故维修成本及造价较高。车内噪音较大,因为动力部件或者空气压缩机等设备被平均分布在客车车下,所以噪音较大。动力分布式列车对于线路来说,可能产生明显的波状磨耗造成列车颠簸感,需要时常打磨线路。

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制动

制动就是刹车系统。 汽车因为车轮的转动才能够在道路上行驶,当汽车要停下来时,怎么办呢?驾驶者不可能像动画片中一样的把脚伸到地面去阻止汽车前进,这时候就得依靠车上的刹车装置,来使汽车的速度降低以及停止了。刹车装置藉由刹车片和轮鼓或碟盘之间产生摩擦,并在摩擦的过程中将汽车行驶时的动能转变成热能消耗掉。

4.地铁的应用技术

地铁技术日新月异,说到地铁的运行技术,大部分的城市都是使用动力分布式(即动车组),而目前较为先进的技术要数列车自动操作系统,伦敦、巴黎、台湾、新加坡和香港等地地铁都毋需控制列车。更先进的轨道交通系统能够做到无人操控,在很大程度上避免了人为操控的失控,减少了维护和运营成本,安全性和运营效率大大提升。2002年世界上第一条采用无人驾驶的地铁交通系统在丹麦首都哥本哈根投入使用,成效显著。另外一种基于通信的列车控制系统(简称CBTC)也将在2015年开通的台北换线地铁使用。在上海轨道交通已经实现有司机全程监控、控制开关门的半无人驾驶。先进的科技支撑,开启智能交通新时代,打造更为安全的出行,更为舒适的随身体验。

无人驾驶的地铁

地铁还衍生出高新技术。就在日本东京地铁开始实施一套RFID技术互动地铁系统,为的是让乘客们获得更多的帮助。支持Felica RFI技术的手机用户也可以按下地图上一个按钮激活一个Felica感应器,并将手机靠近屏幕,将地点坐标下传到自己的手机上。回到地面上时,用户可采用手机制图技术画出目的地的路线。打个比方来说,在Ginza地区分布着无数家餐厅、咖啡馆、酒吧和小商店,特别是Ginza地铁站共有32个出口,共有3条地铁线在此相交。因此,对这个地区不熟悉的旅客们往往很难找到目的地。这种地区就非常需要采用这种高科技地图系统。现在,Ginza站共采用了两台47英寸大小的LCD平板屏幕,展示该区地图。屏幕带有按钮,乘客可通过按键高亮度显示一些常去的地点,如银行、ATM、便利店和邮局。当某个按钮被按下时,地图上显示这个按钮对应场所的所有地点,并标有图标,用户触摸其中一个图标,地图便可以画出从该地到目的地的最短路线。对于其他地点,乘客只需输入地址便可查询。

Rfid技术简介

说起地铁的应用技术,不得不提一下武汉的地铁。武汉地铁作为后起之秀,向世界地铁讨教经验,为未来的轨道交通铺设了一条光明之路。武汉地铁2号、4号线引进香港的“连续同站台换乘”模式,让市民换乘更方便。就在中南路站,4条铁轨并列排列,乘客下了2号线列车走到站台对面就可转乘4号线列车,相距不过一二十米。现已通车的轻轨在中国大陆地区第一次采用移动闭塞技术及“阿尔卡特”列车控制技术的信号系统,实现了自动驾驶、无人自动折返和高精度自动定点停车等功能。而在众多地铁项目中难度最大的要数地铁过江隧道的建设了,实属全国最复杂的地质条件。武汉地铁克服种种困难,还在全国首次加入了对反恐防爆炸的安全论证。随着时代的变更,地铁与城市一同成长,记录着一座城市的历史变迁,烙印上科学技术的无限可能。在不久的将来,我们还会见证地铁系统的更快、更新、更便捷的发展,迎来智慧的交通技术。

武汉地铁

知识卡片:

RFID技术

射频识别即RFID技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。