程萬慧 魏慶朝 白 雁 代正兵

(1.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 北京 100044;2.山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院 山東威海 264209)

美國舊金山灣區(qū)捷運(yùn)系統(tǒng)

程萬慧1魏慶朝1白 雁1代正兵2

(1.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 北京 100044;2.山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院 山東威海 264209)

介紹美國舊金山灣區(qū)捷運(yùn)系統(tǒng)(Bay Area Rapid Transit System，BART)。論述在舊金山灣區(qū)使用BART的重要意義，然后從現(xiàn)有線路、擬建線路規(guī)劃等方面介紹該線路的總體情況，并對(duì)BART的車輛性能以及列車控制系統(tǒng)進(jìn)行說明，最后分析BART在車票、換乘、環(huán)保和安全方面的優(yōu)勢(shì)。

美國舊金山灣區(qū);捷運(yùn)系統(tǒng);無線列車控制技術(shù);環(huán)境效益

1 城市概述

舊金山灣區(qū)是指環(huán)繞美國西海岸舊金山海灣一帶的大都會(huì)區(qū)，包括9個(gè)縣、101個(gè)城市，面積約18 130 km2，主要城市有舊金山、圣何塞和奧克蘭，而舉世聞名的硅谷也位于該區(qū)。舊金山灣區(qū)是美國西岸僅次于洛杉磯的最大都市區(qū)，人口共計(jì)724萬(2006年)，也是美國人均收入最高的地區(qū)之一，2006年區(qū)域內(nèi)的人平均收入為65 000美元。

為了與舊金山灣區(qū)日益發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)需要相適應(yīng)，其公共交通非常發(fā)達(dá)，覆蓋了整個(gè)區(qū)域。其中，軌道交通主要包括灣區(qū)捷運(yùn)系統(tǒng)(Bay Area Rapid Transit，BART)、半島通勤列車 Caltrain、舊金山市區(qū)的城市鐵路Muni、灣南圣克拉拉縣的輕軌列車 Vallcy Transportation Authority(主要集中在圣何塞市區(qū))，另有跨越本區(qū)的省會(huì)走廊列車Capitol Corridor(從圣何塞通往加利福尼亞州首府薩克拉門托)、通勤列車ACE(從斯托克頓市通往圣何塞)和全美鐵路客運(yùn)公司(Amtrak)經(jīng)營的由奧克蘭通往芝加哥、洛杉磯等地的旅客列車。BART是由舊金山灣區(qū)快速交通管理局經(jīng)營的捷運(yùn)系統(tǒng)，共包含6條線路，覆蓋了舊金山灣區(qū)的核心區(qū)域，如圖1所示。

圖1 美國舊金山BART線路

2 線路概況

2.1 目前線路情況

BART是舊金山灣區(qū)最先進(jìn)和最有影響力的捷運(yùn)系統(tǒng)，始建于1964年，1972年9月投入使用，運(yùn)營線路全長(zhǎng)167 km，共有43個(gè)車站和680輛車。BART跨越4個(gè)縣22個(gè)城市。在6條線路中，5條線路正在運(yùn)營，余下的1條已在規(guī)劃中(圖1中用灰色線予以區(qū)分)，具體起止點(diǎn)如表1所示。

BART的各條線路以位于兩端的終點(diǎn)站命名，如“里士滿-密爾布瑞線”(Richmond-Millbrae Line)。因此，每次線路延伸后，其名稱都要做出相應(yīng)更改。此處的顏色僅是為了更直觀化地區(qū)分線路，并不作為運(yùn)營當(dāng)局命名的依據(jù)。在日常生活中，列車通常以行駛方向的終點(diǎn)站作識(shí)別，如“(往)里士滿列車”。西行列車在駛出舊金山前，或者東行列車在駛進(jìn)舊金山前，車上的電子告示牌都會(huì)在目的地一欄中加上“舊金山”的字樣;前往舊金山國際機(jī)場(chǎng)的列車則會(huì)加上SFO Airport(或SFO)的字樣。BART平日發(fā)車192次/天，周末為190次/天，早上的發(fā)車時(shí)間變動(dòng)較大。

表1 BART線路情況

2.2 區(qū)域項(xiàng)目規(guī)劃

根據(jù)灣區(qū)政府協(xié)會(huì)(ABAG)預(yù)測(cè)，到2035年，整個(gè)海灣地區(qū)的人口將比2000年的人口多出34%，將新增200多萬居民及近150萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。為了適應(yīng)不斷擴(kuò)大的需求，捷運(yùn)將繼續(xù)開發(fā)新的項(xiàng)目，目前正在規(guī)劃中的項(xiàng)目如圖2所示。

2.2.1 沃姆·斯普林斯支線及圣克拉拉縣支線

沃姆·斯普林斯支線擴(kuò)展項(xiàng)目將從現(xiàn)有的弗里蒙特站以南增加一條5.4 km的新線路，如圖3(a)所示。圣克拉拉縣運(yùn)輸管理局(VTA)正在計(jì)劃延長(zhǎng)捷運(yùn)線路至圣克拉拉縣，如圖3(b)所示。25.75 km的支線將會(huì)使捷運(yùn)更快速、可靠和方便，從而為海灣地區(qū)兩個(gè)最擁擠的汽車走廊提供最便捷的運(yùn)輸方式，將有效地緩解該地區(qū)的擁堵情況。

2.2.2 利弗莫爾擴(kuò)展項(xiàng)目

2010年7月，BART捷運(yùn)完成了對(duì)于利弗莫爾擴(kuò)展項(xiàng)目的環(huán)境影響報(bào)告(又稱EIR計(jì)劃)，這成為擴(kuò)大三谷地區(qū)捷運(yùn)服務(wù)的一個(gè)重要里程碑 。捷運(yùn)目前正在為未來的項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告(EIR)做準(zhǔn)備，與之前的EIR計(jì)劃對(duì)比，在擴(kuò)展項(xiàng)目上會(huì)提供更多的技術(shù)細(xì)節(jié)，并對(duì)其好處和影響進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，如圖4所示。

圖2 美國舊金山BART線路規(guī)劃

圖3 圣克拉拉縣支線

圖4 利弗莫爾擴(kuò)展項(xiàng)目

2.2.3 奧克蘭機(jī)場(chǎng)連接線

奧克蘭機(jī)場(chǎng)連接線給整個(gè)BART鐵路系統(tǒng)和奧克蘭機(jī)場(chǎng)之間提供了一個(gè)有效的連接帶，將直接連接BART體育館站和奧克蘭機(jī)場(chǎng)的候機(jī)樓，通過專屬的空中導(dǎo)軌便捷地運(yùn)送捷運(yùn)車輛，方便了大眾的出行，如圖5所示。

圖5 奧克蘭機(jī)場(chǎng)連接線

2.2.4 海沃德綜合維修基地

根據(jù)規(guī)劃，除了上述線路，沃姆·斯普林斯和硅谷/圣何塞擴(kuò)建工程、中央康特拉科斯塔縣交叉項(xiàng)目將逐漸展開，BART捷運(yùn)在未來30年將需要更多的車輛，以滿足由于未來區(qū)域人口不斷增長(zhǎng)而產(chǎn)生的需求。因此，捷運(yùn)需要擴(kuò)大維修基地的規(guī)模并且引進(jìn)新的倉儲(chǔ)設(shè)施。在維修基地的西側(cè)，將對(duì)車輛的性能進(jìn)行采集、檢測(cè)和完善;在維修基地的東側(cè)，則是一片能停放多達(dá)250輛性能待檢車輛的區(qū)域。

3 車輛及其信號(hào)系統(tǒng)控制

3.1 BART系統(tǒng)的車輛

截至2006年，BART系統(tǒng)共計(jì)擁有車輛680 輛，包含 A-Car、B-Car、C-Car以及C2-Car共4種車型，詳細(xì)參數(shù)如表2所示。

表2 BART車輛情況

BART列車編組最短的為3輛，最長(zhǎng)的為10輛，如圖6(a)所示。車輛的座位均為懸臂式設(shè)計(jì)，由耐火材料制成，可提供最大的腿部和行李空間，且便于維護(hù)保養(yǎng)。盡管各種車型的座位數(shù)不盡相同，但單節(jié)車輛在高峰時(shí)段最多都可搭載150人。

由于現(xiàn)有捷運(yùn)車輛的服役期限過長(zhǎng)，因此捷運(yùn)系統(tǒng)將有序地對(duì)列車車輛進(jìn)行更新?lián)Q代，新的車輛將按照能夠滿足未來30年及以后不斷增長(zhǎng)的捷運(yùn)系統(tǒng)客流量需求來設(shè)計(jì)，如圖6(b)所示。

3.2 信號(hào)系統(tǒng)控制技術(shù)

BART由37座變電站供電，采用DC1000V經(jīng)第三軌給列車供電，鋼軌作為牽引回路。每列車都有牽引和制動(dòng)系統(tǒng)，與車載ATC設(shè)備接口。列車信號(hào)系統(tǒng)采取基于固定閉塞技術(shù)的人工駕駛制式，行車間隔時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致運(yùn)營效率不高，且不能精確定位列車。為了解決這些問題，提出采用AATC系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了列車定位、安全控制命令的選擇和從車站到列車安全性指令的通信3個(gè)基本功能。

圖6 BART列車

隨著技術(shù)的發(fā)展，又研發(fā)了基于無線的列車控制(radio communication based train control，RCBTC)技術(shù)來改造原有的信號(hào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以列車為中心，包括區(qū)域控制器、車載控制器、中央控制、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和司機(jī)顯示等子系統(tǒng)。改造后的RCBTC系統(tǒng)安裝了區(qū)域控制器與聯(lián)鎖接口、軌旁光纖網(wǎng)、軌旁無線設(shè)備，還安裝了車載網(wǎng)絡(luò)和無線設(shè)備，為現(xiàn)行的控制中心和車載控制器提供網(wǎng)絡(luò)接口，如圖7所示。

圖7 RCBTC系統(tǒng)

由此，完成了對(duì)軌旁設(shè)備和車載設(shè)備的改造。

1)對(duì)軌旁設(shè)備的改造。將區(qū)域控制器安裝在軌旁，現(xiàn)行系統(tǒng)提供軌道占用狀態(tài)和道岔位置，區(qū)域控制器在區(qū)域內(nèi)與任一列CBTC列車通信，并視其他未裝配CBTC車載設(shè)備的列車為非通信列車。CBTC列車的定位報(bào)告作為列車跟蹤的依據(jù)，允許在一個(gè)數(shù)字軌道上運(yùn)行兩列CBTC列車，從而克服了因信號(hào)制式不同而不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)通聯(lián)運(yùn)的缺陷。

2)對(duì)車載設(shè)備的改造。在列車上安裝一套CBTC車載控制器，包括所有外圍設(shè)備，即車載無線設(shè)備、車速傳感器、車載應(yīng)答器和天線。駕駛員可以轉(zhuǎn)換運(yùn)行CBTC車載控制器，以及數(shù)字編碼軌道電路車載控制器。

4 優(yōu)勢(shì)

4.1 便捷化

BART捷運(yùn)采用一套5種不同顏色的票來區(qū)分常規(guī)票、特殊票和不同群體對(duì)應(yīng)的折扣票(見圖8)，并可接受各種信用卡、ATM卡和現(xiàn)金的使用，所使用的磁卡票能自動(dòng)記錄進(jìn)站時(shí)間、站名并在出站時(shí)扣除乘車費(fèi)用。BART的票卡主要包括:藍(lán)色票，是最常見的類型;紅色票，殘疾人和4～12歲的兒童專用，可享受62.5%的折扣，有特殊的標(biāo)志要求(4歲以下的兒童可免費(fèi)乘坐);綠色票，65歲及以上的長(zhǎng)者專用，可享受62.5%的折扣，購買時(shí)需要出示年齡證明;橙色票，是學(xué)生專用票，可享受50%的折扣，僅限就讀于初中和高中的13～18歲學(xué)生使用;捷運(yùn)聯(lián)票，是一種區(qū)域交通機(jī)構(gòu)內(nèi)專用的高值“Flash通票”，可通用于城市鐵路中;EZ騎士卡，是一種新型的塑料智能收費(fèi)卡，但終將會(huì)被帆船公司的第二期計(jì)劃(又名“快船卡”)取代。為了方便計(jì)算車票費(fèi)用，乘客可以借助BART網(wǎng)站上的票價(jià)計(jì)算器，對(duì)既定起點(diǎn)和終點(diǎn)的行程來計(jì)算對(duì)應(yīng)的票價(jià)。

圖8 BART車票

4.2 合理化

在不影響地面交通且方便乘客出行的情況下，BART進(jìn)入舊金山和奧克蘭采取地下形式，而到人口較少的拉法耶特和核桃溪市則采用高架的方式直接進(jìn)入市中心。在舊金山市中心最繁華的市場(chǎng)街，BART和城市鐵路同時(shí)在地上分上下兩層運(yùn)行，共用地面出入口，以方便乘客換乘和節(jié)約地表用地。在與航空運(yùn)輸?shù)你暯由?，BART從建成之初就開始規(guī)劃舊金山國際機(jī)場(chǎng)的延伸線項(xiàng)目，并在體育場(chǎng)車站設(shè)有專門的公共汽車(AirBART)，連接奧克蘭國際機(jī)場(chǎng)。BART除了在舊金山和奧克蘭市中心沒有汽車停車場(chǎng)之外，在其他20個(gè)城市的車站都有免費(fèi)的汽車停車場(chǎng)，停車位達(dá)42 230個(gè)。在新建的舊金山國際機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目中，新增車位5 400個(gè)，極大地方便和吸引私家車主使用BART。

4.3 效益化

舊金山灣區(qū)的BART交通在方便、快捷的同時(shí)，也帶來了一定的社會(huì)效益和環(huán)境效益:減少了公路交通阻塞，保護(hù)了環(huán)境，提升了城市競(jìng)爭(zhēng)力，提高了居民生活水平和質(zhì)量。據(jù)灣區(qū)空氣質(zhì)量管理委員會(huì)的測(cè)算，BART的運(yùn)營每天相當(dāng)于減少了56 t一氧化碳的排放。如果沒有BART，上下班時(shí)灣區(qū)大橋的車輛將增加一倍，塞車時(shí)間將比現(xiàn)在大大延長(zhǎng)(目前高峰期塞車時(shí)間一般為1 h左右)。

4.4 功能化

捷運(yùn)系統(tǒng)采用的是印度的無砟寬軌道(軌距1.676 m)，而不是在美國鐵路系統(tǒng)中使用的軌枕和標(biāo)準(zhǔn)軌距(1.435 m)，因此所有的維護(hù)和支持設(shè)備都必須是專用的。為具有更大的車內(nèi)空間來保證舒適度，國外市域線列車的寬度普遍較寬，如舊金山BART列車的寬度達(dá)到了3.2 m。列車可以實(shí)現(xiàn)130 km/h中央控制的最大速度，并且提供53 km/h的全程平均速度以及22 s的中間停車時(shí)間(停留時(shí)間)，加速度可達(dá)1.3 m/s2。該系統(tǒng)的每小時(shí)載客量為15000人，每日的最大容量為360 000人，平均周日載客量為322 965人，每年達(dá)9.9億人次，極大方便了乘客的出行。

此外，安全性也有極大的保障。BART的控制中心能對(duì)全線所有車輛運(yùn)行、電力供應(yīng)、通風(fēng)和緊急事項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)控和操作，還能直接控制列車的速度、停站和安全。

［1］Bay area rapid transit［EB/OL］.(2012-1-15)［2012-03-14］.http://en.wikipedia.org/wiki/BART.

［2］Bay area rapid transit［EB/OL］.(2011-11-4)［2012-03-14］.http://www.bart.gov/about/projects/index.aspx.

［3］Bay area rapid transit［EB/OL］.(2011-12-6)［2012-03-14］.http://www.bart.gov/tickets/index.aspx.

［4］彭小兵.重慶統(tǒng)籌城鄉(xiāng)的快速軌道交通戰(zhàn)略——借鑒于美國舊金山灣區(qū)捷運(yùn)系統(tǒng)［J］.中國市場(chǎng)，2010(46):49-52.

［5］雷磊，高飛.軌道交通市域線車輛［J］.鐵道車輛，2009，47(2):16-18.

［6］方明豹，戚建輝，安靜.舊金山海灣地區(qū)軌道交通信號(hào)改造及其啟示［J］.城市軌道交通研究，2005，8(1):79-81.

［7］賈穎偉.美國舊金山灣區(qū)的城市軌道交通［J］.城市軌道交通研究，2003，6(2):69-73.

［8］申偉強(qiáng)，宋鍵.舊金山灣區(qū)捷運(yùn)(BART)系統(tǒng)簡(jiǎn)介［J］.地下工程與隧道，2004(4):52-54.

(編輯:郭 潔)

train control; environmental benefits

Bay Area Rapid Transit System in San Francisco of USA

Cheng Wanhui1Wei Qingchao1Bai Yan1Dai Zhengbing2
(1.School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044;2.6thGeology＆ Mineral Resources Survey Institute，Weihai 264209)

Abstract:This article describes the Bay Area Rapid Transit (BART) system in San Francisco, USA. The significance of BART in San Francisco is expounding. The general situation covering the existing line and the proposed route planning is elaborated.Information about vehicle performance and train signal-controlling system is provided. The advantages of BART’s ticketing,transfer, environmental protection and safety are also analyzed in the end.Key words: San Francisco Bay Area USA; rapid transit system; radio-communicationbased

F531.1

A

1672-6073(2013)01-0116-05

10.3969/j.issn.1672-6073.2013.01.029

收稿日期:2012-02-10

2012-03-20

作者簡(jiǎn)介:程萬慧，女，碩士研究生，從事軌道交通線路設(shè)計(jì)理論與技術(shù)的研究，chengwanhui0409@163.com魏慶朝，男，教授，博士生導(dǎo)師

中央高?；鹂蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2011JBM086)