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铁道学必修上册概要

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我曾在快速列车吧发了这个帖子,今再推广到地铁吧。
第一章 总述
第一节 碳排放
人类排放二氧化碳逐年增多,已经引起了各国重视。但是,在不减生活质量的情况下,减碳必然遇着阻力。民国时期,各地纷纷流行铁路热潮。铁路大量建设,通勤铁路也建设不少,有轨电车更是进入我国京沪。当然,这是私家车不普及的结果,在那个年代,铁路还有优势。可是20世纪五六十年代,汽车开始普及。无轨电车、有轨电车逐渐减少,公共汽车逐渐增多。而且私家车也开始逐渐在局部泛滥。人均资源消耗量极速上升,气候变暖的速度近似指数增长。七八十年代及以后,这场汽车运动,波及到了更多地区,在2010年前后,中国百姓也逐渐开起了私家车由此,1980-2020的气候变暖程度,已经和1900-1979相等了,即气候变暖程度快了一倍。而气候变暖,会造成更多严重的问题和灾害,所以气候变暖不容不遏制。遏制气候变暖的根本方法,就是降低人均资源消耗量。当然,这种降低要以不降低人民生活质量为原则。现在中国很多方面都在搞环保,且取得了一系列成就,但在交通上,中国的局面仍然不容乐观。所以我们必须寻找更合适的方法,以最根本、最有效地解决这些交通能源过度消耗问题。
第二节 铁道学的基本概念1.铁道分类按照技规,铁道种类可以分为高铁、普速铁路、地铁、轻轨、胶轮导轨新交通、智轨、有轨电车等。但是总体而言,可以粗略地分为广域铁道和都市铁道两种。广域铁道就是连接两个或以上都市圈的铁路运输线路,长度从二三百千米起,可以至几千千米不等。都市铁道主要有市域铁路、地铁、轻轨、有轨电车等等,主要服务于一个都市圈内的客运。
2.都市圈这里不得不提到一个概念,就是都市圈。都市圈是指保持着该范围内多数人生活、工作、通勤的范围。需要注意的是,都市圈不一定是连续的。例如A、B两地块是建成区,中间的C地块仍是保护区或者农田,但A地块的人仍然广泛在B地块工作或反之,则A、B两地块仍然属于同一个都市圈。对于单核特超大城市来说,都市圈就是保持着该居住范围范围内多数人到核心区通勤的最大居住范围。
3.速度
铁道学中速度是标量,但和物理上的速率有一定的不同。铁道学中,速度分为营运时速、设计时速、表定速度等。营运时速就是营运时的最高限速,设计时速就是线路在设计上在当地技规下容许的最高运行时速。表定速度,又称旅速、均速,指某区间实际路程与实际花费时间之比。这里的实际花费时间一般指从起点站发车时刻开始,到终点站到着时刻结束的时间,一般精确到分钟。实际路程,一般精确到0.1km,特殊情况下也能精确到0.01km或1km。表定速度一般单位用km/h,精确到0.1km/h或0.01km/h。
4.加速度、减速度
铁道学中加速度是指交通工具容许的加速时最大加速度的大小,减速度是指交通工具容许的减速时最大加速度的大小。加速度和减速度可以通过软件控制,减速度还分为常用减速度和紧急减速度。


IP属地:山东来自Android客户端1楼2025-05-02 21:25回复
    IP属地:山东来自Android客户端2楼2025-05-02 21:36
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      2025-05-17 08:41:19
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      IP属地:加拿大来自iPhone客户端3楼2025-05-03 10:00
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        第二章 都市铁道模式
        第一节 都市铁道的线路和运行系统
        都市铁道的线路就是同一线名的路段。如果一列车从一条线路不清客运行到另一条线路上,就叫直通运转,简称直通。像这样,有很多实际运行起终点和线路起终点不一致的情况,我们把列车实际走行的路段叫做运行系统。
        还有一种情况是小交路,指虽然不直通,但列车仍然没走完全程便折返。需要注意的是,同一路线,小交路可以有多个。


        IP属地:山东来自Android客户端4楼2025-05-03 23:15
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          第二节 覆盖问题
          1.覆盖问题
          都市铁道建设的初衷,便是为了方便沿线居民。那么怎么做到这一点呢?
          我们知道,人的步速约为60-70m/min,约合3-4km/h。一般人能接受的接驳步行时间,最多10-15分钟。这样,需要保证沿线居民走最多600-1050米便能坐上该都市铁道。
          那么站间距应该是多少呢?我们容易得到,不应大于2km,最好略大于1km。我们把这样的追求沿线居民接驳,叫做追求覆盖。
          2.传统地铁
          追求覆盖在都市铁道设计时很容易想到,为了追求覆盖,传统地铁应运而生。
          传统地铁站间距多为1-2km,多在地下(可在地面或高架),无平交道口。传统地铁没有复杂的运行交路,全部运营列车停靠沿途各站。因为没有列车通过任何一站,乘客也不用看列车能不能到了,来车就上便可。于是,只要保证发车间隔在7-10分钟或以下,便能满足人乘坐的需求。
          那传统地铁速度多少呢?研究显示,人承受不住1.5m/s^2(即5.4km/h/s)以上的加减速。为了节省时间,传统地铁必须快起快停,一般加速度取3.0-3.6km/h/s,减速度取3.5-5.1km/h/s。又由于列车停车需要时间,列车在最高时速上运行不了太久。所以最高速度取80-100km/h,便能较大程度节省时间。列车停车时间一般在30s前后,所以均速在30-40km/h。


          IP属地:山东来自Android客户端5楼2025-05-03 23:16
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            第三节 提高均速
            只用各停地铁,半小时可行约15km。如果一个特大城市的人只在一个CBD内上班,那以它为圆心15km为半径的圆内,便是用地铁通勤比较方便的范围。
            但是,特大城市发展囿于这七百多平方千米的范围,显然不好。随着人口近一步涌入。这七百多平方千米内房价只能不断升高,结果是必然有人在该范围以外买房。随着通勤半径的进一步加大,传统地铁越来越长,而均速却没有变化。于是人们的通勤时间越来越长,长过单程60分钟,便是极端通勤。
            那如何解决这个问题呢?
            1.大站距
            一个最直接的想法自然是,增加站间距的,让列车有更多的时间在最高速度上走行,同时适当提高最高速度,达120-160km/h,均速自然就提升了。但是要想让均速倍增到60km/h,站间距至少要3km,实际上有时甚至超过了10km。这样均速是大了,却增大了人们的接驳时间,牺牲了一定的便利性。
            2.快慢车
            那我们只能让站间距维持在传统地铁的站间距了。那么,站一定要停吗?让一部分列车不停某几个车站,不就可以提高均速,同时不影响覆盖了吗?想法好是好,但这种列车怎么追上站站停的列车呢?快慢车模式应运而生。
            快慢车模式的都市铁道上,有一部分列车(快车)载客不停部分站,另一部分列车(慢车)各站停车。有一部分车站配线设置成同一方向上有两条或以上股道,以便于快车超越慢车(即“待避”,俗称“踩车”)。快车间隔在15min以内时,大站乘客往往趋向于坐快车,这便实现了大站(指快车停车站)之间的时间节省。
            那小站乘客如何更快呢?这就需要节省快慢车接驳的时间。一个最好的想法,就是在慢车在大站待避,同时慢车待避时和快车换乘。这便是缓急接续。为了实现缓急接续,大站往往设置成双岛四线。这样,慢车先进侧线,停车,然后快车进正线,停车。慢车和快车停在同一个站台(夹在侧线和正线之间)上,可以相互换乘。然后快车先发车,慢车后发车。这便实现了小站居民的高速进城。


            IP属地:山东来自Android客户端6楼2025-05-03 23:17
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              第三章 城郊划分和发展模式
              第一节 城郊划分
              目前主导建设地铁的行政区划,是直辖市和地级市(含副省级市)。鉴于以后可能有自治州通地铁,暂且把直辖市、地级市(含副省级市)、自治州统称“市州”。
              1.市中心
              市中心一般指上班集中区,以工商业为主,住宅不多,面积也不大。铁道学的市中心,基本指主城CBD集中区。城市的扩张一般从市中心开启,所以也可以认为是该市州境内的最高级政府(迁址的以原址为准,青岛除外)为圆心,5-7km为半径的圆或正方形。对于有长度小于等于60km的环状线的城市,市中心也可以定义为环状线内。
              市中心房价一般是全市最高,大部分全市州人口一千万以上的大市州,普通工薪阶层人民买不起七八十平米以上的市中心房子。想要在这些市州的市中心买房并控制总价,人均住房面积一般就很小了,住起来颇不舒服。
              市中心用传统地铁就可以了,因为市中心各处之间,一般地铁半小时可达,不太需要提高均速。
              2.近郊
              近郊一般指市中心外,以市中心几何中心为圆心,15-17km为半径的圆内的环状区域。
              近郊居住密集,房价相对市中心低一些。对于超过1500万人口的大市州,近郊房价也可能高到一般人承担不起。
              由于近郊仍然处于传统地铁半小时(或40分钟)通勤圈内,一些300-1000万人的中大市州,地铁修到近郊就停止也倒还可以。但大市州要是只修到近郊,可能仍然无法解决住房问题。所以大市州就需要中郊和远郊了。
              3.中郊
              中郊一般是传统地铁半小时通勤圈外,快速地铁40分钟通勤圈以内的区域。折合成离市中心的公里数,大约在17-40公里之间。
              这一段地区房价相对较低,适合开发,所以站间距仍不宜大。但是如果仍然用传统地铁的方式延伸到中郊,中郊就会出现大量极端通勤者。一旦再有大量城市快速路,这样的大市州的人均二氧化碳排放量就居高不下了。所以,平衡中郊的覆盖和旅速,对千万以上人口的大市州来说是一个非常重要的问题。
              4.远郊
              远郊就是中郊以外的建成区了。由于离市区很远,远郊房价很低,但是通勤时间很长。需要注意的是,远郊的城市用地可能不连续。
              在远郊就可以适当加大站间距了,毕竟远郊面积很大,而且一般都是后开发的地方,站间距还小的话通勤时间还很长,覆盖不广也没什么问题了,只要让建成区在地铁站附近建设就可以了。


              IP属地:山东来自Android客户端8楼2025-05-03 23:18
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                第二节 发展模式
                经过前面的学习,你已经了解了各种都市铁道制式、市郊的划分。将它们彼此组合,就能得到不同的发展模式。对于千万人口以上的大市州,选择合适的发展模式非常重要。
                1.香港模式
                对于千万人口以上的大市州来说,如果只有传统地铁,没有快速都市铁道,由于传统地铁的低均速,发展空间往往极其局促。就算拿40分钟通勤圈来说,最大也不过1256平方千米。这对于很多大市州来说很不够用。但是为了保证通勤时间,有些发展模式改变意识弱的市州往往跳不出传统地铁的陷阱。这时候,住房便会越来越高、越来越小,人们的生活空间自然越来越局促。这样地,不建设快速都市铁道,将发展空间限制在传统地铁能够做到较短时间通勤的范围的发展模式,就是香港模式。
                如果香港模式发展得足够优秀,该市州建成区内人民出行便不太依赖私家车,这大大减少了二氧化碳的排放。但是,香港模式的市州,当人口再一次增加时,往往会出现工薪阶层“掏空六个人的钱包”才够付一套四五十平方米的小户型的首付的情况。这时候,人民生活十分拮据,地铁均速的低下使得人民生活水平的低下。这便是香港模式的弊端。
                2.美式汽车模式
                如果一市州已经出现了香港模式的弊端,却很难改变不肯建设快速都市铁道的现状,该市州会怎么做呢?答案十分明显,就是大量建设城市快速路通向郊区。由于城市快速路的大量建设,不堵车时私家车均速会远远大于传统地铁均速。于是,该市州内通勤便主要依靠私家车了。这样虽然碳排放量升不见顶,但至少解决了人民住房问题。像这样,没有或几乎没有快速都市铁道、只在市中心有传统地铁的市州,通过大量建设主干道和快速路来解决市中心和近郊发展局促问题的发展模式,就是美式汽车模式。
                大市州选择美式汽车模式的后果十分严重。酸雨、光化学污染、温室效应,都将因城市的扩张而加剧。如果继续用这种模式,这些环境问题是近乎无解的。现在虽然新能源汽车开始逐渐普及,但冶铁仍然需要一氧化碳,于是制造新能源汽车的过程中仍然需要排放大量的二氧化碳,人均资源消耗和人均二氧化碳排放仍大于公共交通导向的发展模式,比如上一条中的香港模式。只有等制氢技术逐渐普及,冶铁才能告别以一氧化碳为原料的传统模式,选择美式汽车模式的市州环境问题越发严峻的情况才能终结。


                IP属地:山东来自Android客户端9楼2025-05-03 23:18
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                  2025-05-17 08:35:19
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                  3.极端通勤模式
                  单程通勤时长大于60分钟,便是极端通勤。那么,一个市州满足什么情况,极端通勤才能多发呢?
                  很明显可以得到,只有传统地铁的市州,一味将传统地铁延伸至中郊甚至远郊来解决住房问题,便会出现这种情况。看起来都市圈仍然有市郊多层次划分,但如果用公共交通出行,通勤时间往往超过了一小时,很不利于人民睡眠保障。一旦这种市州建设大量快速路,就很容易变成美式汽车模式。
                  4.大站距模式
                  前面三种模式,都没有待避线和复复线,且轨道交通都保证了覆盖。结果,要么房价极高,要么环境污染,要么人民睡眠不够。那么,不保证覆盖以提高城市铁道的郊区均速,形成以大站距线为市郊主要都市铁道的大站距模式,又会怎么样呢?
                  房价解决了,人民通勤时间问题也解决了一些,但是会有很多铁道沿线居民投诉不设站。这些人要么坐公交车要么走两三公里,才能到达都市铁道站点,这对于摊大饼式城市规划必然极度不利。这些人如果让都市铁道加站,如果不设待避线,最终还是会变成前三种模式。显然,大站距模式不适合摊大饼城市,只适合站与站之间不能大规模开发的情况,即山区城市、部分组团型城市和海岸线非常破碎的海滨城市、海岛城市。
                  5.东京模式
                  那如何才能彻底解决这种问题呢?便只能既保证覆盖又保证均速了,所以,快慢车对于这种摊大饼城市规划的大市州,是非常必要的。
                  但是,快车发车频率过低,缓急接续较少,都会让更多人只坐慢车,不能让快车的优势极致地发挥出来,让长距离客流仍然保留在慢车上。所以快车正常情况下,应该15分钟一班及以上才可以。这样快车才能起主导作用,慢车只承担区域内短距离客流。再加上缓急接续,这种问题便能比较好地解决。像这样,在市郊线上大量使用快慢车、缓急接续,且能保证快车高密度发车的发展模式,就是东京模式。
                  东京模式很好地解决了碳排放、房价高、睡眠少这三个前几个方案都不能彻底完全解决的问题,但是国内用地还比较少,还不够极致。另外,东京模式也不是没有缺点。
                  @春节722 @昨日晨风 @武局南段7 一般情况下,想要让快车保持在应有的均速上,快慢车加起来一小时不能超过21班。就算待避线非常多,也不能超过24班。一旦超过24班,快车就会变慢。这样,总体出行速度未必赶上站站停模式。所以,东京模式单线运能不够是它最大的缺点。想要解决这个问题便只能加大编组,而加大编组,在国内也就到8A到头了,B车也顶多9B到头。而要想让运能成为6B的两倍,需要10A/10B/11B/12B才能实现,而这么大的编组国家不让(列车长度不许超过185米)。所以,加大编组提升运能的效果十分有限。那便只能方向别复复线了,但那样成本又过高。所以东京模式也必然加剧了快车的拥挤。


                  IP属地:山东来自Android客户端10楼2025-05-03 23:19
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                    @G93CR400AF 你对东京模式评价咋样?


                    IP属地:山东来自Android客户端11楼2025-05-03 23:19
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                      @G93CR400AF 毫无疑问,东京模式是最优秀的解法。当然,不只是东京有。大阪、名古屋、台北、伦敦、重庆都有。


                      IP属地:山东来自Android客户端12楼2025-05-04 13:11
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