李大军
北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037
摘要：有轨电车作为一种新型中低运量公共交通系统，因其环保、便捷、美观等优势被众多城市所青睐，本文根据三亚有轨电车示范线设计经验，总结并探讨了有轨电车设计过程中与市政道路的兼容性问题，主要从线路的平纵横断面设计、交叉口设计以及与市政交通接驳等方面进行分析，以期为有轨电车工程积累设计经验。
关键词：有轨电车；平纵断面设计；横断面设计；交叉口设计
1引言
随着国家新型城镇化规划的出台和部署，我国正迎来新一轮的交通基础设施建设高潮，以完善城市群之间的综合交通运输网络以及构建城市内部的综合交通运输系统，从而缓解日益增长的出行需求与滞后的交通系统设施之间的矛盾。作为城市交通运输的骨架，轨道交通的功能与当前国内城镇化浪潮所产生的需求不谋而合。为最大化轨道交通的运输作用，政府也提出了大型城市应以地铁为骨干，多层次公共交通系统协同发展的策略，而中小城市应根据城市规模构建以中低运量公共交通系统为主的城市客运走廊。
中低运量公共交通系统包括有轨电车、无轨电车、中低速磁悬浮、跨座式单轨等制式[1]，其中，有轨电车因其运量、便捷度、平稳性、舒适性等方面的综合优势，成为众多城市的首选。经过近些技术的革新，有轨电车在车辆及储能方式上进步显著，100%低地板的车型，超级电容的储能系统，无不体现其高品质的特性。根据车辆型式及行车组织的不同，有轨电车客运能力通常为0.5万人次/h~0.8万人次/h[2]，是对诸如地铁等大运量系统、网络的有效补充与加密，同时也具备作为城市新区、中小城市骨干公共交通系统的功能条件。
本文以三亚有轨电车示范线为例分析有轨电车在线形设计、交叉口设计以及交通接驳等方面与市政道路的兼容性。三亚有轨电车示范线设计时速70km/h，沿线市政道路设计速度为50km/h。全线有轨电车均沿路中敷设，其中路段采用专有路权，交叉口采用混合路权。
2.平纵断面设计
由于有轨电车暂无统一的设计规范，在对有轨电车及市政道路平纵断面进行线形分析时，暂以《北京市现代有轨电车技术标准》为准，同时参考《地铁设计规范》（GB 50157-2013）。而市政道路则选用《城市道路路线设计规范》（CJJ 193-2012）。
2.1平面设计
2.1.1平曲线半径
三亚有轨电车示范线采用路中敷设，根据有轨电车设计规范，设计时速为70km/h时，对于专用道，正线最小曲线半径为300m，困难情况为150m，不设缓和曲线时的最小圆曲线半径为2500m；市政道路设计时速为50km/h时，不设超高最小圆曲线半径为400m，不设缓和曲线时的最小圆曲线半径为700m，设置超高时，最小圆曲线一般值为200m，极限值为100m。采用包容性设计原则，对于正线专用道圆曲线半径的选取应采用有轨电车设计标准，同时当最小曲线半径小于2500m时，市政道路中线应设置缓和曲线，缓和曲线长度需满足道路设计规范相关要求。
在采用混行道时，有轨电车最小曲线半径应与所敷设的城市道路最小曲线半径保持一致，即满足表2.3的设计要求。
交叉口混行区，市政道路通常不设置平曲线，以十字形、T形路口居多，因此有轨电车线路在路口实现左转或右转时需设计小半径曲线，为使全线统一道岔型号，满足有轨电车车辆最小转弯半径需求，以及满足规范中正线及辅助线采用的最小道岔型号要求，考虑与道路交叉口兼容性设计，最小转弯半径不宜小于50m。
表格 2.1 有轨电车专用道最小半径数值规定
2.1.2圆曲线长度
《北京市现代有轨电车技术标准》中无关于圆曲线长度的设计要求，在对有轨道电车曲线长度设计时可参照地铁设计规范，最小圆曲线长度不宜小于20m，市政道路设计时速为50km/h时，最小圆曲线长度为40m。因此，最小曲线长度应以市政道路为准。
注：“一般值”为正常情况下采用值；“极限值”为条件受限时采用值。
2.1.3缓和曲线长度
对于设计时速度为70km/h的有轨电车，当曲线半径小于2500m时，应设置缓和曲线，不同设计时速，对应的缓和曲线设置长度如表2.6。对于设计时速为50km/h的市政道路而言，当圆曲线半径小于700m时，应设置缓和曲线，最小缓和曲线长度为45m，不同设计时速对应的缓和曲线最小长度如表2.7所示。
综上，为满足有轨电车设设置缓和曲线要求，使有轨电车与市政道路线形一致，当曲线半径大于700m、小于2500m时，缓和曲线设置长度应满足市政道路最小缓和曲线要求，取为45m；而当曲线半径小于700m时，缓和曲线长度应满足有轨电车的线形要求，在设计道路中线时，设置的缓和曲线长度应满足有轨电车最小缓和曲线长度要求；对于交叉口混行区，有轨电车以小曲线半径通过时，由于车速较低，通常不设置缓和曲线。
2.1.4曲线间夹直线长度
在市政道路工程设计中允许两相邻缓和曲线直接相连，而不设置夹直线。当设置夹直线时，两相邻平曲线间的直线段最小长度应大于或等于缓和曲线最小长度；两圆曲线间，当设计速度大于或等于60km/h 时，同向圆曲线间最小直线长度（以m 计）不宜小于设计速度（以km/h 计）数值的6倍；反向圆曲线间最小直线长度（以m 计）不宜小于设计速度（以km/h 计）数值的2倍。
地铁正线两相邻曲线间，无超高的夹直线最小长度，A型车困难时为25m，B型车困难时为20m，一般情况为0.5V。有轨电车目前无对夹直线的标准要求，为保证行车平稳、旅客舒适，可结合线路的具体设置条件，合理设计夹直线长度，一般不宜小于两相邻转向架间的距离长度，夹直线长度不宜小于10m。
2.1.5小转角平曲线最小长度
道路中心线转角α小于或等于7°时，平曲线最小长度需同时满足700/α，当α小于2°时按2°计算。有轨电车无此要求，执行市政标准。
2.1.6超高与加宽
有轨电车平交路口段，可不设置超高，列车运行速度可按下式计算：
一般情况
困难路段
混合路权段，可不设置超高，但列车运行速度同样应满足上式要求。若设置超高，应结合市政道路的超高进行设置，市政道路因受交叉口、非机动车以及街道两侧建筑的影响，不宜采用过大的超高横坡，拟定的最大超高横坡度如下：设计时速为100km/h、80km/h为6%，设计时速60km/h、50km/h为4%，设计速度小于或等于40km/h为2%，因此，轨道在设置超高时应综合考虑道路的最大超高坡度要求。考虑有轨电车车辆曲线段的通过能力，可不对轨道进行加宽。
专有路权段，在考虑列车运行速度与线路曲线条件后，可通过设置超高来满足未被平衡的向心加速度，在景观不受影响的条件下，无需考虑市政道路的设计要求。
2.2纵断面设计
2.2.1坡长限制
市政道路最小坡长与最大坡长均有相应限制。有轨电车线路纵向坡段长度不宜小于远期列车计算长度，并应满足相邻竖曲线间的夹直线长度要求，其夹直线长度不应小于车辆相邻转向架的全轴距。综上，纵断坡长应以道路要求为准。
表格 2.9市政道路机动车道最小坡长
2.2.2纵坡度要求
有轨电车区间正线应根据车辆类型、道路条件和工程难易程度等因素进行综合确定，最大坡度一般不大于50‰，困难条件下不超过60‰，最小纵坡在满足排水情况下，可不受限制；市政道路方面根据不同的设计时速有相应的最大纵坡要求，如下表。此外，对于非机动车道而言，最大纵坡不应大于2.5%，困难时不应大于3.5%，特大桥、大桥、中桥的桥面纵坡不宜大于4%。市政道路为满足路面排水需求，最小纵坡不应小于0.3%。
综上，有轨电车线路纵坡应与道路保持一致，满足道路标准，如此既能满足行车要求，整体景观效果也较好。
表格 2.11市政道路机动车道最大坡长
2.2.3竖曲线
有轨电车线路竖曲线半径要求如下表。市政道路对于不同设计时速的道路竖曲线半径要求不同，当设计时速为50km/h时，凸曲线最小半径一般值为1350m，极限值900m；凹曲线最小半径一般值1050m，极限值700m。当设计时速为60km/h时，凸曲线最小半径一般值为1800m，极限值为1200m；凹曲线最小半径一般值为1500m，极限值为1000m。此外，机动车道竖曲线还应满足竖曲线最小长度要求，有轨电车无此要求。
综合比较，对于设计时速小于等于60km/h的城市主干路，敷设有轨电车时纵断竖曲线应以有轨电车设计标准为主，即首先应满足有轨电车设计要求。而竖曲线长度应满足市政道路竖曲线最小长度要求。
表格 2.12有轨电车竖曲线半径
2.3线形组合
图 3.3 有轨电车横断面布置图（双向同侧）
4交叉口设计
有轨电车通常在交叉口与市政道路平交，因此平面交叉口为市政道路与有轨电车系统设计的重点。平面交叉口设计，主要包括交叉口平面设计、竖向设计、信号以及监控等设备系统设计等。
4.1交叉口平面设计及交通接驳
交叉口平面设计应结合路口渠化、行人过街、有轨电车设站要求以及交通接驳进行综合考虑设计。
为方便行人过街，减小对道路交通的影响，有轨电车站台设置于路口，结合人行横道作为上、落客通道。部分客流量较大车站，应设立人行天桥，实现人车分离，保障运营安全。对于改造工程，应对路口进行拓宽，以“占一还一”为原则，保证原有道路路口通行能力。
有轨电车作为大城市区域或中小城市的骨干交通系统，应综合考虑好其他交通方式与有轨电车的衔接，使轨道交通的客流效应最大化，同时使出行更为便捷，实现“以人为本”的公共交通设计理念。主要可通过优化与调整沿线公交线路，增加沿线非机动车设施规模，完善步行设施等。其中沿线公交线路的优化与调整措施可包括：
1）逐步减少与有轨电车线路走向重复的公交线路，现状常规公交应维持与轨道交通接驳的需求；
2）增加与有轨电车沿线垂直方向的公交线路，并加强接驳设施的建设；
3）有条件的情况下对部分站点位置进行调整，对停靠站进行港湾式改造，或结合路口展宽段进行结合设计等。
4.3交叉口信号及设备系统设计
有轨电车与市政道路平交时，市政交通与有轨电车混行，为保证有轨电车运营效率，同时确保行车安全，当与低等级道路或交通量较小的部分高等级道路相交时，通常为有轨电车设置信号优先，使有轨电车与市政交通分离，优先通过路口。目前较为成熟的信号优先技术包括4种优先策略[4]，如图4.3所示，其中（a）为绿灯延长，表示车辆即将到达时延长该相位的绿灯时间，（b）为红灯早断，表示缩短当前信号周期的红灯时长从而减少有轨电车的等待时间，（c）为插入相位，表示在在正常的相位相序方案中为有轨电车增加一个有轨电车专用相位，必要时可以对后续相位进行调整，（d）表示跳转相位，将有轨电车通行方向的相位提前到最前执行，将当前相位旋转到之后执行，保证有轨电车以绿灯信号顺利通过交叉口。（a）、（b）模式为相对优先模式，（c）、（d）模式为绝对优先模式，而当与高等级道路或交通量较大的低等级道路相交时，则与同流线交通共相位，即遵循市政交通信号通过路口，如图4.4。
在设备系统方面，市政控制系统应采用中心控制机级、区域控制机级、路口控制机级的三级架构形式，从而保障区域及各路口的协同控制。其中，路口控制级作为控制系统执行终端及交通流数据采集终端，主要功能有：1）控制路口信号机；2）接收处理来自车检器的交通流信息，并定时向区域及中心计算机发送；3）接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息；4）具有单点信号控制能力。对于单个路口而言，有轨电车信号系统应与市政信号相接，并由市政信号系统统一控制，市政交通信号控制机应满足有轨电车信号系统接入需求，即具备相应接口单元，从而实现电车安全通过、优先通过需求。
5结语
有轨电车工程的设计工作是项复杂的系统工程，由于敷设于路面，其具有轨道交通及道路交通的双重属性，本文基于有轨电车与市政道路交通的设计特点，探讨了两者的兼容性设计问题，主要得出以下结论：
（1）平面设计时，正线专用道圆曲线半径的选取应采用有轨电车设计标准，同时当最小曲线半径小于有轨电车不设缓和曲线的最小半径时，市政道路中线应设置缓和曲线，缓和曲线长度应根据所处曲线半径区间选择满足道路设计规范或有轨电车规范设计要求要求。
（2）纵断面设计时，有轨电车线路纵断坡长应以道路要求为准；纵坡应与道路保持一致，满足道路标准，如此既能满足行车要求，整体景观效果也较好；对于设计时速小于等于60km/h的城市主干路，纵断竖曲线应以有轨电车设计标准为主，而竖曲线长度应满足市政道路竖曲线最小长度要求
（3）横断面设计时，应依据道路改造工程量、管线改迁量及沿线交通组织等方面合理选择断面布置形式。根据相关工程经验，推荐有条件情况下均以路中敷设为主。
（4）交叉口平面设计时，应结合路口渠化、行人过街、有轨电车设站要求以及交通接驳进行综合考虑，并适当调整公交线路；交叉竖向设计需同时考虑城市控规关于道路交叉口竖向控高的要求，市政道路排水的要求，以及轨道敷设要求；交叉口信号控制根据交通量、交通影响情况选择合理的有轨电车信号优先策略，有轨电车信号系统应接入市政交通系统，并由市政信号系统统一控制，市政交通系统通过三级架构控制保障有轨电车沿线及区域路口安全、有序、高效运行。
参考文献
[1]许莹.中低运量城市轨道交通系统制式选择研究[D].北京交通大学，2014.
[2]薛美根，杨立峰，程杰.现代有轨电车主要特征与国内外发展研究[J].城市交通，2008，06：88-91+96.
[3]丁强.现代有轨电车交通概述[J].都市快轨交通，2013，06：107-111.
[4]袁江波.现代有轨电车路口信号优先控制的方案及比选[J].城市轨道交通研究，2016，03：51-55.
论文作者:李大军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/11/12
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