网络快车的成本效益分析
网络快车系统建成后,将有很大的经济效益和社会效益。
从线路、磁轨、信号采集和控制、车辆、动力电机、转向电机、供电、车站、通信、服务器、软件等方面评估网络快车的成本。
1.网络快车由可宽敞卧一人的标准客车变化形成的系列轻小微型客货车辆及最小化线路是实现随到随走的零停靠的零换乘的细网络化和低建设成本的基础;智能化是交通发展的必然趋势;交通的高速交换是网络快车的核心;U形磁轨和丫形道岔是实现线速分道和合道即实现高速交换的技术方案;加速带和减速速是在人体能够承受的加速度范围内实现线速分道和合道的技术需要;在车辆通过道岔时只需要车辆路由软硬件控制左或右转线圈通电即可完成分道的车辆路由是实现线速路由的最简单的技术方案;不同速度的线路分别采用低压和高压的交流或直流供电的直线直流电机即板栅电枢可达到最低能耗;依据站距近远设置从低速到特别超高速的线路,并且相应采用不同悬浮高度的永磁磁浮是实现低建设成本和最低运维成本的基础;通过路由站和交换站及集线站的不同规模灵活建站连接不同速度线路,并且高等级车辆对低速线路向下兼容,从而实现市内公交、城际交通及长途运输、交换式电梯、微型延伸线路的无换乘的一体化的有机统一的大众化的理想化的客货混运。
2. 网络快车的车道宽度约一米,只有轻轨或公汽的三分之一,因此占地少。高架线路所需的承重轻,每米不过一吨,因此可以采用相对轻型的桩柱及高架梁,并且柱和高架梁可以采用钢筋水泥预制构件,U形磁轨和弧形供电轨面可以与高架梁一起制成预制构件,从而可以相对节约材料及施工成本,高架双道的轨道路基成本约为高架轻轨路基的10%(包含顶棚)。郊外地面路基成本与高架相差不多(本文中都不算征地费用)。网络快车地下磁浮的管道直径约3米,并且一管双道,当采用运行线路紧跟掘进机的模块化施工方案时,由于线路可供一进一出,因而相对节约大量隧道建设成本,为现有线性地铁隧道成本的20%。采用在单道上进行逆向双线运输的半高半宽的施工用特种车辆进行施工运输,两条半高隧道的建设成本只有全高隧道的一半。另外,不算交换机构(即微型交换站)在内的微型延伸管道的单位成本很低。电梯的双线路成本参照高架线路。
3. 在时速100-1000千米范围内,磁轨厚度因速度而异,网络快车磁轨的单位成本比非电力型磁浮的常导或超导磁浮的单位磁轨成本要低。时速100千米以下的低速线路采用减小悬浮高度的低成本方案,其单位磁轨成本只有一般磁轨的10%-30%。
4. 线路的信号采集和控制设备成本与轻轨相当,通信工程部分的成本与轻轨相当。
5.网络快车的标准车辆一般由四块承重磁体、两台板栅电枢即动力电机、两台分道转向电机、电机控制电路及充电电路、高能蓄电池、车辆路由的微电脑、车辆与线路及车站之间的通信和检测设备、车厢、撞击缓冲设备、附件等组成。它比其它磁浮和轻轨车辆的结构都要简单,并且采用小型化和微型化的车辆,车辆的单位成本低廉。它与轻轨相比,在运载相同质量客货条件下,它的车辆成本 不到轻轨的十分之一。标准客车可以卧一人或坐两人或坐站四人,满足客流在时间上和空间上不平衡特点。在低中速线路上运行半长单人客车的成本更低。两三倍长的货车可以运输超长物件,超重物件可以采用加大间距的方式运输。小型化和微型化的车辆可以提高车辆的利用效率,以及减少中转交换和即时启运。货厢不仅可当微型集装箱使用,还可以直接作为中小货物的外包装。垂直电梯的车厢可以容纳一般的客货车辆。通过电梯的交换站完成电梯与地面线路的一体化运输。车辆路由的微电脑接受并存储站台或服务器的指令,只需要完成一系列分道时的是否右拐的简单判断和控制。车辆在站外线路的车速依据车辆路由微电脑的速度与地址表决定。
关于车辆成本的比较。也是关于运能与车辆数的解释。在一次交谈中,以时速100千米运能6万人为例。以高峰时4人一车算,他得出了需要15000辆车的结论。地铁达到最高运能6万人,实际上也只是在每千米上有一 列列车,每列1000人,每小时60班。同理按他的算法,就应该需要60列地铁,以每列8车辆计算则为480辆。如此计算下来,ipbus与地铁在时速100千米每小时达到最高运能6万人的同等条件下,ipbus的车辆数为地铁的32倍。实际上,由于乘ipbus不用等车,相对提高了车辆的利用率,ipbus的车辆数可减为地铁的20-30倍。再加上实际中高峰时段是短时的,在不同路段的运输需要量也是不同的,以及ipbus在系统范围内,可以根据实际需要自动地调节不同地段车辆的密度(地铁是班线,在高峰满负荷时无法调节车辆密度),还可以相对地减少车辆。实际上ipbus的车辆数相对为地铁的20倍,即可达到同等运能。时速100千米以下的低速ipbus的车体可以用塑钢制作,成本可以为1万元左右(中速车辆需要2万元,而高速的高等级的车辆成本与此相差很大)。而地铁车辆的单价是ipbus车辆单价的几百倍,远高于20这个比值。 即在满足同等运能条件下比较,地铁车辆成本比ipbus要高十倍以上(同样,高铁的动车组与ipbus的高等级车辆成本相比也还是要高十倍以上)。
6. 网络快车可以运送劳动者本身即人、可以运送所有生活资料即劳动产品、可以运送大多数(80%)生产资料即生产工具,小型网络快车在运输中可以避免一切不合理或不必要的运输。当建成细网络线路则可以实现最理想化的客流和物流。
7.车辆中部底下的左右两台板栅电枢夹在前后承重磁体之间,通过板栅电枢外侧的电刷直接从磁轨内侧的弧形供电轨面受电,在两台电机之间设置电机控制电路及充电电路,相应电路的制造成本并不高。动力电机和转向电机都是通电导线直接在磁轨内运动,其结构简单,成本低廉。转向电机直接从高能蓄电池取电。
8.网络快车磁轨内侧的供电轨面采用市电及万伏高压在不同速度线路下直接给电机电刷供电。车内电能直接从电机控制电路窃取,并将电能存储到高能蓄电池内。
9. 车站分为集线站、简单交换站、大中小微型交换站、路由站。集线站直接利用线路上下车,集线站成本低微;简单交换站类似“空中的士”的车站,车站成本比相同长度的线路成本略高;大中小微型交换站和路由站的成本需要依据规模而定,交换站和路由站内的车道总长与相同长度的线路成本相当。站挨站的情况就相当于建设一条低速到中速线路的成本。货厢和货物交换(含汇集和分发)处理站因规模和处理速度差异而成本差别很大。
10. 每台站台路由服务器可以控制许多站台的路由(即区域路由)。城域和全国路由服务器的设置类似互联网的服务器。计费系统类似现有的刷卡和通信计费系统。通过其它应用服务器连通内网和互联网。
11. 路由软件可以看作一个三级(车辆、站台、服务器)动态数据库系统,路由软件和计费软件是全国通用的大型软件,采用自行开发或业务外包可以大大降低软件的成本。其它应用软件也一样。初期也可以采用简单版本节约软件开发费用。
12. 总之,在时速100-1000千米范围内,在平均站距500米左右,网络快车的单位建设成本不到高架轻轨的一半(即每千米1亿元人民币以内)。当适当拉大长途的站距时,网络快车的单位成本不到目前正在大力建设的京沪高速等高速轮轨系统的三分之一(即5000万元),并且运能比高速轮轨系统还要大多倍。时速100千米以下的低速线路的最高运输能力可达每小时6万人,采用低成本车辆和低速的低悬浮高度的简单交换站的梯状单线是初期缓解交通压力的低成本方案,其单位成本不到中高速线路的20%(即每千米1000-2000万人民币)。
13.由于网络快车的运行速度和运输能力都比现有公交系统高,并且可以建设一段就开通运行一段,在与现有公交系统相当的运输量条件下比较,网络快车可以相对减少车辆的投放量。从而又可以相对节约大笔资金投入。
14.由于网络快车可以建设一站就开通运行一站,因此可以滚动式发展。
15.与其它陆地交通方式相比,小型化的智能化的高速路由的永磁磁浮的网络快车的运维成本公认的最低。
16.建设网络快车连接市内交通枢纽之后,可以很好的实现现有交通枢纽之间的有效衔接,有效地分流部分客流,减轻沿线的交通压力。当网络快车线路覆盖市区的主次干线和连接卫星城镇之后,可以取代大量的短途巴士和部分公汽,初步解决道路拥挤状况。低成本的“交通局域网”可以取代其建成区域的现有公交。网络快车的电梯与线路连接可以达到公交到楼层。建设时速千米的省道和国道后,可以承担沿线的大多数客运和部分货运。市区支线建成网络化后,可以基本上取代市内公汽和部分的士。建成细网络化线路和新建大楼微型管道到户之后,可以实现日常物流到户。主次干线上增加建设低速线路后可以实现近距离上车。波浪式低速线路的落地集线站站台方便乘车。网络快车线路延伸到生产线后,可以实现大量货物的无中转物流,并且可以减少库存。网络快车的最终目标是在世界范围内实现一日直达的交通“地球村”,逐步取代现有公路、铁路、空运的大部分人流和多半物流。建设楼道敞坐专用线路可以解决(极少数)大楼内的长距楼道运输,一般采用网络快车的特殊车辆完成线路外的近距离临时延伸运输,线路外的远距离运输仍然采用联运方式,另外加上大件运输的需要,因而网络快车不可能彻底取代铁路和公路运输。网络快车的最终目的是实现接近理想化的最优化的最佳的人流和物流。最终物流达到从源头经生产和消费再循环回到源头的符合环保经济合理必要运输。
17.从低速到特别超高速的网络快车的运能特大,可以按照实际运输需要进行建设,实现提高社会效率和节约社会资源,最终达到合理运输和必要运输的理想运输目的。
补充说明:
关于“站台限制”的形象说明。以高速公路为例,如正常速度通常为100千米每小时左右,而车辆在上下高速的入口处则通常只能20-40千米每小时,它对运能有一个很大的限制。合理化则是线路速度是多少,上下入口处的速度就是多少。
关于三个“高速交换”理论的形象说明。以合理运送牛奶,先用大车厢将牛奶送到城内(里面采用小车厢分装),再将小车厢分别运送到各个楼内,再将每瓶分装到运送到每户的微型车厢内。车辆每经过一个道岔就是一次车辆的交换;将小车厢从大车辆上换到小车辆上就是车辆交换;将牛奶从小车厢上换到微型车厢内,即货物的装卸过程为货物交换。
关于车辆成本的比较。也是关于运能与车辆数的解释。在一次交谈中,以时速100千米运能6万人为例。以高峰时4人一车算,他得出了需要15000辆车的结论。我当时没有反应过来。后来想地铁达到最高运能6万人,实际上也只是在每千米上有一 列列车,每列1000人,每小时60班。同理按他的算法,就应该需要60列地铁,以每列8车辆计算则为480辆。如此计算下来,ipbus与地铁在时速100千米每小时达到最高运能6万人的同等条件下,ipbus的车辆数为地铁的32倍。实际上,由于乘ipbus不用等车,相对提高了车辆的利用率,ipbus的车辆数可减为地铁的20倍。再加上实际中高峰时段是短时的,在不同路段的运输需要量也是不同的,以及ipbus在系统范围内,可以根据实际需要自动地调节不同地段车辆的密度(地铁是班线,在高峰满负荷时无法调节车辆密度),还可以相对地减少车辆。实际上ipbus的车辆数相对为地铁的20倍,即可达到同等运能。时速100千米以下的低速ipbus的车体可以用塑钢制作,成本可以为1万元左右(中速车辆需要2万元,而高速的高等级的车辆成本与此相差很大)。而地铁车辆的单价是ipbus车辆单价的几百倍,远高于20这个比值。 即在满足同等运能条件下比较,地铁车辆成本比ipbus要高十倍以上(同样,高铁的动车组与ipbus的高等级车辆成本相比也还是要高十倍以上)。另外,由于ipbus相对铁路小得多,ipbus的线路成本和遂道成本比地铁要低许多。二者通信成本相当。
关于地下交通与高架的说明
目前,轨道交通基本上倾向地铁。原因为,高架轻轨影响城市景观;高架轻轨通常占用1到2车道路面;轻轨站占地需要拆迁及高昂的拆迁费;市民反对最强烈的就是轻轨的噪音污染。地铁就可以克服这些问题。
ipbus作为理想化的交通形式,在初期有必要采用低架,3到6米高的低架,理由是ipbus可以直接建在现有公汽站、花坛或人行道等的上方,方便与公汽实现有效衔接,它不占用车道,无拆迁费,无噪音污染。低架影响景观,只是初期的一个权宜之计,低架ipbus可以尽量美化和与街道浑然一体。ipbus初期采用低架的重要原因是低架相对地下造价低廉,需要用它迅速缓解交通问题。根本原因是初期的速度低,为时速100千米以内,ipbus至少要等到时速300千米的技术非常成熟之后,才能对城市进行ipbus的整体规划,再设计则以地下线路为主,对规划未建的新建道路侧可以考虑建在楼内,直接与ipbus电梯实现一体化。