Новый вид общественного транспорта для урбанизированной среды - городские канатные дороги «Канатное метро»

ТРАНСПОРТ

УДК 629.3.

НОВЫЙ ВИД ОБЩЕСТВЕННОГО ТРАНСПОРТА ДЛЯ УРБАНИЗИРОВАННОЙ СРЕДЫ - ГОРОДСКИЕ КАНАТНЫЕ ДОРОГИ «КАНАТНОЕ МЕТРО»

© 2010 г. АА. Короткий, В.Б. Маслов, Д.В. Маслов, А.В. Панфилов, М.В. Кирсанов

Общество с ограниченной ответственностью Engineering - Advice Centre «THOUGHT»

«Инженерно-консультационный центр "Мысль"» NSTU Ltd

НГТУ

Рассмотрены транспортные проблемы макро- и микрологических логистических систем пассажирских перевозок. Описан инновационный путь развития транспорта на основе канатной тяги. Рассмотрен принцип работы городских канатных дорог «канатное метро». Исследованы альтернативные способы организации общественного транспорта в урбанизированной среде.

Ключевые слова: канатная дорога; канатное метро; городской общественный транспорт; транспортная система; городская канатная дорога.

Transport problems of macro- and micrologic logistical systems of passenger transportations are solved. The innovative way of transport development on the basis of rope draught is described. The principle of city rope-ways work «Rope metro» is considered. Alternative ways of the public transport organisation in the urbanised environment are investigated.

Keywords: rope-way; rope metro; city public transport; transport system; city rope-way.

Пассажирские канатные дороги (ПКД) относятся к непрерывным видам транспорта и так же, как автомобильный или железнодорожный транспорт, участвуют в перевозке пассажиров. В настоящее время ПКД используется как основной вид транспортной инфраструктуры в горноклиматических зонах и туристических комплексах, являясь, как правило, узловым звеном транспортных технологий, от которых зависит не только нормальное функционирование всего комплекса, но и безопасность отдыхающих там людей.

Основной особенностью конструкции ПКД является то, что средства для транспортирования людей -вагоны, кресла, кабины - перемещаются на некотором расстоянии от поверхности земли по стальным канатам. В связи с этой особенностью их важнейшим преимуществом является возможность соединять конечные пункты по кратчайшему расстоянию, причем уклон трассы в вертикальной плоскости может достигать 45° и более, когда применение автомобильного и железнодорожного транспорта невозможно.

Непрерывный транспорт обладает значительными преимуществами по сравнению с цикличными - железнодорожным и автомобильным. Это - меньшая протяженность трасс, более высокий уровень механизации и автоматизации транспортного процесса, более высокая производительность транспортных установок, отсутствие необходимости применять в транспортных установках дизельное топливо и др. [1].

Канатные дороги обладают целым рядом преимуществ перед существующими видами транспорта, а именно:

- минимальное воздействие на окружающую среду, поскольку выброс вредных веществ отсутствуют

(на уровне троллейбуса), а по шуму при движении -на уровне электромобиля;

- относительные энергозатраты на перемещение (50 км/ч) будут в 5 - 10 раз ниже, чем у современного автомобиля;

- для прокладки магистрали требуется не более 0,1 га земли на один километр трассы с инфраструктурой;

- не требуется сооружения насыпей, выемок, строительства тоннелей, мощных эстакад, путепроводов и виадуков, нарушающих ландшафт и неустойчивых к воздействию стихийных бедствий (землетрясения, наводнения, оползни и др.);

- себестоимость перевозки находится на уровне современных пригородных электропоездов;

- стоимость строительства трассы с инфраструктурой дешевле современных железных и автомобильных дорог, при этом ресурсоемкость транспортной системы (потребность в строительных материалах и конструкциях, объем земляных работ, расход черных и цветных металлов и т. п.) будет минимальной;

- кабины обеспечат комфорт для пассажира на уровне современного автобуса;

- транспортная система обеспечит безопасность движения на уровне авиапассажирских перевозок;

- пропускная способность одной трассы до 7 тыс. пас./ч.

Таким образом, перечисленные выше аргументы свидетельствуют о том, что канатный транспорт является достаточно перспективным, что и отображают наметившиеся в настоящее время в России предпосылки для его развития, в основном как основного вида транспорта для перевозки людей на горнолыжных курортах и туристических комплексах.

В настоящее время проектные организации, занимающиеся проектированием и реконструкцией транспортной инфраструктуры городов, не имеют практически никакой информации о возможностях канатных дорог как одного из видов городского транспорта. Здесь имеется в виду перевозка людей к местам их работы и проживания, расположенным в гористой и пересеченной местности, транспортная связь санаториев и домов отдыха, находящихся на значительном удалении от прибрежной полосы, между отдельными районами городов, разделенными водными препятствиями, транспортировка посетителей крупных выставок и развлекательных парков. Кроме того, канатные дороги можно использовать, когда экономически не целесообразно сооружение мостов и тоннелей.

Широкое распространение в качестве городского транспорта ПКД получили в европейских странах. Так, для таких крупных городов, как Лондон, Милан, Каир разработаны проекты подвесных пассажирских канатных дорог, назначение которых заключалось в том, чтобы разгрузить пассажирский транспорт в сильно застроенной деловой части города. Проект в Милане предусматривал постройку дороги в виде замкнутого кольца общей длиной 9 километров с пролетами 650 м. В качестве опор предлагались башни-гаражи высотой 70 - 75 м. На дороге должны были курсировать 136 вагонов. При вместимости вагона 50 человек и скорости движения 7 м/с пропускная способность должна была составить 16000 пас./ч [2].

В настоящий момент в нашей организации коллективом авторов под руководством профессора, доктора технических наук А.А. Короткого ведутся разработки новых перспективных видов транспортных систем, таких как канатное метро.

Для решения транспортных проблем макро- и микрологических логистических систем пассажирских перевозок предлагается применить канатные дороги в качестве нового вида общественного транспорта -канатного метро. Это позволит свести к минимуму воздействие на окружающую среду и обеспечить высокий уровень комфортности и безопасности при перевозке пассажиров, кардинально меняя логистику пассажиропотоков в пространстве и времени.

Техническое решение направлено на создание нового комфортабельного, социально ориентированного, дешевого при строительстве и эксплуатации, доступного, легко адаптированного к урбанизированной среде, надежного и безопасного в эксплуатации, экологически чистого, не создающего шумы и вибрации на станциях, с канатной тягой транспортирования вагонов практически бесконечной длины вида общественного транспорта, не имеющего пересечений в одном уровне с любыми другими маршрутами движения, проложенного над проезжими частями улиц и городской застройкой - городской канатной дороги [3].

Поставленная задача решена тем, что городская канатная дорога состоит из концевых и промежуточных станций, соединенных между собой путями из одного тягового и двух несущих канатов с подвешенными на них пассажирскими вагонами через тележки,

приводимые в движение тяговым канатом посредством привода. Станции оборудованы конвейерами для пассажирских вагонов, а между станциями установлены промежуточные опоры с балансирами, на которые опираются стальные канаты, высота закрепления которых варьируется в зависимости от рельефа местности и высоты строений, расположенных под путями движения. Кроме того, оно дополнительно оснащено пересадочными станциями и все станции установлены на арочных опорах над проезжими частями улиц с сохранением под ними габаритов для движения городского автотранспорта и соединенными со всеми станциями в каждом направлении двумя независимыми путями из двух несущих и тягового канатов. Пассажирские вагоны приводятся в движение тяговым канатом посредством дискретных приводов. Тяговый канат опирается на ролики балансиров, часть которых входят в кинематическую цепь дискретных приводов, а специальные конвейеры пересадочных станций оборудованы системой переадресации пассажирских вагонов на другие пути движения.

Канатное метро, содержащее концевые и промежуточные пассажирские станции, дополнительно снабжено пересадочными станциями, позволяющими создавать комфорт пассажирам при следовании по различным маршрутам, в том числе детям и инвалидам, т.е. создать доступный вид общественного транспорта. На станциях имеется возможность разместить коммерческие и социально ориентированные инфраструктуры в виде кафе, магазинов, аптек, пунктов приема оплат, отделений банков, туалетов и пр.

Компьютерная модель канатного метро

Концевые, промежуточные и пересадочные пассажирские станции с галереями, оборудованными лестницами, эскалаторами, лифтами и пропускными посадочными системами устанавливаются на арочных опорах над проезжими частями улиц, сохраняя под собой габариты для движения городского автотранспорта, что позволяет предложенной конструкции легко адаптироваться в урбанизированной среде, в том числе при строительстве, не нарушая существующие маршруты движения городского транспорта. Предложенная конструкция городской канатной дороги на порядок дешевле другого вида транспорта, так как при строительстве станций требуется всего 0,1 га городских площадей на один километр пути, а при эксплуатации обслуживание путей происходит в от-

крытом пространстве на расстоянии распознавания объекта человеческим взглядом.

Пассажирские вагоны приводятся в движение тяговым канатом, опирающимся на ролики балансиров, часть которых входит в кинематику дискретных приводов. Применение дискретных приводов для передачи тяговой способности от тягового каната к пассажирским вагонам позволяет: освободить станции от приводов, имеющих значительные габариты и массу; создать комфорт на станциях за счет снижения шума и вибрации; распределять тяговое усилие по всей длине тягового каната, что сокращает нагрузки и дает возможность применять стальной канат меньшего диаметра; создать канатный привод транспортирования пассажирских вагонов практически бесконечной длиной; повысить безопасность, продолжая движение вагонов по маршруту даже при выходе из строя части дискретных приводов, реализовывая принципы резервирования.

На пересадочных станциях конвейер оборудован системой переадресации пассажирских вагонов на другие пути движения. Наличие на станциях системы переадресации позволяет людям производить пересадку на другие пути (маршруты) без высадки из пассажирских вагонов, а также в случае нестандартной ситуации, оперативно убирать неисправный вагон с маршрута в гараж, заменив его другим.

Рассмотрим альтернативные пути решения транспортной проблемы мегаполисов.

В 1997 г. была предложена транспортная система и способ перевозки пассажиров мегаполиса, которая содержит окружную высокоскоростную магнитную дорогу вокруг Москвы с магнитными магистралями, идущими к аэропортам. В качестве транспорта используются магнитные поезда. Движение на магнитной дороге осуществляется с помощью «стрелочного» магнитного перевода.

Данная конструкция магнитной дороги технически сложная конструкция и дорогостоящая.

Известна транспортная система мегаполиса [4], содержащая обеспечивающие пассажирские перевозки средства, одно-, двух- или многопутные узкоколейные рельсовые дороги со стрелочными переходами между путями, оборудованные остановочными пунктами, дополнительными объездными путями и стоянками, при этом пути проложены в подземном, наземном и надземном исполнении преимущественно в путепроводах в виде железобетонного желоба с крышей из прозрачного материала, и остановочные пункты, выполненные закрытыми с раздвижными дверями.

Отдельные участки транспортной системы включают монорельсовую дорогу.

При строительстве такой транспортной системы требуется выделение больших площадей для строительства дополнительных объездных путей и стоянок, а также строительство дополнительных мостов, переходов, подземных тоннелей, что приводит к дополнительным расходам.

Известна конструкция модульной транспортной системы и способ ее эксплуатации [5], включающая

расположенную в подземном тоннеле транспортную магистраль с линейными участками пути и боковыми ответвлениями, станции приема и отправления, подвижной состав с аэродинамическими транспортными модулями на магнитном подвесе, накопители модулей и систему автоматического управления движением.

Станции размещены на поверхности земли и выполнены в виде дугообразных участков пути, обращенных друг к другу. Подвижной состав выполнен на магнитном подвесе.

Предложенная модульная транспортная система требует выделения значительных площадей в городской черте по станции.

Перемещение подвижного состава осуществляется под землей, а станции для высадки пассажиров находятся на поверхности. Выполнить такую конструкцию будет технологически сложно и очень дорого. Строительство такой транспортной системы будет проходить очень долго в связи с проходкой подземных выработок под городской застройкой, где расположено большое количество коммуникаций. Не предусмотрено проведение спасательной и эвакуационной операции в случае аварийной остановки под землей.

В 2008 г. была предложена система электросетевого транспорта на пневмоходу [6], которая содержит размещенные вдоль трассы путепровода сетевые то-копроводы, токосъемные шины, закрепленные на штангах, установленных в верхней части кузовов электросетевых транспортных средств.

Такая система дорогостоящая в эксплуатации, кроме того, возникнут проблемы эксплуатации в зимнее время и в районах с повышенной влажностью. Для работы такой системы требуются большие затраты энергии.

При строительстве такой системы надолго нарушается структура урбанизированной среды.

Известна транспортная система «транспорт -монорельс - тетраэдр» [7], состоящая из подвесного или опорного монорельса и транспортного модуля.

Опорный монорельс опирается через модули-тетраэдры на сваи шпалы в грунте или продольные несущие канаты. Подвесной монорельс выполнен в виде двутавра на канатах-растяжках по ребрам тетра-эды прикреплен к двум продольным несущим канатам, стянутым поперечными стяжками в диагональном провисе.

Транспортный модуль представляет собой платформу с двумя кабинами на четырех центральных двухребордных колесах и четырех боковых поддерживающих роликах.

Адаптировать транспортную систему «транспорт -монорельс - тетраэдр» к урбанизированной среде с технической стороны очень сложно. Конструкция данной системы дорога в изготовлении.

Известна конструкция транспортной системы «метролюкс» (www.tomakltd.com), содержащая вагоны, перемещающиеся по рельсовым путям, проложенным в горизонтальной и наклонной плоскостях. Станции «метролюкс» расположены на поверхности земли. Между станциями вагоны движутся подземно.

Конструкция дорогостоящая как при строительстве, так и при эксплуатации. Особенно трудоемким и затратным является поддержка в рабочем состоянии подземных выработок (тоннелей). Конструкция не безопасна с точки зрения спасения и эвакуации пассажиров при аварийных остановках. При строительстве «метролюкс» необходимо:

- проходить подземными выработками под городской застройкой, где расположено большое количество коммуникаций;

- для станций выделять значительные площади в городской черте.

Предложенная конструкция «метролюкс» при адаптации к урбанизированной среде нарушает ее структуру на длительное время при строительстве.

На станциях и при движении вагонов по туннелям создается шум и вибрации. Пересадка на другие пути (маршруты) осуществляется с обязательной высадкой людей из пассажирских вагонов.

Известна монорельсовая транспортная система [8], содержащая транспортное средство, транспортную балку с направляющими и опорными поверхностями, закрепленную на опорах, колесные пары, расположенные вне габаритов кузова.

У такой системы отсутствуют пересадочные станции, что создает дискомфорт пассажирам при следовании по различным маршрутам, в том числе детям и инвалидам. Проведение спасательной и эвакуационной операций не предусмотрено в случае его аварийной остановки.

Данная транспортная система предназначена для перемещения на обводненной местности.

Известна конструкция «метроканат» (www. gorim-pex.ru), использующая технологии канатной тяги. Для перемещения пассажиров между конечными станциями используются пассажирские кабины с сидениями.

«Метроканат» имеет ограниченное применение для урбанизированной среды, так как перемещение пассажиров осуществляется только между двумя станциями. Отсутствуют пересадочные станции, что создает дискомфорт пассажирам при следовании по различным маршрутам, в том числе детям и инвалидам. Вагоны подвешены на одном канате и их движение происходит по одному пути, что является небезопасным при спасении и эвакуации пассажиров в случае остановки, обрыва или заклинивания каната. Привод имеет значительные размеры и массу, размещается на станциях, что создает шум и вибрацию. Расстояние между станциями ограничено (до трех километров) диаметром несуще-тягового каната и тяговой способностью шкива привода. При увеличении расстояния между станциями габариты привода существенно возрастают. В основном, находит применение для привлекательности туристических маршрутов.

Известна конструкция струнного транспорта А.Э. Юницкого (СТЮ).

Однопутная (или многопутная) струнная транспортная система представляет собой, размещенную на стоящих через 50 м опорах высотой 20 - 50 м, предварительно напряженную растянутую канатно-

балочную конструкцию, по которой движутся со скоростью 300 - 500 км/ч на расстоянии 50 м друг от друга автоматически управляемые специальные электромодули вместимостью до 20 пассажиров. Рельс-струна - это жесткая нить, включающая балку (пустотелый рельс специальной конструкции), и размещенные внутри с провесом несколько высокопрочных стальных канатов, натянутых до суммарного усилия в несколько сотен тонн. Электрическая энергия подается через колеса, которые контактируют с токонесущими головками специальных рельсов, укрепляемых на растянутых тросах.

Система предназначена, в основном, для перемещения на большие расстояния и с большой скоростью, как транспорт между городами (магистральный транспорт). Обеспечить комфорт пассажирам в электромодулях при скоростях 300 - 500 км/ч проблематично. Движение с такой скоростью вызывает шум и ветер, а также неприятные ощущения для окружающих. Адаптировать струнный транспорт в урбанизированную среду сложно из-за наличия пространственной конструкции для поддержания рельса-струны в прямолинейном горизонтальном положении. Рельс-струна - технически и технологически сложная, дорогостоящая конструкция. В настоящее время промышленных аналогов рельса-струны еще нет. Станции служат как якорь для натяжения рельса-струны, что значительно увеличивает их габариты и массу. Безопасность такой конструкции сомнительна в части устойчивости электромодулей на рельс-струне при движении. Проведение спасательной и эвакуационной операций затруднительно в случае аварийной остановки вагонов, так как они движутся по рельсу-струне на значительном расстоянии от поверхности земли. При строительстве требуется выделение значительной городской площади под станции и промежуточные опоры.

Известна конструкция легкой надземной автоматизированной транспортной системы «транскар» (transcar.newtransport.ru), предназначенной для адресной индивидуальной высокоскоростной и безостановочной доставки пассажиров непосредственно до станции назначения без промежуточных остановок. В населенных пунктах в качестве подвижного состава используются двухместные пассажирские автоматические транспортные средства. Маршрут, скорость, безопасный интервал движения выбираются компьютером исходя из кратчайшего расстояния до станции назначения (выбранной пассажиром), и загруженности участков пути.

Используемый подвижный состав не может обеспечить комфортабельные условия пассажирам-инвалидам и детям. Проведение спасательной и эвакуационной операций в случае его аварийной остановки не предусмотрено.

Промышленных аналогов в настоящее время не существует, использоваться может в урбанизированной среде как индивидуальный транспорт. Дорогостоящий транспорт с точки зрения системы управления и строительства разветвленных путей. При строительстве требуется выделение значительной город-

ской площади под станции и промежуточные опоры. Может быть транспортом далекого будущего.

Известны конструкции мобильных подвесных канатных дорог [10, 11] с дискретными приводами для несуще-тягового каната различных конструкций, которые расположены на промежуточных опорах. Эти конструкции повышают эффективность канатной дороги, а именно упрощают по сложности и массе привод, повышают надежность и безопасность при перевозке пассажиров. Однако с точки зрения надежности и безопасности, не может быть применен как городской транспорт для пассажиров, среди которых дети и инвалиды. Мобильность канатной дороги для перевозки пассажиров в городе является ее недостатком, так как промежуточные опоры имеют растяжки, а станции посадки-высадки не приспособлены для их использования в городской среде. Привод расположен на мобильном шасси с использованием энергетической установки внутреннего сгорания, что нарушает экологию урбанизированной среды и создает шум при работе. При установке мобильной канатной дороги требуется значительная площадь для якорения мобильного шасси и размещения станций посадки-высадки. Пересадка пассажиров на станциях не предусмотрена.

Таким образом, исследовав альтернативные способы организации общественного транспорта в городах, можно сделать вывод о том, что на данном этапе развития науки и техники наиболее оптимальным видом общественного транспорта в урбанизированной среде является канатное метро.

Работа выполнена в рамках государственного контракта № П550 от 5 августа 2009 г. на проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Создание и управление новыми видами

Поступила в редакцию

транспортных систем» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2008 г. № 568.

Литература

1. Исследование модели организации функционирования общественного транспорта за рубежом // Экономика, управление, общество: история и современность: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых исследователей, аспирантов и соискателей: Хабаровск, 2007. Ч. 2. С. 59 - 66.

2. К вопросу о нормативной базе по канатным дорогам / А.А. Короткий [и др.] //Подъемные сооружения. Специальная техника. 2002. № 5. C. 23 - 25.

3. Пат. 2381931 RU МПК В 61в 7/00. Городская канатная дорога.

4. Пат. RU 27033 Транспортная система мегаполиса / А.В. Черепанов.

5. Пат. RU 2205761 Транспортная система и способ ее эксплуатации / А.Л. Садовский

6. Пат. RU 76296 Система электросетевого транспорта на пневмоходу / М.Ю. Шалагин.

7. Пат. RU 2007140043 Транспортная система «транспорт -монорельс - тетраэдер» / А.П. Кротов.

8. Пат. RU 2356766 Монорельсовая транспортная система/ С.А. Толстунов, С.П. Мозер, А.С. Толстунов.

9. Юницкий А.Э. Струнная транспортная система - транспорт будущего // Промышленное и гражданское строительство. 2002. № 1. URL: http://www.unitsky.ru

10. Пат. RU №2283787 Мобильная подвесная канатная дорога/ А.А. Короткий [и др.].

11. Пат. RU №2269443 Мобильная подвесная дорога / А.А. Короткий [и др.].

13 апреля 2010 г.

Короткий Анатолий Аркадьевич - д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, генеральный директор, ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ. Тел. 8 (8635) 22-20-56. E-mail: korot@novoch.ru

Маслов Валерий Борисович - канд. техн. наук, доцент, директор по НИиСД ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ. Тел. 8 (8635) 22-20-56. E-mail: niipeb@mail.ru

Маслов Дмитрий Валерьевич - инженер ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ. Тел. 8 (8635) 22-20-56. E-mail: d_m_s_l@mail.ru.

Панфилов Алексей Викторович - программист ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ. Тел. 8 (8635) 22-20-56. E-mail: thougth@novoch.ru

Кирсанов Максим Викторович - канд. техн. наук, доцент, программист ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ. Тел. 8 (8635) 22-20-56. E-mail:kirs99@mail.ru

Korotkiy Anatoly Arkadivich - Doctor of Technical Sciences, professor, honoured science worker of Russia, premium Government winner of the Russian Federation in the field of a science and technics, General director of EAC «THOUGHT» NSTU Ltd. Ph. 8 (8635) 22-20-56. E-mail: korot@novoch.ru

Maslov Valery Borisovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, director for SECA of EAC «THOUGHT» NSTU Ltd. Ph. (8635) 22-20-56. E-mail: niipeb@mail.ru.

Maslov Dmitry Valerivich - engineer of EAC «THOUGHT» NSTU Ltd. Ph. 8(8635) 22-20-56. E-mail: d_m_s_l@mail.ru.

Panfilov Alexey Viktorovich - programmer of EAC «THOUGHT» NSTU Ltd. 8(8635) 22-20-56. E-mail: thougth@novoch.ru

Kirsanov Maksim Viktorovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, programmer of EAC «THOUGHT» NSTU Ltd. Ph. 8 (8635) 22-20-56. E-mail:kirs99@mail.ru_