سیدمحمدحسین دهناد کارشناس ارشد راه و ترابری دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده:

استفاده ازسیستم حمل ونقل ریلی درون شهری نسبت به سایرسیستم های حمل ونقل شهری مزایایی دارد.جذابیت بالابرای مسافرین،اثرات حداقلی مخرب زیست محیطی،مصرف انرژی کمتر و حجم جابجایی بسیاربالا کافیست تا اهمیت استفاده ازاین سیستم ها در حمل ونقل همگانی درون شهری را روشن سازد. دراین مقاله درابتدابه معرفی انواع سیستم های حمل ونقل ریلی درون شهری پرداخته می شود ودرادامه باذکر مزایا و معایب این سیستم ها مقایسه ای جامع صورت می گیرد.سپس به کاربرد قطار هوایی ،معرفی انواع آن ، فرصتها و محدودیت های ایجاد شده توسط آنها اشاره می شود و در نهایت جهت انتخاب گزینه برتر با استفاده از روش فرایند تحلیل سلسله مراتبی[۱] مقایسه زوجی بین سیستم مونوریل و قطار سبک شهری انجام می گیرد.

کلمات کلیدی:حمل و نقل ریلی درون شهری، قطار هوایی، مونوریل، تراموا، قطار سبک شهری، مترو

۱-   مقدمه:

امروزه با توسعه شهر نشینی و رشد روزافزون جمعیت، مشکل ترافیک در شهر های بزرگ به خصوص هسته مرکزی آنها که در گذشته از لحاظ معماری و شهرسازی جهت چنین حجمی از ترافیک طراحی نشده است به عنوان معضلی جدی در حمل و نقل شهری مطرح است. با توجه به این نکات استفاده از حمل و نقل عمومی در شهرها مسلماً بهبود موثری در عملکرد سیستم حمل و نقل خواهد داشت .در این میان سیستم هایی عملکرد موفق داشته اند که از یک طرف دارای سرعت و ظرفیت جابجایی بالا بوده و از طرف دیگر آلودگی های زیست محیطی به مراتب پایین تری را به همراه داشته باشند .تجربیات موجود نشان می دهد سیستم های حمل و نقل ریلی درون شهری تنها مد هایی از حمل و نقل می باشند که هم از عهده حجم ترافیک زیاد برآمده و هم از انواع آلودگی های صوتی و زیست محیطی عاری می باشند.تراموا[۲]،قطار سبک شهری[۳]،مترو[۴] و قطارهوایی[۵] گزینه های مناسبی از سیستم  حمل و نقل ریلی برای جابجایی انبوهی از مسافرین شهری به صورت سریع و نسبتاً کم هزینه می باشند که با واقع شدن آنها در کنار یک سیستم کنترل ترافیک هوشمند و مدیریت اجرایی مناسب حین بهره برداری می توان به حل مساله ترافیک و بهبود حمل و نقل شهری و کاهش آلودگی های زیست محیطی دست یافت.

۲- معرفی سیستم های حمل و نقل ریلی درون شهری:

۲-۱- تراموا

یکی از سیستم های قدیمی حمل و نقل عمومی تراموا می باشد که این سیستم عمدتا در سطح خیابان و در مسیر ویژه تردد می کند.شروع به کار تراموا در سال ۱۸۳۲ در شهر نیویورک بوده است.تعداد واگن های تراموا ۲ یا ۳ عدد می باشد و با سرعت متوسط ۱۰ الی ۳۰ کیلومتر بر ساعت توانایی جابجایی ۳۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ مسافر را در یک جهت در ساعت دارد .انعطاف پذیری پایین وتداخل ترافیکی با وسایل نقلیه به علت همسطح بودن سکو ها و ریل با زمین موجب گردید سیستم تراموا تا سال ۱۹۵۰ میلادی رو به افول رود .تولد دوباره تراموا  در قالب نسل جدید و به صورت سیستم قطار سبک شهری در سال ۱۹۸۰ میلادی به وقوع پیوست.

۲-۲- قطار سبک شهری:

با پیشرفت تکنولوژی و به منظور رفع نقاط ضعف سیستم تراموا استفاده از قطارهای سبک شهری رایج شد.مهمترین ویژگی این سیستم جدا بودن مسیر حرکت و عدم تداخل با سایر سیستم های حمل و نقل است. این سیستم نسبت به تراموا دارای تعداد واگن بیشتر و حداکثر سرعت آن ۷۰ الی ۸۰ کیلومتر بر ساعت می باشد.قطار سبک شهری قابلیت احداث مسیر در سطح زمین ،زیر زمین (تونل) و بالای سطح زمین را دارد و در ساعات اوج امکان اتصال چند قطار به یکدیگر وجود دارد .

۲-۳- مترو:

مترو سیستمی است که برای جابجایی حجم انبوهی از مسافران مورد استفاده قرار می گیرد. اولین خط متروی جهان در حدود ۱۵۰ سال پیش درسال۱۸۶۳درلندن افتتاح گردید. به علت سرعت پایینتر سیستم های ریلی در مقابل حمل و نقل هوایی و صرفه جویی در انرژی ، زمان و کاهش آلودگی های زیست محیطی احداث سیستم مترو در کلان شهرها مطرح شد. ظرفیت این نوع سیستم به طور متوسط حدود ۴۰۰۰۰ مسافر در ساعت می باشد.در بافت درون شهری عموما به صورت زیر زمینی و در حومه به صورت همسطح با تعداد حداقل ۵ واگن به جابجایی مسافر می پردازد.این سیستم به حریمی به عرض ۹ متر به جهت عبور از زیر زمین نیاز دارد و مساحت اشغال شده روی سطح زمین صفر می باشد.

۲-۴- قطار هوایی(مونوریل[۶]):

اولین مونوریل در سال ۱۸۷۶ میلادی در فیلادلفیای آمریکا احداث گردید.مونوریل قطاری است که بر روی یک ریل تردد می کند و در بیشتر موارد این سیستم در بالای سطح زمین حرکت می کند ولی گاهی اوقات ریل های آن بر روی سطح زمین و یا در تونل های زیر زمینی تعبیه می شوند. تصور رایج این است که هر قطاری که در بالای سطح زمین حرکت می کند مونوریل نام دارد،در صورتی که بالا بودن مونوریل از سطح زمین مشخصه اصلی آن نیست .ویژگی اصلی مونوریل حرکت بر روی یک ریل می باشد برای تمایز بین مونوریل از سایر سیستم های ریلی هوایی باید در نظر داشت که در مونوریل وسیله نقلیه عرض بیشتری نسبت به ریلی که بر روی آن حرکت می کند دارد. مونوریل ها از نظر چگونگی حرکت بر روی ریل به انواع مونوریل معلق[۷]،زینی[۸]،کنار ایستا [۹]و مغناطیسی [۱۰]تقسیم میشوند.

بعد از معرفی مختصری از انواع سیستم های حمل و نقل ریلی درون شهری به بررسی ابعاد مختلفی از ویژگی ها و مشخصات سیستم های فوق می پردازیم.

۳- مقایسه بین قطار سبک شهری،مترو و مونوریل:

۳-۱- اثرات زیست محیطی

یکی از فاکتور هایی است که در کشور های پیشرفته ودر حال توسعه بسیار قابل توجه می باشد .به طور کلی اثرات زیست محیطی سیستم های حمل و نقل ریلی را می توان تحت عنوان آلودگی صوتی ،آلودگی هوا وآلودگی دیداری بررسی نمود.

میزان انتشار آلودگی هوای ناشی از سیستم های حمل ونقل ریلی نسبت به وسایل نقلیه شخصی و اتوبوس سریع السیر به مراتب پایین تر است. میزان صدای تولید شده در قطار سبک شهری بین ۸۰ تا ۸۶  دسی بل و در مونوریل ۷۵ دسی بل می باشد و در مترو که در سطح زمین حرکت می کند ۹۰ تا ۹۷ دسی بل متغیر می باشد. هر نوع سیستم حمل و نقل به نحوی تاثیر منفی بر مناظر شهری دارد .در جدول شماره(۱) عوامل اصلی آلودگی دیداری سیستم های ریلی ذکر شده است.

                        جدول (۱): عوامل اصلی آلودگی دیداری سیستمهای ریلی

۳-۲- مصرف انرژی:

یکی از نکات حائز اهمیت برتری سیستم های حمل و نقل ریلی نسبت به حمل و نقل جاده ای مصرف انرژی پایین تر آن است.در جدول شماره(۲) سعی شده است میزان مصرف انرژی در سیستم های حمل و نقل همگانی بر حسب مسافر کیلومتر بیان گردد.جهت مقایسه مصرف انرژی خودرو های شخصی با سایر وسایل نقلیه همگانی،میزان مصرف انرژی در اتومبیل نیز درج شده است.از آنجایی که در سیستم های حمل و نقل ریلی میزان جابجایی مسافر چندین برابر سایر سیستم هاست ولی میزان مصرف انرژی با همان نرخ زیاد نمی شود.

جدول (۲): میزان مصرف انرژی بر حسب مسافرکیلومتر درسیستمهای حمل و نقل درون شهری

      ۳-۳- مدت زمان اجرا:

در جدول شماره(۳) مدت زمان لازم برای طراحی و اجرا برای سیستم های مختلف حمل و نقل ریلی با فرض وجود یک مدیریت مطلوب و تامین شرایط مالی درج شده است . در این مقایسه فرض شده که تمامی تجهیزات سیستم سازه مونوریل به غیر از شمع ها و ستون ها به صورت پیش ساخته به کارگاه وارد شود .همانطور که مشاهده می شود سیستم مونوریل به دلیل پیش ساخته بودن قطعات تیر و بستر ریل و نبود حجم عظیم عملیات خاکی نسبت به سایر سیستم های حمل و نقل ریلی مدت زمان اجرای کمتری را می طلبد .

جدول (۳): ترتیب کمترین تا بیشترین مدت زمان اجرا و دلایل آن برای سیستمهای مختلف حمل و نقل همگانی درون شهری

۳-۴- ایمنی:

از سایر مزایای سیستم های حمل و نقل ریلی می توان به ایمنی بالاتر نسبت به سیستم های حمل و نقل غیر ریلی اشاره کرد.سیستم های ریلی در صورت رعایت نکات استاندارد ایمنی از ضریب امنیت بالایی برخوردار است.به منظور بررسی ایمنی در سیستم های ریلی در دو جدول مجزا ایمنی برای مسافران و برای محیط خارج از سیستم آورده شده است .

جدول (۴): بررسی سیستمهای حمل و نقل همگانی از نظر ایمنی برای مسافران

جدول (۵): بررسی سیستمهای حمل و نقل همگانی از نظر ایمنی برای محیط خارج از سیستم

      ۳-۵- ظرفیت:

ظرفیت مسافر یک سیستم حمل و نقل شهری عبارت است از تعداد مسافری که آن سیستم می تواند در قطعه مشخصی از یک مسیرو در بازه زمانی معین حمل نماید . ظرفیت مونوریل بر حسب واحد PPHPD( مسافر در هر ساعت و در هر جهت) بیان می شود.ابعاد فیزیکی واگنها و تعداد واگن ها در هر قطار دو مشخصه موثر در تعیین ظرفیت ناوگان سیستم های حمل و نقل همگانی ریلی می باشد.

جدول (۶) : ظرفیت سیستمهای حمل و نقل شهری (مسافر در هر ساعت و در هر جهت (pphpd))

حداکثر ظرفیت سیستم های مونوریل با استفاده از مقررات TCQSM از رابطه زیر محاسبه می شود:

P= ۳۶۰۰hminأ—Ncأ—Pcأ—PHF' type="#_x۰۰۰۰_t۷۵">

hmin' type="#_x۰۰۰۰_t۷۵">: حداقل سرفاصله زمانی برای سیستم مونوریل در جهان است که در حال حاضر مربوط به مونوریل کوالالامپور و به میزان ۲ دقیقه است.

Nc' type="#_x۰۰۰۰_t۷۵">: تعداد واگن در هر قطار

Pc' type="#_x۰۰۰۰_t۷۵">: تعداد مسافران در هر واگن

PHF' type="#_x۰۰۰۰_t۷۵">: ضریب ساعت اوج

در شکل شماره(۱) تصویری از مونوریل های بزرگ وکوچک با ابعاد مختلف به منظور مقایسه بین ظرفیت ها آورده شده است .

شکل شماره (۱): مقایسه بین ظرفیت مونوریل های کوچک و بزرگ

جدول (۷)مقایسه ظرفیت مونوریل های کوچک و بزرگ

۳-۶- خصوصیات عملکردی:

خصوصیات عملکردی معیاری برای نشان دادن توانایی سیستم های حمل و نقل ریلی در ارائه سرویس مطلوب ،منظم ،سریع و با سر فاصله مناسب می باشد. مهمترین فاکتور های عملکردی سیستم های ریلی عبارتند از:

۳-۶-۱- سرفاصله : از عوامل موثر در تعیین سرفاصله می توان نوع سیستم های کنترل اتوماتیک و هدایت قطار ،شکل شبکه خطوط ،میزان تقاطع خطوط با هم و خصوصیات فیزیکی وحرکتی قطارنام برد.ازآنجاکه زمان توقف قطار درایستگاه جزء موارد بهره برداریست نمیتوان آن را ازعوامل مستقیم موثر بر میزان سرفاصله به شمار آورد.

جدول (۸): حداقلهای مشاهده شده سرفاصله زمانی سیستمهای حمل و نقل همگانی شهری

۳-۶-۲- سرعت عملکردی : درابتدابه تعریف دونوع سرعت درسیستم های ریلی پرداخته می شود.

الف)سرعت متوسط که به تعدادایستگاه هادر طول مسیر،فاصله بین ایستگاه ها،تعداد مسافرمنتظردر هرایستگاه وتعداد مسافری که درایستگاه پیاده میشود بستگی دارد.

ب)سرعت حداکثر:بیشترین سرعتی است که قطاردرطول یک خط می تواند به آن برسد که ممکن است برای هرخط باتوجه به فاصله ی بین ایستگاه ها متفاوت باشد.طول قطار،ساعت بهره برداری از قطار،فاصله بین ایستگاه ها وشرایط مسیراز عوامل موثربر سرعت بیشینه میباشد.

جدول (۹) بازه و متوسط سرعت عملکردی و سرعت حداکثر درمسیر آزاد در انواع سیستمهای حمل و نقل همگانی شهری

باتوجه به نتایج موجود درجدول فوق مشخص می شود که حداکثر سرعت درمترو از همه بیشتراست ومیانگین سرعت در مونوریل(۳۸کیلومتر برساعت)بالاترین میزان را دارد.

۳-۷- فضای اسمی اشغال شده:

درجدول شماره (۱۰) میزان فضای اسمی اشغال شده ازسطح زمین برای سیستم های مختلف حمل ونقل همگانی ریلی درج شده است. همانطور که مشاهده می شود درسیستم مونوریل به علت مقدار کمترعرض اشغال شده معبر(فقط به اندازه ی ابعاد ستون ها)میزان فضای کمتری را نیاز دارد.

جدول (۱۰): میزان فضای مورد نیاز برای انواع سیستمهای حمل و نقل همگانی[۱۶]

۳-۸- انطباق بابافت شهری وشرایط جغرافیایی:

برای تعیین فاصله بین ایستگاه ها،حداکثر شیب طولی وحداقل شعاع قوس نیاز به توجه به پارامترهای شیب زمین ،موقعیت مسیر،قوس های مسیر،فضای موجود جهت احداث،ابنیه تاریخی و...ضروری می باشد.

۳-۹- هزینه :

۳-۹-۱- هزینه ی ساخت: ابتدا درجدول شماره(۱۱) براساس مطالعه ی بانک جهانی هزینه های ساخت قطار سبک شهری و مترو آورده شده است.درادامه به طور خاص هزینه های ساخت مونوریل را در مناطق مختلف جهان مورد بررسی قرار میدهیم.

جدول (۱۱) : هزینه های ساخت سیستم های حمل و نقل عمومی

فاکتورهای متنوعی بر هزینه ی ساخت مونوریل تاثیر مستقیم می گذارند از جمله این پارامترها سازه های خاص،شرایط ژئوتکنیکی وتوپوگرافی منطقه،سرعت،تعداد ایستگاه ها،مجموع طول سیستم،میزان تملک اراضی و...را میتوان نام برد.

جدول (۱۲): هزینه مونوریلهای موجود در جهان[۱۷]

۳-۹-۲- هزینه نگهداری وبهره برداری:درجدول زیر هزینه ی نگهداری وبهره برداری سیستم های مختلف حمل ونقل ریلی ارائه شده است که البته هزینه های نگهداری وبهره برداری مونوریل نسبتا از سایر روش ها بالاتر است.

جدول (۱۳): هزینه نگهداری و بهره برداری (دلار برای مسافر - کیلومتر)

۴- مزایا ومعایب مونوریل در مقایسه با سایر سیستم های حمل ونقل ریلی درون شهری

همانطور که مشاهده شد سیستم مونوریل دارای مزایای قابل توجهی نسبت به سیستم مترو و قطار سبک شهری می باشد.مدت زمان اجرای بسیار کمتر مونوریل (به علت استفاده از تیر های پیش ساخته و نصب سریع آنها )یکی از مزیت های عمده آن محسوب می شود. مونوریل بالاترین میزان جذابیت را برای استفاده همگان دارا می باشد،این سیستم نسبت به قطار سبک شهری دارای آلودگی صوتی و دیداری کمتری (به علت استفاده از چرخ های لاستیکی) می باشد. در ضمن فضای اسمی مورد نیاز برای احداث مونوریل بسیار کمتر از قطار شهری می باشد. از نکات جالب توجه دیگر،عدم اختلال ترافیکی در جریان شهری به دلیل قرار گرفتن سازه مسیر در ارتفاع می باشد (تملک اراضی که یکی از بزرگترین مشکلات در مسیر احداث پروژه می باشد به راحتی با ساختن بستر ریل در ارتفاع حل می شود)و در نتیجه این سیستم سرعت حرکتی بالاتری را نسبت به قطار سبک شهری دارد.هزینه ساخت خطوط مونوریل پایین می باشد ،ولی با توجه به هزینه بالای واگن های مونوریل و بوژی آن هزینه تمام شده تقریبا برابر با قطار سبک شهری میشود.

۵- مونوریل و مشخصه های آن

۵-۱- طبقه بندی انواع مونوریل بر اساس چگونگی حرکت و تماس با ریل :

۵-۱-۱-  مونوریل زینی:رایج ترین نوع سیستم مونوریل ،مونوریلهای زینی می باشد.طبق مشخصات تیپ قطار های زینی ،عرض قطار حدود ۳ متر ،ارتفاع قطار حدود ۴/۲ مترو ارتفاع از سطح زمین تا سطح بستر ریل حدود ۶ متر است.برای طراحی تیر مونوریل های زینی می توان از دو نوع پروفیل مستطیل فولادی یا تی شکل معکوس استفاده کرد.

۵-۱-۲-  مونوریل معلق:این نوع مونوریل به صورت سافژ،تیرآی شکل وفلنج دوبل ساخته میشود.

۵-۱-۳- مونوریل کنارایستا:این مونوریل دارای چرخهایی درکنارخود است ودر حال حاضر در مراحل تحقیقاتی خود می باشد.

۵-۱-۴- مونوریل مغناطیسی(مگلو):از آنجاکه درعصرحاضربیشتر توجه بر روی کاهش تماس چرخ وریل متمرکز شده است یکی از راه حل ها، استفاده از نیروی مغناطیسی وسیستم شناوری مغناطیسی است.این مونوریل دارای سرعت وپایداری زیادی می باشد و باریل تماس ندارد ودرواقع در حال پرواز در نزدیکی سطح زمین است.

سه ویژگی اصلی این نوع قطار عبارت انداز:سیستم شناوری(به حالت معلق درآمدن)،سیستم پیش رانش(فشار به سمت جلو)وسیستم هدایت کننده.

۵-۲- مشخصه های ساخت واحداث ابنیه ی سیستم های مونوریل :

زیر ساخت های خطوط مونوریل شامل مسیر،تیرها،ستون ها،ایستگاه ها،دپووساختمان کنترل مرکزی است.
  ۵-۲-۱- مسیر حرکت مونوریل شامل تیر حامل یا ریل،ادوات تغییرخط ،پی،ستون وبستر ریل است که به صورت یک مقطع                                    عریض شده در بالای ستون قرار می گیرد و وزن ریل ها را تحمل می کند.

۵-۲-۲- ستون(پایه)درسیستم مونوریل از عناصر اصلی است .به طور کلی اندازه ستون و فاصله بین آنها به یکدیگر وابسته هستند.در بیشتر مونوریل های دنیا ستونها دارای سطح مقطع چهار گوش می باشند و به علت طرح و اجرای راحت تر مطلوبتر هستند،یکی از راهکارهایی که برای کم کردن و یا از بین بردن اثر ستون های مونوریل بر منظر شهری به کار برده می شود، تبدیل این ستون ها به عناصر تزیینی و تبلیغاتی می باشد.در جایی که ترافیک وسایل نقلیه در زیر مسیر مونوریل در تردد باشد حداقل ارتفاع ۵ متر برای ستون توصیه می شود ولی می توان برای کاهش تاثیر بصری از ستون های بلندتر در حدود ۱۰ تا ۱۲ متر استفاده کرد.

۵-۲-۳- تیر حامل:مهمترین عنصر سازه ای مونوریل تیر حامل (ریل) می باشد.مسیر مونوریل معمولا تیر بتنی و به ندرت از نوع فولادی آن است.هر تیر مونوریل می بایست به گونه ای ساخته  شود که بار وسیله  نقلیه و سایر نیرو های وارده اعم از زلزله ،باد،وزن خود سازه و نیرو های دینامیکی مربوط به مونوریل را تحمل نماید . این تیر نباید در زیر وزن خود کمانش یابد.

عرض تیر تقریبا یک چهارم عرض مونوریل ومحور قائم آن منطبق با محور قائم مونوریل است.

۵-۲-۴-ایستگاه: یکی از قسمت های مهم درسیستم مونوریل، یک ایستگاه بابازدهی بالا است.برای یک مسیر حرکت دوخطه ایستگاه می بایست به نحوی طراحی شودتا امکان قرار گیری دوقطارباظرفیت حداکثر به طور هم زمان وپیاده و سوار کردن مسافرین در ایستگاه به همراه خروج اضطراری وپله هایی که خروج مسافرین را تسریع ببخشد فراهم آید .تمام ایستگاه هاباید به نحوی طراحی شود تامیزان تاثیر محیطی آن ها وتداخلشان باترافیک محلی به حداقل برسد.

نتیجه گیری:

     با توجه به رشد تقاضای مسافرین در سال های اخیر،مسائل زیست محیطی ومحدودیت منابع سوخت وانرژی ونیز ارزش بیش ازپیش زمان در زندگی، توجه به سیستم های حمل ونقل ریلی همگانی در برنامه ریزی های کلان شهرها ضروری به نظر میرسد.در این مقاله سعی شده است به بررسی قطار هوایی واهمیت استفاده از این سیستم هاازجهات جذابیت برای مسافر،هزینه،اثرات زیست محیطی ،ظرفیت جابه جایی،خصوصیات عملکردی،ایمنی و... پرداخته شود. امید است در آینده ای نزدیک باتوجه به سند چشم انداز توسعه کشور واجرایی شدن صحیح ومناسب عملیات ساخت واجرای سیستم های حمل ونقل درون شهری در کلان شهرهای میهن مان همزمان بامدیریت جامع گامی نودرجهت خدمت به مردم عزیز کشورمان برداشته شود.

مراجع و منابع:

۱-   japans monorail association (jma),new solution for urban traffic small- type monorail system

۲-   LRT society is at the url:www.lrta.org

۳-   Harris Frederic R,” Monorail Technology Assessment”

۴-    www.monorailrecall.com

۵-   The monorail society lactated at the url :www.monorail.org

۶-   www.urbanrail.net

۷-    حمید یعقوبی، قطار های مغناطیسی (مگلو) جلد اول ،چاپ اول ۱۳۸۷

۸-    وحید شایق،پایان نامه کارشناسی مهندسی راه آهن ،مقایسه اوربانات و مونوریل،۱۳۸۷