Admin

Городской рельсовый транспорт: история и современность

И.К. ЛАКИН, д-р техн, наук, профессор РУТ (МИИТ),
м.в. НИКОЛАШИН, аспирант РУТ (МИИТ)

В журнале «Локомотив №12, 2021 г. были рассмотрены перспективы развития железнодорожного транспорта в целом. В этой статье рассмотрены история и перспективы развития городского железнодорожного транспорта, который в последнее время чаще называют «городской рельсовый транспорт».

ИСТОРИЯ ГОРОДСКОГО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА
Считается, что первым городским транспортом был водный, который возник тысячелетия назад. Островная жизнь первых европейских цивилизаций способствовала этому. В наше время водный транспорт сохранил свою роль в таких городах, как Венеция, Амстердам, Брюгге, Гамбург, Манчестер и др. Интересно, что в Санкт-Петербурге на Васильевском острове улицы исторически называются «линиями», так как раньше это были каналы, которые Петр Великий хотел использовать как городскую коммуникацию аналогично любимому им Амстердаму. Но климат Северной столицы не способствовал этому, и каналы засыпали. Исторически достоверных данных о наличии в древних городах (Вавилоне, Афинах, Риме и др.) городского транспорта нет, но, скорее всего, были услуги индивидуальных перевозок людей и грузов, в том числе по маршрутам.


Развитие городского транспорта в современном понимании начинается с XIX века как элемент первой промышленной революции, приведшей к росту городов, появлению свободной рабочей силы, отказу от слободской структуры городов, как следствие — к повышению мобильности населения.
Первым достаточно широко распространенным городским видом транспорта можно считать омнибус — повозку на конной тяге на 10 — 20 пассажиров. Распространение омнибусов начинается с середины XIX века, хотя первое акционерное общество омнибусов было создано в Париже еще в 1662 г. В России первый омнибус появился в Санкт-Петербурге в 1830 г.
В целом омнибус не нашел широкого распространения как городской транспорт: неудобство езды по булыжной мостовой, низкая скорость, малая вместимость не способствовали его распространению. Следует отметить, что омнибус экономил деньги, но не время: поездка на повозке, коляске, кэбе, кабриолете и других была быстрее. (В «наследство» от омнибуса нам достался корень слов «автобус», «троллейбус», «электробус» или просто «bus» в некоторых странах. — Ред.).
Достаточно быстро омнибусы были вытеснены конками, которые двигались по рельсам (о неоспоримых преимуществах тяги по рельсам было написано в предыдущей статье). Годом появления
первой конки считается 1828 г. (г. Балтимор, США). Это был первый городской железнодорожный транспорт. Первая конка в Санкт-Петербурге появилась в 1860 г. (рис. 1), в Москве — на 12 лет позже. Но и конки не отвечали требованием растущих городов.

1800 г. можно считать началом второй промышленной революции, когда выдающийся итальянский ученый Алессандро Вольт, используя результаты опытов Шарля Кулона, изобрел первый источник постоянного тока — «Вольтов столб» (по сути — первая электрическая батарейка). Выдающийся английский ученый Майкл Фарадей в 1820 г. открывает связь между магнетизмом и электричеством. Не менее выдающийся французский ученый Андре-Мари Ампер в период 1820 — 1830 гг. определяет базовые законы электродинамики. Георг Ом (1827 г.) и Густав Кирхгоф (1845 г.) формулируют основополагающие законы электричества.
Такое впечатление, что мир ждал изобретений в области электричества «на низком старте». Сотни ученых и инженеров сразу же стали искать практическое применение электричеству. Практическая электротехника развивалась в геометрической прогрессии. Вторая промышленная революция связана именно с электротехникой.
Уже в 1820 г. на заседании Парижской академии наук Ампер предлагает использовать электрический телеграф, а с 1830 г. уже начинает практически использоваться. В 1852 г. уже проложена трансатлантическая телеграфная линия. В 1870 г. запущена телеграфная связь Лондон — Бомбей. Первый телеграф в России запущен между Санкт-Петербургом и Кронштадтом в 1833 г. Интересно, что при этом первая книга по электричеству в России посвящена лечению от самых разнообразных болезней.


В 1874 г. появляется лампа в вакуумной колбе А. Лодыгина, 1876 г. — «Свеча Яблочкова», ставшая на десятилетие основным «триумфальным» видом уличного освещения столиц. В 1879 г. в результате полутора тысяч экспериментов появляется лампочка Томаса Эдисона, ставшая на полтора столетия стандартом осветительного прибора.
Но основа второй промышленной революции — электродвигатель, прообраз которого появляется уже в 1830-е годы в трудах многих ученых. Немецкий инженер, изобретатель и предприниматель Вернер фон Сименс, начав карьеру с изобретения проводника в изоляции для телеграфных линий, создает новую отрасль про-
мышленности — электротехнику. В 1867 г. он патентует обратимую машину — электродвигатель и генератор одновременно («динамо-машина»). Это изобретение становится основой не только второй промышленной революции, но и бурного развития городского транспорта.
В 1879 г. В. Сименс на Берлинской выставке демонстрирует первую в мире электрическую железную дорогу (рис. 2), а в 1881 г. появляется первый трамвай (Берлин), после чего трамвай начинает победоносное шествие по всей Европе: Вена (1883 г.), Будапешт (1887 г.), Лондон (1890 г.), Прага (1892 г.). Сименс строит трамвайные линии и в России: Киев (1892 г.), Нижний Новгород (1896 г.). К XX веку трамвай был уже в 14 городах России (рис. 3). Одновременно В. Сименс изобретает троллейбус. Роль этого изобретателя в становлении городского электрического транспорта трудно переоценить.
Не менее бурный этап развития трамваев был и в США, начиная с 1888 г. Более того, новая форма трамвая, разработанная в США в 1930-е годы (РСС) на несколько десятилетий стала стандартом для трамваев, троллейбусов и автобусов всего мира (рис. 4). Но в середине XX века трамвай в США практически исчез и был заменен на автобусы в результате «большого американского трамвайного скандала».
С середины XX века начинают говорить о закате эры трамвая: личный автомобильный транспорт, автобусы и даже троллейбусы десятки лет вытесняли трамвай с улиц городов. В Москве, например, объем трамвайных перевозок сократился в 4 раза. Отношение к трамваю стало существенно меняться в последние десятилетия с разработкой концепции скоростного низкопольного малошумного трамвая (рис. 5). Строительство выделенных трамвайных скоростных линий — мировая тенденция. Цена такого городского транспорта существенно ниже стоимости метрополитена. Даже если трамвай делать на эстакаде, это будет в 10 раз дешевле строительства метро. Трамвай сумел отвоевать свою нишу в городе.
Стоит отдельно остановиться на Волгоградском скоростном трамвае с элементами метрополитена (1976 г.) протяженностью в 17,3 км, который соединяет пассажирским сообщением пять из восьми районов города с интервалом движения 3 — 7 мин. Ни с чем не сравнить ощущения, когда езда на трамвае по улицам города неожиданно превращается в езду на метрополитене. Недаром в 2012 г. в журнале «Forbes» Волгоградский «метротрам» занял четвертое место в списке 12 самых интересных трамвайных маршрутов мира.

МЕТРОПОЛИТЕНЫ
Трамваи, троллейбусы, автобусы сыграли важную роль в развитии городского транспорта в XX веке, но уже не могут справиться с потоком пассажиров в городах с населением более 1 млн человек. Их роль становится вспомогательной для решения задачи «последней мили» главного городского транспорта мегаполисов — метрополитена.
Термин «метрополитен» изначально означал «столичная железная дорога». В различных городах называется по-разному (метро, Metro, подземка, underground, tube, subway и много других). Согласно определению Международного союза общественного транспорта, метро — это преимущественно внутригородская пассажирская транспортная система с собственными железнодорожными путями, полностью отделенная от автомобильного и пешеходного трафика. Обычно проходит под землей или по эстакадам и без пересечения с другими видами транспорта. Метро — это «городская внеуличная железная дорога».
Предпосылкой для появления принципиально нового городского транспорта стало изобретение в 1818 г. французским инженером Марком Брюнелем проходческого щита, с помощью которого в 1825 — 1843 гг. был построен первый в мире тоннель. При первой промышленной революции и Викторианской эпохе Лондон столкнулся с проблемой городского транспорта. В 1863 г. появляется первая линия метрополитена (метро) на паровой тяге. Тоннель шириной Нм был проложен под Темзой для преодоления проблемы разводных мостов.
После трамвая электропривод приходит и в метро, изначально имевшем паровую тягу. Первые электропоезда для метро также создает В. Сименс: сначала в Будапеште в 1896 г. (рис. 6), а потом и в Лондоне в 1900 г. Путь от паровозов к электропоездам проходит и метрополитен Нью-Йорка, созданный в 1868 г. и электрифицированный в 1890-м. В XIX веке метро появляется еще в Чикаго (1892 г.), Глазго (1896 г.) и Париже (1900 г.).

Метрополитен обладает характеристиками, недоступными ни одному другому городскому транспорту: средняя скорость более 40 км/ч (зависит от частоты расположения станций) при максимальной скорости 70 — 90 км/ч. Провозная способность — более 50 тыс. пассажиров в час в одном направлении. Средняя скорость передвижения городского автобуса — 20 км/ч, трамвая — 10 — 15 км/ч (не считая выделенные скоростные линии), троллейбуса — 16 км/ч. И это при условии отсутствия пробок на дорогах. Например, по данным Яндекс.Карты, поездка в московском метро от станции Беляево до ВДНХ займет в воскресенье 45 мин, без пробок на такси — 48 мин, на автомобиле — 53 мин. При наличии пробок время поездки на метро не изменится, а наружным транспортом возрастет в 1,5 — 2 раза. Таким образом, метро не только самый недорогой, но и самый быстрый вид транспорта современного мегаполиса.
Метро в настоящее время интенсивно развивается (табл. 1): в 59 странах насчитывается более 200 систем метро с ежедневной перевозкой более 121 млн пассажиров. Общая длина 717-ти линий метро в мире составляет 16,5 тыс. км и включает в себя более 13 тыс. станций. По числу метрополитенов безусловным лидером теперь является Китай — 28 систем (не считая 5 систем Тайваня). На втором месте — Индия, которая с 2002 г. создала уже 13 систем. В США — 11 метрополитенов, в Японии — 10, в Бразилии — 8, в России и Италии — по 7. По 6 метрополитенов во Франции, Испании, Корее, Иране, в Турции — 4.

ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ МЕТРОПОЛИТЕН
Первым метрополитеном в России (СССР) стал Московский (1935 г.), а производителем вагонов стал Мытищинский машиностроительный завод. Электрооборудование, как и для первых электровозов, проектировал и изготовлял завод «Динамо» (рис. 7). Интересно, что первые вагоны из импортного оборудования имели только компрессор производства компании «General Electric» (США).
Отечественные вагоны прошли длительный путь становления. Первые серии вагонов именовались буквами: серии А (111 вагонов, 1934 — 1937 гг.) и Б (162 вагона, 1937 — 1939 гг.). Вагоны серий Г (425 вагонов, 1939 — 1940 гг., 1947 — 1955 гг.), Д (668 вагонов, 1955 — 1963 гг.), Е (822 вагонов, 1963 — 1969 гг.), Ем (171 вагон, 1966 — 1970 гг.), Еж (460 секций, 1970 — 1973 гг.), 81-717/714 (7409 вагонов, 1976 — 1988 гг.) были эволюционным развитием первых вагонов метро. Последняя серия эксплуатируется по настоящее время.
Вагоны серии В были трофейными из Берлина (27 вагонов, 1926 — 1927 гг.). Попытки адаптировать вагоны к условиям Московского метрополитена в целом оказались неудачными, но опыт немецкой электротехники был учтен в конструкции последующих отечественных вагонов метро.
Экспериментальные вагоны серии И (18 вагонов, 1973 — 1985 гг.) имели принципиально другую конструкцию, но, к сожалению, по ряду причин в серию не пошли. Опыт был учтен в вагонах серии «Яуза» (91 вагон, 1991 — 1992 гг.), «Русич» (873 вагона, 2003 — 2013 гг.), которые также нельзя считать очень удачными.

Принципиально новыми стали вагоны серии «Москва» и затем «Москва-2020» (1728 вагонов, с 2016 г.) компании «Метровагонмаш» (г. Мытищи), входящей в состав АО «Трансмашхолдинг». В вагонах учтен лучший мировой опыт вагоностроения метрополитенов и особенности отечественной эксплуатации. Вагоны «Москва-2020» являются моторными (81-775), моторными промежуточными (81-776) и прицепными промежуточными (81-777) — рис. 8.
Поезда «Москва» имеют ряд принципиальных отличий. Для пассажиров — это сквозной проход через все вагоны. Также заметна хорошая звукоизоляция. Радует наличие большого числа светодиодных (LCD) информационных экранов. Мобильность входа и выхода увеличена благодаря расширению дверей до 1,6 м. Вагоны оборудованы кондиционерами, системой обеззараживания воздуха. Освещение светодиодное. Имеется видеонаблюдение во всех вагонах.
Поезд в 2020 г. стал лауреатом Национальной премии за достижения в области транспорта и транспортной инфраструктуры «Формула движения». А в 2021 г. поезд «Москва-2020» получил премию Red Dot Award: Product Design 2021 за лучший дизайн в категории «Поезда и самолеты». В качестве «ложки дегтя» следует отметить, что доля импортных комплектующих остается значительной.
Существенно улучшены тяговые свойства новых вагонов. Переход на асинхронный привод позволил достичь скорости 90 км/ч, ускорения в 1,3 м/с2. Двухосные тележки с пневморессорами во вторичном подвешивании сделали ход поезда мягким без ударных и вибрационных нагрузок. Вагоны «Москва» и «Москва-2020» стали действительно принципиально новым поколением отечественных вагонов метро.
Главный недостаток метро — риск остановки движения при отказе оборудования поез
да. Поэтому к подвижному составу метро, его системе технического обслуживания и ремонта (ТОиР), диспетчерской службе предъявляются повышенные требования. Система ТОиР вагонов Московского метрополитена существенно изменилась, а с 2014 г. является сервисной и осуществляется компанией «Метровагонмаш-Сервис» по контракту жизненного цикла с Московским метрополитеном (рис. 9).


В настоящее время сервис пришел в 12 электродепо: Новогиреево, Владыкино, Выхино, Варшавское, Планерное, Свиблово, Солнцево, Фили, Черкизово, Руднево, Красная Пресня, Замоскворецкое.
При диагностировании и планировании объема ремонта используются данные бортовой системы диагностирования, в основе которой микропроцессорная система управления (МСУ). МСУ опрашивает многочисленные датчики, позволяющие контролировать исправность оборудования, срабатывание дверей, нагрев букс, срабатывание противопожарных систем и многое другое. Информация представляется машинисту в наглядном виде и передается в диспетчерский центр. Однако, следует отметить, что датчики сами стали источником неисправностей.

МЕТРОПОЛИТЕНЫ РОССИИ
В России в настоящее время функционируют семь систем метро, еще пять — в стадии строительства (табл. 2). Выделяются две системы метро — Московский и Санкт-Петербургский. Еще в СССР это были единственные самоокупаемые системы. На 5 копеек цены проезда себестоимость составляла соответственно 4,3 и 4,7 копеек. Перспектива развития метро двух столиц не вызывает опасений.

Судьба метрополитенов в нестоличных городах России складывалась по-разному. В Новосибирске метро стало очень популярным, решив проблему сообщения через реку Обь между центром города и новыми районами. В Екатеринбурге также была решена проблема сообщения между центром города и районом Уралмаша, отделенного Транссибом.
А вот в Нижнем Новгороде прокладка линии из Сормовского района в район ГАЗ (вместо ранее запланированной линии через реку Оку) чуть не поставила крест на развитии метрополитенов во всех городах-миллиониках страны: линия оказалась невостребованной. Малый объем перевозок приводил к увеличению интервалов движения, что еще больше снижало популярность метро. Неудачное проектирование метро в Красноярске (вдоль Енисея, а не через него) также привело к прекращению строительства.
Метро в городах с населением около 1 млн человек должно обязательно решать проблему городского уличного движения, а не дублировать его. Успешный опыт Екатеринбурга, Новосибирска, Казани, новой ветки через Оку в Нижнем Новгороде возрождает интерес к метро в крупных городах России.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТРОПОЛИТЕНОВ
В городах с населением в несколько миллионов человек метро становится основным градообразующим транспортом во всем мире. Несмотря на высокую стоимость строительства, последние 30 лет наблюдается бурный рост числа метрополитенов как в странах, уже имеющих опыт эксплуатации метро, так и в новых странах.
Целесообразность метро в отечественных городах с населением в 1 млн человек определяется наличием затруднений уличного движения из-за водных преград, железнодорожных путей, особенностей ландшафта и других причин.
Максимальная скорость поездов метро существенно расти не будет. Она ограничена сопротивлением движению в тоннеле. Увеличение средней скорости будет происходит благодаря росту ускорения разгона, замедления торможения, сокращения времени посадки/высад-ки пассажиров (путем расширения дверей, увеличения их числа), а также за счет увеличения расстояния между станциями.


Метрополитены имеют тенденцию развития как киберфизические производственные системы (CCPS) с централизацией управления движением поездов. Активно развивается беспилотное движение поездов метро, в том числе на существующих специально оборудованных защитными барьерами линиях метро.
Движение поездов метро без машинистов уже есть на линиях Парижа, Лондона, Дубая, Тайбея и др., ведутся эксперименты в метро Казани, Москвы и Санкт-Петербурга. Централизованное управление поездами позволяет сократить интервал движения поездов со 100 — 120 до 80 с.
Существенным вызовом современным метрополитенам является повышенная угроза терроризма. Это проблема решается комплексно вплоть до создания систем распознавания неадекватного поведения отдельных пассажиров и групп пассажиров. Современные методы распознавания образов, дополненной реальности и других методов четвертой промышленной революции уже играют важную роль в обеспечении безопасности транспорта. Возможность прохода в метро с использованием систем распознавания лиц не только удобно пассажирам, но и эффективна в плане повышения их безопасности.
Главная тенденция развития метрополитенов как градообразующего транспорта — комплексная интеграция с другими видами транспорта. Автобусы, троллейбусы, трамваи, даже такси и личный транспорт решают задачу «последней мили». Пригородный моторвагонный подвижной состав и скоростные пассажирские поезда расширяют границы мегаполиса. Авиасообщение благодаря развитию пригородного железнодорожного движения также становится частью городской транспортной инфраструктуры.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК