Chúng tôi tiếp tục chuỗi bài so sánh các loại hình vận tải hiện có với các tổ hợp vận tải tiên tiến SkyWay. Trong bài đầu tiên được đăng, chúng tôi đã phân tích về monorail, còn hôm nay, chúng tôi sẽ nói về xe điện mặt đất (tram) — một trong những loại hình vận tải công cộng lâu đời nhất.
Thực tế cho thấy, khá khó để tìm được một loại hình vận tải thay thế cho nó. Hãy xem xét: sức chở hành khách tốt, các chi phí khai thác khá thấp, thân thiện môi trường và có tuyến di chuyển riêng. Có vẻ như đó là giải pháp hoàn hảo cho tổ chức giao thông đô thị. Nhưng không phải mọi điều đơn giản như thế. Ngoài những ưu điểm rõ ràng, cũng có những nhược điểm khi sử dụng xe điện mặt đất. Hãy cùng phân tích.
Một trong những phương tiện đầu tiên
Lịch sử của xe điện mặt đất hiện đại bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ XIX. Lúc ấy, tiền thân của các xe điện mặt đất tại các đô thị đã bắt đầu xuất hiện — xe kéo. Xe kéo này là một loại đường sắt đô thị, khoang tàu được kéo đi bởi động vật, thường là ngựa. Có cả la hoặc thậm chí là ngựa vằn. Những nơi tiên phong trong việc sử dụng các xe kéo này là những thành phố Mỹ, như Baltimore (1828), New York (1832) và New Orleans.
Tuy nhiên, đường sắt ngựa kéo trở nên thật sự phổ biến là nhờ nhà phát minh người Pháp, ông Alphonse Loubat, người đã đề xuất ý tưởng tạo ra đường sắt có ray có rãnh cho bánh xe với viền. Kết cấu ray như vậy có thể được đặt chung với tuyến đường phẳng, như vậy giúp loại bỏ nhược điểm chính của xe kéo — các đường ray lồi ra 15 cm, gây bất tiện cho các phương tiện tham gia giao thông khác. Thực tế, kết cấu ray của Loubat được dùng tới tận ngày nay.
Khác với xe bus ngựa kéo — xe ngựa kéo nhiều chỗ di chuyển trên tuyến đường thông thường — sức cản lăn thấp hơn nhờ bánh thép đi trên ray, cho phép ngựa kéo được toa khách nặng hơn. Tuy nhiên, cũng như các phương tiện trước đây, xe ngựa kéo chưa giải quyết được một nhược điểm nữa — những con ngựa. Các khả năng thể chất của động vật ảnh hưởng tới thời gian hoạt động của tuyến vận tải hành khách — 5–6 giờ), thêm nữa, một «động cơ» như thế đòi hỏi phải cho ăn và chăm sóc thường xuyên.
Nếu tính tới việc 1 toa trung bình cần gần 1 chục con ngựa, thì chi phí duy trì chúng là khá lớn. Vì thế, việc lắp động cơ lên toa xe chỉ còn là vấn đề thời gian.
Vào năm 1914, tại New York, xe ngựa kéo đã bị ngừng hoạt động, thay thế nó là xe điện mặt đất quen thuộc với chúng ta. Xu hướng này cũng được thấy ở các đô thị khác trên toàn thế giới. Hiện nay, chỉ duy nhất xe ngựa kéo như thế còn hoạt động tại Douglas, đảo Man thuộc Anh.
Mỗi nơi có cách riêng của mình
Một trong số những ưu điểm chủ chốt của xe điện mặt đất là được dành riêng tuyến đường di chuyển. Điều đó cho phép nó di chuyển trong luồng ô tô đô thị với vận tốc trung bình cao hơn so với xe bus hay xe điện bánh hơi (Trolleybus), trong khi vận chuyển được số lượng hành khách cao hơn nhiều.
Tuy nhiên, toàn bộ tiềm năng của một tuyến đường riêng như thế chỉ có thể thực hiện được trong trường hợp tuyến đường ấy hoàn toàn được cách biệt khỏi những điều khác — phương tiện giao thông khác và người đi đường. Trên thực tế, khá khó khăn để đạt được điều đó, đặc biệt nếu các tuyến xe điện mặt đất chạy qua khu dân cư. Vì thế, xe điện mặt đất có thể hữu ích khi tắc đường, nhưng một tai nạn giao thông mà nó dính phải có thể làm tê liệt hoàn toàn việc di chuyển tại một khu vực nhất định.
Tại các tổ hợp vận tải đường dây, toa xe di chuyển trên đường ray đặt trên cao — vận tải «cấp hai».
Giải pháp này cho phép loại bỏ hoàn toàn những vấn đề gặp phải khi di chuyển chung với các phương tiện giao thông khác. Mọi thứ thật đơn giản: không tai nạn giao thông, không tắc đường, còn vận tốc di chuyển không bị giới hạn bởi điều gì. Và cộng thêm cả quang cảnh tuyệt vời khi nhìn ra xung quanh.
Xin nói thêm, các cư dân đô thị đang rất trung thành với xe điện mặt đất. Vì sao? Một lối hỏi mỹ từ. Nhiều khả năng là vì được đi trên con tàu mini trong phạm vi thành phố, mà không phải đi dưới lòng đất. Nhưng trong đó là hoàn toàn cả một vấn đề thẩm mỹ, vận tải đường dây đang ở thế thắng cuộc, khi cho phép người dân đô thị cơ hội độc đáo để trải nghiệm xe điện di chuyển trên các đường ray trên không.
Ai cầm vô lăng?
Xe điện mặt đất được điều khiển bởi một người chuyên biệt — người lái tàu. Với tất cả những vấn đề tiềm tàng xuất phát từ người này, bao gồm cả vấn đề an toàn. Do yếu tố con người, bất kỳ hệ thống nào cũng sẽ dễ bị tổn thương, vì không ai tránh được lỗi. Bất ngờ có người đi bộ chạy ngang qua tuyến ray điện mặt đất? Một người lái xe lơ đễnh không nhường đường và xe điện mặt đất không kịp phanh lại? Kết quả là tuyến đường bị tê liệt, thiệt hại tài chính cho bên vận tải và những bên bị ảnh hưởng. Và vẫn còn may nếu chỉ là của đi thay người.
Các nỗ lực tự động hóa xe điện như thế đang được thực hiện: vào tháng 9/2018, trong khuôn khổ triển lãm quốc tế Innotrans tại Berlin, công ty Siemens đã trình diễn xe điện mặt đất Combino, nó đã vận tải hành khách trên tuyến đường 6 km tại thành phố Potsdam. Xe điện này đã được lắp đặt trang bị sử dụng trong các xe ô tô tự lái — các camera, lidar và radar, chúng hoạt động cùng với phần mềm đảm bảo. Việc ứng dụng thành công các xe điện mặt đất tự hành có thể nâng cao đáng kể mức độ an toàn của loại hình vận tải này. Tuy nhiên, chừng nào nó còn di chuyển trên cùng cấp với các phương tiện giao thông khác, hiểm họa sẽ vẫn còn khá đáng kể.
Trong các tổ hợp vận tải-hạ tầng SkyWay, phương tiện di chuyển hiện nay đã được tự động hóa hoàn toàn. Nhờ đặt đường ray trên «cấp hai», phần lớn các trở ngại có thể xảy ra với phương tiện vận tải sẽ được loại trừ hoàn toàn. Do đó, số lượng các biến số cần xử lý bởi hệ thống điều khiển được giảm xuống. Điều đó tức là một hệ thống như vậy có thể hoạt động đáng tin cậy và hiệu quả hơn các hệ thống tương tự hiện có.
Các chiếc xe «thông minh» SkyWay không chỉ phân biệt được các chướng ngại vật trên tuyến đường của mình, đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các modul vận tải riêng biệt, mà còn tiến hành kết nối tự động với modul gặp trục trặc và lai dắt nó về ga sửa chữa.
Ngay từ bây giờ, hệ thống điều khiển phương tiện vận tải SkyWay có thể nhận diện các khuôn mặt, cho phép nó theo dõi các trường hợp sức khỏe hành khách bị xấu đi, cũng như kịp thời phát hiện và cảnh báo những hành vi trái phép, ví dụ, các hành vi bạo lực. Ngoài ra, nó liên tục tự học, tức là mức độ an toàn trong các hệ thống vận tải đường dây sẽ luôn tăng lên.
Tốc độ và khả năng vận chuyển
Trong số tất cả những loại hình vận tải công cộng đô thị, xe điện mặt đất dẫn đầu về khả năng vận chuyển (đối với các loại xe tốc độ cao — 22 000 hành khách/h) và sức chứa của toa xe chỉ thua metro. Số toa xe trên tuyến xe điện mặt đất có thể dễ dàng nâng lên nhờ khớp nối mà không cần thêm người lái.
Tốc độ di chuyển của các xe điện mặt đất hiện nay có thể đạt 120 km/h, tuy nhiên trong thực tế, tốc độ vận hành chỉ đạt khoảng 20-40 km/h do tuyến đường đặt trên «cấp 1» và liên tục bị cản trở di chuyển. Tức là lại do xe điện mặt đất di chuyển trên các tuyến đường chung với loại hình vận tải khác. Xin nói thêm, tại các nước SNG, các hệ thống xe điện mặt đất với tốc độ vận hành trung bình cao hơn 24 km/h được coi là cao tốc.
Ở các tổ hợp vận tải đô thị SkyWay, khả năng vận chuyển có thể đạt 50 000 hành khách/h trở lên, còn tốc độ di chuyển trung bình của toa xe có thể đạt 150 km/h trở lên. Rõ ràng, điều đó đạt được khi di chuyển trên đoạn đường thẳng và với các phương án vận tải đô thị hạng nặng, có các đoàn tàu sức chứa 200 – 300 hành khách hoạt động. Cũng rõ ràng rằng, nếu tuyến đường cong, ví dụ, với bán kính 200 m, thì vận tốc di chuyện không thể vượt quá 36 km/h do gia tốc ly tâm về vật lý không được quá 0,5 m/s2. Nhưng đó không phải nhược điểm của SkyWay – đó là các định luật vật lý mà mọi hệ thống vận tải phải tuân theo, trong đó có cả vận tải đường dây.
Cũng như không thể tăng tốc tới 150 km/h nếu khoảng cách giữa các ga liền kề chỉ 500m. Tối đa – 70 km/h ở giữa quãng đường, lại vì các định luật vật lý, vì gia tốc tăng tốc và phanh hãm phải nhỏ hơn 1 m/s2 để mọi người cảm thấy thoải mái. Nếu không, việc di chuyển tại đô thị sẽ diễn ra vô cùng khó chịu (phóng nhanh phanh gấp, giật đùng đùng).
Vì thế, khả năng chuyên chở 50 ngàn hành khách/h và vận tốc 150 km/h – đó là khả năng của vận tải đường dây tại đô thị, còn các đặc điểm cụ thể đối với mỗi tuyến vận tải đô thị cụ thể, được xác định bởi cơ sở kinh tế-kỹ thuật hay kế hoạch kinh doanh cho dự án cụ thể.
Một vài con số
Xe điện mặt đất có hiệu quả ấn tượng, nhưng mức giá «đầu vào» của nó cho một thành phố vẫn còn khá cao. Đó là thực tế. Chi phí xây dựng 1 km đường ray xe điện mặt đất tại đô thị trung bình khoảng 10 triệu USD. Tuy nhiên, những con số ấy hoàn toàn là áng chừng, vì chưa tính tới chi phí phương tiện vận chuyển, hạ tầng, đảm bảo năng lượng và nhiều thứ khác, vì các yếu tố này thay đổi tùy vào khu vực xây dựng cụ thể. Ví dụ, dự toán xây dựng dự án tuyến xe điện mặt đất tại ngoại ô Moscow (chứ không phải nội thị) từ Podolsk đến Ramensky (qua các sân bay Domodedovo và Zhukovsky) là 92-98 tỷ rub Nga, cho tuyến đường dài 74 km với 16 trạm dừng. Đó đã là hơn 20 triệu USD cho mỗi km đường, bao gồm hạ tầng. Trong đó, thông thường, chưa tính tới phần đắt đỏ nhất của bất kỳ dự án xe điện mặt đất nào – chi phí giải phóng mặt bằng.
Nhưng chi phí xây dựng đắt đỏ của các tuyến đường xe điện mặt đất được bù lại bởi những ưu thế của loại hình vận tải này — độ bền cao, thân thiện môi trường, chi phí chuyến đi rẻ.
Khác với vận tải ô tô, xe điện mặt đất không làm ô nhiễm môi trường đô thị bởi quá trình đốt cháy các hydrocarbon và mài mòn lốp, mặt đường, và tuyến đường này còn có thể kết hợp với thảm xanh, giúp cải thiện tiểu khí hậu đô thị.
Thời hạn khai thác của xe bus hay xe điện bánh hơi (trolleybus) — 10—20 năm, còn đối với toa xe điện ray thì 50 năm không phải vấn đề. Ngoài ra, gần đây, xe điện ray đã được trang bị các hệ thống chuyển đổi dòng điện một chiều được cấp sang điện xoay chiều. Điều đó cho phép lắp lên xe điện ray những động cơ điện xoay chiều, chúng thực tế không cần bảo dưỡng kỹ thuật, vì không có những bộ phận bị hao mòn nhanh và các chi tiết cọ xát.
Xe điện ray cũng có đáng khen về chi phí chuyến đi khá rẻ — thấp hơn 40% so với xe bus và trolleybus.
Không thể không nhắc tới điểm hạn chế rõ ràng của xe điện ray — ồn và rung. Khối lượng kỹ thuật tối đa của toa xe (tính cả hành khách) có thể đạt tới 50 tấn, cùng với các cặp bánh kim loại hạng nặng, đường ray không phẳng và những mối nối giữa chúng, đủ khiến gây rung bát đĩa trong tủ bếp của các cư dân đô thị. Ngoài ra, mặt tiền và móng của các tòa nhà cũng bị ảnh hưởng. Tất nhiên, điều đó có thể được hạn chế một phần nhờ lớp cách ly rung động, các bánh cao su và hàn tecmit ray nối liền, nhưng để hoàn toàn triệt tiêu tiếng ầm ầm «đặc trưng» của xe điện ray thì không thể được.
Các hệ thống vận tải SkyWay nổi bật nhờ sử dụng ít vật liệu — nhờ thế, các ray đường dây có thể chịu được tải trọng lớn trong khi vẫn nhẹ và bền. Tiêu tốn ít vật liệu — chi phí xây dựng thấp.
Toa xe SkyWay hoàn toàn được điện khí hóa, tức là tác động của nó tới môi trường gần như bằng 0. Độ bền của đường ray được tính cho việc khai thác trong 100 năm, còn đối với toa xe — 25 năm.
Dẫn động trong toa xe SkyWay được sử dụng các động cơ-bánh xe thép có kết cấu đặc biệt. Chúng có đặc trưng lực cản lăn thấp, nhờ vết tiếp xúc hẹp (theo hướng lăn). Động cơ-bánh xe tiếp đôi với các thông số khí động học nổi trội, đảm bảo tiêu thụ ít năng lượng.
Cầu vượt liên tục, các ray đường dây được đổ bê tông đặc biệt và sử dụng các vật liệu composit trong kết cấu động cơ-bánh xe, giải quyết thành công vấn đề gây ồn trong các tổ hợp vận tải đường dây. Trong tương lai, toa xe SkyWay sẽ trở nên hầu như không tiếng động, vì những hoạt động phát triển theo hướng này đang liên tục được thực hiện.
Tiêu thụ ít năng lượng + các chi phí xây dựng thấp, giúp đảm bảo chi phí chuyến đi cho hành khách thấp khi sử dụng các tổ hợp vận tải SkyWay. Theo tính toán, giá vé chuyến đi trên các tuyến đô thị của SkyWay sẽ thấp hơn những đối thủ cạnh tranh tiềm năng.
Kết luận
Các ưu thế của xe điện ray mặt đất về cơ bản là tương đương, nhưng hạn chế chủ chốt của nó — cần dành riêng không gian đường phố bên cạnh các phương tiện giao thông khác. Tất nhiên, các khu vực trọng điểm thì có thể đưa sang cấp giao thông khác — dùng cầu vượt hoặt đường ngầm dưới đất. Nhưng điều ấy là không thể tránh được, hơn thế, chi phí xây dựng sẽ tăng lên nhiều lần, đặt ra câu hỏi về tính hiệu quả khi xây dựng chúng.
Các tổ hợp vận tải đường dây loại bỏ những hạn chế ấy, ngay từ mức độ kết cấu. Vận tốc di chuyển cao, hiệu quả, an toàn cao, tiện nghi cho hành khách, chi phí xây dựng rẻ, tính kinh tế… Về các ưu thế của SkyWay có thể nói nhiều, nhưng thậm chí chỉ cần những điều trên cũng đủ để đưa ra kết luận đơn giản: loại hình vận tải xứng đáng để thay thế các loại vận tải hiện có, đã được tạo ra.
