城市现代有轨电车地区适应性研究毕业设计论文.docx

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城市现代有轨电车地区适应性研究毕业设计论文

南京交通职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

城市现代有轨电车地区适应性研究

院系：

路桥与港航工程学院

专业名称：

城市轨道交通工程技术

班级：

112082学号：

25

姓名：

周强

指导老师：

彭涌涛

完成时间：

2014年3月25日

摘要

随着我国城市化水平的不断提高,城市交通面临的压力越来越大,由此将中运量的轨道交通现代有轨电车重新运用于城市交通中。

城市现代有轨电车作为介于地铁与常规公交方式之间的公交系统,在我国将有广阔的发展前景。

本文对城市现代有轨电车有一个系统的全面的认识,主要从特点、与其他公交对比、案例分析三个方面论述了现代有轨电车的适应条件和在江苏典型城市的适应性,为城市建设现代有轨电车提供参考和依据。

城市现代有轨电车地区适应性研究

第一章有轨电车概述

第一节有轨电车发展的历程

1.1快速发展阶段

1.2衰落阶段

1.3再发展阶段

第二节城市现代有轨电车概述

2.1城市现代有轨电车发展现状与趋势

2.2城市现代有轨电车改进的方面

2.2.1城市现代有轨电车与现有交通工具的配合协调

2.2.2运输能力的提升

2.2.3轨道结构的改良

2.2.4车辆设备

2.2.5机电及运营设备

第三节城市现代有轨电车的特点

3.1经济性特点

3.2节约能源特点

3.3环境保护特点

3.4运营的安全性特点

3.5便捷性特点

第四节城市现代有轨电车与其它公共交通对比分析

4.1能耗方面

4.2排放方面

4.3运营能力方面

4.4造价方面

4.5建设周期方面

4.6运营成本方面

第二章国内外城市现代有轨电车适应性案例分析

第一节国外城市现代有轨电车案例分析

第二节国内城市现代有轨电车案例分析

第三节城市现代有轨电车地区适应条件总结

第三章江苏省典型地区城市现代有轨电车适应性研究

第一节苏南地区城市现代有轨电车的适应性研究

第二节苏中地区城市现代有轨电车的适应性研究

第三节苏北地区城市现代有轨电车的适应性研究

第四章对城市现代有轨电车适应性的总结与展望

第一章有轨电车概述

第一节有轨电车发展的历程

1.1快速发展阶段

有轨电车是由电力驱动，在轨道上行驶的轻型小编组轨道交通车辆，最多不超过3节。

1879年德国工程师西门子首次在柏林工业博览会上尝试使用电力带动轨道车辆。

此后，1880-1890年之间，德国柏林、意大利罗马、美国里士满都相继进行了有轨电车的商业化探索，建立了有轨电车系统。

有轨电车快速发展阶段发生在1890-1930年期间，代表工业文明的有轨电车一出现，就摧枯拉朽地打败了马车、人力车等交通方式，成为了当时城市的主要交通出行方式。

20世纪初包括欧洲、北美、日本、印度在内，几乎世界上每一个大城市里都拥有有轨电车系统。

到1920年，英国拥有5000公里线路，1.4万辆有轨电车；美国拥有2.5万公里线路，而我国的天津、上海、北京、大连等诸多城市也相继引入了有轨电车。

图120世纪初伦敦街头的有轨电车

图220世纪初有轨电车在世界各地的发展状况（公里）

1.2衰落阶段

衰落阶段发生在1930年至1960年期间，受到汽车产业高速发展及技术变革的冲击。

全世界范围内的有轨电车线路大量被拆除，在北美、法国、英国、西班牙、我国等地几乎完全消失。

有轨电车作为“落后”的交通工具退出了历史舞台。

有轨电车惨遭淘汰主要因为：

1.汽车冲击

随着汽车工业的发展，私人汽车、公共汽车等路面交通工具数量急剧增长，有轨电车作为城市公共交通方式的重要性下降；另一方面随着大量汽车涌上街头，城市道路面积严重不足，有轨电车由于占用道路面积较广，反而成为了城市交通发展的障碍。

2.技术落后

旧式有轨电车行驶在道路中间，与其他车辆混合运行，又受路口红绿灯的控制，运行速度很慢，正点率低，而且噪声大，加减速性能较差。

1.3再发展阶段

城市现代有轨电车在全球迎来复兴发生在上世纪70年代，以汽车为主导的交通模式所带来的问题日显严重,能源危机、环境污染、土地紧缺、交通拥堵等问题,迫使欧洲发达国家重新将大容量的轨道交通作为发展城市公共交通的重点。

根据欧洲交通行业协会的统计，2005年有125个城市开通运营现代有轨电车，到2010年已有137个城市开通有轨电车，车辆需要以每年5%的速度增长。

第二节城市现代有轨电车概述

2.1城市现代有轨电车发展现状与趋势

2.1.1城市现代有轨电车发展现状

1.城市有轨电车国外发展现状  

20 世纪70 年代以来,随着汽车行业的迅速发展，带来了越来越严重的交通拥堵、环境污染、能源危机等问题，迫使欧美发达国家重新选择有轨电车作为发展城市公共交通的重点。

由于中小城市无法负担地铁的巨额投资,于是现代有轨电车在欧洲中小城市应运而生。

现代有轨电车应用以来,以其便捷性、舒适性及美观性受到市民和政府的肯定。

在1978 —2005 年间,欧洲有数十座城市发展了现代有轨电车。

目前规划和在建的现代有轨电车项目更是不胜枚举。

2.城市现代有轨电车国内发展现状 

国内有轨电车发展长期滞后。

日前国内拥有运行中的有轨电车线路的城市有长春、大连、沈阳、天津、上海、武汉等城市，与国外的迅猛发展速度形成鲜明对比。

一方面是因为我国城镇化水平、城市经济、城市公共交通需求并没有达到一定的水平；另一方面也是因为国产化率不高，进口成本高昂，且地方政府与整车厂商对现代有轨电车的认识不足。

随着我国城市化水平的逐步提高，城市人口与汽车保有量不断提高，对于交通需求也大大增加，现代有轨电车的建设也逐渐提上了日程。

2012年以来正在建设和规划中的有轨电车线路规模非常庞大，据统计，目前武汉、苏州、沈阳、深圳、珠海、广州、佛山等19座城市正在建设或规划了近40条有轨电车线路，总里程达1375公里以上。

从现有规划来看，2013-2014年将迎来一波通车小高峰。

图3：

国内现代有轨电车2013年-2014年通车里程及总规划里程

2.1.2城市现代有轨电车发展趋势。

城市交通堵塞和环境污染日益严重,考虑到城市交通投资的约束,现代有轨电车能与其它轨道交通相互协调,共同承担城市的交通需求,

以提高公共交通的服务竞争力,提高城市生活质量。

在优先发展公共交通的背景下,现代有轨电车的灵活多变特点能很好地适应连接新旧城之间以及新区内部的优质、高效的公共交通系统服务需求。

在道路资源充分、施工条件良好的新城区应尽量实现现代有轨电车路权专用,以提高运行速度和断面运能,实现快速、大容量的运输目标。

城市现代有轨电车蓬勃发展,不仅在数量上有很大的增加，而且在技术方面有很大改进。

发展趋势往多样的形式和先进的技术转变。

例如Metrotram（专用路权的有轨电车）、Tramtrain（与铁路共享路权的有轨电车）、Cargotram（货运有轨电车）等运营理念应该予以实践;第三轨供电的实践;单轨导向橡胶轮胎走行的导轨电车的诞生;低地板车辆生产技术、信号与控制技术的进步,等等。

这些都代表了现代有轨电车系统的发展方向。

2.2现代有轨电车改进的方面

经过全面技术改造后，现代有轨电车性能有了较大的提高。

经过了全面的技术改造，不仅在车体外观设计上更加美观，车辆性能也较传统有轨电车有了进一步的改善。

与传统有轨电车相比，现代有轨电车具有运量大、换乘方便、运行速度快、低噪音等优点。

而且在技术装备上加入了诸多高科技的元素，其技术性能和舒适度是以前老式有轨电车不能相比的。

随着高科技元素已经融入当代有轨电车，国际上的有轨电车的复兴，使我国对有轨电车有了重新认识。

优势

性能

传统有轨电车

现代有轨电车

运能较大

容量（人）

100以下

150-300

单向运能（人次/时）

2000以下

8000-15000

速度较快

最高速度（Km/h）

30

70-80

运营速度（Km/h）

10

20-30

弹性灵活

车辆定制服务与模块化设计

无

能够提供不同长度宽度的车辆定制服务;维修养护容易;可任意增加列数和宽度’运能具有较大弹性空间

供电模式

架空线

架空线第三轨蓄电池

舒适新颖

行驶噪音

较高

大量采用隔音材料、消音器等，现代有轨电车行驶时噪音比道路上汽车交通要低5-10db

舒适程度

较差

大窗台、对开门、低地板设计，旅客进出车辆方便；装有空调，内部环境较好

表1现代有轨电车与传统有轨电车的比较

2.2.1现代有轨电车与现有交通工具的配合协调

在新城外围，有轨电车系统接驳进入城区的轨道交通线或快速公交线。

新城内部的公共交通方式采取有轨电车、快速公交、常规公交相结合的发展模式，形成以轨道交通站点或大容量快速公交站点为中心，以有轨电车线路为骨干，再配以中小运能的常规公交线路，构成符合需求的、高质量的公共交通系统。

有轨电车线路以轨道交通站

点为中心布设,成网络状向外展开,遍及各社区中心。

在有轨电车线路所覆盖的社区内部,禁止或限制小汽车通行,社区居民可以通过步行和自行车等方便地到达有轨电车站点,再通过有轨电车到达轨道交通站实现换乘。

在交叉口，城市现代有轨电车可享有信号灯优先通行，也可以与其它交通模式使用同样的信号控制。

交叉口的公共交通车辆的信号优先控制分为三种：

被动优先通行、主动优先通行、绝对信号优先通行。

具体如下

（1）被动优先通行是指给包含公交车辆的车流方向分配更长的绿灯时长或设置公交转弯专用相位，但此种优先通行不适合两条公交线路相交的交叉口。

（2）主动优先通行包含4种具体措施：

绿灯早起、绿灯延长、相位顺序改变和特殊相位激活。

绿灯早起是指当公交车辆到达信号灯交叉口时，其方向为红灯信号，这时绿灯信号因为其到来而提早开启，即红灯信号提早结束；绿灯延长是指当公交车辆到达信号灯交叉口时，尽管其方向仍为绿灯信号，但已快结束，则此时绿灯信号会适当增长，以保证其通过交叉口；相位顺序改变是指当公交车辆到达信号灯交叉口时，其方向不是绿灯信号，且下一个相位仍不是绿灯信号，这时信号机因为其到来而开启绿灯相位；特殊相位激活是指公共交通车辆在达到信号灯交叉口时主动呼叫激活预先设置好的信号灯方案中供其使用的特殊相位或转弯相位。

（3）绝对信号优先是指无论公交车辆何时到达信号灯交叉口，其他方向的机动车交通全部停止，不论该交叉口常态下使用何种信号灯方案。

这样就解决了有轨电车与其它交通工具混合运行上的矛盾。

2.2.2运输能力的提升

（1）客运量的增大

传统有轨电车车厢长度一般不足20m，按定额标准4人/㎡计算，列车载客量一般不到100人。

现代有轨电车的主流产品，车厢长度一般为20~40m，列车载客量达150~300人，单向设计客运能力为0.5~0.8万人次/h；如果将两列列车串连起来，单向客运能力可达1~1.2万人次/h。

而且可以根据运能，调整改变车辆编组，增加或减小每列车的编组，满足不同的运输需求，见表2。

表2阿尔斯通（Alstom）公司Citadis系列部分现代有轨电车客运能力

型号

车辆长度/m

车辆宽度/m

定员/人

（座席/人）

不同运行间隔单向客运能力/（人次/h）

6min

5min

4min

3min

1

22

2.65

145（40）

1450

1740

2175

2900

2

32

2.65

230（64）

2300

2760

3450

4600

3

44

2.65

300（78）

3000

3600

4500

6000

（2）速度的提高

速度高可以提升有轨电车的运输效率。

传统有轨电车最高设计速度一般为30km/h左右，实际运行速度为10km/h左右。

而现代有轨电车的设计速度可达70~80km/h，在城市中心地区的运行速度一般为20km/h左右，在郊区的运行速度可达30km/h。

如果在城际铁路上运行，运行速度则可达到70km/h。

2.2.3轨道结构的改良

现代有轨电车改造工程采用地面线路,轨道型式采用暗轨式,钢轨顶面与地面道路平齐,与其他交通车辆混行。

钢轨大部分改用槽型钢轨（又称Bl型）,钢轨断面见图4采用温度

图4槽型钢轨断面

应力式无缝线路,用接触焊把标准长25m的钢轨焊接成长钢轨,无缝线路单元轨节长度1.5km,无缝线路缓冲区由2一4根标准长度槽型钢轨组成。

曲线上钢轨预弯成相应的曲率。

在槽型钢轨与既有标准50kg/m钢轨之间采用特制异型轨联结。

其优点是钢轨埋入路面形成整体,凹槽形成引导车轮运行轮缘槽,轨顶与路面平齐,使混行路段轨道与行车路面有较好的衔接,改善了各种机动车辆的行车条件。

道床采用多种形式的钢筋混凝土道床。

例如弹性支承块式整体道床、浮置板道床、长枕埋入式道床等。

其优点各不相同，例如整体道床是一种新型轨下基础,它的整体性强、稳定性好,解决了轨道的薄弱环节即石碴层、维修工作量少,构造简单、坚固耐久、整洁美观、造价经济合理。

扣件方面做了很大的改善，为了使整体道床轨道具有与碎石道床轨道相近的弹性,采用了弹性扣件,同时还要求扣件具有一定的调高和调轨距能力。

现代有轨电车由于采用了多种新型轨道的连接技术、新型弹性扣件、无缝线路、橡胶车轮、新型转向架、列车牵引驱动技术等将使车轮与钢轨摩擦噪声降至最少并得到了有效的屏蔽，有效并降低了牵引电机所产生的噪声。

2.2.4车辆设备

现代化的有轨电车车辆早已今非昔比，无论从牵引系统、制动系统和轮轨相互作用等方面都发生了根本性的变化。

有轨电车目前已普遍采用了交流传动技术，极大的改善了列车运行平稳性，甚至部分有轨电车采用了独立驱动的线性轮箍电机，不仅减轻了牵引系统的重量、提高了效率，而且进一步改善了轮轨相互作用，优化了列车的曲线通过性能，并满足20m以下的小半径曲线通行，轮轨磨耗和轮轨噪声大大降低。

采用了微机控制的电控制动系统，可以完全满足复杂路面的行驶要求。

现代有轨电车大多采用了低地板结构，通常有70%低地板和100%低地板结构，目前最低地板可达到180mm以下，而且可以根据不同气候、不同路面调整高度，以满足各种工况的行驶要求，可以最大限度的降低车辆地板面的高度，有轨电车通常不必考虑车站站台的设置，可以满足残疾车辆上下车要求。

新型有轨电车平均时速可达20公里，比城市中公交车平均时速快30％。

现代有轨电车与旧式有轨电车的不同之点主要是它不但具有鲜明的现代化外貌色彩，而且车辆轻、速度快，轴重仅9t左右。

此外，由于现代有轨电车主流产品都采取了模块化设计，不仅车辆维修养护容易，而且能够较快增加列车车厢、延长列车长度，客运能力具有较大弹性空间，考虑到运能的运用效率及国外实际运营客流情况，现代有轨电车单向可满足0.3-1.2万人次/h的客流需求。

2.2.5有轨电车机电及运营设备

现代有轨电车发展了第三轨、电磁感应、超级电容、蓄电池、混合型蓄能装置供电、快速充电蓄能装置供电等多种供电方式，能够更好实现与周边环境的协调。

现代有轨电车的运营控制系统基于系统工程理论，将信息、通信、控制、卫星定位、计算机网络等技术科学集成，应用于整个有轨电车交通的控制管理系统，如图5。

图5为运营管理系统结构图

配有光纤通信网络子系统、视频监控子系统、无线数字通信子系统、车载终端子系统（包括车载智能终端系统和车载多媒体终端）、站台乘客信息服务系统、道岔控制系统、软件系统。

第三节现代有轨电车的特点

3.1经济性特点

经济适用，车辆便于维修保养。

现代有轨电车的建设费用相对较低约为地铁建设项目的1/10，是轻轨交通的1/3，其造价约为0.2-0.6亿元/km，且项目的建设工期比地铁短，大大降低了投资成本。

现代有轨电车系统主要以地面线路为主，地下或高架线路所占比例较小。

有轨电车交通等级分类中，1、2级系统基本是地面线路，3级系统的地面线路占80%及以上，最高等级的4级系统，其地面线路也占50%及以上的比例。

由于有轨电车系统比较简单，没有大量机电设备，线路、轨道、信号、车站及其设备的要求远远低于地铁系统，故建设拆迁小，对城市其他建筑物的影响比较小。

因此现代有轨电车系统的基本建设投资较少，建设周期比较短，每公里综合造价也比较低。

据研究表明，现代有轨电车高架线路每公里建设费用是地下线路的三分之一，而地面线路每公里建设费用仅为高架线路的十分之一。

现代有轨电车以地面线路为主，是城市轨道交通中建设费用最低的交通类型。

从长远的角度考虑，现代有轨电车除了要买得起，更要用得起。

现代有轨电车的主流产品都采用了模块化的设计，不仅使得用户在车列长度和载客量等方面有了更多的选择余地，同时也降低了车辆在维修养护上的难度。

从而降低了维修的费用。

3.2节约能源特点

现代有轨电车采用了多种供电模式，不仅降低了传统公共交通运输工具给环境带来的巨大污染，同时也降低了交通运输工具所需的能源消耗。

3.3环境保护特点

现代有轨电车采用电气牵引,不产生燃烧废气,是一种节约能源的清洁交通工具。

此外,采用了弹性车轮及静音动力控制系统等先进技术,降低了噪声和振动,对乘客和周围环境更加友好。

表3几种交通工具废气排放量比较表g/km

CO

NOx

CO2

现代有轨电车

0.02

0.43

17

公共汽车

1.89

0.95

50

家用汽车

9.34

1.28

152

3.4运营的安全性特点

有轨电车系统的整体安全性能经过了实践验证。

设备系统及应用技术相当成熟,目前国内车辆及控制设备在正常维护作业程序下故障率很低。

轨道、供电、信号技术充分考虑到其运营环境的特点,具有较强的适应性。

由于电车沿轨道运营,因此很少发生运营系统的意外;大部分线路位于地面行驶,出现异常情况,疏散乘客和救援活动比较容易。

当然需要关注运营系统与环境的安全问题,如道口优先信号的设置及通过道口时防范措施、尽可能设置隔离线路、混行路面需要规范机动车与有轨电车的优先路权制度等

3.5便捷性特点

城市现代有轨电车包括的三种应用模式，一是作为城市骨干交通模式，承担大量的公共交通客流；二是在城市经济活动密集的中心区域提供便利的交通服务；三是作为快速轨道交通在城市特殊地区的延伸或加密，包括

（1）作为快速轨道交通在城市中心人流活动密集区域的加密。

（2）在城市外围串接、加密和接驳不同大容量快速轨道交通线路。

（3）作为城市主干大容量快速轨道交通在卫星城和新城内的延伸线。

可以总结出城市现代有轨电车连接了新老城区以及市中心和外围，给人民提供了方便快捷的出行条件。

同时实现与常规公交及地铁之间的衔接，为市民的换乘提供了方便。

除此之外城市现代有轨电车一般使用低地板车辆,地板高出轨道面约30cm。

由于没有阶梯,婴儿车、残疾车可以自由乘降,是一种便捷、人性化的交通工具。

第四节现代有轨电车与其它公共交通对比分析

4.1能耗方面

在能源成为制约发展的一大主要因素的今天，城市交通消耗的能源却呈不断上升的趋势，因此必须大力发展公共交通以降低人均出行的消耗，并在此基础上进一步发展能耗低的公交方式,以促进交通的可持续发展。

所有交通方式中轨道交通是最节能的一种方式,以每公里人均能耗为例:

公共汽车是小汽车的11.9%;无轨电车是小汽车的10%;轨道交通是小汽车的6.2%,详见表4。

表4各种交通方式能源消耗与环境污染的比较

项目

城郊铁路

航空

城市道路

轨道交通

能源消耗比

1.0

5.3

4.6

0.8

人均CO2排放

1.0

6.3

4.6

1.0

人均噪声污染

1.0

1.5

0.7

0.4

由于现代有轨电车采用钢轮钢轨制式,其滚动摩擦系数约为0.001,而橡胶轮胎在理清路面的滚动摩擦系数为该值的10倍以上[,因此现代有轨电车与快速公交车辆相比,克服摩擦力作的无用功少了很多,在能耗方面体现了巨大的优势。

4.2排放方面

现代有轨电车采用的是电力驱动系统,节约了大部分机动车使用的能源。

除了节能外,另一个关乎交通可持续发展战略的原则就是减排。

所谓减排就是要求交通工具排放出的温室气体、污染气体和废弃物降低，减少由交通引发的大气污染。

采用电力驱动的公共交通方式包括城市轨道交通和无轨电车等，在其运行过程中各种大气污染的排放量几乎为零，而即使是采用了天然气、乙醇等清洁燃料的新型公交车，还是会排放二氧化碳等温室气体，因此城市现代有轨电车相对于快速公交系统在环保方面具有明显的优势。

虽然现代有轨电车在运行过程中几乎没有大气污染排放，但继续深入追究下去，在其车辆、线路的建造过程以及作为驱动能源的电力的产生阶段，都会产生一定的污染即间接排放。

在比较环保性的时候必须要考虑到这方面的因素。

图6至图8显示了不同交通方式运送每名乘客每公里直接和间接排放的NHMC（非甲烷碳氢化合物），NOx和CO2值。

图6　　各交通方式NHMC排放量比较

　图7　　　各交通方式NOx排放量比较

图8　　　各交通方式CO2排放量比较

从上图可以看出,排放量方面二者各有优势,而总的温室气体和大气污染物排放量现代有轨电车都远远少于公交车,因此现代有轨电车系统相对于BRT系统在环保性方面具有明显的优势。

对于电力驱动的现代有轨电车的污染物间接排放量,与各国发电的能源结构有关。

上图中的数值来源于瑞士,该国的火力发电比例不高,因此间接污染排放值较低,由于我国火力发电比例构成很高,因此现代有轨电车的间接污染排放会有一定的增加,相反对于法国等核能发电利用广泛的国家,这一数值还会大大降低。

但是无论怎样,采用电力驱动的公共交通方式的温室气体和大气污染物排放量都比其他公交方式少,因此现代有轨电车在环保性方面有着BRT系统所不可比拟的优势。

4.3运营能力方面

城市现代有轨电车的运输能力介于地铁和公交车之间，运营速度一般为18一25km/h,最大车速为50~80km/h，运营量能达到1.0～1.2万人/h,属于中运量的城市公交系统，地铁是大容量的客运工具,高峰单向容量为3~7万人次/h,最大运行速度达120km/h,平均运营速度为30一45km/h,这与站距有关。

城市现代有轨电车比地铁的运营能力差很多，它们属于轨道交通里不同层次的交通工具。

但是比公交车的运能高出一倍以上。

有轨电车的一般为两节或三节车厢编组，但它可以根据运能，调整改变车辆编组，增加或减小每列车的编组，满足不同的运输需求。

4.4造价方面

从表5数据对比可以看出现代有轨电车造价明显低于地铁和轻轨。

表中现代有轨电车的平均造价一般为2千万/公里左右,而我国城市轨道交通系统的平均每公里综合造价为每公里2~7亿元人民币,地面形式为0.5~1.5亿元,高架形式为2~4亿元,地下形式为5一8亿元。

表5大连市不同轨道交通项目投资

项目

201+202+203线

3号线续建工程

1号线

线路性质

有轨电车

轻轨

地铁

线路长度（km）

23.2

14.3

19.4

总造价（万元）

69123（概算）

195721（概算）

865847（估算）

单位指标（万元/公里）

2979

13698

44621

目前,中国城市地铁的平均造价为2一7亿元/km,根据初步算,BRT系统的平均造价为2000~7000万元/kln。

如果一条BRT系统的走廊不需要动迁,其平均造价在2000万元/km;如项目建设需要大量动迁工作,投资额可能会高达7000万元/km。

现代有轨电车与BRT的运行方式基本类似,功能也很相近,对二者造价的比较需在满足相同的客运需求、实现相同的功能的前提下进行。

由于线路状况不同,世界范围内,现代有轨电车以及快速公交线路的综合造价的范围均较大,抽取的样本不同,得到的经济性指标的结果也大不相同（见表6）。

表6