شاهکار مهندسی ۱۲۵ ساله آلمان؛ قطار معلق ووپرتال چطور روزانه ۸۰ هزار نفر را جابه‌جا می‌کند؟

در کشور آلمان هر یک از شهرها رویکرد خاص خودشان را برای سیستم حمل‌ونقل پیدا کرده‌اند. اما برخلاف متروهای زیرزمینی برلین، ترامواهای آرام و دقیق مونیخ یا قطارهای سبک هامبورگ، شهر ووپرتال از سال ۱۹۰۱ به یک سیستم معلق تکیه کرده، سامانه‌ای که ریل آن نه روی زمین قرار دارد و نه زیر آن، بلکه از سازه‌ای فولادی به ارتفاع ۱۰ تا ۱۲ متری آویزان است.

کد خبر: ۹۱۸۱۹۳

تاریخ: ۳۰ فروردين ۱۴۰۵ - ۱۴:۱۲

زومیت: در کشور آلمان هر یک از شهرها رویکرد خاص خودشان را برای سیستم حمل‌ونقل پیدا کرده‌اند. اما برخلاف متروهای زیرزمینی برلین، ترامواهای آرام و دقیق مونیخ یا قطارهای سبک هامبورگ، شهر ووپرتال از سال ۱۹۰۱ به یک سیستم معلق تکیه کرده، سامانه‌ای که ریل آن نه روی زمین قرار دارد و نه زیر آن، بلکه از سازه‌ای فولادی به ارتفاع ۱۰ تا ۱۲ متری آویزان است.

شاید در نگاه اول این قطار معلق را صرفاً یک ابتکار مهندسی غیرمتعارف یا حتی جاذبه توریستی بدانید، اما داده‌های عملیاتی نشان می‌دهد که شویبه‌بان همچنان یکی از اجزای اصلی شبکه حمل‌ونقل عمومی ووپرتال به‌شمار می‌رود: با میانگین روزانه حدود ۸۰ هزار مسافر، عملکرد منظم و نرخ ایمنی بالا در سطح اروپا.

با سازه‌ای فولادی که در امتداد رودخانه ووپر نصب شده و واگن‌هایی که به‌جای حرکت بر روی ریل، از آن آویزان‌اند، این سیستم علاوه بر مهندسی جذابش، از نظر کارکردی نیز سال‌ها دوام آورده؛ آن‌هم در شرایطی که بسیاری از فناوری‌های هم‌دوره‌اش کنار گذاشته شده‌اند.

بیایید به قرن نوزدهم برگردیم؛ یعنی زمانی که انقلاب صنعتی در آلمان آغاز شده بود.

منطقه‌ی ووپرتال که در آن دوران با شهرهایی چون بارمن و البرفلد شناخته می‌شد، به لطف مزایایی نظیر معادن آهن، زغال‌سنگ، چوب و نیروی آب رشدی سریع را تجربه می‌کرد، هرچند این توسعه‌ی انفجاری بی‌دردسر نبود: جمعیت شهر با نرخی صعودی روبه‌افزایش بود و خیابان‌ها ظرفیت حمل‌ونقل بیشتر را نداشتند.

از طرفی رودخانه‌ی «ووپر» که درست از میان شهر عبور می‌کرد، مانع از گسترش سیستم‌های حمل‌ونقل زمینی می‌شد. اما درست از دل این مشکلات و محدودیت‌ها، پروژه‌ای جسورانه زاده شد: ساخت یک خط ریلی که نه بر روی زمین، بلکه از آسمان عبور کند.

طراح اصلی این سیستم، مهندس و مخترع آلمانی اوژن لانگن (Eugen Langen) بود؛ مردی که پیش از آن، در توسعه موتورهای احتراق داخلی با نیکولاس اوتو همکاری کرده بود. او در سال ۱۸۹۳ طرح اولیه یک خط ریلی معلق را ارائه داد که در آن واگن‌ها نه روی ریل بلکه از یک ریل معلق آویزان شده و حرکت می‌کردند.

این ایده اگرچه پیش‌ازاین در مقیاس‌های نمایشگاهی آزمایش می‌شد، اما هرگز در ابعاد حمل‌ونقل شهری به مرحله‌ی اجرا نرسیده بود. شهرداری البرفلد، در جست‌وجوی راه‌حلی غیرمعمول اما مؤثر، ریسک طرح لانگن را پذیرفت و پروژه‌ای را کلید زد که تا آن زمان شهرهای مونیخ، برلین و برسلاو رد کرده بودند. سال ۱۸۹۸، ساخت خط معلق رسماً آغاز شد.

طراحی و ساخت شویبه‌بان ووپرتال که در اصل Einschienige Hängebahn System Eugen Langen (راه‌آهن معلق تک‌ریل سیستم اویگن لانگن) نامیده می‌شد، به عنوان نخستین راه‌آهن معلق الکتریکی جهان مزایای مهندسی قابل‌توجهی داشت:

کاهش فضای اشغالی: با استفاده از فضای هوایی بالای رودخانه ووپر، نیازی به استفاده از زمین‌های مسکونی یا تجاری نبود.

پایداری دینامیکی: مرکز ثقل واگن‌ها که در زیر نقطه تعلیق قرار دارد، پایداری طبیعی بالایی فراهم می‌کند و امکان «انحنا و مایل‌شدن» تا ۱۵ درجه در پیچ‌ها را بدون ایجاد ناراحتی برای مسافران فراهم می‌سازد.

یکی از مهم‌ترین نوآوری‌های فنی این پروژه، سیستم ساختاری آنتون ریپل بود که رئیس بخش طراحی شرکت MAN-Werk Gustavsburg آن را ابداع و ثبت اختراع کرد. این سیستم که Rieppel-Träger نیز نامیده می‌شود، شامل سه سازه مسطح باربر است که توسط میله‌های مورب به هم متصل شده‌اند:

ساختار عمودی مرکزی: تنها بارهای عمودی را تحمل می‌کند و در بالا و پایین به دو ساختار افقی متصل است.

میله‌های آویز: برای تثبیت سیستم انتقال بار از ریل به تیر اصلی، از میله‌های آویز مخصوص استفاده شد که این ویژگی، جنبه منحصربه‌فرد اختراع ریپل محسوب می‌شود.

از طرف دیگر محاسبات ساختاری این سیستم نوین شامل پارامترهای استاتیکی و فیزیکی متعددی بود:

نکته‌ی مهم اینکه در آن سال‌ها علم مهندسی فولاد هنوز در مراحل اولیه راه خود بود و انجام چنین محاسبات پیچیده‌ای بدون کمک کامپیوتر، تنها با تخصص فوق‌العاده‌ی تیم مهندسین امکان‌پذیر شد.

مدیریت پروژه تحت نظارت ویلهلم فلدمان معمار ارشد دولتی پیش رفت و تکمیل آن سه سال طول کشید. حدود ۱۹,۲۰۰ تن فولاد برای ساخت چارچوب نگهدارنده و ایستگاه‌ها؛ در قالب ۴۸۶ ستون و بخش پل‌سازی سازماندهی شد. همچنین کل مسیر دارای ۴۷۲ تکیه‌گاه آهنی بود که با طراحی ویژه، می‌توانستند بارهای مختلف را به زمین منتقل کنند.

ارتفاع متغیر: سیستم در بخش‌هایی که بر فراز رودخانه ووپر قرار دارد، در ارتفاع حدود ۱۲ متری و در بخش‌هایی که از روی خیابان‌ها می‌گذرد، در ارتفاع حدود ۸ متری احداث شد.

انعطاف‌ مسیر: سیستم به شیوه‌ای طراحی شده که می‌تواند شعاع حداقل ۱۲۰ متر در پیچ‌ها را دنبال کند.

فاصله تکیه‌گاه‌ها: ریل‌ها بر روی بریکت‌های ریلی در فواصل تقریبی ۴ متری نگهداری می‌شوند.

شویبه‌بان به‌عنوان یکی از نخستین سیستم‌های ریلی الکتریکی، از جریان مستقیم ۶۰۰ یا ۷۵۰ ولت استفاده می‌کرد. تغذیه از طریق ریل زنده‌ای که زیر ریل اصلی قرار داشت، انجام می‌شد: موتورهای الکتریکی متعدد که بر روی چرخ‌ها نصب شده بودند، نیروی محرکه لازم را تأمین می‌کردند.

سیستم به شیوه‌ای طراحی شد که ماکزیمم ایمنی ممکن را تضمین کند و امکان وقوع حوادث ناگوار را به حداقل برساند:

واگن‌ها از طریق بوژی‌های مخصوص که دارای چرخ‌های دو لبه بودند، به ریل آویزان می‌شدند. این چرخ‌ها برخلاف سیستم‌های ریلی معمولی که دارای یک لبه هستند، دارای دو لبه بودند تا اطمینان بیشتری از عدم خروج از ریل فراهم کنند. همچنین چرخ‌ها نیز به جاذب‌های صوتی مخصوصی مجهز شدند تا نویز تولیدی را کاهش دهند.

در ابتدا شویبه‌بان از سیستم سیگنالینگ بلوکی شبیه سایر سیستم‌های ریلی سبک‌وسنگین استفاده می‌کرد. سیگنال‌هایی با چراغ‌های قرمز، سبز و زرد در هر ایستگاه، وضعیت آزادی یا اشغال بودن بلوک بعدی را به راننده نشان می‌داد.

در نسل‌های بعدی، سیستم‌های روان‌کاری (Lubrication) پیشرفته‌ای مانند سیستم SKF EasyRail Airless برای کاهش اصطکاک و فرسایش لبه چرخ‌ها بدون استفاده از هوای فشرده به کار گرفته شد. این سیستم مجهز به سنسور پیچ و سیستم گرمایش بود تا در شرایط سرد نیز عملکرد مطمئنی داشته باشد.

هزینه کل ساخت ۱۶ میلیون مارک طلا بود که برای آن زمان رقم قابل‌توجهی محسوب می‌شد، اما با درنظرگرفتن پیچیدگی فنی و نوآوری‌های به‌کاررفته، هزینه‌ای منطقی ارزیابی می‌شود.

۲۴ اکتبر ۱۹۰۰، قیصر آلمان، ویلهلم دوم، در مراسمی رسمی از خط بازدید کرد و با واگن اختصاصی Kaiserwagen (که هنوز هم در مراسم‌های ویژه استفاده می‌شود) مسیر ریلی را پیمود. چند ماه بعد، در اول مارس ۱۹۰۱، این قطار عجیب و آینده‌نگر رسماً برای استفاده عمومی افتتاح شد.

از همان روزهای نخست، مردم با ترکیبی از ترس، هیجان و شگفتی سوار بر واگن‌هایی شدند که به‌جای حرکت روی زمین، از آسمان شهر عبور می‌کردند. روزنامه‌های محلی نوشتند: «سفری در هوا، بدون بال و بدون سقوط.»

شویبه‌بان ووپرتال اگرچه به‌عنوان سازه‌ای تاریخی شهرت دارد، اما در طول زمان هرگز درگذشته متوقف نماند. طی ۱۲۵ سال، واگن‌های این خط بارها نوسازی شده‌اند؛ گاهی با تغییرات فنی گسترده، گاهی فقط با به‌روزرسانی ظاهری. بااین‌حال، همیشه یک چیز ثابت مانده: شکل خاص معلق بودن واگن‌ها، و تجربه‌ی منحصربه‌فرد عبور از بالای شهر.

نخستین قطارهایی که بر فراز ووپرتال به حرکت درآمدند، واگن‌هایی ساده بودند با صندلی‌های چوبی، پنجره‌های بزرگ و نور طبیعی فراوان. این واگن‌ها با معماری داخلی گرم و جزئیات تزیینی ظریف، برای مردم آن زمان نماد از آینده‌ی صنعتی و پیشرفته بودند و درعین‌حال، راحتی را با زیبایی ترکیب می‌کردند.

دهه ۱۹۷۰، نسل دوم واگن‌ها با نام GTW 72 معرفی شد؛ قطارهایی با بدنه‌ی آلومینیومی، طراحی ساده‌تر و ظاهری مدرن‌تر که جایگزین واگن‌های چوبی شدند.

سال ۲۰۱۶، ناوگان جدید به نام Generation 15 وارد مسیر شد. این واگن‌ها توسط شرکت Stadler در سوئیس طراحی و تولید شدند و جهشی بزرگ به سمت تکنولوژی‌های مدرن بودند. مشخصات این ناوگان:

با ورود این نسل نه‌تنها تجربه‌ی مسافران مدرن‌تر شد، بلکه مدیریت انرژی، امنیت، و قابلیت اطمینان قطارها نیز به سطحی بی‌سابقه رسید.

شویبه‌بان ووپرتال نه‌تنها سیستم حمل‌ونقل، بلکه یک بوم نقاشی در حرکت است. بسیاری از واگن‌ها با طراحی‌های هنری، تبلیغات فرهنگی یا تجاری تزئین می‌شوند. حتی بعضی واگن‌ها با رنگ‌آمیزی‌هایی مانند پازل، کتاب کمیک، یا نقشه‌های گردشگری طراحی شده‌اند؛ که آن‌ها را به بخشی از تجربه شهری تبدیل می‌کند.

هیچ سامانه‌ی حمل‌ونقلی، حتی پیشرفته‌ترین آن‌ها، از حوادث ناشی از گذر زمان و خطاهای انسانی مصون نیست. اما خط ریلی معلق ووپرتال، با قدمتی بیش از یک قرن، در نوع خود عملکردی استثنایی داشت.

در طول بیش از ۱۲۵ سال فعالیت مداوم، تنها یک حادثه مرگبار در این سیستم ثبت شد و همین امر گواهی است بر دقت مهندسی و رویکرد پیشگیرانه‌ای که در ایمنی آن اعمال شده بود. بااین‌حال، تاریخچه‌ی این سیستم بدون اتفاقات خاص و بعضاً عجیب، کامل نخواهد بود.

یکم ژوئیه ۱۹۵۰، یکی از عجیب‌ترین حوادث تاریخ حمل‌ونقل شهری جهان رخ داد: یک فیل ۴ساله ماده به نام تافی (Tuffi) که متعلق به سیرک Althoff بود، برای تبلیغات سوار قطار معلق شد!

تحقیقات نشان داد که اگرچه بازبینی‌های اولیه انجام شده بود، اما تأیید نهایی خروج ابزار از مسیر ثبت نشده بود: خطایی دردناک که به اصلاحات جدی در رویه‌های ایمنی منجر شد. پس از این فاجعه، شهرداری و اداره حمل‌ونقل ووپرتال تدابیر جدیدی را در برنامه‌های امنیتی سیستم گنجاندند:

طبق پروتکل‌های ایمنی چندمرحله‌ای، دیگر تنها یک نفر مسئول چک نهایی ابزار نیست و بازبینی نهایی باید به‌صورت کتبی توسط دو مقام مستقل ثبت شود. همچنین به‌منظور اجتناب از حوادث ناخواسته، ریل‌ها به حسگرهای جدیدی مجهز شدند که می‌توانند وجود هر جسم غیرعادی را در مسیر تشخیص دهند.

برنامه‌ی بازسازی کلی سیستم از سال ۱۹۹۷ آغاز شده بود، اما پس از وقوع فاجعه‌ی ۱۹۹۹ فرایندها با فوریت و جدیت بیشتری ادامه یافت: ریل‌ها و زیرساخت فولادی کاملاً تعویض شدند، مقاومت در برابر خوردگی با پوشش گالوانیزه رنگ‌های محافظتی صنعتی به سطح دیگری ارتقا یافت، ایستگاه‌های جدید با استانداردهای قرن ۲۱ طراحی شدند و مسیر به پیشواز عبور ناوگان جنریشن ۱۵ رفت.

همچنین تیم تیکور سال ۲۰۰۰ در فیلم The Princess and the Warrior از شویبه‌بان به‌عنوان استعاره‌ای برای عبور از گذشته استفاده کرد. برخی رمان‌های اتوپیایی قرن گذشته نیز این خط ریل را نمادی از حمل‌ونقل ایده‌آل آینده می‌دانستند.

در سطح محلی، شویبه‌بان ووپرتال نقشی فراتر از یک خط ریلی دارد و تصاویر آن در لوگوهای سازمان‌های شهری، کارت‌پستال‌ها، کتاب‌های درسی و حتی دیوارنگاره‌ها دیده می‌شود. مردم کنار مجسمه‌ی تافی عکس سلفی می‌گیرند و اداره‌ی پست آلمان نیز سال ۲۰۰۱ به مناسبت ۱۰۰ سالگی شویبه‌بان، تمبر یادبودی منتشر کرد.

سال ۲۰۲۱ جشنواره‌ی ۱۲۵ سالگی این قطار معلق با شرکت صدها نفر، اجرای موسیقی زنده و روشنایی ویژه‌ی شبانه در طول مسیر برگزار شد.

طبق آمار سازمان گردشگری ووپرتال، سالانه حدود یک میلیون گردشگر داخلی و خارجی حداقل یک‌بار از این خط استفاده می‌کنند، نه برای رسیدن به مقصد، بلکه برای تجربه‌ی مسیر: عبور از فراز رودخانه‌ی ووپر، تماشای منظره‌ی شهری از ارتفاع و گذر از میان ساختمان‌های مسکونی، صنعتی، تاریخی و مدرن.

درحالی‌که قطار معلق ووپرتال هنوز هم در قلب حمل‌ونقل شهری این شهر می‌تپد، پرسش‌هایی جدی درباره‌ی دوام، توسعه، و مقرون‌به‌صرفه‌بودن آن در دهه‌های آینده مطرح می‌شود. درواقع سیستم‌هایی با قدمت ۱۲۵ساله، حتی اگر بازسازی شده باشند، نمی‌توانند از چالش‌های نگهداری، محدودیت فناوری و رقابت با زیرساخت‌های مدرن در امان بمانند.

در وهله‌ی اول خط شویبه‌بان به‌طور مداوم به بازرسی، تعمیر و نگهداری تخصصی نیاز دارد و باتوجه‌به ساختار معلق و غیرمعمولش؛ هزینه‌های عملیات روزمره و مرمت آن قابلی قیاس با سیستم‌های معمولی زمینی نیست. بر اساس گزارش سالانه شرکت WSW، هزینه‌ی نگهداری سالانه این سیستم به بیش از ۱۶ میلیون یورو می‌رسد.

(در حال حاضر بخشی از هزینه‌های عملیاتی و نوسازی‌های دوره‌ای، از طریق کمک‌های مالی ایالتی و اتحادیه اروپا تأمین می‌شود.)

در مرحله‌ی بعد یکی از مشکلات اساسی و درواقع تاریخی مجموعه‌ی زیبا قطار معلق ووپرتال این است که سیستم به‌واسطه‌ی طبیعت مهندسی‌اش، امکان توسعه خطی یا شاخه‌ای ندارد. تا به اینجا تمام مسیر فقط از امتداد رودخانه می‌گذرد و عبور از نواحی متراکم شهری یا محله‌های مسکونی جدید، مستلزم با تخریب سازه‌های قبلی (در سطح وسیع) یا نصب ستون‌های جدید خواهد بود که برنامه‌ی بسیار گران و پیچیده‌ای است.

از طرف دیگر در دهه‌های اخیر، بسیاری از شهرها به‌سمت توسعهٔ اتوبوس‌های برقی، ترامواهای خودران و متروهای سبک (LRT) رفته‌اند که هزینه ساخت و توسعه کمتری دارند و با فناوری‌های جدیدی نظیر هوش مصنوعی، ذخیره انرژی و ردیابی GPS سازگارترند. اما شویبه‌بان باوجود ارتقای سیستم کنترل و ناوگان، هنوز از فناوری‌های اتوماسیون کامل یا بازیابی انرژی در سطوح بالا بهره نمی‌برد.

به همین دلیل برنامه‌ی آینده‌ی شهر برای این مجموعه عمدتاً بر تثبیت و بهینه‌سازی عملکرد فعلی سیستم تمرکز دارد: مثل ارتقای سیستم کنترل مرکزی به نسخه‌های ابری، نصب پنل‌های خورشیدی در ایستگاه‌های اصلی برای کاهش مصرف انرژی شبکه و توسعه اپلیکیشن هوشمند برای اطلاع‌رسانی دقیق و به‌روز در مورد حرکت قطارها.

بهار سال ۲۰۲۵ سیستم کنترل قطارهای شویبه‌بان ووپرتال «ETCS Level 2+» بار دیگر توجه رسانه‌های تخصصی ریلی اروپا را به خود جلب کرد.

در مجموعه گزارش‌های منتشر شده، این سامانه بار دیگر نمونه‌ای بسیار موفق از ارتقای ایمنی، کاهش خطا و کنترل حرکت در یک سیستم تاریخی معرفی شده و نه صرف فناوری، بلکه نحوه‌ی تلفیق آن با یک زیرساخت ۱۲۵ساله مورد تقدیر و تحسین قرار گرفته است.