跨坐式獨軌交通的特點及其局限性

賀 觀

(重慶市軌道交通(集團)有限公司,400051,重慶∥高級工程師)

跨坐式獨軌交通的特點及其局限性

賀 觀

(重慶市軌道交通(集團)有限公司,400051,重慶∥高級工程師)

結合重慶跨坐式獨軌交通2號線運營經驗,論述了跨坐式獨軌交通系統的特點。從運能、道岔技術及成本、車輛國產化、運營成本及耗電量等方面對跨坐式獨軌交通系統在我國的發展和局限進行了分析。

跨坐式獨軌;工程特點;局限

Author's addressChongqing Rail Transit(Group)Co.,Ltd.,400051,Chongqing,China

跨坐式獨軌交通具有噪聲小、爬坡能力強,轉彎半徑小等特點,已在日本以及歐美的許多城市應用并有多年的成功運營業績。重慶結合主城區地勢起伏、道路曲折、坡陡狹窄、兩江環抱、地下施工條件不利的特點,選擇采用跨坐式獨軌交通型式,通過數年的建設以及隨后的運營,積累了許多寶貴的經驗,同時也帶來一些思考。擁有許多優勢和特點的跨坐式獨軌交通為何未能成為國內外城市軌道交通系統的首選,是否是緣自這種交通型式具有的一些局限的影響。本文對此略作探討。

1 跨座式獨軌交通的特點

1.1 軌道梁橋系統的特點

軌道梁既是承重構件又是獨軌列車運行的軌道,承擔著走行、導向的作用。在用模板工廠化制作的標準跨度的預應力鋼筋混凝土(PC)軌道梁上,可以預設、預埋各種結構件以及供電、信號系統的部分相關設施,與板式結構比,具有體量輕巧、結構緊湊、對沿途景觀影響小等特點。大跨度梁采用鋼制結構,可以相對容易地跨越較大跨度的困難地段,以滿足復雜地形地貌對系統的要求。由于上述特點,獨軌交通系統線路占地面積小,僅為其他高架線路的1/2,高架橋梁僅為其他高架橋梁的1/5;且采光好,有利于地面機動車的尾氣排放。

1.2 道岔系統的特點

跨坐式獨軌交通道岔按其結構和線型可分為關節型道岔和關節可撓型道岔。前者造價相對較低,適用于車輛基地、輔助線或正線個別線段;后者結構復雜、性能和安全性要求高,一般在正線上用于載客列車運行線段,以保證列車運行平穩、舒適,但其造價較關節型道岔高得多。獨軌道岔較其他道岔復雜得多,是由道岔梁等機械裝置、驅動裝置和控制裝置等多個子系統組成的集合體,精度要求高,安裝較特殊;其可靠性、安全性和復合性要求嚴格,是技術密集型和機電一體化的典型產品(見圖1)。

圖1 獨軌線路的道岔

1.3 獨軌車輛的特點

跨坐式獨軌車輛的走行系統與地鐵車輛差異較大,尤其是獨軌車輛轉向架較為獨特。其轉向架構架由橫梁、側梁、端梁,以及下伸的導向、穩定車輪的支承架等構成;走行輪胎安裝在輪輞上,輪心通過軸承支承在空心軸套上并通過懸臂軸固定在轉向架構架上;每個輪軸上裝有兩個填充氮氣的子午線鋼芯橡膠走行輪。由于采用橡膠輪胎,獨軌車輛運行噪聲較小,實測約為60 dB,且摩擦系數較大,車輛爬坡能力較強(最大可達60‰);其走行輪軸距較短(9.6 m),故車輛可通過的平曲線半徑較小,僅為50 m。因此,獨軌車輛特別適用于坡陡彎多、地形地貌復雜的城市既有道路的線路。

2 跨坐式獨軌交通的局限

2.1 載客量較少

由于跨坐式獨軌系統的軌道梁結構和承重的限制,獨軌系統屬中等運量的城市軌道交通系統,運載乘客數與地鐵相比較少。表1所列是獨軌車與地鐵B型車的載客量比較。其中,正常載客按6人/m2計,超員時按跨坐式9人/m2、地鐵8人/m2計。

從表1可以看出,在列車發車間隔相同的情形下,獨軌交通系統的乘客輸送量不到地鐵B型車的一半。雖然重慶輕軌2號線2.6億元/km的造價較地鐵系統低,但作為以輸送乘客為目的的城市交通系統,在需要配備大致相等的運營輔助人員的情況下,運能相對較少也將導致運營成本較高。如果按同等運量比較,跨坐式獨軌系統的每公里造價就會顯得略高一些。

表1 獨軌車與地鐵B型車載客量比較

2.2 道岔系統造價高

數節鋼制軌道梁依次鉸接組合成一種軌道轉轍設備,由臺車支撐,采用電力驅動,道岔一端固定;轉轍時道岔梁整體繞固定端按規定距離轉動,到位后鎖定裝置鎖定,梁體活動端部與線路軌道梁銜接形成岔道,轉換列車行駛線路。轉轍后,道岔梁成折線狀態的稱為關節型道岔,道岔梁兩側的導向面板和穩定面板在撓曲裝置作用下成設定的曲線面狀態的稱為可撓型道岔。

總體比較,跨坐式獨軌交通道岔造價要遠高于鋼輪鋼軌系統道岔。由于關節道岔近千元、可撓型道岔2000多萬元一套的造價,因此選線和布設時就不得不考慮可撓型道岔尚不能國產化、采購費用居高不下的問題。在滿足運營功能的前提下,力求盡可能減少道岔冗余的思路,將導致獨軌系統設置道岔時為將來可能的改變預留的備用量縮減。例如:為了避免車場出入段線瓶頸擁塞而設置車場備用出入線和第二出口的想法;為應對運營中可能出現的高峰客流變化帶來的運營交路變化而預設的備用線和道岔預留的思路,在獨軌系統是不能考慮的。因為除了受價格因素限制外,獨軌道岔龐大承重基礎的建造也是預留冗余獨軌道岔要慎之又慎的因素。

2.3 國產化率較低

由于獨軌系統在我國是首次采用,國內沒有獨軌車輛的制造經驗。重慶軌道交通2號線一期工程最終確定了國產化四步走、整個21列車(計84輛)分四階段實現獨軌車輛國產化進程的方案。

第一階段:從日立公司引進2列共8輛整車。

第二階段:轉向架和牽引控制系統、制動系統等關鍵部件由日立提供,車體材料及車體制造、裙板、司機室設備、車內設備、空調機組等實現國產化,客室和司機室內裝也由國內廠家完成。共生產10列。

第三階段:從第13列車開始采用長春客車廠生產的轉向架,共5列。

第四階段:最后的4列車牽引控制系統由國內企業承擔配套,但核心部件仍由日立公司提供。

表2為按照重慶輕軌2號線車輛數據計算出的上述各階段的國產化情況。在車輛制造實施過程中,第三、四階段由于轉向架國產化進展不理想,9列共18個轉向架仍從日本購入。第四階段由于電力牽引系統關鍵的核心部件仍由日本購入,號稱承擔電力牽引系統國產化的企業僅生產了牽引控制系統外殼,而核心部件的購入成本大大高于成套系統的銷售價格,導致該企業虧損嚴重。由表2可看出,跨坐式獨軌車輛的總體國產化率不高,若考慮上述實際實施情況,國產化率則更低。

2.4 獨軌車輛運營成本和運營線路耗電量高

跨坐式獨軌車輛噪聲小、爬坡能力強的優點應歸功于其獨特的走行系統使用了橡膠輪胎。這種無內胎子午線輪胎內充氮氣,承重較大(5.5 t)。正常情況下,獨軌車輛走行輪胎的壽命約為10萬km,非正常情況則更短,且要考慮同軸成對更換等因素。按目前運營狀況,每列車每年走行10余萬km,故獨軌車輛走行輪胎更換周期約為1年。

表2 重慶獨軌車輛的國產化情況 百萬日元

走行輪胎是獨軌車輛重要的消耗材。每個轉向架上有4只走行輪胎,每列共32只。進口輪胎價格昂貴,每只約為7000～8000元。這樣算下來,重慶輕軌2號線21列車每年僅走行輪胎就要多支出400萬～500萬元,導致運營成本有較大增加。同時,由于關鍵部件的國產化率不高,導致部分使用數量少、保存期有限的備件配件必須進口。例如,制動系統的部配件因進口規格型號與國內不配套,國內采購不到,而國外采購價格奇高且到貨周期要十幾個月,嚴重時甚至已經影響到維修車輛的上線運行。

其次,獨軌車輛換輪過程相對困難、復雜、耗時較長,導致換輪列車停駛時間較長,因此需要增加備車的數量以滿足正常運營要求。增備一列4輛編組的獨軌列車,購車成本將隨之增加4000萬～5000萬元,而且隨著運營線路里程和開行密度的增加,備車的數量也需相應增加。

此外,選線時為了充分發揮獨軌車輛爬坡能力強及適應地形地貌特點的思路,會使大坡度的線路增多,這樣牽引耗電量會相應增加。根據運營統計,跨坐式獨軌交通系統中,牽引耗電占總耗電55%以上;而輪軌交通系統中,牽引耗電占總耗電50%以上。牽引耗電增加的同時,總耗電量也相對增加。

3 結語

由于跨坐式獨軌交通型式的鮮明特點,因此特別適用于地勢起伏、地下開掘條件不好、城市既有道路通道狹窄等不適合進行地鐵建設的中運量地面交通型式。重慶軌道交通3號線也選擇跨坐式獨軌交通型式。雖然其運量偏緊,但2號線的建設及運營積累了跨坐式獨軌交通設計、施工、運營、管理等方面的經驗,從地貌特征、線路條件、資源共享的角度看,這無疑是較好的選擇。然而,后期隨著南坪段、加州段線路變架空行走為地下運行,3號線主城段線路在地下行駛的距離大大增加。3號線一期線路20 km線路中除兩江橋外,能發揮其噪聲小特點的地面線路距離減少;在線路上除去上天入地的區段利用了跨坐式獨軌爬坡能力強特點外,真正特別需要發揮獨軌系統優勢的區段不多。

重慶獨軌交通2號線通過幾年來的運營,積累了不少成功經驗,也為跨坐式獨軌交通在其他城市的推廣奠定了良好基礎。通過技術咨詢的方式,我們已經為韓國大邱、巴西里約熱內盧提供了相關的技術服務。國內也有城市開始建設跨坐式獨軌交通線路,并與重慶軌道交通設計院相關專業進行過深入的交流?？梢钥闯?跨坐式獨軌交通作為輪軌交通的互補型式,仍具備一定的應用前景。

[1]仲建華.重慶跨座式單軌交通[J].都市快軌交通,2004,17(5):17.

[2]趙菊靜.跨座式單軌列車國產化探析[J].中國鐵路,2000(6):23.

[3]周慶瑞,金鋒.新型城市軌道交通[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

Development and Limitation of Straddle-type Monorail Transit in China

He Guan

Based on the operationalexperience of Chongqing straddle-type monorail transit Line 2,this paper expounds the different characteristics between straddle-type monorail—a new type of rail transit— and the conventional wheel transit,analyzes the development and limitation of straddle-type monorail in Chinese cities.

straddle-type monorail;engineering feature;limitation

U 232

2010-06-12)