單軌車輛在城市交通中的應用和發展前景

楊敏杰（中車青島四方機車車輛股份有限公司,山東　青島　266000）

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單軌車輛在城市交通中的應用和發展前景

楊敏杰
（中車青島四方機車車輛股份有限公司,山東青島266000）

摘 要：單軌鐵路具有占地面積小、地形適應能力強、安全環保等優點，作為中等運輸能力交通類型，單軌車輛與其他交通工具相比在城市規劃和舒緩交通壓力中具有明顯優勢。文章研究了單軌鐵路發展歷史，對跨座式和懸掛式單軌車輛特點和國內外應用情況進行介紹，分析了單軌交通在我國交通運輸中的應用性和發展前景。

關鍵詞：單軌車輛；跨座式單軌；懸掛式單軌；應用和發展

近幾年來隨著我國經濟水平增長、國民生活水平提高，汽車作為日常交通工具，數量日益猛增。這不僅使城市交通漸漸變得不堪重負，而且對環境帶來惡劣影響，成為霧霾現象的罪魁禍首。為緩解城市交通壓力，改善環境質量，許多城市出臺了一系列應急措施，如特殊路段強制單向行駛，市內限制車牌單雙號出行等，但都未能從根本上解決問題。單軌鐵路車輛作為新型運輸方式，它的出現和應用可以緩解城市緊張的交通壓力，避免環境污染，在城市交通中的應用中逐漸受到廣泛關注。

1　單軌鐵路分類及特點

現今世界上的單軌鐵路主要分為兩種：跨座式單軌鐵路和懸掛式單軌鐵路。跨座式單軌鐵路中，車輛行走時騎跨在獨立建設的單軌橋梁上，除了行走車輪外，跨座式車輛轉向架的設計是在其左右兩端增加了導向輪和穩定輪，環抱軌道行走；懸掛式單軌鐵路中，車輛轉向架設置于車體頂部，行走輪和導向輪懸掛于箱型軌道鋼梁中，行走于軌道單梁下方。箱型軌道梁體內的鐵軌可以水平移動，這種行走方式使得掛式單軌車輛實現車輛轉向。

與其他類型交通工具相比，單軌鐵路的特點比較明顯：

（1）占地面積小。單軌車輛運行于架設在城市道路上方的獨立軌道梁上，此類交通系統占地面積小并充分利用了城市立體空間，建設成本較低。

（2）地形適應能力強。單軌車輛的轉向架不同于常規地鐵，具有較強爬坡能力，而且轉彎半徑小，能夠克服城市中的陡坡和急轉彎等道路環境，具有較好的地形適應性，因此單軌車輛交通線路設計和架設可以更為便利，能夠大幅節約工程造價。

（3）綠色無污染。單軌車輛牽引動力為電力驅動，降低了溫室氣體排放，而且電動機噪聲小，車輛運行平穩，有利于環境保護，節約能源。

2　單軌車輛的發展歷史

單軌車輛發展具有深遠的歷史，國際上最早的單軌車輛出現在第二次科技革命時期。這種單軌車輛由蒸汽機提供驅動力，屬于跨座式單軌車輛。之后，單軌車輛相繼出現在了法國、英國和美國等國家的試驗線路上。由于技術層存在難題，且其他交通類型的快速發展，單軌鐵路很快便淡出人們的視線，可謂是曇花一現。德國烏柏塔爾的懸掛式單軌鐵路卻是其中一個例外。這條鐵路從1901年開通到現在，是目前運營時間最長的一條單軌鐵路。烏柏塔爾鐵路全線13.3公里，大部分路線沿河流懸掛于水面上空，充分利用了城市空間，它被看作是現代城市單軌鐵路的活化石。

20世紀50年代，二戰后世界各國經濟復蘇，隨著人口增長和城市化加劇，陸運交通快速發展，各種問題逐漸變得突出明顯。為從根本解決問題，單軌鐵路的概念重新被人們所拾起。德國、法國、美國相繼開發了新式跨座式單軌車輛和懸掛式單軌車輛，并建設了試驗線路進行專項研究。對于土地資源貧瘠的國家，日本最渴望將單軌車輛技術應用到城市建設中去。從1960年到1965年，日本相繼引入阿爾威克式、商洛克希德式和薩非基式單軌車輛技術，根據自身情況結合研制了許多形式單軌車輛，并迅速付諸實際。全長17.8公里的東京跨座式單軌交通系統在1964年9月開通運營，成為出入東京國際機場的關鍵交通方式之一。

3　懸掛式單軌車輛介紹

作為新型軌道交通，懸掛式單軌車輛無論從結構上還是走行方式上，都與其他軌道交通存在很大差異。懸掛式單軌車輛存在以下幾個特點：

（1）懸掛式單軌交通建設成本較低，每公里的造價成本僅為地鐵的三分之一；

（2）懸掛式單軌道可以采用現場拼裝，因此建設難度比較底，工期較地鐵也短得多；

（3）懸掛式單軌交通能夠充分利用馬路中間隔離帶或河川上部空間，而且占地面積小，其空間適應性強。相比跨座式單軌車輛，懸掛式單軌車輛站臺更低，而且可以高效利用立交橋和地面之間的空間，極大限度地減輕了城市擁堵情況。另外，懸掛式單軌車輛均采用了橡膠輪胎，增加了與軌道間的粘著力，同時在懸擺作用下使車輛通過坡道和曲線半徑較小的路段，且轉彎速度高于相同狀況下的跨座式單軌車輛。

懸掛式單軌車輛可分為非對稱懸掛鋼輪鋼軌型和對稱懸掛膠輪輪型。非對稱式懸掛鋼輪鋼軌最早是由德國人Longines設計，該鋼軌類型又被稱作浪琴型。德國烏柏塔爾懸掛式單軌交通是最典型的非對稱懸掛鋼輪鋼軌型單軌交通的代表。烏柏塔爾單軌鐵路很好地適應了該城市客運需求，巧妙地利用了當地的地形，大幅度減少占地面積，已成為該城市一個舉世聞名的標志。

非對稱懸掛膠輪型單軌車輛是用橡膠輪代替了鋼輪，與鋼輪相比不僅可以傳遞動力和牽引力、承載車輛重量，而且橡膠輪可以減震、降噪，作為一系懸掛系統具有明顯優勢。其缺點是橡膠輪與軌道接觸時受法向力和切向力作用而發生變形，摩擦損失的能量轉化為熱能耗散造成能量損失；其次輪胎是非線性粘彈性體與軌道接觸面之間具有切向變形并且在相同切向力情況下蠕滑現象比鋼輪鋼軌接觸更明顯。車輛轉彎時，受軌道作用力影響輪胎出現側偏力，側偏角度、外傾角度和回正力矩等因素會影響車輛正常運行，需對膠輪型車輛進行動力學研究。

目前應用最廣泛且發展最快的懸掛式單軌車輛是對稱式懸掛膠輪單軌車輛，它又被叫做薩非基懸掛式單軌車輛，它是由行走部件、懸掛構架和車體等三部分構成。對稱懸掛膠輪型車輛鐵軌是底部開口的鋼制箱型梁體，里邊包含了為車輛提供直流電和控制信號的導軌系統。

4　跨座式單軌車輛介紹

跨座式單軌交通最早起源于二次科技革命，1888年拉里格設計的世界上第一條跨座式單軌鐵路，這條鋪設在愛爾蘭全長15公里的單軌鐵路一直運行到1924年10月，其機車是由蒸汽機提供牽引動力。二戰后，科技的快速發展為跨座式單軌車輛的設計和制造技術提供了更加完善和成熟的條件，使跨座式單軌車輛得到實際應用。1952～1957年，瑞典工業家格林在德國科隆與菲林根之間設計并架設了一條跨座式單軌試驗線，最終設計出ALWEG型跨座式單軌鐵路，并得到普及和應用。目前，日本是跨座式單軌鐵路應用最多，技術較為發達的國家。1964年，東京搭建了一條連接東京國際機場（羽田機場）到市中心的跨座式單軌鐵路，其全長為17.8公里，是進出羽田機場的最為重要交通選擇之一。隨后幾年，日本又相繼鋪設了大阪線，北九州線等跨座式單軌鐵路。

跨座式單軌車輛編組方式一般為4輛、6輛或8輛，司機室分別處于車輛的頭部和尾部。車輛采用直流供電，牽引系統和一般城軌車輛并沒有太大不同?？缱絾诬壾囕v在結構上的特點表現為車輛采用橡膠輪胎，通過安裝在轉向架兩側的導向輪和穩定輪來導向和穩定車體?？缱睫D向架為無搖枕特殊結構的二軸轉向架，每根車軸裝配兩個充有氮氣的橡膠行走輪胎。動車轉向架驅動裝置由2臺交流牽引電機進行中心牽引，傳遞動力是通過二級減速直角齒輪，電機與齒輪箱之間使用彈性聯軸節，齒輪間進行飛濺潤滑，基礎制動為盤形制動。跨座式構架由穩定輪組成、構架體組成、端梁組成和導向、穩定車輪的支撐架構成的鋼板焊接結構，有足夠的剛性和強度。轉向架與車體間的懸掛裝置為空氣彈簧，并裝有橫向減振器，具備優異的動力性能并且乘坐起來很舒適?？缱絾诬壾囕v構造上的特點使得其行走機理、輪軌關系都和常規地鐵、輕軌有很大差別。

5　單軌交通在我國的應用和發展

我國現有的城軌交通系統存在諸多困難，較為明顯的表現在三個地方：高峰時間區段擁堵現象不容易解決，交通類型比較簡單，嚴重影響大氣環境。只有調整現有的交通結構才能從根本上解決這些難題。

2004年6月，重慶市開通的重慶軌道交通二號線是國內第一條單軌交通線，這是我國首次引入的世界先進單軌交通技術，通過消化、吸收、創新，實現了跨座式單軌車輛的國產化。2007年4月，重慶市又建設了第二條跨座式單軌交通線——重慶市交通三號線。2012年9 月29日，重慶軌道交通承擔了歷史最大客流，其中三號線客流量為54.2萬次，二號線客流量約25萬次。跨座式單軌鐵路的建成對緩解重慶交通緊張、促進城市經濟發展的意義深遠。

2015年7月，深圳軌道交通展上，中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司展示了INNOVIA 300型跨座式單軌車輛。該型跨座式單軌系統是目前全球最先進的全自動單軌系統，具有無輻射、無人駕駛、編組靈活、轉彎半徑小、運行噪音低、車體自重輕、建設周期短等明顯優勢，非常適合作為中等城市的骨干線、大城市的輔助加密線、商務區及游覽區等線路，在中國城市軌道交通市場有著廣泛的需求。INNOVIA 300型跨座式單軌車輛正在進行國產化生存，預計2016年下半年即可下線。

為減輕吉林市交通堵塞的壓力，加強城市周邊地區和中心區域的連通，搭設快捷的城市交通系統，吉林市已著手推進規劃以高架為主的跨座式單軌交通系統，計劃將采用。吉林市共規劃5條線軌道交通線路，總長共計169公里，計劃將在2016年開工建設，全部工程預計在2050年前落成。該線路“三跨松花江”，落成后將成為東北三省中第一條跨座式單軌交通線路。

2015年10月8日，成都市金堂縣與中建一局采用公私合營的模式（Public-Private-Partnership，簡稱 PPP），簽約了懸掛式單軌軌道交通建設項目，這在我國實屬首例。該項目線路全長6公里，在技術上將引入和吸收世界上先進的研究思路及設計理念，這將會是成都金堂的標志工程。該項目的實施，將加速金堂城市交通現代化發展，顯著推進金堂縣旅游業發展，同時還會促進形成暢通便利的地鐵、懸掛式單軌、公交等多種形式相互銜接、互為補充的綜合交通運輸系統。

單軌鐵路擁有占地面積少、地形適應能力強和環境污染小的自身優勢，使其成為大、中型城市改善復雜交通狀況的一劑良方。對于一些受地形條件限制的城市，相比其他常規交通工具，其優越性表現的就更加明顯。不可否認，單軌鐵路的建設和發展是解決我國城市交通難題的一個有效方法。隨著社會經濟進一步發展，城市化速度將越來越快，單軌交通也將迎來發展的黃金時代。

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作者簡介：楊敏杰（1986-），男，工藝師。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.262