新能源空鐵優(yōu)缺點(diǎn)及功能定位分析

孫二小

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308)

0 引 言

新能源空鐵是懸掛式單軌交通系統(tǒng)的一種，其特征是車輛懸吊在軌道梁下方，轉(zhuǎn)向架置于軌道梁內(nèi)。與傳統(tǒng)的懸掛式單軌交通系統(tǒng)不同，新能源空鐵車輛采用車載儲(chǔ)能受流方式，在列車上設(shè)置儲(chǔ)能裝置，區(qū)間不設(shè)置接觸網(wǎng)(軌)和牽引變電站，通過儲(chǔ)能裝置向列車提供牽引電源，車載儲(chǔ)能裝置通過設(shè)置在車站或車輛段的充電裝置進(jìn)行充電，以保證列車的正常行駛。

鋰離子電池系統(tǒng)是新能源空鐵的最大亮點(diǎn)。新能源空鐵采用動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)作為電源系統(tǒng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的電池小車在箱梁內(nèi)隨轉(zhuǎn)向架同步運(yùn)行，無需進(jìn)行高壓輸變電系統(tǒng)布設(shè)。磷酸鐵鋰大容量單體電池內(nèi)阻低，大電流放電性能良好，全覆蓋、全過程檢測(cè)電壓、溫度，提前預(yù)警故障；采用主動(dòng)均衡技術(shù)，有效均衡電池容量，電池能源使用效率、電池組壽命、續(xù)航里程均得到提升，電池組使用安全可靠，充放電曲線平穩(wěn)，能量充沛、安全穩(wěn)定。

圖1 采用鋰離子電池系統(tǒng)的新能源空鐵構(gòu)造

我國首條新能源空鐵試驗(yàn)線，于2016年11月在于成都市雙流縣黃甲鎮(zhèn)中唐空鐵科技有限公司生產(chǎn)基地內(nèi)正式建成運(yùn)行，在我國首次得以應(yīng)用，空鐵發(fā)展得到越來越多的關(guān)注，下面對(duì)新能源空鐵與其他軌道交通制式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比、功能定位及存在問題進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 與其他軌道交通制式綜合對(duì)比

目前國內(nèi)城市軌道交通主要采用：地鐵、跨座式單軌、有軌電車、磁懸浮等，新能源空鐵作為一種新型的交通方式，下面重點(diǎn)對(duì)比分析新能源空鐵與上述交通制式之間的優(yōu)缺點(diǎn)。其對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 各類交通系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較

從表1中可以看出。

(1)運(yùn)能方面

地鐵B型車的運(yùn)能明顯高于其他交通制式，可滿足3萬人次/h以上的客流需求，直線電機(jī)制式的運(yùn)能次之，一般可滿足2～4萬人次/h的客流需求；跨座式單軌和中低速磁浮位于第二梯隊(duì)，可滿足1～3萬人次/h的客流需求；有軌電車的運(yùn)能與列車長(zhǎng)度關(guān)系密切，在兩列重聯(lián)情況下，最大運(yùn)能可達(dá)到1.6萬人次/h，在單列車情況下運(yùn)能在0.3～0.8萬人次/h；新能源空鐵的運(yùn)能與有軌電車接近，運(yùn)能一般在1.3萬人次/h以下，按最小2輛編組考慮，運(yùn)能在0.4萬人次/h左右。

從運(yùn)能方面進(jìn)行分析，與其他軌道交通相比，新能源空鐵不具有運(yùn)能上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在軌道交通層級(jí)中，新能源空鐵作為中低運(yùn)量等級(jí)的線路，應(yīng)避免與大運(yùn)量軌道交通的直接競(jìng)爭(zhēng)，主要可作為大運(yùn)量軌道交通的補(bǔ)充，中小城市、外圍新城的骨干線。

(2)線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面

新能源空鐵的最小半徑為30 m，最大坡度為104‰，對(duì)線路的適應(yīng)能力僅次于有軌電車，可滿足小曲線、大坡度的線路要求，在旅行速度上，新能源空鐵的最高運(yùn)行速度在60～80 km/h，旅行速度相對(duì)較低。

在線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，新能源空鐵相比大多數(shù)軌道交通制式具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可適應(yīng)山地城市、道路崎嶇不平等復(fù)雜條件，墩柱設(shè)置更加靈活。不過在旅速方面，新能源空鐵的旅行速度相對(duì)偏低，不適合用于解決長(zhǎng)距離的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)客流出行需求。

(3)建設(shè)成本方面

地鐵B型車、直線電機(jī)系統(tǒng)主要以地下敷設(shè)為主，建設(shè)成本較高，主要應(yīng)用于道路資源緊張的中心城區(qū)，若有條件高架敷設(shè)，建設(shè)成本可進(jìn)一步降低；有軌電車主要以地面敷設(shè)為主，建設(shè)成本較低；跨座式單軌、中低速磁浮、新能源空鐵主要以高架敷設(shè)為主，其中跨座式單軌和中低速磁浮的建設(shè)成本比較接近，新能源空鐵的建設(shè)成本明顯低于這兩種交通制式。

從單位運(yùn)能建設(shè)成本考慮，在列車采用大編組的情況下，新能源空鐵與有軌電車、地鐵B型車接近，低于直線電機(jī)系統(tǒng)、跨座式單軌和中低速磁浮。在采用小編組的情況下，新能源空鐵由于運(yùn)能較低，其單位運(yùn)能建設(shè)成本與直線電機(jī)系統(tǒng)、中低速磁浮相近，高于地鐵B型車、有軌電車和跨座式單軌。

從建設(shè)成本考慮，新能源空鐵在獨(dú)立路權(quán)的軌道交通制式中具有造價(jià)上的明顯優(yōu)勢(shì)，從單位運(yùn)能建設(shè)成本考慮，小編組的新能源空鐵運(yùn)能偏低，單位運(yùn)能建設(shè)成本較高，因此新能源空鐵的編組不宜過小，以提高運(yùn)營的整體效益。

(4)其他方面

在占用道路資源和路權(quán)上，地鐵B型車、直線電機(jī)系統(tǒng)主要以地下敷設(shè)為主，對(duì)地面道路資源影響較小；跨座式單軌、中低速磁浮、新能源空鐵主要以高架為主，墩柱占地面積最多的是中低速磁浮，其次是跨座式單軌，最少的是新能源空鐵；有軌電車主要以地面敷設(shè)為主，沿線需占用較多的地面資源。從高架橋梁投影面寬度上，新能源空鐵與跨座式單軌接近，明顯優(yōu)于其他軌道交通制式。

在車輛基地占地上，新能源空鐵由于其車輛輕便，可實(shí)現(xiàn)多層車輛段，并簡(jiǎn)化咽喉區(qū)，占地面積明顯由于其他軌道交通制式。

在建設(shè)周期上，地鐵B型車、直線電機(jī)系統(tǒng)的建設(shè)周期較長(zhǎng)，一般為4～5年；跨座式單軌、中低速磁浮的建設(shè)周期相對(duì)較短；新能源空鐵與有軌電車的建設(shè)周期較短，一般在1～2年。

在能耗方面，新能源空鐵相對(duì)較低，并且由于其儲(chǔ)能供電的特殊形式，可在電費(fèi)的波谷進(jìn)行充電，節(jié)省運(yùn)營成本。

2 新能源空鐵功能定位

2.1 對(duì)于城市交通的功能定位

(1)大城市軌道交通的補(bǔ)充

在已建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)大運(yùn)量快速軌道交通的特大或大城市，新能源空鐵主要功能為補(bǔ)充線的功能，一是在外圍新區(qū)作為軌道交通的延伸，同時(shí)兼作新區(qū)內(nèi)部的骨干線；二是在中心城區(qū)作為快速軌道交通的加密與銜接，提高中心城區(qū)的軌道交通覆蓋密度，有效緩解城市交通供給與交通需求之間的矛盾，為治理交通擁堵提供新的途徑。

(2)中等城市公共交通干線

在許多中小城市，地面交通壓力逐漸增大，但客流量達(dá)不到建設(shè)地鐵或輕軌的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)力也承受不起地鐵、輕軌項(xiàng)目的建設(shè)與運(yùn)營，新能源空鐵可以作為城市的骨干公交網(wǎng)絡(luò)或與軌道交通共同形成城市的骨干公交。在離城區(qū)較遠(yuǎn)的機(jī)場(chǎng)、碼頭等對(duì)外交通樞紐，新能源空鐵將是安全、快速、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適的理想交通工具和旅游消費(fèi)方式。

(3)作為城市特定功能區(qū)和交通樞紐之間的聯(lián)絡(luò)線

新能源空鐵轉(zhuǎn)彎半徑小、結(jié)構(gòu)輕巧，可在地形復(fù)雜、道路相對(duì)狹窄、拆遷較困難、地面交通壓力大的區(qū)域穿梭，作為市中心的商業(yè)繁華地帶、居民密集居住區(qū)、大型住宅區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、博覽園、醫(yī)療衛(wèi)生教育園區(qū)等城市功能區(qū)的聯(lián)絡(luò)線，機(jī)場(chǎng)航站樓間的接駁線、高鐵、城際鐵路、客運(yùn)站、機(jī)場(chǎng)、碼頭接駁線、地鐵、輕軌、汽車站至城市中心區(qū)聯(lián)絡(luò)線、大型商務(wù)區(qū)、開發(fā)區(qū)、功能場(chǎng)館內(nèi)部交通線，能夠較好地滿足乘客對(duì)交通服務(wù)的高質(zhì)量要求。

2.2 對(duì)于旅游景區(qū)的功能定位

(1)交通樞紐與旅游景區(qū)、旅游景區(qū)內(nèi)部、景區(qū)與景區(qū)之間的線路；

我國絕大多數(shù)自然風(fēng)景區(qū)的旅游交通目前仍以地面道路交通為主。為保護(hù)景區(qū)環(huán)境，減少機(jī)動(dòng)車排放污染，許多著名風(fēng)景區(qū)在核心景區(qū)外數(shù)公里至數(shù)十公里處設(shè)置游客集散中心，通過接駁車輛轉(zhuǎn)運(yùn)游客，既難以應(yīng)對(duì)潮汐式客流，又存在安全隱患。新能源空鐵將是一種理想的游客接駁轉(zhuǎn)運(yùn)工具，并與沿線景觀融為一體，在解決游客集輸問題的同時(shí)，提高景區(qū)交通品質(zhì)，提升并擴(kuò)大旅游消費(fèi)的內(nèi)涵和外延。

(2)特殊地質(zhì)條件、特殊周邊環(huán)境的交通線。

在一些特殊地區(qū)或地下工程條件受限的特殊地區(qū)地段，如：多山丘陵城市、溝河較多地段、地下文物豐富、地下土質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊、地下泉水較多等城市地區(qū)，轉(zhuǎn)彎半徑小或相對(duì)狹窄的道路、拆遷成本高的城區(qū)等，甚至包括行人和地面行駛的交通工具不能到達(dá)的野生動(dòng)物園等特殊環(huán)境，新能源空鐵都具有先天的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和潛力。

2.3 綜合分析

(1)對(duì)于軌道交通規(guī)劃完善的特大或大城市，新能源空鐵主要功能為城市內(nèi)部補(bǔ)充線，其可作為軌道交通的延伸、軌道交通的加密線、交通樞紐之間的聯(lián)絡(luò)線等，在城市內(nèi)部不適宜大規(guī)模建設(shè)。

(2)對(duì)于缺少地鐵支撐的中小城市，以及地質(zhì)條件復(fù)雜不適宜建地鐵的城市(如地下水特別豐富、地下保護(hù)性建筑物密集等)，新能源空鐵可以大規(guī)模作為主要交通方式解決城市交通擁堵問題。

(3)對(duì)于旅游景區(qū)，新能源空鐵交通可作為交通樞紐與旅游景區(qū)、旅游景區(qū)內(nèi)部、景區(qū)與景區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線，但不適宜長(zhǎng)距離的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的規(guī)劃。結(jié)合客流需求、安全救援、乘客身體等條件，其最多不超10 km需設(shè)一座車站。此外，新能源空鐵電池續(xù)航能力決定了一條線最長(zhǎng)不宜超過120 km。

3 推廣過程中的存在問題

3.1 新能源空鐵相關(guān)規(guī)范的缺失

新能源空鐵與傳統(tǒng)的地鐵、輕軌等城市軌道交通項(xiàng)目相比，具有建設(shè)周期短、投入小、占地少、復(fù)雜地形適應(yīng)性強(qiáng)、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。目前德國、日本已有線路運(yùn)營，國內(nèi)研究尚無線路投入運(yùn)營，國家設(shè)計(jì)規(guī)范正在編制中，四川省地方標(biāo)準(zhǔn)《懸掛式單軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》已發(fā)布，解決了項(xiàng)目落地而無設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況發(fā)生，掃除設(shè)計(jì)無標(biāo)準(zhǔn)的障礙。但是相應(yīng)施工規(guī)范、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和試運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)尚未正式發(fā)布，目前解決的辦法是參考軌道行業(yè)相關(guān)規(guī)范和規(guī)定，同時(shí)新能源空鐵從業(yè)人員對(duì)相關(guān)規(guī)范也在努力編制過程中。

3.2 安全救援方式有待進(jìn)一步研究

由于空鐵屬于新型的交通方式，同時(shí)列車是在空中運(yùn)行。其安全救援是人們最關(guān)心的，目前空鐵救援方式有空中救援和地面救援兩大類，其中空中救援又可歸納為列車自救、聯(lián)掛牽引、端部和側(cè)面逃生四種救援方案，地面救援主要采用逃生筒和消防云梯兩種救援方案，但其救援效果有待進(jìn)一步論證。

4 結(jié)論和建議

新能源空鐵作為一種新型的軌道交通，與其他制式相比，其橋墩輕便，透光性好，在占用道路資源和車輛段占地上具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，適用于道路資源緊張的路段和土地資源緊張的城市。新建設(shè)周期短，可以減少交通導(dǎo)改的時(shí)間，避免對(duì)原地面交通產(chǎn)生較大影響。由于其儲(chǔ)能式的供電方式，可有效避開電價(jià)波峰期充電，節(jié)約運(yùn)營成本。新能源空鐵已具備較好的國產(chǎn)化條件。

目前在我國，新能源空鐵可作為大城市軌道交通的補(bǔ)充和中小城市內(nèi)部骨干線路以及旅游景區(qū)內(nèi)部的觀光線路。

其要想推廣，首先要解決規(guī)范缺失和安全救援兩大問題，后續(xù)應(yīng)注重這兩方面的研究，新能源空鐵作為一種綠色新型交通，其在國內(nèi)是有一定的發(fā)展前景的。