懸掛式單軌交通的發展現狀與應用展望

朱鵬飛

摘 要：懸掛式單軌交通起源于德國，已有百余年發展史，目前僅在德國、日本有著成熟的商業運營。而近些年，國內逐漸興起了懸掛式單軌交通研究、建設的熱潮，但運力低下、檢修困難、救援效率低等因素導致部分學者對其適用性產生疑慮;同時國內研究還在牽引供電制式、墩梁連接體系、車輛側滾效應、救援及維護方式等方面存在爭議及難點。但不可否認的是，隨著建設經驗及設計標準的積累、完善，適用于中低運量線路的懸掛式單軌交通，會因其獨特的優勢在旅游觀光、客流集散點聯絡等項目上得到重點及廣泛的應用。

關鍵詞：懸掛式單軌;發展現狀;優勢;應用展望

中圖分類號：U232

懸掛式單軌交通是指使用單根軌道來支撐、穩定和導向，車體懸掛在軌道梁下方行駛的城市軌道交通系統，俗稱空軌，是我國新興的一種城市軌道交通制式，目前多地均有建設意愿并開展了相關研究或設計。國內懸掛式單軌交通的建設剛剛起步，眾多學者及技術人員進行了相關研究和討論，如李定南、李芾等闡述了懸掛式單軌車輛的發展及應用，鐘異瑩、鄢紅英、于曰明等分別探討了懸掛式單軌交通在山地城市、中等城市、旅游區的適應性，曾令會、許文超、劉雷雨等分析了懸掛式單軌車輛的動力學性能，高寧、李濤、張強等闡述了懸掛式單軌交通的救援及疏散模式。但是這些研究并沒有整體性地說明懸掛式單軌交通在技術研究、適用場景等方面存在的難點或爭議，因此有必要從國內外發展情況出發，結合懸掛式單軌交通的特點，探討國內建設存在的問題及應用前景。

1 懸掛式單軌的特點

1.1 征地拆遷面積小

懸掛式單軌車輛運行于架設在空中的軌道梁上或梁內，其軌道梁、橋墩尺寸較小，橋墩立柱橫截面面積僅為1m2左右，因此可以充分利用道路中央隔離帶、路旁人行道、河流上部空間等城市現有空間，并能有效地避開既有建（構）筑物，減少不必要的征地及拆遷。

1.2 地形適應能力強

懸掛式單軌車輛的走行部異于其他制式的軌道交通，具有較強的爬坡與轉彎能力。對于對稱懸掛膠輪型單軌而言，由于車輛走行輪、導向輪均采用橡膠輪胎，增加了與軌道間的摩擦力及黏著力，其最大坡度可以達到100‰（約是其他制式軌道交通的2～3倍），最小曲線半徑可達30 m。

1.3 建設周期短

相較于其他制式軌道交通，懸掛式單軌交通的工程量較小，其控制性工程為橋梁工程。橋梁工程除承臺、樁基礎外，如軌道梁、橋墩等一般采用鋼構件，均為工廠化預制，運至施工現場后，采用汽車吊架設拼裝。10km左右的懸掛式單軌交通工程的建設周期僅為1～2年，是現有城市軌道交通制式中周期最短的。

1.4 工程造價低

懸掛式單軌交通的建設成本約為地鐵工程的1/4，其技術經濟指標為1.5～2.0億元/正線km。根據國內已經開展研究的相關線路的造價數據，懸掛式單軌交通第一部分工程費的技術經濟指標為1.2～1.4億元/正線km。

1.5 景觀效果好

與其他制式軌道交通相比，懸掛式軌道交通的區間結構尺寸較小，很大程度上降低了對城市空間采光的遮擋及周邊景觀的視覺破壞。列車行駛于高空之中，乘客開闊的視野、良好的眺望條件是其他制式軌道交通難以媲美的;其車廂底部可以采用透明材料，增加游覽觀光的趣味性。懸掛式單軌交通可以通過裝飾及涂裝更好地融入當地文化特色，成為一道流動的、亮麗的風景線。

2 發展現狀及存在問題

2.1 國外發展情況

2.1.1 發展歷程

1825年，懸掛式單軌交通誕生于德國，但受制于當時的技術條件，軌道梁采用木梁，以馬匹牽引。1901年，第一條現代化的懸掛式單軌交通在德國伍伯塔爾市建成，目前懸掛式單軌交通僅在德國、日本有著成熟的運營線路，列車最大運行速度約為60km/h，多以2～3輛編組運行。懸掛式單軌交通按照走行輪材料類型以及其與軌道梁空間位置關系可以分為3種類型：浪琴型（非對稱懸掛鋼輪鋼軌型）、非對稱懸掛膠輪型、對稱懸掛膠輪型（SAFEGE型），如圖1所示。浪琴型的主要特點是鋼制走行輪行駛于鋪設在鋼桁架梁之上的鋼軌上，懸吊裝置懸掛于軌道梁一側。非對稱懸掛膠輪型的主要特點也是懸掛裝置安裝于軌道梁一側，但走行輪改為橡膠輪。SAFEGE型的主要特點是橡膠走行輪行駛于鋼制軌道梁內部，體系呈現對稱特點，是當前最先進、應用最廣的懸掛式單軌交通類型。

國外懸掛式單軌交通工程項目具體如表1所示。

懸掛式單軌交通的發展已經接近百年，國外多地進行了試驗線測試、運營線建設，經歷了浪琴型—非對稱懸掛膠輪型—SAFEGE型的演變。在這一演進過程中，非對稱懸掛膠輪型利用膠輪改進了浪琴型爬坡能力弱的缺點，而SAFEGE型利用走行輪行駛于軌道梁內部，改進了非對稱懸掛膠輪型在雨雪天氣下運行不安全的缺點。

2.1.2存在問題

同為單軌交通，懸掛式單軌的發展明顯緩于跨座式單軌，建設熱度更是遠不如其他制式軌道交通，造成這一現象的主要原因有以下3個方面。

（1）運行速度低，運力低下。懸掛式單軌交通系統中列車速度一般可以達到50km/h，加上進站停車減速等因素，實際行駛的平均速度僅為30～40km/h。每輛車的定員約為100人，不足地鐵的1/3。懸掛式單軌交通的運能為5500～21000人次/h，適合于高峰單向斷面客流量在5000～20000人次/h的交通干線上，通常用于15km以內的短途交通。

（2）檢修困難，容易產生安全隱患。懸掛式單軌交通距離地面較高，軌道梁較窄，對于浪琴型及非對稱懸掛膠輪型而言，難以設置檢修操作平臺;而對于SAFEGE型，其軌道梁長、寬均為1m左右，內部空間較為狹窄，且容納了接觸軌、通信及信號電纜等設施，檢修困難度更高。

（3）救援效率低，事故無法及時處理。救援不便是單軌交通的共性問題，懸掛式單軌尤甚，因為其結構特點決定了無法利用車輛上方的軌道梁進行緊急疏散，也無條件在區間內設置疏散平臺，多依賴于救援車、消防車等被動救援方式。2013年10月18日，德國伍伯塔爾線曾發生軌道支架上的電力母線脫落事故，列車上70 余人被困在12m的高空中，數小時后才得以脫險。

正是這些原因，人們對于懸掛式單軌交通在城市中的適用性及安全問題產生了疑慮，導致懸掛式單軌交通發展遲緩，并在誕生至今的百余年來多與發達國家基建大潮失之交臂。

2.2 國內發展情況

2.2.1 發展現狀

2011年，德國國際空列集團（H-Bahn）在天津成立了太平洋空鐵設備技術有限公司。次年，我國各地開始考慮引入SAFEGE型懸掛式單軌交通，上海、合肥、石家莊、濟南、武漢、青島、蘇州、洛陽、貴陽、溫州、沈陽、天津、鄭州等地都進行了前期研究或論證。

懸掛式單軌交通在國內公共交通領域還沒有運營線路，但多家車輛制造商進行了廠區試驗線的建設及研究測試：2016年11月，中唐空鐵集團有限公司基地內新能源空軌試驗線（以下簡稱“中唐空鐵試驗線”）成功運行，線路環線布置，正線為單線，長1.09 km，出入線長0.32 km，包括緩坡、彎道、車站、充電站等路況、設施;2017年7月，中車青島四方機車車輛股份有限公司內建成0.88km試驗線（以下簡稱“中車青島四方試驗線”），采用接觸軌供電，進入型式試驗和試運行階段;2018年8月，北京中建空列集團有限公司在開封建成約0.7km試驗線（以下簡稱“中建開封試驗線”），由檢修平臺、高架結構、轉轍換線系統、機車系統、鋼結構車站等組成。3條試驗線在供電制式、道岔類型、墩梁連接方式等方面存在差異，但其測試都為商業運營線的設計比選及優化提供了豐富的數據依據。

國內懸掛式單軌作為城市軌道交通的發展剛剛起步，缺乏國家級的設計規范及建設標準，目前僅四川及河南依托試驗線分別頒布了DBJ51/T 099-2018《懸掛式單軌交通設計標準》和DBJ41/T 217-2019《懸掛式單軌交通技術標準》2個地方性標準。標準內容包含車輛、軌道梁橋、道岔、供電、通信、信號、車輛基地等多個專業，涉及設計、施工、驗收、調試等方面。

2.2.2 存在問題及建議

（1）牽引供電制式。國內懸掛式單軌交通存在接觸軌及蓄電池2種牽引供電制式，接觸軌需增設正線牽引變電所、接觸軌、部分環網電纜等，而蓄電池需增設車載電池、車輛段充電場所、電池換裝庫等。對于蓄電池制式，其建設初期投資遠低于接觸軌，充電設備設施的檢修更換可集中在車輛基地進行，方便快捷，但其設備設施壽命較短（約5年），運營期間更換頻次較高、費用高，且目前供電效率相對較低。若以全壽命周期（使用周期30年）考慮，在政府不提供能源補貼的條件下，蓄電池制式的投資高于接觸軌。因此，牽引供電制式需要根據建設模式、初期投資要求、供電效率等具體情況進行綜合比選。

（2）墩梁連接體系。懸掛式單軌交通常用的墩梁連接體系有耳板銷軸連接和牛腿支座連接2種，如圖2所示。耳板銷軸連接是在橋墩懸臂中加入橫隔板，同時在軌道梁端焊接耳板，利用銷軸連接橫隔板及耳板。牛腿支座是在橋墩懸臂上焊接突出的底座，軌道梁端也焊接懸挑的支座，底座與支座通過高強度螺栓連接。目前國內關于采用何種墩梁連接方式存在一定爭議。總的來看，耳板銷軸連接體系用鋼量小、簡潔美觀，但銷軸材料及限位裝置工藝要求高;而牛腿支座體系承載能力高，制造方便，但用鋼量大，可能會出現拉力，需要設置拉壓支座。因此，墩梁連接體系的選擇要根據荷載情況、銷軸及支座采購便利性、連接體系造價等綜合確定。

（3）車輛側滾效應。懸掛式單軌車輛結構異于傳統的輪軌車輛，懸吊于走行部下方，車輛在通過曲線或遇到側風時會發生側滾，因此懸掛式單軌交通在通過線路小半徑曲線、道岔以及強風條件下，會產生鐘擺效應，運行平穩性變差，乘坐舒適度降低。因此需要完善轉向架設計，通過設置側滾止擋、優化減振器等方式限制車體側滾。在側風特別大的地區，線路應設置大風監測預警系統，并根據實時風速調整運行規則，具體如表2所示。

（4）救援及維護方式。懸掛式單軌交通在突發事故下的救援比較困難，不如其他制式軌道交通便利。為提升乘客安全逃生率，應制定與事故等級對應的多種措施應急預案，綜合采用橫向救援（通過客室側門逃生至對側車輛）、縱向救援（救援車牽引至最近站臺、通過端部門逃生至救援車）、垂向救援（列車底板下設逃生筒、消防云梯）等多種救援方式。另外，在比較長的區間內可以考慮設置疏散塔，縮短逃生路徑。總之，應充分發揮各類救援疏散方法的優勢，多措并舉，以提升懸掛式單軌交通列車故障救援的能力。

（5）維護重難點部位。懸掛式單軌交通維護的重難點為軌道梁內部，一方面，梁內布置著道岔裝置、供電軌、供電電纜、通信電纜、信號軌旁設備及信號電纜等眾多高價值的設備設施;另一方面，梁內空間非常狹窄，維修人員通行與器材運輸不便。因此，針對軌道梁內的維修及檢查，應加快研發滿足商業運營線檢修需求的多功能梁內巡檢小車或機器人。

3 應用展望

懸掛式單軌交通屬于中低運量制式，是城市軌道交通多制式協同發展的補充，主要適用場景為客流集散點聯絡（如機場接駁）、中小城市主城區（特別是多山、多丘陵地帶城市）內部交通、旅游區或大型商圈的觀光等。尤其在地面道路資源緊張，且遠期高峰小時客流量小于1.5萬人次/h時，懸掛式單軌交通具有強大的競爭優勢。

目前國內多地已有意或正在建設懸掛式單軌交通（表3），如貴州安順黃果樹、貴州黔東南州、四川攀枝花、長沙大王山等旅游勝地均已完成了懸掛式單軌交通的前期研究，陜西韓城空軌工程則完成了施工圖設計。成都大邑空軌（采用建設-運營-轉讓的模式，即Build-Operate-Transfer，BOT模式）正在開展施工圖設計，預計將成為國內首條懸掛式單軌交通商業運營線，為其他同類項目提供示范作用，進一步促進懸掛式單軌交通向前發展。

由表3可見，目前的懸掛式單軌交通項目幾乎均與旅游觀光相關。鑒于近幾年我國大力推廣政府和社會資本合作（Public-Pivate Partnership，PPP）、BOT等新型建設模式，基于旅游觀光的懸掛式單軌交通勢必會因其良好的收益獲得青睞，迎來廣闊的發展前景。另外，隨著我國高性能蓄電池技術的不斷發展，新能源懸掛式單軌交通由于建設投資更為節省、環保等因素，將會成為懸掛式單軌交通未來發展的主要方向。

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收稿日期 2019-07-21

責任編輯 黨選麗

Development status and application prospect of suspended monorail

Zhu Pengfei

Abstract： Suspension monorail originated in Germany and has a history of more than 100 years. At present， it has just proven practice of commercial operation in Germany and Japan. In recent years， the boom of research and construction of suspended monorail has gradually arisen in China， but some scientists in china have some doubts about its applicability due to factors such as low traffic capacity， difficult maintenance， low rescue and recovery efficiency， etc. At the same time， there are still disputes and difficulties in domestic research on traction power supply system， pier beam connection system， rolling effect of vehicles， rescue and maintenance mode， etc. However， it is certain that， with the accumulation and improvement of construction experience and design standards， the suspension monorail transit applicable to low and medium traffic volume lines will be focused and widely used in tourism， passenger hub liaison sites and other projects due to its unique advantages.

Keywords： suspended monorail， development status， advantages， application prospect