城市軌道交通輕軌系統(tǒng)車輛選型分析

黃樹明

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢430063）

1 研究背景及輕軌涵義

1.1 研究背景

2018 年 6 月 28日，國務院辦公廳印發(fā)《關于進一步加強城市軌道交通規(guī)劃建設管理的意見》（國辦發(fā)[2018]52 號），意見指出：“城市軌道交通系統(tǒng)，除有軌電車外均應納入城市軌道交通建設規(guī)劃并履行報批程序。地鐵主要服務于城市中心城區(qū)和城市總體規(guī)劃確定的重點地區(qū)，申報建設地鐵的城市一般公共財政預算收入應在300 億元以上，地區(qū)生產(chǎn)總值在3000 億元以上，市區(qū)常住人口在300 萬人以上。引導輕軌有序發(fā)展，申報建設輕軌的城市一般公共財政預算收入應在150 億元以上，地區(qū)生產(chǎn)總值在1500 億元以上，市區(qū)常住人口在150 萬人以上。擬建地鐵、輕軌線路初期客運強度分別不低于每日每公里0.7 萬人次、0.4 萬人次，遠期客流規(guī)模分別達到單向高峰小時3 萬人次以上、1 萬人次以上。以上申報條件將根據(jù)經(jīng)濟社會發(fā)展情況按程序適時調整。”

隨著《意見》的頒布，國內不滿足地鐵建設標準的城市開始了輕軌建設熱潮，然而目前關于“輕軌”的概念并沒有清晰描述，《意見》也并未明確指出。

1.2 輕軌涵義

美國公共交通協(xié)會（The American Public Transportation Association，即APTA）對輕軌的定義是：一種相對于重軌而言運能較低的電氣化軌道交通模式，可以使用獨立的路權或與其他交通方式混行路權，使用高站臺或低站臺上下客，使用多節(jié)車輛組成的列車或單個車輛。歐洲交通運輸部長會議（European Conference of Ministers of Transport，即ECMT）在其1994 年出版的報告《輕軌公共交通系統(tǒng)》中，對“輕軌”的定義：輕軌系統(tǒng)是一種軌道運輸方式，其形式從現(xiàn)代有軌電車到運營在專有路權上的快速公共交通系統(tǒng)，可以在地面、地下、高架橋上運行[1]。

表1 不同車型系統(tǒng)運能對比分析表

表2 不同車型工程適應性及投資規(guī)模對比表

國內《城市公共交通分類標準》（CJJ/T 114-2007）將城市軌道交通大類劃分為地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動導向軌道系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)7 個中類，其中輕軌系統(tǒng)包括C 型車、Lc 型車2 個小類[2]。從國標《城市輕軌交通鉸接車輛通用技術條件》（GB/T 23431-2009）來看，輕軌車輛基本類型為C 型車。從行業(yè)主流思想來看，除狹義上的輕軌C型車外，武漢地鐵1 號線（B 型車4 輛編組）、重慶跨座式單軌、長沙中低速磁浮等普遍被認為屬于輕軌范疇，實則是與運量等級的概念有所交叉，主指單向運能在1～3 萬人次/h 的中運量軌道交通系統(tǒng)，屬廣義上的輕軌概念。

從《意見》的審批角度來看，“輕軌”宜取廣義概念，可選擇的車輛形式既包括鋼輪鋼軌制式的B 型車、C 型車、直線電機，也包括膠輪導軌制式的單軌系統(tǒng)、APM系統(tǒng)，以及磁浮系統(tǒng)。本文亦取廣義概念。

2 常見輕軌車輛選型技術分析

目前輕軌系統(tǒng)車輛形式呈百家爭鳴、百花齊放之勢，常見的有地鐵B 型車、C 型 車、Lb 型車、跨座式單軌、中低速磁浮、有軌電車等。其中C 型車包括傳統(tǒng)C 型車和C型鉸接車，傳統(tǒng)C型車如上海地鐵5、6、8 號線，與B 型車同為鋼輪鋼軌系統(tǒng)制式，不同之處在于車輛外形尺寸較小、軸重較輕，系統(tǒng)運能較低；C 型鉸接車包括高地板（G）和低地板（D），均包括4、6、8 軸鉸接車，如沈陽渾南有軌電車、長春有軌電車均采用低地板C 型鉸接車。

2.1 運能適應性

理論上上述車型均可實現(xiàn)不同編組，均可突破3 萬人次/h 的運能的限制，但在實際應用中，一般認為輕軌線路站臺長度不宜超過100m，不然則失去了輕軌的經(jīng)濟適用性。按100m站臺長度限制，B 型車、Lb 型車、傳統(tǒng)C 型車最大可做到5 輛編組，跨座式單軌、中低速磁浮可做到6 輛編組；最小按3 輛編組考慮；C 型鉸接車最大按兩列8 軸鉸接車聯(lián)掛、最小按單列4 軸鉸接車考慮。不同車型系統(tǒng)運能對比如表1。

考慮一定運能富余，B 型車、Lb 型車、傳統(tǒng)C 型車可適應3萬人/h 左右運量級，跨座式單軌、中低速磁浮可適應2 萬人/h左右運量級，C 型鉸接車可適應1 萬人/h 左右運量級。

2.2 工程適應性

一般系統(tǒng)可適應的最小曲線半徑越小、最大限制坡度越大，系統(tǒng)對地形、地貌的適應性越好，越容易選線布站，拆遷規(guī)模也越小、投資強度越低。不同車型可通過的最小曲線半徑、最大限制坡度、一般投資規(guī)模對比如表2。

從適應地形、運能、工程造價等方面分析，B 型車、傳統(tǒng)C 型車可通過的最小曲線半徑較大、最大限制坡度較小，適用于地勢落差不大、運能要求較高的平坦型城市線路，線路工程造價也較高；Lb 型車適用于地勢落差大、同時運能要求也較高的城市線路，線路工程造價也較高；跨座式單軌、中低速磁浮適用于地勢落差大、轉彎半徑小，同時對運能要求也相對較低的城市或旅游景區(qū)線路；C 型鉸接車多為地面敷設、采用半獨立路權，適用于對運能要求不高、需要控制工程投資的線路，如城市有軌電車。

表3 不同車型的等效噪聲標準表

表4 不同車型技術適應性分析表

2.3 環(huán)境影響

輕軌系統(tǒng)多以高架形式敷設，對自然環(huán)境主要產(chǎn)生噪聲污染，也是項目環(huán)境影響評價的主要因素之一。不同車型的等效噪聲標準如表3。

從噪聲控制標準來看，跨座式單軌、中低速磁浮的噪聲控制標準更為嚴格。根據(jù)相關研究成果，B 型車在運行時速60～75km/h 時，噪 聲 源 強 約80.1～84.3dB；Lb 型 車 運 行 時 速60km/h 時，噪聲源強約78.7dB，重慶跨座式單軌運行時速60～75km/h 時，噪聲源強約72.3～77.8dB[3]，中低速磁浮（試驗線）運行速度在60～80km/h 時，噪聲源強約69.7～73.7dB；現(xiàn)代有軌電車運行速度40km/h 時，噪聲源強76～78dB[4]。可見從噪聲污染控制來看，跨座式單軌、中低速磁浮更具有優(yōu)勢。

2.4 運營及維護

2.4.1 B 型車技術成熟、應用廣泛、國產(chǎn)化率高，運營維護經(jīng)驗豐富，相對于其大運量等級來說，運營維護成本不高。

2.4.2 Lb 型車，目前我國已經(jīng)具備生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)化直線電機車輛，但國內采用直線電機車輛的線路較少，目前開通運營的有北京首都國際機場線，廣州地鐵4 號線、5 號線、6 號線等。直線電機主要為人所詬病的是能耗大，按“完成相同運輸任務”，即單位人公里能耗，直線電機車輛較B 型車等旋轉電機車輛的牽引能耗約高出25%以上。[5-6]此外，由于現(xiàn)階段直線電機應用較少，維修耗材、配件等價格較高，導致運營維護成本也較大。

2.4.3 中低速磁浮與直線電機類似，都具有轉彎半徑小、爬坡能力強的特點，由于磁浮系統(tǒng)采用車輛懸浮的模式，避免了輪與軌之間的摩擦阻力，運行噪聲小，運行磨損和維護費用低。且由于磁浮系統(tǒng)為非黏著牽引模式，不會出現(xiàn)雨雪天氣車輪打滑無法運行或降低旅速的情況，在雨雪天氣下也可正常運營。由于磁浮系統(tǒng)也采用直線電機驅動，且因車輛懸浮增加了懸浮能耗，其能耗水平甚至比普通直線電機車輛更高。有研究顯示，磁浮列車單位能耗比B 型車6 輛編組的單位能耗大。在80km/h條件下，按單位噸公里計算，磁浮列車能耗是B6 列車的1.24倍，按單位人公里計算，磁浮列車能耗是B6 列車的1.39 倍[7]。另外，為保證車輛懸浮，磁懸浮列車應嚴格控制載客量，防止因車輛過載而懸浮太低，導致列車無法啟動，增加了客流高峰期的運營組織風險。

2.4.4 跨座式單軌通過單根軌道支承、穩(wěn)定和導向，車體采用橡膠輪胎騎跨在軌道梁上運行，軌道梁具有導向和承重雙重功能。跨座式單軌由于采用橡膠輪，在冰雪天氣時黏著力下降，且橡膠輪磨耗大，壽命明顯短于鋼輪，運營維護費用也較高。

2.4.5 C 型車目前在國內應用較多，除上海地鐵5、6、8 號線采用傳統(tǒng)C 型車外，沈陽渾南區(qū)、長春輕軌3、4、8 號線，蘇州高新區(qū)有軌電車、淮安有軌電車等采用的基本車型均為C 型鉸接車，C 型鉸接車所需工程投資和后期運營維護費用均較少；其劣勢在于若采用半獨立路權，與道路交通的交叉干擾較大，多地有軌電車曾發(fā)生過與小汽車、行人等相撞事件，但一般都是由于汽車、行人等違反交通法規(guī)、搶占有軌電車通行相位導致的。

3 城市輕軌車輛選型建議

綜合以上分析，結合目前實際運用經(jīng)驗，上述車型技術適應性如表4 所示。

3.1 B 型車選擇建議

考慮B 型車一般作為中、大運量軌道交通系統(tǒng)，線路多以地下方式敷設，土建工程規(guī)模大，系統(tǒng)造價較高，建設、審批條件嚴苛，滿足輕軌建設門檻的城市應慎重選擇，即便勉強滿足地鐵建設門檻，若僅個別線路運量級達到B 型車運能，考慮線網(wǎng)資源共享、線網(wǎng)服務水平匹配、運營維護成本等因素，也不建議盲目選擇B 型車長編組數(shù)量，以不超過5 輛為宜。

3.2 Lb 型車選擇建議

盡管我國已經(jīng)具備生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)化直線電機車輛，但國內采用直線電機車輛的線路仍然較少，考慮到其運營維護成本較高的劣勢，從技術推廣性上并無優(yōu)勢，目前相關城市也并無續(xù)建計劃，不建議作為輕軌系統(tǒng)的主選車型。

3.3 C 型車選擇建議

傳統(tǒng)C 型車與地鐵B 型車類似，同等工程條件下運能、造價都相差不大，這也導致先期建設地鐵的城市寧愿付出較高代價去選擇技術更為成熟、運能等級更高的、市場化程度更強的B型車，造成傳統(tǒng)C 型車并未推廣開來，在當前車輛產(chǎn)品競爭激烈、產(chǎn)能飽和的條件下，也不建議作為主選車型。

C 型鉸接車目前主要應用于半獨立路權的城市有軌電車，應用范圍廣泛，運營管理簡單、成本較低，不失為一種好的選擇。C 型鉸接車同樣也可以采用獨立路權，以長春8 號線為例，采用全高架敷設形式，設站12 座，全長13.3km，投資約52 億元，約合4.0 億元/km。系統(tǒng)采用6 節(jié)C 型鉸接車，單列車載客622 人，按30 對/h 核算單向輸送能力可達1.8 萬人/h。

3.4 跨座式單軌選擇建議

自從重慶市2005 年開通首條單軌線路以來，單軌交通以其占地少、污染小、工期短的優(yōu)勢也陸續(xù)吸引若干城市繼續(xù)選擇這一系統(tǒng)型式，如柳州、蕪湖等。此外，除傳統(tǒng)長客生產(chǎn)的單軌車輛外，也有新的廠商開始生產(chǎn)單軌成套設備，如浦鎮(zhèn)龐巴迪單軌、深圳比亞迪云軌。可見單軌交通仍然具備較強的生命力，對于部分條件合適的城市，仍不失為一種好的選擇。

3.5 中低速磁浮選擇建議

自2016 年長沙開通首條中低速磁浮線路以來，磁浮以其環(huán)保、技術創(chuàng)新等優(yōu)勢迅速吸引了一批城軌線路、旅游專線等作為系統(tǒng)選型。目前開通的項目有北京磁浮S1 線、在建的清遠磁浮旅游專線。對于特定功能線路，如機場線、旅游專線，中低速磁浮有一定的選擇價值。

4 結論

隨著《意見》的出臺，可預見將有不少符合條件的城市轉向輕軌的規(guī)劃建設。根據(jù)各城市公布的《2018 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，截止目前，滿足輕軌修建條件而尚未進行建設的城市仍有三十余個，輕軌交通作為該類城市緩解交通擁堵、改善城市面貌、提升市民幸福感和獲得感的有效交通方式，盡早納入規(guī)劃及建設。

在城市軌道交通規(guī)劃及建設中，車輛選型是一項重中之重的工作，所應考慮的因素涉及技術、經(jīng)濟、社會、政策、環(huán)境等多方面影響，本文選擇其中幾個方面對B 型車、C 型車、Lb 型車、中低速磁浮、跨座式單軌等幾種常見車型進行了分析和比選，難免有失全面，各城市當因地制宜地選擇最為合適的發(fā)展型式。