跨座式單軌交通發展淺析

劉 俊 武 農 孫曉彤

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

近年來,我國城市軌道交通發展迅速,特大型城市、Ⅰ型大城市骨干線網已基本建成,主要采用大運量的地鐵制式。截至 2021 年6 月,全國投入運營的城軌交通線路長8 448.67 km,其中地鐵6 641.73 km,標志著我國已步入城軌交通大國行列。然而,地鐵運營入不敷出現象仍然存在,并且不少城市的地鐵客運強度不到每千米0.7 萬人次/d 的最低標準。

另一方面,高鐵時代的到來讓中國人“千里之行一日還”變成現實,我國大城市被高鐵融為近鄰,中國高鐵速度帶來了中國經濟飛躍發展,中國各大城市由于高鐵便捷帶來城市群整體跨越發展。隨著城鎮化建設的推進,特大城市(城區常住人口300 萬人以上)、Ⅰ型大城市(城區常住人口100～300 萬人)的交通網需要進行加密,我國大量的Ⅱ型大城市也迫切需要城市軌道交通,城市立體交通體系需要更新模式引導創新發展[1-3]。

城市軌道交通建設的發展趨勢,必將從地鐵建設為主逐步過渡到地鐵、輕軌、跨座式單軌、懸掛式單軌、中低速磁浮、有軌電車、市域快軌等多種制式協調發展[4-7]。跨座式單軌交通作為一種中運量軌道交通系統,是城市軌道交通的重要組成部分,可為城市現代化的軌道交通建設提供多樣化選擇[8-11]。

在需求側,跨座式單軌具有建設成本低、建設周期短、環保性能優、適應能力強、景觀效果好等獨特優勢,受到越來越多城市的關注和歡迎,截至2020 年,全國跨座式單軌開展線網規劃的城市有49 個,線網規劃已批復正開展建設規劃的城市有18 個,在建城市1 個,運營城市1 個。

在供給側,我國已形成較為完整和成熟的單軌產業鏈,截至2020 年,從事單軌交通的勘察設計單位有10 家;生產單軌交通車輛的廠家有6 家,其他裝備制造企業若干;已發布單軌交通標準24 項。以下對單軌交通在國內外的發展歷程進行簡要回顧,并對未來的發展方向進行分析。

1 跨座式單軌交通的概述

跨座式單軌交通是一種車輛跨行于梁軌合一的軌道梁上行駛的軌道交通制式,通常采用高架敷設,必要時也可在地面或地下敷設。車輛采用橡膠輪胎,除走行輪外,在轉向架兩側設有導向輪和穩定輪,夾行于軌道梁兩側,以確保車輛沿軌道安全平穩行駛(見圖1)。

1.1 主要技術特點

結合車輛、軌道、道岔及其他相關技術條件,跨座式單軌系統具有以下主要技術特點。

(1)建設成本低

目前,國內建設的地鐵工程投資已經達到(6～12)億元/km,鋼輪鋼軌輕軌達到 (4～6)億元/km,而跨座式單軌投資僅為(2～3)億元/km。

(2)建設周期短

跨座式單軌交通系統為模塊化結構,軌道梁可提前在制梁場預制,夜間吊車架設,可有效降低施工對城市交通的影響,縮短建設周期。

(3)環保性能優

膠輪走行方式產生的噪聲、振動遠小于地鐵和輕軌,對沿線居民工作、休息影響小;由于環保性能優異,可將車站與商業民用建筑融為一體,方便乘車,并促進沿線土地開發。

(4)適應能力強

跨座式單軌列車具有較強的爬坡能力,能通過較小彎道,對地形地貌具有良好的適應性,能適應城市內各種復雜環境,有效減少征地拆遷工程,從而節省工程投資和避免征拆糾紛。

(5)景觀效果好

輕盈的軌道梁可減少遮蔽,降低對采光和視覺效果的影響;高架線路和動感時尚的車輛讓城市更有層次感、立體感,為城市增加了一道流動的風景線,同時也是一座移動的觀景平臺。

(6)安全性能好跨座式單軌系統的車輛轉向架上裝有走行輪、導向輪和穩定輪,可充分保障系統的運營安全;跨座式單軌作為一種公共交通工具,在中國、日本、美國、阿聯酋、馬來西亞、新加坡等多個國家已有半個世紀的安全運營業績。

1.2 適用范圍

跨座式單軌交通以其主要技術特性和獨特優勢,尤其適用于以下幾類交通線路。

(1)Ⅱ型大城市的軌道交通骨干線,為城市提供主要公共交通出行服務。

(2)Ⅰ型大城市及以上城市的軌道交通加密線,覆蓋城市次要客運走廊,延伸軌道交通服務范圍。

(3)隨著我國時速120 km 的市域單軌的成功下線和試驗,單軌可應用于市域線,實現城市全網統一制式。

(4)旅游觀光線路,如風景區、博覽會、游樂場等處所的短途交通運輸線或旅游觀光線。

(5)地形復雜、道路資源緊張的城市交通線路,如重慶的山地立體城市。

(6)對噪聲、振動等環境指標要求高的大型社區、組團內部及周邊交通線路,如別墅區、大學城、高端購物及娛樂場所等與城市中心區的交通連接線。

2 跨座式單軌交通的發展歷程

2.1 世界跨座式單軌交通發展回顧

跨座式單軌的歷史最早可追溯到1820 年,第二次世界大戰后,隨著科學的進步,跨座式單軌技術受到各國重視逐漸完善和成熟起來,早期主要應用在旅游及游樂設施,如東京的上野動物園、佛羅里達迪士尼等;20 世紀60 年代,日本將其應用于城市軌道交通,帶來了跨座式單軌的迅速發展;隨后,逐漸發展成為廣受歡迎的城市公共交通工具,在美國、日本、俄羅斯、新加坡、韓國、馬來西亞、巴西、沙特、印度、伊朗等地得到廣泛運用(見表1)。

2.2 跨座式單軌在國內的應用

重慶市對日立單軌技術進行了引進、消化、吸收和國產化,建成我國首條跨座式單軌交通線路-重慶軌道交通2 號線,拉開了中國跨座式單軌交通建設和產業發展的序幕。之后,重慶3 號線總運營里程達到67 km,超過日本大阪,成為世界上最長的跨座式單軌交通線路,且實現了單軌最長線路、最多編組、最復雜交路、最小發車間隔和最大運能的高效運營。

重慶單軌的實踐,使得跨座式單軌技術在中國得到較大創新與發展,形成完全自主的單軌技術,創建自主可控的技術標準體系。如首創“墩梁并舉”工藝,成功研制PC 梁專用架運機械設備,創新了跨座式單軌梁橋和地下空間建造成套技術;掌握了單軌車輛整車系統集成和轉向架技術,在世界上首次實現了8 編組單軌列車系統集成和成功運營;首創平移式道岔裝備,自主研制可撓道岔和關節型道岔;構建完備的單軌安全保障、單軌運營管理技術體系;創建了世界首個跨座式單軌交通國家和行業技術標準體系,為國內外推廣、建設和運營跨座式單軌交通系統提供體系性技術支撐。

2.3 輕型跨座式單軌蓬勃發展

為滿足越來越多城市(特別是Ⅱ型大城市)對軌道交通的需求,在充分吸取、總結重慶單軌經驗的基礎上,中鐵工程設計咨詢集團有限公司等多家單位對輕型跨座式單軌技術開展系統集成創新和關鍵技術創新,以期實現進一步的輕量化,降低建筑體量和景觀影響,增強其適應能力,降低工程造價,更好地滿足國內眾多城市對軌道交通制式的多樣化需求。

(1)在蕪湖的創新應用

隨著蕪湖輕型跨座式單軌的建設和即將通車,促進了中國跨座式單軌技術再次創新發展。采用獨柱鋼-混組合結構體系車站,讓高架車站更輕巧、美觀;采用先簡支后連續的3-30 m 大跨度連續剛構軌道梁,造型美觀,投資節省;采用2-70 m 墩頂轉體法施工的大跨度跨座式單軌組合橋,一次轉體跨越4 條鐵路,為國內單軌首次上跨高鐵,投資節省且風險可控;采用國產化設計的換梁型、樞軸型道岔,結構簡單、運營效率高;采用擁有更寬受流面的“C”形鋼鋁復合軌,構造簡單,安裝方便,可維護性好。

(2)輕型跨座式單軌的發展

截至 2021 年6 月,城軌交通運營線路中共有8 種制式同時運營。其中,地鐵占比78.61%;跨座式單軌98.5 km,占比1.17%。

雖然單軌交通運營里程占比較小,但近年來發展迅猛,規劃里程大幅提升。截至2021 年6 月,全國跨座式單軌市場統計中,已開通運營的城市1 座(重慶市),運營里程98.5 km;正在建設的城市1 座(蕪湖市),建設里程46.3 km,計劃2021 年底通車;線網規劃已批復(正開展建設規劃)的有濰坊、柳州、遵義、邯鄲等18 座城市,線網規劃總里程2 842 km。開通運營的旅游單軌交通1 條,銀川花博園旅游線,運營里程5.67 km。

(3)單軌產業鏈

在規劃設計方面,規劃設計單位作為每種軌道交通制式系統集成的前導協同企業,積極參與到跨座式單軌交通技術的引進、消化、吸收、再創新工作,聯合相關科研院所、車輛裝備、建設安裝等企業,經過系統集成研究、關鍵技術研究和工程化應用研究,具備了成熟的跨座式單軌規劃設計能力。目前,從事過跨座式單軌規劃設計工作的企業共有10 家,可滿足國內外跨座式單軌交通規劃設計需要。

在車輛制造方面,車輛企業作為每種軌道交通制式裝備產業的主體引領企業,主要在引進消化吸收國外車輛技術進行國產化基礎上,持續創新,加強自主化研究,已研發并下線了可滿足大、中、小各種運量的多種跨座式單軌車輛。目前,國內跨座式單軌車輛制造企業有6 家,可滿足國內外跨座式單軌車輛使用需求。

在其他裝備方面,尤其道岔設備作為跨座式單軌交通三大關鍵技術之一,不斷發展創新,不斷研發出新型道岔并應用于工程實際中。目前,國內跨座式單軌道岔制造企業有5 家,可以滿足國內外跨座式單軌道岔使用需求。其他系統裝備與其他城市軌道交通制式相差不大,相關制造企業若干,可滿足跨座式單軌建設需要。

在土建施工方面,經過重慶和蕪湖單軌工程的建設,軌道梁橋線性控制方面已形成成套控制技術,在“墩梁并舉”工藝技術、鋼混組合結構技術、裝配式建筑方面均有突破。國內多家施工企業參與了重慶和蕪湖建設,具有豐富土建施工經驗,可以滿足跨座式單軌建設需要。

在運營維護方面,重慶單軌交通已有近20 年的運營經驗,形成了一整套成熟、安全、可靠的運營維護架構、檢修維護模式、應急救援、員工培訓管理等運營體系,可供各城市單軌交通運營維護借鑒。

(4)下一代智慧單軌

2020 年,《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》發布,給未來城軌交通強國的建設指明了目標和方向,將以新興信息技術與城軌交通深度融合為主線,推進城軌信息化,發展智能系統,建設智慧城軌,實現城軌交通由高速度發展向高質量發展的跨越,助推交通強國的崛起。在重點地區加快建設一批軌道交通領域大數據與云計算中心,提高軌道交通運輸效率,推動智慧城軌建設落地。

跨座式單軌作為城市軌道交通的重要組成部分,應在新興信息技術與跨座式單軌交通深度融合方面的不斷加大創新研究,迭代發展。

3 跨座式單軌交通發展展望

3.1 跨座式單軌交通在國內發展前景

(1)城市軌道交通的發展

習近平總書記指出:“城市軌道交通是現代大城市交通的發展方向,發展軌道交通是解決大城市病的有效途徑,也是建設綠色城市、智能城市的有效途徑”;“要繼續大力發展軌道交通,構建綜合、綠色、安全、智能的立體化現代化城市交通系統。”習近平總書記的重要講話指明了城軌交通的發展方向。

隨著中國城鎮化的推進,城市軌道交通建設正由以建設地鐵為主逐步過渡到地鐵、跨座式單軌、懸掛式單軌、有軌電車、導軌式膠輪系統等多種制式協調發展。而跨座式單軌以其獨特優勢,非常適合特大城市、Ⅰ型大城市的加密線,Ⅱ型大城市城市骨干線,從長期來看,必將迎來蓬勃發展,在“十四五”期間,將處于有序推進發展階段。

(2)市域單軌的發展

近日,國家發布了《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》,“綱要”指出,應重點在城市群、都市圈,推進城市群都市圈交通一體化,加快城際鐵路、市域(郊)鐵路建設,以城際鐵路和市域(郊)鐵路等軌道交通為骨干,打通各類“斷頭路”、“瓶頸路”,推動市內市外交通有效銜接和軌道交通“四網融合”,提高都市圈基礎設施連接性貫通性。

市域單軌作為市域(郊)鐵路中鋼輪鋼軌系統、膠輪系統、磁浮系統3 種走行方式的重要組成部分,將迎來較大市場需求。目前,國內多家車輛企業已研發并下線市域單軌車輛,多家設計院也已經過系統集成研究和工程化應用研究,具備了市域單軌規劃設計能力。

(3)旅游單軌交通的發展

隨著生活水平的提高,人們對旅游休閑需求不斷增加。2017 年交通運輸部、國家旅游局等六部門聯合印發的《關于促進交通運輸與旅游融合發展的若干意見》提出,完善旅游交通的基礎設施網絡、強化客運樞紐的旅游服務功能、加強服務景區客流的公共交通運輸組織、開發適合旅游特點的特種觀光列車等措施。

各地對旅游軌道交通需求旺盛,通過構建“快進慢游”的旅游交通網絡,游客乘坐軌道交通來往景區將實現無縫換乘,提高旅游品質、豐富旅游體驗,同時可以帶動旅游資源整體開發和聯動發展,促進地方經濟發展。

3.2 跨座式單軌交通在國外發展前景

經過20 多年的引進實踐、創新發展,我國已全面掌握了跨座式單軌關鍵核心技術,制訂了較完善的跨座式單軌交通相關國家標準規范,形成了從技術研發、規劃設計、車輛及系統設備制造集成、工程施工、運維管理等國際規模最大、結構最完整的跨座式單軌交通產業鏈,基本具備了中國單軌“走出去”的良好基礎條件。

由于跨座式單軌具有經濟、環保、便捷、安全等獨特優勢,受到很多國家(特別是東南亞國家)的歡迎,我國單軌產業已成功走向印尼、泰國、巴西等國際市場,并獲得了國際單軌業界和專家的好評,已經樹立了良好的國際形象,未來應積極響應國家“一帶一路”倡議,持續打造中國單軌名片,大力推動單軌交通“走出去”。

4 結論

跨座式單軌交通作為一種中運量的軌道交通系統,具有建設成本低、建設周期短、環保性能優、適應能力強、景觀效果好等優點,在市域(郊)鐵路、大中城市軌道交通、旅游軌道交通等方面需求廣泛。且目前國內跨座式單軌交通已有較為成熟的應用案例,隨著工程應用、產業發展以及標準化的推進,跨座式單軌交通將具有更強的適用性及更廣的市場空間。