跨座式單軌交通發展現狀研究及方向展望

魏家蓉 董斌杰 張哲寧

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055； 2.北京交通發展研究院，北京 100073)

1 概述

隨著國家發改委下放地鐵審批權限，并鼓勵城市軌道交通多制式協調發展，跨座式單軌憑借中運量城軌交通的特性，以及地形適應能力強、建設成本低等優勢，逐漸在軌道交通市場中占據了一定的份額。近年來，單軌交通技術及產業鏈逐漸成熟和完善，“智慧化”浪潮也對城軌技術的發展產生推動。為更好輔助政府領導決策，亟需對跨座式單軌交通的發展基礎、發展要求、未來發展方向等進行研究。

已有部分學者對跨座式單軌交通的特點及前景進行探索。仲建華以重慶為例，分析跨座式單軌的特點、優勢和技術創新，提出應始終貫徹科技提升品質、創新促進發展的理念[1]；郭鍇等對跨座式單軌在運營、適用范圍、景觀影響、土地開發等方面存在的認識誤區進行解釋，并從國家政策、適用范圍方面對其應用進行展望[2]；陳學峰等認為跨座式單軌交通對中等規模城市產城融合發展具有促進作用[3]；張維驛基于輪軌、懸掛式單軌分析跨座式單軌列車的優缺點[4]；趙小文認為中低運量軌道交通是未來一段時間內城市軌道交通的重要發展方向，但在法規、標準、立項審批方面還需完善[5]。

相關學者對跨座式單軌的特點、優勢及應用前景均有探索，但針對其現階段的發展要求及未來發展方向研究有待深入。在前人研究基礎上，從國家新頒發政策、城市發展、城軌制式協調發展以及 “一帶一路”倡議4方面著手，提出跨座式單軌交通的發展要求，并借新時代新技術、新機遇新使命發展之勢分析其發展方向。

2 跨座式單軌發展歷程

跨座式單軌是通過單根軌道支持、穩定和導向，車體采用橡膠輪胎騎在軌道梁上運行的軌道交通制式。起源于19世紀初的貨運系統及旅游設施，隨著技術體系不斷發展成熟，逐漸應用于城市客運系統。

2.1 國外發展歷程

(1)起源

世界上第一條跨座式單軌鐵路線誕生于1888年，由法國人CharleLarligue設計[4]。線路總長度約15 km，建設于愛爾蘭，牽引機車為蒸汽機車，線路最高運行速度為43 km/h，平均旅行速度為29 km/h。

(2)探索

隨著二戰結束及機電技術的發展，跨座式單軌交通技術開始受到各國重視。1957年，德國建造了科隆—菲林根單軌試驗線；1959年，美國開通加州迪士尼單軌線(見圖1)，1962年，開通西雅圖中央線(見圖2)，這兩條線路至今仍在運營。

(3)發展

1960年，ALWEG與日本日立株式會社實現技術共享，日本將德國技術改良并應用于觀光游覽線。隨后日本對單軌交通進行深入探究，并使其受到政府的重視和鼓勵，還建立了補貼制度。目前，日本共有10條跨座式單軌線路，總營業里程達110.2 km，圖3和圖4分別為東京和大阪的單軌線路。表1列出了世界各地單軌交通的發展概況，在28條單軌線路中，有21條是跨座式單軌，其應用較懸掛式單軌更為廣泛。

圖3 東京單軌羽田機場線

圖4 大阪單軌電車

表1 世界各地單軌交通發展概況[6]

2.2 國內發展歷程

2001年，我國從日本引入跨座式單軌車輛技術，隨后開展自主研發，已形成具有自主知識產權的跨座式單軌交通體系。

(1)重慶單軌技術

作為中國首條跨座式單軌交通線，國家西部大開發的重點工程，重慶市軌道交通2號線和3號線分別于2004年和2011年開通，截至2019年底，重慶市跨座式單軌運營里程達98.45 km。

跨座式單軌交通的優勢在重慶得到了充分的發揮。重慶地形條件極其復雜，需突破山地、江河等復雜地形，單軌梁、橋和地下空間結構建造等技術極為關鍵。以重慶軌道交通2號線為依托，對跨座式單軌交通預制梁、道岔、車輛轉向架等系統的多項關鍵技術開展了國產化研究攻關，并獲得多項國家級獎項。

(2)比亞迪云軌系統

在重慶單軌技術的基礎上，2011年比亞迪公司自主研發了新型跨座式單軌系統——“云軌”系統。采用車體輕量化設計、無人駕駛、能量回饋系統、永磁輪邊直驅電機等先進技術。

目前，已竣工的云軌項目有：深圳坪山新區空中巴士“云軌”，總里程4.4 km，時速可達80 km；寧夏銀川“云軌”一號線花博園段，總里程5.67 km，是全球第一條商業運營的云軌線路；以及四川廣安市云軌項目等。

(3)中車龐巴迪系統

可提供交通運輸系統解決方案[7]。其研制的跨座式單軌交通系統已成功應用于蕪湖軌道交通1號線和2號線建設，長46.27 km，于2021年開通運營，圖5為建成的蕪湖軌道交通。

圖5 建成的蕪湖軌道交通

近年來，國家及地方主管部門陸續發布相關政策文件及技術規范，以支持城軌發展，涉及規劃設計、施工驗收、運營管理等方面(見表2)。

表2 關于跨座式單軌交通的政策性文件及標準規范

3 跨座式單軌技術特征及適用性

3.1 技術特征

(1)可充分適應多種地形特點

重慶跨座式單軌線路高程為180～430 m的地段，6 km內相對高差250 m(見圖6)。重慶跨單系統采用橡膠輪胎，爬坡能力達60‰～80‰，最小曲線半徑100 m，能充分適應重慶地形特點[8]。

圖6 重慶單軌高海拔段

(2)節能環保、對城市景觀影響小

重慶單軌主要服務為城市客運，采用膠輪及混凝土軌道，輪軌接觸面相對較寬，減少與輪軌之間的沖撞力，運行時產生的噪聲遠低于鋼輪鋼軌，也低于城市汽車產生的道路噪聲(見圖7)。

圖7 重慶單軌經過人口密集區

高架運行的跨座式單軌與鋼輪鋼軌系統噪聲比較情況見表3。從表3中可以看出，采用鋼輪鋼軌系統的北京地鐵和上海莘閔線在運行時的噪聲值較重慶跨單高10%～20%。

表3 高架運行的跨座式單軌與鋼輪鋼軌系統噪聲比較(距離外軌水平距離10 m) db

(3)建設成本相對較低

跨座式單軌系統的建設投資為地鐵系統的1/3～1/2，若采用鋼輪系統，則需要在車站埋深、環保設施、通道設施以及消防安全方面投入額外資金，增加項目投資。

3.2 制式類比

根據GB/T 50833—2012《城市軌道交通工程基本術語標準》，從運能、地形適應性、建設成本、環保要求等方面，類比分析跨座式單軌與其他中低運量軌道制式的經濟技術指標。同時，也將地鐵制式考慮在內。

中低運量軌道交通制式有：輕軌交通、單軌系統、有軌電車、磁浮、自動導向軌道系統[9]。其中，輕軌交通、單軌系統、有軌電車、中低速磁浮均以地面或高架敷設為主。各中運量軌道制式技術標準對比見表4。

表4 中運量軌道交通系統制式技術標準分析[9-10]

(1)運能方面

跨座式單軌運能為1～3萬人次/h，屬于中運量軌道交通。跨座式單軌與輕軌、中低速磁浮均為中等規模城市的首選。根據運能，跨座式單軌可用于中等城市(100～300萬人)的軌道交通干線，特大、大城市(300萬人以上)的市郊居民區與市區間聯絡線。

(2)適應城市地形方面

跨座式單軌以高架敷設為主，最大爬坡能力為60‰，最小曲線半徑45 m，占用道路空間小，相較于地鐵、輕軌，能夠充分適應山地地形。

(3)建設成本方面

跨座式單軌建設成本為(1.5～2.5)億元/km，與有軌電車均屬于低成本制式，工程量和拆遷量均較少。考慮城市經濟發展水平以及財政能力，跨座式單軌應用于經濟規模相對較小，但城市自身發展需求較大的城市。

(4)環保要求方面

跨座式單軌能耗較低、景觀效果較好，滿足此條件的還有中低速磁浮和自動導軌系統，但跨單同時具有低噪聲的優勢。交通運輸部、國家旅游局等6個部門聯合提出了“開發適合旅游特點的特種觀光列車等措施”。相較而言，跨座式單軌更適用于旅游城市以及連接旅游景區與市區的線路。

3.3 適用范圍

(1)中等規模城市(100～300萬人)的軌道交通干線，特大、大城市(300萬人以上)市郊住宅區與市區間的聯絡線。

(2)旅游城市或城市旅游觀光線路。

(3)地形條件復雜或道路空間狹窄的城市。

(4)對城市環保要求較高的線路。

4 發展要求分析

4.1 國家政策支持

2015年以來，國家發布了一系列政策支持城市軌道交通發展，尤其鼓勵發展高架或地面敷設的軌道交通制式。《2020年國務院政府工作報告》提出：重點支持“兩新一重”建設。城市軌道交通作為“新基建”的內容之一，對于建立現代化經濟體系具有重要意義。

由此看來，在未來較長一段時間內，我國城市軌道交通發展仍會持續，考慮政府財政壓力，應因地制宜、量力而行，選擇造價更低、工期更短的軌道制式。跨座式單軌作為中運量軌道制式高架敷設的典型代表，對于二三線城市具有良好的適用性。

4.2 城市發展需要

我國特大、大城市的軌道交通已經基本成網，骨干線網絡基本成形，而中運量的軌道交通作為補充線路將會是發展的重點。審批條件決定了城市是否可以發展軌道交通。根據52號文中對申報條件的規定，目前有29個城市符合輕軌審批條件而不符合地鐵審批條件。

在滿足輕軌審批條件的城市中，珠海市、衡陽市、濟寧市、惠州市、保定市、臨沂市、汕頭市擁堵較為嚴重，各城市擁堵指數及排名見表5。以上城市在解決日益嚴重的城市交通問題方面有迫切需求，而跨座式單軌系統作為中運量城市軌道系統，對不滿足建設地鐵條件的城市來說，是一種較為適用的解決方案。

表5 2019年城市擁堵排名

4.3 多制式城軌發展需要

我國現行軌道交通層次單一、制式較少的現象比較嚴重。根據城市軌道交通協會統計，至2020年12月31日，中國內地累計有45個城市開通城軌交通運營線路7 978.19 km，其中，地鐵制式仍然占主導地位，占所有制式的79%，單軌僅占1.23%[11]，相較于2016年，地鐵占比有所增加(見圖8、圖9)。以國外發達國家的10個城市為例，地鐵比例僅占30%左右[12]。因此，而我國多制式協調發展的格局尚未形成。

圖8 2016年中國內地城市軌道交通運營線路制式結構

圖9 2019年中國內地城市軌道交通運營線路制式結構

4.4 響應“一帶一路”倡議

近年來，跨座式單軌產業鏈的形成和完善，使單軌具備了全面發展的條件。隨著國家“一帶一路”倡議的提出，跨座式單軌技術也具備了走出國門的機遇。韓國、巴西、印尼、泰國、印度、伊朗等多個國家的代表團來我國考察和調研，并有意與我國合作。其中，重慶與韓國大邱已經展開合作；2018年5月比亞迪中標巴西圣保羅和薩爾瓦多云軌項目；比亞迪還與菲律賓、埃及、柬埔寨和摩洛哥等國家簽訂了戰略合作協議[13]。

5 發展方向分析

5.1 智慧創新驅動發展

(1)發展智慧單軌

《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》對智慧城軌建設的發展戰略、建設目標、重點任務、實施路徑、體制機制和保障措施等進行統籌規劃和頂層設計，為城軌行業的智慧發展提供了指導[14]。跨座式單軌交通作為輕軌制式之一，在技術方面應緊跟新發展理念，以智慧單軌建設為手段，構建中運量軌道交通高效運行與服務新型架構體系，力爭打造成為智慧創新驅動發展引領、推動智慧城軌高質量發展的全國樣板，推動行業創新發展。

(2)數字化轉型

智慧城軌是發展趨勢，也是未來必然[15]。“智慧化”浪潮為城軌發展模式轉變和產業轉型升級提供了契機和有效手段。在此背景下，作為“新基建”重點建設領域之一的軌道交通，加快與新一代智能技術的融合，支撐單軌交通向數字化、信息化和智能化轉型發展成為新時代發展要求，智慧單軌發展勢在必行。必須實施創新驅動，著力強化理念創新、技術創新，用新思想新理念引領新行動，強化技術發展戰略需求導向，推進新一代智能技術與跨單的深度融合，建立“北斗+5G+智慧單軌”運營管理新模式，進一步實現“創新型城軌”建設。

5.2 新機遇新使命

(1)支撐交通強國建設

新時代城市軌道交通發展不僅要緩解城市交通擁堵，增強城市環境保護，優化城市空間形態，提升城市生活品質，更要落實城軌高質量發展的定位，推進軌道“四網融合”發展，助力城鎮化、都市圈和城市群協同發展。同時，通過政企合作，積極參與國內外建設與技術支持，服務行業發展，助力交通強國建設。

(2)滿足新時代美好出行的愿景

新時代軌道交通要以乘客的服務需求、乘客與企業的共享共治為工作出發點，積極創新服務模式與內容，構建智慧服務新模式，提升服務品質，實現“軌道上的都市生活”，滿足乘客新時代美好出行愿景。

6 結論

目前，我國已經形成具有自主知識產權的跨座式單軌交通技術。未來針對特大城市、大城市的非骨干線路、中等規模城市的骨干線路，以地下敷設為主的地鐵制式已不再適用，以高架敷設為主的中運量軌道交通系統將會得到發展。跨座式單軌交通因其地形適應能力強、建設成本低、環保等優點在中運量軌道交通系統中優勢明顯。當前在國家政策、城市發展、多制式城軌發展以及響應“一帶一路”倡議方面，跨座式單軌交通需適應新的發展要求。作為“新基建”重點建設領域之一的軌道交通，智慧化、數字化將是推動跨座式單軌交通高質量發展的方向，從而助力交通強國建設。