中低運量城軌交通系統分析與選型

王軍賢

（通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070）

1 概述

城軌交通是指利用電力作為動力進行牽引車輛在軌道或導軌上運行的公共交通。近些年，國內城市發展迅猛，人口不斷增加，城市交通擁堵與環境問題日益突出。因此，許多城市選擇修建地鐵、輕軌等軌道交通來緩解城市交通壓力，同時減少尾氣的排放量。但是由于地鐵項目普遍投資高、審批相對困難，所以價格低廉且高效的單軌和有軌電車交通系統成為了中小型城市的新寵。

2 單軌系統

2.1 單軌系統的技術特征

單軌系統是指軌道車輛在僅有一個支撐梁的軌道上運行的交通系統。單軌系統具有諸多優勢，如爬坡能力強、轉彎半徑小、噪聲低等，其主要通過軌道梁系統、道岔系統、車輛轉向架系統這3大關鍵技術來實現。

生產軌道梁時，軌道梁系統具有任意調整曲線活動模板的功能，生產的軌道梁對誤差、現場安裝、調校工藝要求高；單軌系統采用一種多級鋼箱梁結構的道岔結構，道岔梁上安裝了供電和信號系統設備；轉向架系統包括走行輪和導向輪兩部分，走行輪承載車體重量，負責牽引、制動功能，導向輪胎沿徑向方向引導車輛在軌道上行駛。

2.2 單軌系統的分類

2.2.1 跨坐式

單軌系統根據車輛與軌道的接觸方式劃分為跨坐式、懸掛式和中低速磁懸浮。跨坐式單軌是一種非常適合中大型城市的經濟實用的交通系統，其軌道采用強度混凝土或鋼制箱梁，車輛跨騎在軌道梁上運行。

目前在重慶跨坐式單軌有很多應用，使用日立技術、重載車型、載客量與地鐵相差不多。因為跨坐式單軌車輛輪對具有穩定的作用，在極端大風天氣下，跨坐式單軌的安全性、穩定性遠遠高于懸掛式單軌系統，所以跨坐式單軌系統應用更加廣泛。

2.2.2 懸掛式

懸掛單軌車體懸掛在走行部下方，走行部上安裝有橡膠輪胎，車輛整體懸吊在軌道下方運行，軌道為單根帶形軌道梁并有支撐柱支撐。

懸掛式單軌是解決城市核心區地面空間不足的一種短途運輸方式，單程高峰客流為5 000～20 000人/小時，由于其獨特的懸掛式軌道結構，對地面資源的要求低、工期短，同時由于其良好的視野，可承擔城市旅游的功能。

懸掛式單軌有3種類型：非對稱懸掛鋼輪鋼軌單軌、對稱懸掛實心橡膠輪胎單軌和對稱懸掛充氣橡膠輪胎單軌。3種類型懸掛式單軌對比如表1所示。

表1 3種類型懸掛式單軌對比Tab.1 Comparison of three types of suspended monorail

2.2.3 中低速磁懸浮

中低速磁浮交通是指線性驅動由非接觸磁力提供支撐及導向的不超過120 km/h最大工作速度的新型交通工具。磁浮列車的浮起、推動和導向是根據同性相斥、異性相吸原理實現的。磁浮交通和輪軌交通的主要區別是車輛與輪軌無接觸的懸浮在軌道上方，因此不存在黏著速度的極限。磁浮列車可分為常導型和超導型兩類，而中低速磁浮列車屬于常導型，但由于驅動原理，站間距設計不能太小，考慮到運營的經濟性和效率性，站間距至少為5 km。同時，中低速磁懸浮列車與高速磁懸浮列車相比具有更大的優勢，如技術要求低、成本低、爬坡能力強、轉彎半徑小、噪音小、節能環保。

在國外，日本的中低速磁浮系統技術的應用比較成熟，具有1.5 km的試驗線和9.2 km的運營線路。在國內，先后建成了長沙、唐山、上海等磁浮試驗線和北京S1示范線等中低速磁懸浮系統線路。其中，北京S1示范線是國內首條采用中低速磁懸浮技術的示范線，信號系統由中國鐵路通信信號股份有限公司（簡稱中國通號）提供，并于2017年12月30日正式開通運營。

2.3 單軌系統在國內外運用概況

目前國際上的單軌系統基本以龐巴迪、日立為主，廣泛應用于國內外，如日本奈良線、美國加州迪士尼游覽線、新澤西州機場線。在國內，已經開通運營的單軌系統有重慶軌道交通2號線、沈陽軌道交通1號線、重慶軌道交通3號線一期等。

3 現代有軌電車

在20世紀90年代，法國的現代有軌電車成為人們關注的焦點。由于新技術、新工藝和人性化的設計，同時具有節能、方便、舒適、線路布置靈活和經濟優勢，在傳統有軌電車的車輛設計、線路結構和控制等方面采用新技術，特別是全低地板有軌電車已被廣泛使用，它分為鋼輪鋼軌有軌電車和膠輪路軌有軌電車兩種類型。

3.1 現代有軌電車特點

現代有軌電車優勢主要體現在經濟性、高效性、便捷性、低碳性等方面，其中鋼輪軌低地板有軌電車具有轉彎半徑小、投資低、建設速度快、運行速度高達70 km/h等優點。同時具有車輛乘降口與站臺齊平的特點，方便乘客上下車，可設置極低的站臺，適合在街市運行。除上述特點外，橡膠輪軌電車具有較強的爬坡能力（最大縱坡130‰）、轉彎半徑較小、噪聲和振動較低等特點。此外，鋼輪鋼軌低地板有軌電車存在一些缺陷，如輪軌磨損大、噪聲高等，而膠輪路軌有軌電車具有耗能高、運營揚塵大的缺點。

3.2 現代有軌電車系統的型式

現代低地板有軌電車軌面高度距車內低地板面大約300～400 mm，按照低地板面在整個車輛地板面中所占的比例，低地板分為分段式（15%～20%低地板）、中間貫通式（70%低地板）及全低地板（100%低地板）3種，全低地板是目前最常見的，因此是現代有軌電車系統的主流。

3.3 現代有軌電車系統的關鍵技術

全低地板有軌電車主要采用轉向架車輪獨立同步驅動的控制技術，即便同一車軸上的左右輪轉速相同，此時獨立輪對類似剛體輪對，即和剛性輪對具備相同的導向能力。由于獨立車輪不存在縱向力矩，因此需要采取一些措施來提高導向能力，主要包括特殊的車輪踏面設計、使用槽軌、左右輪轉動耦合、徑向轉向架、主動導向等技術措施。

膠輪路軌低地板有軌電車的核心部件為走行部系統，車輛的運行主要靠走行部，在走行部上設置有導向機構及走行輪，因此膠輪路軌有軌電車具有爬坡能力強勁、轉彎半徑小、噪聲低的優勢。

3.4 現代有軌電車國內外運用

目前，國外鋼輪鋼軌全低地板有軌電車廠商主要有西門子、阿爾斯通、龐巴迪等，在歐洲應用比較廣泛。相比而言膠輪路軌低地板有軌電車比較少見，如法國勞爾公司的Translohr有軌電車系統。

在國內，低地板仍然處于發展的早期階段，如大連、長春軌道交通采用的低地板有軌電車，動力車廂分布在兩端，轉向架采用傳統車輪，其余車廂采用獨立輪對，他們屬于二代70%低地板輕軌車輛；100%低地板有軌電車典型代表是中國通號的有軌電車系統，已于2019年11月在天水市投入運營。

4 系統比較

綜上所述，中低運量城軌交通系統的跨坐式單軌、懸掛式單軌以及低速磁懸浮系統和現代有軌電車系統的特點比較如表2所示。

表2 中低運量城軌交通系統特點比較Tab.2 Characteristics comparison of urban rail transit system medium and low volume

5 結論

由此可見，跨坐式單軌、懸掛式單軌、現代有軌電車系統和低速磁懸浮軌交系統，在技術特點、系統原理、關鍵技術和實際應用方面都存在較大差別，跨坐式單軌、中低速磁懸浮都屬于中低運量的城軌交通系統制式范疇，適合作為城市內公共交通制式的選擇；而中低速磁懸浮在爬坡能力、成本造價、噪聲環保方面與跨坐式單軌相比有很大的優越性，同時跨坐式單軌在國內的運營經驗比較豐富，具有一定的積累，所以在城市軌道交通規劃和選擇時應根據每個城市的實際情況按需有針對和側重的選擇交通制式。