新型城軌交通制式經濟技術特征對比分析

楊克鑒 楊 曉

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300308)

1 概述

根據我國現行政策城市軌道交通系統均應納入城市軌道交通建設規劃并履行報批程序。地鐵主要服務于城市中心城區和城市總體規劃確定的重點地區，一些非中心城市不滿足建設地鐵和輕軌的政策要求，但局部地段交通壓力偏大，例如連接新建高鐵車站和既有鐵路車站的線路、連接高鐵車站和熱點旅游觀光區域的線路客流量非常大。為滿足實際交通需要，有必要探索中小運量的新型城軌交通制式。

2 新型城市軌道交通制式概況

根據《城市公共交通分類標準》，城市軌道交通分為地鐵系統、輕軌系統、單軌系統、有軌電車、自動導向軌道系統[1]，見表1。

表1 城市軌道交通制式分類

2.1 膠輪有軌電車系統

膠輪有軌電車系統是以膠輪作為走行輪，另設置導向輪的有軌電車系統[2]，適用于單向高峰小時最大斷面客流量0.6～1.0萬人次的交通走廊。線路曲線半徑不小于15 m，線路坡度不大于80‰；最高運行速度不小于80 km/h，平均運行速度一般為25～35 km/h。

適用范圍:車輛輕型小巧，橋梁規模小，具有較強的爬坡能力和轉彎能力，可作為旅游景區專線、城市觀光線、機場港口等樞紐內部接駁線，見圖1。

圖1 膠輪有軌電車

優點:轉彎半徑小、爬坡能力強，環境適應性強，電池＋儲能供電，到站充電，軌道梁上無供電線纜。

缺點:運輸能力較低，膠輪需定期更換；運營安全性有待進一步驗證。

2.2 懸掛式單軌系統

懸掛式單軌交通系統適用于單向高峰小時最大斷面客流量0.8～1.3萬人次的交通走廊[3]。線路最小曲線半徑為30 m，最大爬坡能力達80‰；車輛最高運行速度為80 km/h，平均運行速度20 ～35 km/h，見圖2。

圖2 懸掛式單軌

適用范圍:能滿足中低運量需求，具備較好的觀光功能，可布置在旅游景區、城市觀光線、公園以及大型展覽會場附近。

優點:占地面積小、曲線半徑小、爬坡能力強、觀賞性強、與環境融入好。

缺點:救援工作相對復雜；膠輪需定期更換；行駛穩定性略差，不適于長距離商業運營。

其中跨座式單軌系統和現代有軌電車系統發展相對較早，技術較為成熟，投入運營的線路也比較多。

2.3 跨座式單軌系統

跨座式單軌交通是中運量的軌道交通系統，車輛采用橡膠輪胎跨行于梁軌合一的軌道梁。跨座式單軌系統適用于單向高峰小時最大斷面客流量1.0～3.0萬人次的交通走廊[4]。正線線路曲線半徑不小于100 m，線路坡度不大于60‰；最高運行速度不小于80 km/h，平均運行速度一般為25～35 km/h，見圖3。

圖3 跨座式單軌

優點:運量較大，適應性強、噪聲低、爬坡能力強；抱軌性能強、舒適、視野開闊、與環境融入好。

缺點:造價較高，約2.0～3.0億元/km；維護成本高；施工工期相對較長；膠輪需定期更換。

2.4 現代有軌電車系統

現代有軌電車系統是在傳統有軌電車的基礎上全面改造升級的一種公共交通方式[5－6]，獨立的路權形式，采用現代化低地板車輛，見圖4。

圖4 現代有軌電車

適用范圍:適用于單向高峰斷面客流量0.6～1.0萬人次/h的軌道交通線路，線路曲線半徑不小于30 m，線路坡度不大于60‰；最高運行速度不小于70 km/h，旅行速度可達15～30 km/h。

優點:適應性強、轉彎半徑小、爬坡能力較強；軌道結構可進行綠化鋪裝，軌道結構與環境融合性好，應急疏散方便。

缺點:地面敷設時占用城市道路資源較多，高架敷設時造價較高，接近于輕軌；鋼軌鋼輪系統降噪效果稍差。

本文重點討論膠輪式有軌電車和懸掛式空軌兩種制式的經濟技術特點。

3 膠輪式有軌電車系統技術標準

3.1 線路

線路走向應符合城市總體規劃和綜合交通體系規劃，一般采用高架線的修建方式。正線數目:雙線；直線段最小線間距宜為3 m；線路最小曲線半徑，正線一般不宜小于30 m，困難時不應小于15 m；線路最大坡度:正線不應大于80‰；設計速度:V≤80 km/h。

3.2 橋梁工程

車輛活載(采用4輛編組)，P≤7.0 t，見圖5。

圖5 膠輪有軌電車車輛荷載示意(單位:mm)

橋梁主體結構設計使用年限100年，設計洪水頻率1/100。

3.3 車站建筑結構

站臺有效長度34 m；車站出入口宜設置垂直電梯，當出入口提升高度大于10 m時宜設置自動扶梯。高架車站主體結構按100年使用年限進行設計。

3.4 車輛系統

車輛基本參數[7]見表2。

在大數據計算分析平臺，基于綠通通行數據、假綠通通行數據、黑名單歷史數據和綠通車通行路徑數據等多維度數據，利用綠通治理模式對人、車進行疑似假綠通通行行為分析，并將疑似存在假綠通通行行為的車輛或人員的數據信息反饋至綠通治理云平臺，輔助綠通治理工作人員查驗假綠通行為。在系統內部形成數據閉環，充分利用大數據技術提升綠通治理的成效和降低綠通治理的管理成本。

表2 膠輪式有軌電車車輛主要尺寸參數 mm

定員載客量70人(站位6人/m2)，超員載客量100人(站位9人/m2)。

3.5 供電

外部電源供電采用10 kV分散供電方式，車載蓄電池充電采用充電樁方式，交流輸入電壓AC380V/50 Hz，三相五線制。中壓供電網絡采用10 kV電壓等級。

4 懸掛式空軌系統技術標準

4.1 線路

線路走向應符合城市總體規劃和綜合交通體系規劃，采用高架線的修建方式。正線數目:雙線；直線段最小線間距:5.1 m；最小曲線半徑:一般情況下為300 m，困難時不宜小于50 m；線路最大縱坡:正線不應大于60‰；設計速度:V≤80 km/h。

4.2 橋梁工程

車輛活載(采用三節車編組)，P≤5.0 t，見圖6。

圖6 懸掛式空軌車輛荷載示意(單位:m)

橋梁主體結構設計使用年限100年，橋梁設計洪水頻率1/100。

4.3 車站建筑結構

車站站臺有效長度36 m；站臺寬度按車站乘降量計算；車站出入口宜設置垂直電梯，當出入口提升高度大于10 m時宜設置自動扶梯。高架車站主體結構按100年使用年限進行設計。

4.4 車輛系統

車輛主要參數見表3。

表3 懸掛式空軌車輛主要尺寸參數 mm

定員無司機室94人、單司機室85人(6人/m2)；超員無司機室130人、單司機室119人(9人/m2)。

4.5 供電

外部電源供電采用10 kV分散供電方式，牽引供電制式采用DC750V接觸軌，接觸軌饋電與回流裝置分別安裝于軌道梁內壁兩側。中壓供電網絡采用10 kV電壓等級，單環網接線方案。

5 膠輪有軌電車和懸掛式單軌制式比較

5.1 客流適應性對比分析

在站立標準6人/m2的情況下，膠輪有軌電車4輛編組定員為280人/列，懸掛式單軌3輛編組定員為264人/列。系統能力按30對/h計算，兩種制式運輸能力分別可達8 400、7 920人次/h。不同制式的客流適應性見表4。

表4 不同制式客流適應性

5.2 與城市環境協調性對比分析

兩種系統均可采用先進、前衛的車輛，對提升城市綜合面貌均有一定提升作用。對于乘客來說，懸掛式單軌車體位于軌道梁下方，可觀賞性更強。

相比膠輪有軌電車系統，由于懸掛式單軌系統軌道梁位于車輛上方，軌道梁和橋墩的規模相對較大，上跨既有市政工程處為滿足凈空要求，懸掛式單軌軌道梁底較膠輪有軌電車軌道梁底需高約4 m。

5.3 環境保護對比分析

在速度為60 km/h時，膠輪有軌電車系統車外噪聲約為72 dB，懸掛式單軌系統車外噪聲約為75 dB。懸掛式單軌系統噪聲略大于膠輪有軌電車，但二者均遠遠低于主要干道道路交通噪聲。

膠輪有軌電車系統和懸掛式單軌系統采用膠輪系統，均會產生一定粉塵污染，其中懸掛式單軌系統的軌道梁將走行輪包裹在內，粉塵傳播相對較少。

5.4 寒冷環境適應性對比分析

寒冷天氣下膠輪有軌電車的軌道梁存在結冰等現象，膠輪容易出現打滑；懸掛式單軌軌面位于軌道梁內部，不易出現打滑。

5.5 工程投資對比分析

經過對兩種制式工程投資初步分析，膠輪有軌電車與懸掛式單軌工程投資在車站、道岔、通信、信號、運營控制中心、車輛基地等方面差異不大，主要差異體現在區間結構、供電、車輛購置費三方面。

5.5.1 區間橋梁結構

兩種制式軌道梁橫斷面見圖7、圖8。

圖7 膠輪有軌電車軌道梁橫斷面(單位:mm)

圖8 懸掛式單軌軌道梁橋橫斷面(單位:mm)

膠輪有軌電車與懸掛式單軌區間及軌道梁工程數量計算見表5、表6[8]。

表5 膠輪有軌電車區間及軌道梁工程量(正線雙延米)

表6 懸掛式單軌區間及軌道梁工程量(正線雙延米)

懸掛式單軌較膠輪有軌電車軌道梁鋼材重，且由于懸掛式單軌車輛懸吊于軌道梁之下，滿足同樣凈空要求前提下，懸掛式單軌橋墩較膠輪有軌電車橋墩高約4 m；單位區間橋梁工程量較膠輪有軌電車多，每公里工程費用高出約819萬元。

5.5.2 供電制式

膠輪有軌電車采用車載儲能電池驅動模式，一般在車輛基地和首末站設置充電裝置；懸掛式單軌系統采用接觸軌供電。參照國內建設項目，兩種制式每公里供電投資分別約為870萬元、2 010萬元。

5.5.3 車輛購置費

在滿足相同的載客量情況下，膠輪有軌電車、懸掛式單軌列車編組分別為4輛、3輛，則每列車車輛購置費統計見表7。

表7 膠輪有軌電車與懸掛式單軌車輛購置費對比

5.5.4 綜合比較

膠輪有軌電車與懸掛式單軌工程投資對比分析見表8。

表8 膠輪有軌電車與懸掛式單軌工程投資主要差異

綜合以上分析，膠輪有軌電車工程費用合計約11 215萬元/正線公里，懸掛式單軌工程費用合計約13 938萬元/正線公里，后者比前者工程費用增加約25%。

根據上述分析，兩種系統制式主要區別見表9[9－10]。

表9 膠輪有軌電車與懸掛式單軌制式綜合比較

6 結論

膠輪有軌電車和懸掛式單軌等新型城軌交通線路適應性強、無軌道結構，且車輛輕型小巧，橋梁結構簡潔輕盈美觀，結構重量輕；列車編組短，車站規模小，膠輪有軌電車和懸掛式單軌系統工程投資都大大低于地鐵和輕軌，膠輪有軌電車和懸掛式單軌制式將成為非中心城市交通擁堵線路或旅游線路較為理想的軌道交通形式。