懸掛式單軌交通車輛基地工藝設計建議

楊昕映

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

懸掛式單軌交通是車體懸掛于軌道梁或索軌下方行駛的一種中低運量軌道交通[1]，具有安全可靠、運行快捷、集約用地、地形適應能力強、噪聲低、工程投資低[2]、建設周期短等優點，不僅滿足《交通強國建設綱要》《關于培育發展現代化都市圈的指導意見》《國家綜合立體交通網規劃綱要》部署對“經濟高效、綠色集約、智能先進、安全可靠”[3-4]以及“推進各種運輸方式統籌融合發展，促進交通通道由單一向綜合、由平面向立體發展，減少對空間的分割，提高國土空間利用效率”[5]的要求，還有利于完善國內城市交通結構，促進軌道交通持續健康、多制式協調發展[6]。目前，國內已建成成都雙流中唐新能源空鐵試驗線[7]、河南開封自貿區空軌項目示范段、中車四方試驗線、武漢中鐵科工空軌示范線等多條示范線[8]，四川省、河南省、深圳市均發布了地方懸掛式單軌交通設計標準，懸掛式單軌行業技術標準正在編制中，對懸掛式單軌車輛基地工藝設計具有重要的指導作用，但由于目前國內尚未有建成的懸掛式單軌車輛基地，現行地方標準對懸掛式交通車輛的修程修制規定是基于跨座式單軌交通設計規范提出的，而跨座式單軌車輛與懸掛式單軌車輛在車輛結構、運用檢修等方面均存在較大的差異。因此，結合國內懸掛式單軌車型技術特點，充分吸收地鐵、輕軌等成熟運用的軌道交通建設成果，并借鑒重慶跨座式單軌運營及蕪湖跨座式單軌車輛建設經驗，分析現有標準存在的問題，提出懸掛式單軌車輛基地工藝設計中檢修修程、檢修周期、工藝布置方面的建議。

1 懸掛式單軌交通車輛概述

1.1 懸掛式單軌車輛構成

懸掛式單軌車輛一般采用橡膠車輪[9]，列車走行裝置位于梁軌合一的軌道梁內或索軌上。車輛除走行輪外，轉向架兩側有導向輪，如圖1所示。

圖1 懸掛式單軌車輛構成[10]

1.2 懸掛式單軌車輛分類

目前，國內主要懸掛式單軌車輛按其結構形式差異分為梁軌懸掛式單軌和索軌懸掛式單軌。

(1)梁軌懸掛式單軌是采用鋼型材焊接成的剛性軌道，主要車型有中車浦鎮第一代及第二代懸掛式單軌、中車四方、中鐵工業懸掛式單軌，如圖2所示，此外，還有中車株機、通號公司、中唐空鐵、中車資陽等懸掛式單軌。

(2)索軌懸掛式單軌是將懸掛式軌道車輛、索道技術、懸索橋梁技術相結合的一種適應復雜地形的懸掛式單軌交通系統，可實現600 m跨距，節省大量用于支撐的墩柱，降低了工程成本同時提高了美觀度，主要車型為林同棪懸掛式單軌，如圖3所示。

圖2 梁軌懸掛式單軌

圖3 索軌懸掛式單軌

2 懸掛式單軌車輛特點

與跨座式單軌、傳統軌道交通車輛相比，懸掛式單軌車輛在轉向架、運行環境、輪壓載荷、線路適應性、空間利用效率等方面具有不同的特點。

(1)轉向架

與跨座式單軌、傳統軌道交通等車體位于轉向架上方不同，懸掛式單軌車體懸吊于轉向架下，轉向架由構架、走行輪、導向輪、牽引電機組成，運行過程中始終位于墩柱支撐的開口箱梁內部或索軌上，不會脫軌，國內主要懸掛式單軌車型轉向架如圖4所示。

圖4 懸掛式單軌轉向架

(2)運行環境

梁軌懸掛式單軌轉向架運行于箱梁內，不受雨雪天氣及雜物影響，輪胎走行面較傳統軌道交通及跨座式單軌清潔，在相同線路條件下對輪胎的磨損相對較少。

(3)輪壓載荷

國內主要懸掛式單軌一般采用橡膠輪胎，梁軌懸掛式單軌軸重≯7.5t，索軌懸掛式單軌軸重≯6.4t，平均輪壓載荷較跨座式單軌小，對轉向架及輪胎的沖擊較小。

(4)線路適應性

懸掛式單軌可適應最大坡度100‰，最小曲線半徑30 m，線路及地形適應能力強[11]。

(5)空間利用效率

懸掛式單軌車輛基地內停車列檢線懸掛雙層及多層列車的實施條件好，空間利用效率高，停車列檢線倒L形、T形及門形墩柱[12]雙層懸掛布置示意如圖5所示。

圖5 雙層懸掛布置示意

3 懸掛式單軌交通車輛基地現行規定及存在問題

3.1 檢修修程及檢修周期現行規定及存在問題

3.1.1 檢修修程及檢修周期現行規定

目前，懸掛式單軌車輛基地設計時，檢修修程及檢修周期主要參考現行GB50458—2008《跨座式單軌交通設計規范》，以及四川省、河南省、深圳市發布的地方懸掛式單軌交通設計標準，懸掛式單軌行業技術標準正在編制中，尚未發布。

(1)現行標準《跨座式單軌交通設計規范》中規定車輛檢修修程和檢修周期見表1。

表1 車輛檢修修程和檢修周期[13]

(2)河南省地方標準DBJ41T 217—2019《懸掛式單軌交通技術標準》對車輛檢修修程和檢修周期的規定[14]與現行規范GB50458—2008《跨座式單軌交通設計規范》一致。

(3)四川省工程建設地方標準DBJ51/T099— 2018《懸掛式單軌交通設計標準》，深圳市城市軌道交通協會團體標準T/URTA 0001—2019《懸掛式膠輪有軌電車系統》中規定的車輛檢修修程和檢修周期見表2。

表2 車輛檢修修程和檢修周期[15-16]

現行規定對懸掛式單軌車輛基地設計起到了重要的指導作用，四川省地方標準和深圳團體標準對檢修時間進行了適當縮短，有利于減少檢修設施規模。

3.1.2 檢修修程及檢修周期現行規定存在問題分析

車輛檢修周期一般由車輛制造商提出基礎數據，用戶依據車輛的運用情況進行修訂，在確保行車安全的基礎上實現更高的經濟效益，其取決于車輛結構性能和質量、線路條件、檢修設備先進性、管理水平、檢修人員的技術素質和經驗等[17]。目前，國內相關標準對車輛檢修修程和檢修周期的規定均采用了《跨座式單軌交通設計規范》體系，采用現行標準存在如下主要問題。

(1)現行規定采用了日本跨座式單軌的車輛檢修體系，隨著科學技術的發展，懸掛式單軌車輛設計具有模塊化、集成化、信息化等技術特點，并采用永磁同步牽引技術和碳纖維為代表的輕量化材料，車上關鍵部件有自診斷和故障記錄功能，車輛技術性能有了較大提高，而現行規定與車輛技術的發展不同步。

(2)國內主流懸掛式單軌車輛車體結構設計使用年限不小于30 年[18]，若沿用現行最高修程運行60萬km或6年的規定，將造成車輛過度維修，增加運營成本。

(3)懸掛式單軌軌面較跨座式單軌軌面清潔，且軸重較小，在相同線路條件下對輪胎磨損較小，若按換輪周期為運行10萬km或1年、檢修時間為10 d的規定進行計算，將造成換輪檢修臺位較大，相應檢修庫規模較大，工程投資高。

3.2 車輛基地工藝布置現行規定及存在問題

(1)現行規范GB50458—2008《跨座式單軌交通設計規范》22.3.5條規定，“停車庫(棚)和列檢、月檢庫宜為盡端式，每條庫線停車不宜大于兩列位”，四川省工程建設地方標準DBJ51/T099—2018《懸掛式單軌交通設計標準》24.3.6條規定，“庫型為盡端式布置時，停車、列檢線最多不宜大于三列位；庫型為貫通式時，停車、列檢線最多不宜大于四列位”；由于懸掛式單軌交通屬于中低運量系統，車輛編組長度較地鐵及跨座式單軌短，若采用現行規定，將增加停車列檢股道及道岔，且占地面積大，投資高。

(2)懸掛式單軌具有線路適應性強、空間利用率高的特點，但在現有標準對車輛基地的布置規定中未體現其技術優勢。

因此，對現行規定存在的各種問題進一步論證分析，并提出改進建議。

4 檢修修程及檢修周期建議

(1)大修建議

目前，國內主流懸掛式單軌車體結構設計使用年限不低于30年，與機車、地鐵車輛設計使用年限一致，而機車、地鐵車輛一般在全壽命周期內進行2～3次最高修程維修。重慶JT/T 1219—2018《跨座式單軌車輛維護與更新技術規范》提出“大修時間宜為車輛使用至半壽命，可結合二次全面檢修實施”[19]，蕪湖跨座式單軌建設中車輛制造商提出最高修程的檢修周期為140萬km，因此，在現有全面修修程的基礎上增加高級修程是必要的，為與國內地鐵車輛檢修修程的名稱統一，建議增加的高級修程名稱為“大修”。

參考蕪湖建設軌道交通經驗，大修檢修周期按照運行120～150萬km或時間12～15年考慮，對于設計年度近期可取下限值，遠期可取上限值。對于檢修時間，地鐵車輛為35 d[20]，由于懸掛式單軌國內尚無正式運營線路，取現行跨座式單軌最高修程檢修時間40 d是可行的，且可隨著運營檢修經驗的豐富，逐步減少檢修時間。

(2)重點檢修、全面檢修建議

現行《跨座式單軌交通設計規范》采用了日本跨座式單軌車輛檢修體系，重點檢修、全面檢修的叫法源自日本，而國內軌道交通大修以下定期檢修修程均為架修、定修。重慶單軌運營里程達98 km，是世界上最長的大型單軌線路，蕪湖單軌開通后也將成為世界上最長的輕型單軌線路，國內眾多車輛廠家也研制了各型懸掛式單軌車輛，車輛總體技術指標達世界領先，在單軌領域應技術自信、體系自信，并充分吸收國外先進經驗消化吸收為我所用，因此，建議將全面檢修改為架修，重點檢修改為定修。

根據重慶單軌運營經驗，新車首次全面檢修 “時間不大于7年或運行不大于70萬km”[19]，重點檢修“時間不大于4年或運行不大于40萬km”，蕪湖跨座式單軌提出的重點檢修周期為80萬km，因此，建議懸掛式單軌架修為運行60～80萬km或時間為6～8年、定修為運行30～40萬km或時間3～4年。地鐵架修檢修時間為20 d，定修檢修時間為7 d[20]，考慮到懸掛式單軌尚無正式運營線路，檢修經驗相對較少，故架修檢修時間取30 d、定修檢修時間取20 d在現階段是偏保守且可行的。隨著列車技術質量的提升，智能檢測設備的運用，以及運營管理及檢修經驗的豐富，可不斷縮短檢修時間，定修以檢測為主。

(3)換輪建議

懸掛式單軌換輪方式與跨座式單軌有較大差異，跨座式單軌需設置換輪設備，如圖6所示。但懸掛式單軌通過專用檢修作業平臺露出轉向架、車體支撐裝置支撐車體后，只需解除轉向架與車體的連接，便可通過起重機快速將轉向架吊出進行維護，因此，其換輪時間短且不需設置類似跨座式單軌的換輪設備。目前，國內以重慶日立單軌大型車為代表的雙軸轉向架車型，單軸軸重≯11 t，平均輪壓載荷≯5.5 t，正常線路運行條件下，輪胎平均使用壽命約18萬km；而國內梁軌懸掛式單軌軸重≯7.5 t，平均輪壓載荷≯3.8 t，索軌懸掛式單軌軸重≯6.4 t，平均輪壓載荷≯3.2 t。可見懸掛式單軌輪壓小于跨座式單軌輪壓，且懸掛式單軌轉向架運營于封閉的箱梁中或索道上，軌面較單軌清潔，對輪胎磨損更小。重慶換輪檢修時間經過多年運營經驗已由20 d降至約15 d，而蕪湖跨座式單軌提出換輪時間為3 d，故建議懸掛式單軌換輪檢修周期調整為運行15～20萬km或時間為1.5～2年，檢修時間3 d，隨著輪胎國產化及新材料的運用，還可以逐步提高換輪周期。

圖6 跨座式單軌車輛換輪設備

(4)日常維修建議

由于增加大修修程延長了檢修周期，應加強懸掛式單軌車輛的檢測頻率以保障車輛運行安全，故建議增加月檢修程，月檢時間參考蕪湖軌道交通取1d/列。

(5)檢修修程及檢修周期建議

建議懸掛式單軌初期采用日常維修和定期檢修相結合的預防性檢修制度，實行互換修；同時，逐步建設智能運維系統，實現各部件維修系統的數據互聯互通；并將采集信息統一納入維修數據庫，形成大數據平臺，進行智慧管理，為車輛運用、檢修提供決策依據，為狀態修的實現奠定基礎。車輛修程和檢修周期優化建議見表3。

表3 檢修修程和檢修周期

(6)檢修修程及檢修周期優化后檢修工作量計算對比

以某旅游線路遠期旺季工作量計算為例，其遠期旺季日走行距離為7 180 km，按照現行規范、建議檢修修程及檢修周期分別計算，其檢修工作量計算結果對比見表4。

表4 檢修工作量計算結果對比 列位

可見，按照建議的檢修修程及檢修周期，車輛基地大修、架修(全面檢修)工作量明顯減少，換輪工作可在大架修或定修列位進行，可減少2個換輪列位，檢修庫規模可顯著減少；增加月檢修程后，并未增加月檢列位及月檢庫規模，有利于減少車輛基地占地面積、房屋面積及相關設備配置，節省工程投資。

5 工藝布置建議

(1)由于懸掛式單軌交通屬于中低運量系統，一般不大于3編組，車輛編組長度較地鐵及跨座式單軌短，且現行標準GB/T 51263—2017《輕軌交通設計標準》17.3.4條規定“庫型為盡端式布置時，停車列檢線應按不大于6列位設計，月檢應按2列位設計；庫型為貫通式布置時，停車列檢線應按不大于8列位設計，月檢應按4列位設計”[21]。因此，懸掛式單軌貫通/盡端布置時，建議停車列檢線按不大于8列/6列位、月檢按不大于4列/2列位考慮。

(2)懸掛式單軌最大坡度可達100‰，最小轉彎半徑可達30 m，停車列檢線墩柱易實現懸掛雙層或多層列車，日本千葉懸掛式單軌采用了雙層布置，如圖7所示。因此，建議懸掛式單軌車輛基地設計時停車列檢按不少于2層布置，充分體現懸掛式單軌的技術優勢，并達到促進軌道交通由平面向立體發展、提高國土空間利用效率的目的。

圖7 日本千葉懸掛式單軌停車列檢布置

(3)傳統地鐵及跨座式單軌交通車輛主要進行車輛側面、端部及頂部的清洗，而懸掛式單軌車輛懸掛于軌道梁或索軌下方，車輛基地設計時應增加車輛底部清洗，同時洗車庫輔助邊跨中的循環水池、沉淀池等可設置在軌道梁或索軌下方，可以減少輔助房屋的面積，并減少占地，增加空間利用率。

圖8 專用檢修平臺

(4)不同于傳統軌道交通及跨座式單軌將庫外股道或軌道梁接入庫內，懸掛式單軌車輛基地檢修庫內需設置專用檢修平臺(圖8)替代軌道梁或索軌，專用平臺上設車輛導向機構、并露出車輛轉向架以滿足車輛檢修需求，同時依據車輛基地規模及功能需求，可設置懸掛式單軌移車臺(圖9)，用于檢修庫內或庫外進行平行轉軌作業，提高檢修作業效率，并達到占地面省、減少咽喉區線路及道岔設置的目的。

圖9 懸掛式單軌移車臺

6 結語

針對懸掛式單軌交通首次提出大修、月檢檢修修程的建議，并提出架修(全面檢修)、定修(重點檢修)、換輪等各級修程的合理檢修周期及檢修時間，減少了定修及以上修程檢修工作量，換輪工作可在大架修或定修列位進行，顯著減少車輛基地各檢修臺位及庫房規模，降低了工程投資，且加大車輛檢測頻率，達到了保證車輛運行安全的目的。此外，車輛基地布置的建議增加了車輛存儲能力，節省了占地面積，提高了國土空間利用效率，可供懸掛式軌道交通車輛基地工程設計參考，并在項目建設及運營中進一步驗證并不斷改進。

隨著工程項目的實施，還應加強對懸掛式單軌轉向架及懸掛吊桿智能在線監測、轉向架跑合試驗等關鍵設備開發，提高懸掛式單軌檢修設備先進性，提高檢修效率，降低運營維修成本，為懸掛式單軌的推廣運用奠定堅實基礎。