武漢光谷空軌旅游線創新技術應用

文：陳玉江，周小華丨武漢光谷交通建設有限公司

王洪剛丨中鐵第四勘察設計院集團有限公司

懸掛式單軌在我國城市軌道交通尚屬新系統，具有占地少、交通環境影響低、建造快、綠色節能、景觀效果好等優點。武漢光谷空軌旅游線即采用懸掛式單軌車輛，目前已進入試運行階段，預計將于2023年下半年通車試運營，將成為國內首條商業運營的懸掛式單軌項目。在項目設計建造過程中，積極開展多項創新技術研究工作，形成一系列創新技術應用成果，可為后續類似的項目提供參考。

近年來，懸掛式單軌系統作為大城市軌道交通接駁線、中小城市軌道交通骨干線及旅游景區的旅游專線，以其占地少、交通環境影響低、建造快、綠色節能、景觀效果好等優點備受青睞，國內多省市有意向發展懸掛式單軌制式，其后續有望成為新型城軌交通重點發展方向之一。

一、懸掛式單軌制式概況

懸掛式單軌也稱空軌，是一種車體懸掛于軌道梁下方的中低運能城市軌道交通系統，其顛覆了傳統軌道交通中車輛與橋梁結構的位置之間相互關系，形成了軌道在上、車輛在下的結構形式。懸掛式單軌車輛目前主要為對稱懸掛膠輪型（SAFEGE型），橡膠走行輪行駛于鋼制軌道梁內部，系統結構呈現對稱特點（圖1）。

圖1 懸掛式單軌車輛與軌道的結構關系

懸掛式單軌起源于1901年的德國，目前主要在日本和德國得到應用和推廣，懸掛式單軌在德國和日本的功能定位、使用環境存在較大的差異。其中德國主要用于校園內部線路和樞紐間的聯絡線，而日本則主要承擔城市公共客運交通功能，均屬于中低運能范疇，其主要的線路情況見表1。

表1 懸掛式單軌系統線路一覽表

國內對于懸掛式單軌的研究起于20世紀90年代；2010年以來，我國眾多單位在各自領域內開展了懸掛式單軌相關技術的研究工作，在充分消化、吸收國外先進技術和經驗的基礎上，結合我國現有企業的技術改造，并從現實的國情出發加以運用和創新，初步形成了適用于中國發展特色的懸掛式單軌技術和產品。近年來全國多地開展了懸掛式單軌交通線路的規劃研究工作，總體來看前期規劃研究居多，但實際落地項目有限，截止目前尚無通車商業運營線路。據了解，國內有四家車輛廠在設計、制造懸掛式單軌，主要包括中車系各車輛廠以及中鐵科工集團有限公司。

懸掛式單軌制式特點：

一是安全可靠，適應能力強。轉向架和運行軌道置于箱形軌道梁內，不易脫軌、安全可靠。采用橡膠輪胎，運行噪音低，環境適應性好。

二是橋梁截面尺寸小，占地少。橋梁截面尺寸小，橋墩寬約1.5 米，可在狹窄的道路面上“立足”，最大程度利用現有空間和道路資源。

三是施工方便，環境影響小。橋梁體量小，預制軌道梁現場吊裝，施工圍擋少，施工期間對周邊環境的影響相對較小。

四是投資節省，建設周期短。懸掛式單軌直接工程費用約2 億元/公里。建設周期約1年至2年。

五是極端條件適應性好。懸掛式單軌制式的平縱條件適應性好，最小曲線半徑30 米，最大坡度6%-8%。轉向架、軌道和供電系統等均集成于箱形軌道梁內，系統運行不受雨雪、冰凍等極端天氣影響。

六是車輛通透美觀，乘坐舒適度高，打造美麗風景線。懸掛式單軌列車伴沿途風景，可與自然景觀相得益彰。采用大玻璃車窗設計，乘坐環境變得敞亮舒適，憑高欣賞高空景色，成為一道美麗的風景線。

二、武漢光谷空軌旅游線項目概況

武漢東湖新技術開發區（簡稱光谷）是我國首批國家級高新區，光谷于2019年提出了圍繞“一芯驅動”戰略，打造南北向生態大走廊與東西向科創大走廊交匯的世界級黃金“十字軸”，光谷生態大走廊旅游配套設施——旅游專線一期項目（簡稱光谷空軌旅游線）作為重要旅游配套設施沿南北向生態大走廊布設，串聯了生態大走廊內山、水、文化區等特色區域，為景區引導客流，同時可打造為城市上空流動的風景線。

武漢光谷空軌旅游線一期工程起于光谷四路森林動物園附近，經由光谷四路、豹子溪公園、綜保區、止于龍泉山，串連了九峰山風景區、豹子溪國際商務區、綜保區、龍泉山風景區，其走向示意圖如圖2 所示。線路全長約10.5 公里，設站6 座，全線高架敷設，平均站間距1983 米，選用懸掛式單軌車輛，速度目標值60 公里/小時，初、近期采用2 輛編組，遠期采用3 輛編組，采取分散供電，設車輛基地1 座。

圖2 武漢光谷空軌旅游線一期線路示意圖

武漢光谷空軌旅游線位于生態大走廊內，是生態大走廊旅游配套基礎設施之一，沿線旅游資源豐富，兩端尤為集中，功能定位為旅游休閑線路；光谷空軌與慢行綠道一起構筑起生態大走廊內的立體交通，與生態景觀、觀光結合緊密，串聯花山、九峰山、豹子溪、龍泉山、牛山湖景觀，支撐打造光谷生態大走廊，為建設國際化創新光谷、現代化富強光谷、生態化美麗光谷的戰略目標提供了重要的支撐。

三、武漢光谷空軌旅游線創新技術應用

武漢光谷空軌旅游線采用懸掛式單軌制式，目前國內尚無商業運營線路，缺乏相關技術積累，在項目設計建造過程中，充分開展多項技術創新研究，并積極將新興技術與本項目相融合，力爭將本項目打造成精品工程、示范工程、創新工程。武漢光谷空軌旅游線所采用的創新技術應用主要有以下幾點：

一是全自動運行無人駕駛技術。信號系統按照全自動運行GOA3 等級設計，自動實現列車在正線無需人工干預的載客運行，相對于傳統列控方式，可以增加10%運能和節約15%至20%能耗。

二是超融合大數據云平臺技術。通信、售檢票、綜合調度指揮等弱電系統采用云平臺架構統一承載。在保證了業務系統的可靠性前提下，可動態調配IT 基礎設施資源，節約能源，有助于企業數字化轉型和懸掛式空軌智慧業務部署及演進。

三是多元化出行智慧安檢技術。安檢票檢系統利用人臉識別、分級安檢、無感支付等多種方式，提高售檢票、安檢、乘車智能化水平。其中，智慧安檢門模塊設置在自動檢票機的前端，可識別乘客攜帶的正常金屬物品與違禁金屬物品，誤識率低于5%，智慧安檢門安裝有一組人臉攝像機，安檢門通過人臉識別對乘客身份進行判別。

四是空氣彈簧等系統減振技術。武漢光谷空軌旅游線采用三級減振系統，有效降低垂向方向的振動，提高空軌車輛的平穩性和舒適性。車輛采用充氣橡膠輪胎降低輪軌沖擊，采用人字橡膠簧降低振動傳遞給構架，采用空氣彈簧及垂向減振器實現減振，避免高頻振動的傳輸。

五是高效節能永磁電機牽引技術。永磁電機具有效率高、能耗低、重量輕、噪音小、結構簡單等優點，可取代傳統異步電機，是下一代列車牽引系統的發展方向。武漢光谷空軌旅游線采用了世界上最先進的永磁牽引電機技術，有效降低了整車重量，減少了列車牽引能耗。

六是綠色環保生態節能技術。車輛應用高擠壓性能的輕量化鋁合金材料及輕量化隔音隔熱材料（成熟應用于高鐵、動車等車型），有效實現車體輕量化；同時設置飛輪儲能裝置，實現制動能量的再生和利用，達到了節能減排與穩壓平順兼顧的效果，全線配備8臺飛輪儲能裝置，可實現牽引能耗節約15%。

七是車輛動力學橋梁工程學等多學科車橋耦合技術。車橋耦合技術對保障橋梁動力性能和行駛車輛的舒適性、安全性具有重要意義。武漢光谷空軌旅游線基于車輛動力學參數及車輛各階模態，開展懸掛式單軌軌道梁橋和車輛特性的車橋耦合動力仿真分析，根據仿真結果，車輛平穩性及舒適性達到優級（≤2.5）要求。

八是建筑裝配式技術。全線采用裝配式結構，車站均為橋建分離裝配式鋼框架結構，橋墩、軌道梁均采為工廠預制、現場拼裝，加工、制造及安裝過程安全、精準、綠色環保、噪音小、對周邊環境破壞小。

九是全過程BIM 技術。武漢光谷空軌旅游線采用數字化設計，通過BIM 建模實現項目的“可視化”與“透明化”，最大限度輔助優化設計，實現了“降本增效”的效果。同時利用BIM 技術建立3D 模型，在施工方案和交底中大量應用BIM 模型和可視動畫，直觀表達施工工序和現場實際管線走向，有效提高施工效率。

目前，武漢光谷空軌旅游線項目已進入試運行階段，預計將于2023年下半年通車試運營。在項目設計建造過程中，積極開展多項創新技術研究，力爭將本項目打造成精品工程、示范工程、創新工程，引領國內懸掛式單軌領域的快速發展。

四、對懸掛式單軌系統發展的建議

懸掛式單軌系統可廣泛應用于大城市主要交通干線的支線，客流量適中、經濟能力有限的中小型城市，客流密集的循環路線（如機場環線），地形復雜的山地城市以及旅游景點等。針對懸掛式單軌系統的發展建議如下：

一是針對不同項目，懸掛式單軌功能定位存在城市交通線或旅游景區旅游專線兩種情況，其對項目設計理念、技術標準等方面存在較大影響，建議在開展項目研究時盡早確定項目功能定位，并以此為基礎開展后續工作研究。

二是在開展懸掛式單軌項目研究時，建議充分考慮項目投資效益，開展降低項目造價研究，并統籌考慮沿線資源開發，實現降本增效的目標，以更好地將懸掛式單軌系統進行推廣應用。

三是對于大客流車站，建議設計時對車站規模與布局進行重點研究，優化客流流線，適當提升車站設計標準，同時在運營時做好突發大客流應急措施，確保引導客流有序進出站。