一種新型城市軌道交通中低運能系統：智能導向捷運系統

文：賀 鵬｜北京交通大學，北京城建設計發展集團股份有限公司

黃 磊，李松松，梁青槐｜北京交通大學

在對中小城市交通需求特征以及既有城市軌道交通中低運能系統局限性分析的基礎上，提出一種兼具導軌式膠輪系統和電子導向膠輪系統特點的新型城市軌道交通中低運能系統制式—智能導向捷運系統。該系統制式線路在城市商業、社區等區域采用地面線，解決“最后一公里”問題；在城市主廊道上采用具有獨立路權的高架線，以提高系統整體運行效率；信號系統采用車-路-云協同技術實現車輛虛擬連掛，可靈活編組匹配客流；車站采用弱電一體化集成技術減少機電設備占地，壓縮車站土建規模。系統造價低、運營組織靈活，為中小城市軌道交通制式選擇提供了新思路。

隨著國家新型城鎮化的推進、中小城市規模的擴張，交通系統的壓力與日俱增，傳統公交受運輸能力限制不再能滿足城市高峰客流的需求，道路擁堵顯現并愈發嚴重，發展城市軌道交通系統勢在必行。與大型城市相比，中小城市人口規模較小，財政能力有限，城市軌道交通大運能系統如地鐵、輕軌系統并不適合，為了以較低的成本促進居民集約化出行，城市軌道交通中低運能系統（以下簡稱“中低運能系統”）才是最佳選擇。

既有的中低運能系統制式多受“固定軌道”的限制，無法通達小巷，“最后一公里問題”仍是短板；擺脫“固定軌道”束縛的智軌交通系統，雖然線路選擇有了較大的靈活性，但受道路交通的影響，線路旅行速度與普通公交相比并沒有質的提升。如何平衡這些問題，找到最適合中小城市交通需求和特點的新的城市軌道交通系統是值得研究并亟待解決的問題。本文在分析中小城市交通特征及既有中低運能系統局限性的基礎上，提出了一種新型的中低運能系統制式——智能導向捷運系統，為解決中小城市交通問題提供了新的思路。

一、中小城市交通系統特征分析

（一）交通需求：速度快、可直達、零換乘

中小城市居民出行距離短，全方式平均出行距離多為3 公里內，遠低于超大、特大城市8 公里至10 公里的平均出行距離；而出行頻率卻要高，據統計，超大、特大城市日出行次數在2.16 次至2.42 次之間，中等城市的居民日出行次數在2.25次至2.51 次之間，而小城市的日均出行次數則在2.63 次至3.04 次之間。

高頻、短距的出行特征使中小城市居民擁有更多出行方式選擇，公共交通受到電動車、摩托車等非機動化出行的競爭壓力，人們希望出門就能快速上車并且迅速直達目的地，所以，公共交通系統是否快速高效、能否有效解決“最后一公里”問題、可否實現零換乘將直接決定其對居民的吸引力。

（二）占地少

中小城市城區面積小，大多城市建成區面積小于100 平方公里，土地資源有限。新建的軌道交通線路一般選擇城市主干道，道路周邊商業、娛樂、文教等建筑設施密集，可用空間較少，而街區小巷多為住宅、店鋪，建筑布局粗放，用地效率低下，無法滿足大規模的交通用地，所以，為降低軌道交通建設難度，減少對周邊建筑的影響，軌道交通的占地越小越好。

（三）造價低

根據《中國中小城市發展報告（2022）》數據顯示，我國廣義上的中小城市個數已達2634 個，大多數中小城市的GDP 低于500 億元。同年住建部發布的城市建設統計年鑒中指出，所有建制市中，中小城市的公共基礎設施投資額多在10 億以下。因此，對于財政有限的中小城市，造價低的交通系統更具吸引力。

二、既有中低運能系統局限性分析

（一）難以兼顧高速與靈活的需求

常見中低運能系統制式，如跨座式單軌、懸掛式單軌、有軌電車、導軌式膠輪、中低速磁浮等交通系統，運行速度快，運營效率高，平均旅行速度可達30 公里/ 小時至40 公里/ 小時，但受限于固定軌道，運營線路固定，不能深入街區吸引客流實現點對到點運輸。電子導向膠輪和有軌電車系統雖然擺脫了軌道的束縛，運行線路相對靈活，但受道路交通混行制約，平均旅行速度僅為15 公里/ 小時至20 公里/ 小時。

（二）占地大

除電子導向膠輪系統外，中低運能系統的車站和車輛基地對用地的需求都比較大。據統計，目前有軌電車系統，線路車站及車輛基地占地平均1.1 萬平米/ 公里至1.3 萬平米/ 公里。中小城市面積規模小、用地緊湊，如何將車站嵌入建成區并“找出”配套的車輛基地一直是棘手的問題。

（三）投資大

既有中低運能系統，即使是現代有軌電車系統，其工程造價也達1 億元/公里至1.5 億元/公里，一條線路總投資動輒幾十億元，對于中小城市來說，財政壓力較大。

三、智能導向捷運系統

智能導向捷運系統吸取了導軌式膠輪系統與電子導向膠輪系統的優點。車輛采用虛擬軌道與機械導軌相結合的膠輪系統；線路采用地面和高架相結合的敷設方式，在社區為地面線，便于集散客流，在城市主廊道上為具有獨立路權的高架線，以提高系統運行速度。它面向中小城市，旨在提高運輸能力和運營效率，提升線路靈活性和可達性，同時降低工程造價、減少土地占用。

（一）系統組成

智能導向捷運系統主要由帶導軌車輛（圖1）、車站、高架軌道專用線路、車路云信號控制系統、供電系統及其他輔助系統等組成。列車車輛采用膠輪系統，在導軌式膠輪與電子導向膠輪系統的基礎上進行輕量化設計，對車輛尺寸進行壓縮，使其在城市街道運行更靈活，更易收集客流，智能導向捷運系統與導軌式膠輪系統車輛參數見表1。

表1 智能導向捷運系統與導軌式膠輪系統車輛參數

圖1 車輛尺寸對比

（二）系統運營方式

智能導向捷運系統的車輛配備機械導輪，采用膠輪側導向技術，見圖2。

圖2 膠輪側導向技術

列車車輛在高架段導輪伸出，列車享有獨立路權，車輛平穩高速運行；在普通路段導輪收回，列車與道路交通混行，車輛可深入社區收集客流，實現點到點運輸。雙路權段的無縫銜接使系統在保證運營效率的同時解決了“最后一公里”問題。

（三）系統關鍵技術

1. 車- 路- 云協同技術靈活調配運力

列車采用車- 路- 云協同技術，通過云平臺進行數據實時處理，保障行車安全，實現虛擬連掛，運力靈活配置（圖3）。在獨立路權段，云中心統一行車指揮控制，實現有司機值守的自動駕駛和車隊追蹤，列車可進行虛擬連掛，靈活的進行聯編解編，根據客流匹配運力；在混合路權段，車載設備與星云互聯設備接口，依托V2X 技術，實現列車與路邊設備的車路協同控制，實現人工優先的輔助駕駛模式。

圖3 車- 路-云協同技術

2. 弱電一體化集成技術壓縮用地

弱電一體化集成技術減少車站建筑規模、無軌化敷設減少段場占地，實現系統降本增效。弱電一體化系統是在車站邊緣側進行核心業務深度融合，通過架構創新，實現將中心算力下沉邊緣，由邊緣智能一體機整合多專業系統，達到去中心化的目的。基于“邊邊協同”理念，在保障系統可靠性的基礎上壓縮車站土建規模，降低投資并節省運維成本。該系統將打破常規軌道交通系統架構，實現輕量中心，極簡車站，高密度追蹤運行。

四、系統優勢分析

一是編組靈活。系統單車定員180 人，可通過虛擬連掛實現車輛靈活組合（圖4）。

圖4 智能導向捷運系統靈活的編組形式

高峰時車輛聯編提高運能，斷面流量最高可達2 萬人/小時；平峰時車輛解編采用小編組運營，降低成本。

二是旅行速度較快。系統采用雙路權模式運營，在混合路權段車輛旅行速度與電子導向膠輪系統、有軌電車系統持平，在獨立路權段車輛接受導輪輔助，最高速度可達100 公里/ 小時，綜合平均旅行速度可達到30 公里/ 小時至40 公里/小時。

三是節約用地。智能導向捷運系統吸取了電子導向膠輪系統的長處，車輛段采用無軌化設計，車輛收輪即可落地，不需要出入段線和咽喉區，選址靈活，與導軌式膠輪系統車輛段用地比較見圖5。車輛基地規模大幅縮減，每列車可節省用地600 平方米，較傳統制式節約用地40%以上。

圖5 智能導向捷運系統與導軌式膠輪系統車輛段對比

四是造價低。系統綜合公里造價約1 億/ 公里，車輛采用輕量化設計，采購價約700 萬/ 輛。車站、段場采用集成化設計，與傳統制式相比造價降低了33%，經濟優勢突出。相較中低速磁浮交通系統、跨座式單軌系統等既有中低運能系統，智能導向捷運系統造價、運營投資及養護成本更低。另外，智能導向捷運系統可結合城市道路新改擴建一并建設，利用新建或改擴建快速路的機會就可以建設軌道交通；項目施工方便快捷，降低系統建設成本，縮短建設周期。

五是適應性更加靈活、運行效率更高。該系統制式車輛長度更短，轉彎半徑更小，線路在城市商業、社區等區域可以在地面深入社區、與城市道路無縫銜接、方便集散客流，解決好乘客出行“最后一公里”問題；在城市主廊道上，線路采用高架敷設方式，車輛伸出側向導輪，運行在具有獨立路權的高架線上，顯著地提高交通系統整體運行效率。

五、結語

本文提出了一種兼具導軌式膠輪系統和電子導向膠輪系統特點的新型中低運能系統制式——智能導向捷運系統。

該系統制式占地面積少、建設周期短、對城市環境適應性強，可與城市道路及其它基礎設施融合建設，實現建快速路等于建軌道線路。該制式系統采用AB 雙路權運營模式，能靈活適應城市發展需要，同時降低中低運能系統線路建設成本。在A 路權段，通過車- 路- 云協同技術可實現虛擬連掛，提高線路運營速度及穩定性；在B路權段，車隊解編，車輛短小靈活，可伸入街區，解決居民出行“最后一公里”的問題，更便于收集客流。

目前城市軌道交通系統領域尚無能進行AB路權靈活轉換的系統制式，智能導向捷運系統制式彌補了這一空白。智能導向捷運系統，適用范圍廣，可推廣性強，為解決中小城市交通問題提供了新的選擇。