跨坐式獨(dú)軌交通的特點(diǎn)及其局限性

賀 觀

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司,400051,重慶∥高級(jí)工程師)

跨坐式獨(dú)軌交通的特點(diǎn)及其局限性

賀 觀

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司,400051,重慶∥高級(jí)工程師)

結(jié)合重慶跨坐式獨(dú)軌交通2號(hào)線運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),論述了跨坐式獨(dú)軌交通系統(tǒng)的特點(diǎn)。從運(yùn)能、道岔技術(shù)及成本、車(chē)輛國(guó)產(chǎn)化、運(yùn)營(yíng)成本及耗電量等方面對(duì)跨坐式獨(dú)軌交通系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展和局限進(jìn)行了分析。

跨坐式獨(dú)軌;工程特點(diǎn);局限

Author's addressChongqing Rail Transit(Group)Co.,Ltd.,400051,Chongqing,China

跨坐式獨(dú)軌交通具有噪聲小、爬坡能力強(qiáng),轉(zhuǎn)彎半徑小等特點(diǎn),已在日本以及歐美的許多城市應(yīng)用并有多年的成功運(yùn)營(yíng)業(yè)績(jī)。重慶結(jié)合主城區(qū)地勢(shì)起伏、道路曲折、坡陡狹窄、兩江環(huán)抱、地下施工條件不利的特點(diǎn),選擇采用跨坐式獨(dú)軌交通型式,通過(guò)數(shù)年的建設(shè)以及隨后的運(yùn)營(yíng),積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也帶來(lái)一些思考。擁有許多優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)的跨坐式獨(dú)軌交通為何未能成為國(guó)內(nèi)外城市軌道交通系統(tǒng)的首選,是否是緣自這種交通型式具有的一些局限的影響。本文對(duì)此略作探討。

1 跨座式獨(dú)軌交通的特點(diǎn)

1.1 軌道梁橋系統(tǒng)的特點(diǎn)

軌道梁既是承重構(gòu)件又是獨(dú)軌列車(chē)運(yùn)行的軌道,承擔(dān)著走行、導(dǎo)向的作用。在用模板工廠化制作的標(biāo)準(zhǔn)跨度的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土(PC)軌道梁上,可以預(yù)設(shè)、預(yù)埋各種結(jié)構(gòu)件以及供電、信號(hào)系統(tǒng)的部分相關(guān)設(shè)施,與板式結(jié)構(gòu)比,具有體量輕巧、結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)沿途景觀影響小等特點(diǎn)。大跨度梁采用鋼制結(jié)構(gòu),可以相對(duì)容易地跨越較大跨度的困難地段,以滿(mǎn)足復(fù)雜地形地貌對(duì)系統(tǒng)的要求。由于上述特點(diǎn),獨(dú)軌交通系統(tǒng)線路占地面積小,僅為其他高架線路的1/2,高架橋梁僅為其他高架橋梁的1/5;且采光好,有利于地面機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣排放。

1.2 道岔系統(tǒng)的特點(diǎn)

跨坐式獨(dú)軌交通道岔按其結(jié)構(gòu)和線型可分為關(guān)節(jié)型道岔和關(guān)節(jié)可撓型道岔。前者造價(jià)相對(duì)較低,適用于車(chē)輛基地、輔助線或正線個(gè)別線段;后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能和安全性要求高,一般在正線上用于載客列車(chē)運(yùn)行線段,以保證列車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)、舒適,但其造價(jià)較關(guān)節(jié)型道岔高得多。獨(dú)軌道岔較其他道岔復(fù)雜得多,是由道岔梁等機(jī)械裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和控制裝置等多個(gè)子系統(tǒng)組成的集合體,精度要求高,安裝較特殊;其可靠性、安全性和復(fù)合性要求嚴(yán)格,是技術(shù)密集型和機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品(見(jiàn)圖1)。

圖1 獨(dú)軌線路的道岔

1.3 獨(dú)軌車(chē)輛的特點(diǎn)

跨坐式獨(dú)軌車(chē)輛的走行系統(tǒng)與地鐵車(chē)輛差異較大,尤其是獨(dú)軌車(chē)輛轉(zhuǎn)向架較為獨(dú)特。其轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由橫梁、側(cè)梁、端梁,以及下伸的導(dǎo)向、穩(wěn)定車(chē)輪的支承架等構(gòu)成;走行輪胎安裝在輪輞上,輪心通過(guò)軸承支承在空心軸套上并通過(guò)懸臂軸固定在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上;每個(gè)輪軸上裝有兩個(gè)填充氮?dú)獾淖游缇€鋼芯橡膠走行輪。由于采用橡膠輪胎,獨(dú)軌車(chē)輛運(yùn)行噪聲較小,實(shí)測(cè)約為60 dB,且摩擦系數(shù)較大,車(chē)輛爬坡能力較強(qiáng)(最大可達(dá)60‰);其走行輪軸距較短(9.6 m),故車(chē)輛可通過(guò)的平曲線半徑較小,僅為50 m。因此,獨(dú)軌車(chē)輛特別適用于坡陡彎多、地形地貌復(fù)雜的城市既有道路的線路。

2 跨坐式獨(dú)軌交通的局限

2.1 載客量較少

由于跨坐式獨(dú)軌系統(tǒng)的軌道梁結(jié)構(gòu)和承重的限制,獨(dú)軌系統(tǒng)屬中等運(yùn)量的城市軌道交通系統(tǒng),運(yùn)載乘客數(shù)與地鐵相比較少。表1所列是獨(dú)軌車(chē)與地鐵B型車(chē)的載客量比較。其中,正常載客按6人/m2計(jì),超員時(shí)按跨坐式9人/m2、地鐵8人/m2計(jì)。

從表1可以看出,在列車(chē)發(fā)車(chē)間隔相同的情形下,獨(dú)軌交通系統(tǒng)的乘客輸送量不到地鐵B型車(chē)的一半。雖然重慶輕軌2號(hào)線2.6億元/km的造價(jià)較地鐵系統(tǒng)低,但作為以輸送乘客為目的的城市交通系統(tǒng),在需要配備大致相等的運(yùn)營(yíng)輔助人員的情況下,運(yùn)能相對(duì)較少也將導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本較高。如果按同等運(yùn)量比較,跨坐式獨(dú)軌系統(tǒng)的每公里造價(jià)就會(huì)顯得略高一些。

表1 獨(dú)軌車(chē)與地鐵B型車(chē)載客量比較

2.2 道岔系統(tǒng)造價(jià)高

數(shù)節(jié)鋼制軌道梁依次鉸接組合成一種軌道轉(zhuǎn)轍設(shè)備,由臺(tái)車(chē)支撐,采用電力驅(qū)動(dòng),道岔一端固定;轉(zhuǎn)轍時(shí)道岔梁整體繞固定端按規(guī)定距離轉(zhuǎn)動(dòng),到位后鎖定裝置鎖定,梁體活動(dòng)端部與線路軌道梁銜接形成岔道,轉(zhuǎn)換列車(chē)行駛線路。轉(zhuǎn)轍后,道岔梁成折線狀態(tài)的稱(chēng)為關(guān)節(jié)型道岔,道岔梁兩側(cè)的導(dǎo)向面板和穩(wěn)定面板在撓曲裝置作用下成設(shè)定的曲線面狀態(tài)的稱(chēng)為可撓型道岔。

總體比較,跨坐式獨(dú)軌交通道岔造價(jià)要遠(yuǎn)高于鋼輪鋼軌系統(tǒng)道岔。由于關(guān)節(jié)道岔近千元、可撓型道岔2000多萬(wàn)元一套的造價(jià),因此選線和布設(shè)時(shí)就不得不考慮可撓型道岔尚不能?chē)?guó)產(chǎn)化、采購(gòu)費(fèi)用居高不下的問(wèn)題。在滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)功能的前提下,力求盡可能減少道岔冗余的思路,將導(dǎo)致獨(dú)軌系統(tǒng)設(shè)置道岔時(shí)為將來(lái)可能的改變預(yù)留的備用量縮減。例如:為了避免車(chē)場(chǎng)出入段線瓶頸擁塞而設(shè)置車(chē)場(chǎng)備用出入線和第二出口的想法;為應(yīng)對(duì)運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)的高峰客流變化帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)交路變化而預(yù)設(shè)的備用線和道岔預(yù)留的思路,在獨(dú)軌系統(tǒng)是不能考慮的。因?yàn)槌耸軆r(jià)格因素限制外,獨(dú)軌道岔龐大承重基礎(chǔ)的建造也是預(yù)留冗余獨(dú)軌道岔要慎之又慎的因素。

2.3 國(guó)產(chǎn)化率較低

由于獨(dú)軌系統(tǒng)在我國(guó)是首次采用,國(guó)內(nèi)沒(méi)有獨(dú)軌車(chē)輛的制造經(jīng)驗(yàn)。重慶軌道交通2號(hào)線一期工程最終確定了國(guó)產(chǎn)化四步走、整個(gè)21列車(chē)(計(jì)84輛)分四階段實(shí)現(xiàn)獨(dú)軌車(chē)輛國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的方案。

第一階段:從日立公司引進(jìn)2列共8輛整車(chē)。

第二階段:轉(zhuǎn)向架和牽引控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵部件由日立提供,車(chē)體材料及車(chē)體制造、裙板、司機(jī)室設(shè)備、車(chē)內(nèi)設(shè)備、空調(diào)機(jī)組等實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,客室和司機(jī)室內(nèi)裝也由國(guó)內(nèi)廠家完成。共生產(chǎn)10列。

第三階段:從第13列車(chē)開(kāi)始采用長(zhǎng)春客車(chē)廠生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架,共5列。

第四階段:最后的4列車(chē)牽引控制系統(tǒng)由國(guó)內(nèi)企業(yè)承擔(dān)配套,但核心部件仍由日立公司提供。

表2為按照重慶輕軌2號(hào)線車(chē)輛數(shù)據(jù)計(jì)算出的上述各階段的國(guó)產(chǎn)化情況。在車(chē)輛制造實(shí)施過(guò)程中,第三、四階段由于轉(zhuǎn)向架?chē)?guó)產(chǎn)化進(jìn)展不理想,9列共18個(gè)轉(zhuǎn)向架仍從日本購(gòu)入。第四階段由于電力牽引系統(tǒng)關(guān)鍵的核心部件仍由日本購(gòu)入,號(hào)稱(chēng)承擔(dān)電力牽引系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的企業(yè)僅生產(chǎn)了牽引控制系統(tǒng)外殼,而核心部件的購(gòu)入成本大大高于成套系統(tǒng)的銷(xiāo)售價(jià)格,導(dǎo)致該企業(yè)虧損嚴(yán)重。由表2可看出,跨坐式獨(dú)軌車(chē)輛的總體國(guó)產(chǎn)化率不高,若考慮上述實(shí)際實(shí)施情況,國(guó)產(chǎn)化率則更低。

2.4 獨(dú)軌車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本和運(yùn)營(yíng)線路耗電量高

跨坐式獨(dú)軌車(chē)輛噪聲小、爬坡能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)歸功于其獨(dú)特的走行系統(tǒng)使用了橡膠輪胎。這種無(wú)內(nèi)胎子午線輪胎內(nèi)充氮?dú)?承重較大(5.5 t)。正常情況下,獨(dú)軌車(chē)輛走行輪胎的壽命約為10萬(wàn)km,非正常情況則更短,且要考慮同軸成對(duì)更換等因素。按目前運(yùn)營(yíng)狀況,每列車(chē)每年走行10余萬(wàn)km,故獨(dú)軌車(chē)輛走行輪胎更換周期約為1年。

表2 重慶獨(dú)軌車(chē)輛的國(guó)產(chǎn)化情況 百萬(wàn)日元

走行輪胎是獨(dú)軌車(chē)輛重要的消耗材。每個(gè)轉(zhuǎn)向架上有4只走行輪胎,每列共32只。進(jìn)口輪胎價(jià)格昂貴,每只約為7000～8000元。這樣算下來(lái),重慶輕軌2號(hào)線21列車(chē)每年僅走行輪胎就要多支出400萬(wàn)～500萬(wàn)元,導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本有較大增加。同時(shí),由于關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化率不高,導(dǎo)致部分使用數(shù)量少、保存期有限的備件配件必須進(jìn)口。例如,制動(dòng)系統(tǒng)的部配件因進(jìn)口規(guī)格型號(hào)與國(guó)內(nèi)不配套,國(guó)內(nèi)采購(gòu)不到,而國(guó)外采購(gòu)價(jià)格奇高且到貨周期要十幾個(gè)月,嚴(yán)重時(shí)甚至已經(jīng)影響到維修車(chē)輛的上線運(yùn)行。

其次,獨(dú)軌車(chē)輛換輪過(guò)程相對(duì)困難、復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng),導(dǎo)致?lián)Q輪列車(chē)停駛時(shí)間較長(zhǎng),因此需要增加備車(chē)的數(shù)量以滿(mǎn)足正常運(yùn)營(yíng)要求。增備一列4輛編組的獨(dú)軌列車(chē),購(gòu)車(chē)成本將隨之增加4000萬(wàn)～5000萬(wàn)元,而且隨著運(yùn)營(yíng)線路里程和開(kāi)行密度的增加,備車(chē)的數(shù)量也需相應(yīng)增加。

此外,選線時(shí)為了充分發(fā)揮獨(dú)軌車(chē)輛爬坡能力強(qiáng)及適應(yīng)地形地貌特點(diǎn)的思路,會(huì)使大坡度的線路增多,這樣牽引耗電量會(huì)相應(yīng)增加。根據(jù)運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì),跨坐式獨(dú)軌交通系統(tǒng)中,牽引耗電占總耗電55%以上;而輪軌交通系統(tǒng)中,牽引耗電占總耗電50%以上。牽引耗電增加的同時(shí),總耗電量也相對(duì)增加。

3 結(jié)語(yǔ)

由于跨坐式獨(dú)軌交通型式的鮮明特點(diǎn),因此特別適用于地勢(shì)起伏、地下開(kāi)掘條件不好、城市既有道路通道狹窄等不適合進(jìn)行地鐵建設(shè)的中運(yùn)量地面交通型式。重慶軌道交通3號(hào)線也選擇跨坐式獨(dú)軌交通型式。雖然其運(yùn)量偏緊,但2號(hào)線的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)積累了跨坐式獨(dú)軌交通設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、管理等方面的經(jīng)驗(yàn),從地貌特征、線路條件、資源共享的角度看,這無(wú)疑是較好的選擇。然而,后期隨著南坪段、加州段線路變架空行走為地下運(yùn)行,3號(hào)線主城段線路在地下行駛的距離大大增加。3號(hào)線一期線路20 km線路中除兩江橋外,能發(fā)揮其噪聲小特點(diǎn)的地面線路距離減少;在線路上除去上天入地的區(qū)段利用了跨坐式獨(dú)軌爬坡能力強(qiáng)特點(diǎn)外,真正特別需要發(fā)揮獨(dú)軌系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的區(qū)段不多。

重慶獨(dú)軌交通2號(hào)線通過(guò)幾年來(lái)的運(yùn)營(yíng),積累了不少成功經(jīng)驗(yàn),也為跨坐式獨(dú)軌交通在其他城市的推廣奠定了良好基礎(chǔ)。通過(guò)技術(shù)咨詢(xún)的方式,我們已經(jīng)為韓國(guó)大邱、巴西里約熱內(nèi)盧提供了相關(guān)的技術(shù)服務(wù)。國(guó)內(nèi)也有城市開(kāi)始建設(shè)跨坐式獨(dú)軌交通線路,并與重慶軌道交通設(shè)計(jì)院相關(guān)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行過(guò)深入的交流?？梢钥闯?跨坐式獨(dú)軌交通作為輪軌交通的互補(bǔ)型式,仍具備一定的應(yīng)用前景。

[1]仲建華.重慶跨座式單軌交通[J].都市快軌交通,2004,17(5):17.

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[3]周慶瑞,金鋒.新型城市軌道交通[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

Development and Limitation of Straddle-type Monorail Transit in China

He Guan

Based on the operationalexperience of Chongqing straddle-type monorail transit Line 2,this paper expounds the different characteristics between straddle-type monorail—a new type of rail transit— and the conventional wheel transit,analyzes the development and limitation of straddle-type monorail in Chinese cities.

straddle-type monorail;engineering feature;limitation

U 232

2010-06-12)