山地城市懸掛式單軌交通系統(tǒng)可行性研究

鐘異瑩，陳 堅，唐 煒

ZHONG Yi-ying, CHEN Jian, TANG Wei

（重慶交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，重慶 400074）

(School of Traffic and Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

山地城市懸掛式單軌交通系統(tǒng)可行性研究

鐘異瑩，陳 堅，唐 煒

ZHONG Yi-ying, CHEN Jian, TANG Wei

（重慶交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，重慶 400074）

(School of Traffic and Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

在闡述懸掛式單軌交通系統(tǒng)概念、類型、特點的基礎(chǔ)上，針對山地城市具有的地形地貌復(fù)雜、城市形態(tài)多樣、城市交通可靠性相對較差等特點，結(jié)合兩者的特性，從地形條件、經(jīng)濟社會、技術(shù)條件和其他條件4個方面研究懸掛式單軌交通系統(tǒng)在山地城市應(yīng)用的可行性。結(jié)論表明，懸掛式單軌交通系統(tǒng)在山地城市理論上具有較好的適應(yīng)性和前景，但仍然需要解決其行車速度低、運行里程短、載客能力弱等問題。

城市軌道交通；懸掛式單軌；山地城市；適應(yīng)性

1 概述

山地城市主要分布在山地、丘陵和崎嶇不平的高原上，其城市形態(tài)和環(huán)境與平原地區(qū)差異較大，山地城市占全國陸地面積的 69%。山地城市具有空間呈現(xiàn) 3 維立體形態(tài)、用地分散、道路狹窄且不規(guī)則、地面高低懸殊起伏變化大、橋梁隧道等控制性建筑物多等特點，導(dǎo)致其難以形成完善的城市交通體系，城市道路迂回曲折，對載運工具性能要求較高，非機動車使用率極低，各交通方式間的接駁配套困難[1]。同時，城市客流需求分布差異大，出行方式以公共交通為主，但城市道路資源分配沖突，無法保證公交車輛的獨立路權(quán)。

懸掛式單軌屬于單軌交通系統(tǒng)，是一種新型交通模式，其軌道為單根帶形梁體，軌道梁由支撐柱支撐，車輛懸掛于走行部之下。1901 年世界上第一條獨軌交通在德國誕生后，德國、日本部分城市相繼開始采用該系統(tǒng)。Gutarevych V[2]根據(jù)懸掛式單軌車輛側(cè)的移搖曳幅度和振蕩頻率，建立了機車車輛相互作用過程中的運動方程；Tanaka K 等[3]研究單軌列車產(chǎn)生的振動與噪音對附近居民造成的影響，界定了單軌路段與住宅小區(qū)應(yīng)保持 30 m 及以上的距離；余沛[4]對單軌交通的超高變化進行研究計算，結(jié)合山地城市的地形地貌，分析不同超高對單軌列車運行過程中的影響；肖俊[5]綜合國內(nèi)外軌道交通發(fā)展及應(yīng)用概況，根據(jù)車輛主要參數(shù)，分別對懸掛式、跨座式單軌系統(tǒng)優(yōu)缺點進行了研究。

目前世界各國對懸掛式單軌的研究主要集中于機車車輛、轉(zhuǎn)向架、支柱等某個結(jié)構(gòu)的性能與優(yōu)化，國內(nèi)對其理論研究大多數(shù)是城市軌道交通系統(tǒng)或單軌系統(tǒng)的研究，缺少對懸掛式單軌系統(tǒng)在山地城市特殊運行條件下的適應(yīng)性研究。通過對懸掛式單軌系統(tǒng)的特點和適應(yīng)性進行全面系統(tǒng)分析，結(jié)合山地城市交通出行特點，并與其他城市軌道交通方式進行比選，確定懸掛式單軌系統(tǒng)在山地城市具有廣闊的應(yīng)用前景，為懸掛式單軌系統(tǒng)未來在國內(nèi)的建設(shè)與發(fā)展提供可行性論證依據(jù)。

2 懸掛式單軌交通系統(tǒng)

懸掛式軌道交通系統(tǒng)是指車輛懸掛在1條軌道梁上運行的新型交通工具，在德國烏珀塔爾市、日本千葉市和鐮倉市等地已經(jīng)運營多年，但由于其運量小、運行速度低、里程短，同時可吸取和借鑒的建設(shè)及運營管理經(jīng)驗較少，因而在山地城市尚未得到推廣。

2.1 懸掛式單軌交通類型

（1）非對稱懸掛鋼輪、鋼軌型，又稱為浪琴型，主要特點是鋼軌鋪設(shè)在鋼制桁架梁上，鋼制車輪的轉(zhuǎn)向架運行于鋼軌上，車廂懸掛于桁架梁下，懸掛構(gòu)件布置在軌道梁一側(cè)。世界上第一條獨軌——德國的烏珀塔爾線采用的就是這種類型。

（2）非對稱懸掛膠輪型，是烏珀塔爾單軌車的升級型，采用非對稱懸掛，懸掛構(gòu)件安裝于軌道梁一側(cè)，采用橡膠輪胎代替了原有的鋼輪結(jié)構(gòu)。列車每節(jié)車廂各設(shè)置 2 個轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架上裝置走行輪和導(dǎo)向輪。走行輪位于軌道梁上，在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，起到承重、牽引及制動的作用。導(dǎo)向輪位于軌道梁兩側(cè)，在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，為行車導(dǎo)向，以及緩和橫向振動。日本東京上野動物園內(nèi)的懸掛式單軌線屬于這種類型。

（3）“工”字軌道梁懸掛型，線路的軌道梁為“工”字形截面梁，車輪嵌在梁上運行。車輪由特殊材料制成，用于承受自重和載重且由鏈傳動電機驅(qū)動。這種類型的單軌車結(jié)構(gòu)簡單，許多國家的娛樂場所和旅游景區(qū)都有這類懸掛式單軌車，但其振動大、運量低，不適合城市軌道交通運輸。

（4）SAFEGE 型，采用對稱式懸掛，懸掛構(gòu)件通過箱型梁底部開口將車體和轉(zhuǎn)向架聯(lián)接起來。橡膠輪胎的兩軸轉(zhuǎn)向架運行于軌道梁內(nèi)部，沿著軌道梁為底部開口的鋼制箱型梁內(nèi)部軌道運行。道岔為箱型梁內(nèi)的可動軌，列車行駛方向的改變通過可動軌的水平移動來實現(xiàn)。SAFEGE 型是目前最先進、應(yīng)用最廣泛的懸掛式單軌車，日本千葉市的 2 條單軌線、日本湘南線、德國多特蒙德大學(xué)線和德國多塞爾多機場線等線路均已采用[6]。

2.2 懸掛式單軌交通特點

我國的常規(guī)公交平均行駛速度小于 15 km/h，如遇到雨雪等惡劣天氣，車速更低；快速公交系統(tǒng)具有封閉獨立的路權(quán)及配套車站、車輛、信息管理系統(tǒng)等設(shè)施，車速可達 30～40 km/h，近年來逐漸被眾多城市推廣采用，與傳統(tǒng)公交方式相比，運行速度大幅提高，但僅能夠達到軌道交通系統(tǒng)運行低速標(biāo)準(zhǔn)。在山地城市，狹窄而彎曲的道路無法完全保證快速公交的專用路權(quán)及完善配套設(shè)施，此時快速公交車速未能達到 30 km/h。同時，無論是常規(guī)公交還是快速公交車輛，其排放的大量尾氣都會對城市造成環(huán)境污染。而城市軌道交通系統(tǒng)采用電力牽引，對環(huán)境的污染非常小。相比常規(guī)公交和快速公交，城市軌道交通系統(tǒng)具有運行速度快、環(huán)境污染小的優(yōu)勢，是城市綠色交通可持續(xù)發(fā)展的首選[7]。各軌道交通方式的特點及適用性如表1 所示。

由表1 可知，單軌交通系統(tǒng)作為城市軌道交通系統(tǒng)的一部分，擁有運量大、速度快、安全、準(zhǔn)點、保護環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點，并且建設(shè)成本低、周期短；占用地面面積小，空間適應(yīng)性強；爬坡能力強，可通過曲線半徑小。缺點是和其他軌道交通方式相比，運行速度較慢、載客量少、列車發(fā)車間隔不易縮短、區(qū)間發(fā)生故障時救援工作困難。同時懸掛式單軌交通系統(tǒng)與跨座式單軌交通系統(tǒng)相比，具有自身的一些特點。

（1）懸掛式單軌的走行部和導(dǎo)電軌封閉在軌道梁內(nèi)，不易受外界雨雪等惡劣天氣的影響，但不方便維修檢查。

（2）道岔結(jié)構(gòu)相對簡單且轉(zhuǎn)換時間快。

（3）軌道梁距地面更高，安裝高度更高，建筑體感更大。

（4）最小曲線半徑極小。

（5）列車運行過程中可能產(chǎn)生鐘擺效應(yīng)，強風(fēng)條件下，運行穩(wěn)定性較差。

3 山地城市交通出行特點

山地城市是指大部分土地分布于山地區(qū)域的城市，其城市形態(tài)和環(huán)境與平原城市不同，受其特殊地形條件影響，具有獨特的交通出行特點。

（1）城市公共交通設(shè)計、建設(shè)難度大。由于城市空間呈多中心、多組團、山水分隔形態(tài)，地形復(fù)雜、道路狹窄等特點，存在建設(shè)用地開發(fā)強度高、工程量大、技術(shù)復(fù)雜等問題。

（2）城市公共交通出行需求量大。山地城市居民選擇公共交通方式出行比例大，而且具有總體分布不均衡性、局部地區(qū)強沖擊性，各交通方式間的銜接不易協(xié)調(diào)，交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、管理難度大。

（3）地面公交與社會車輛對地面資源分配沖突。山地城市路網(wǎng)密度較低、組團聯(lián)系通道資源匱乏、道路線形曲折縱坡較大、干道路幅較窄車道數(shù)較少，地面公交的優(yōu)先或?qū)Ｓ寐窓?quán)難以保證。

表1 各軌道交通方式的特點及適用性

（4）載運工具性能要求高。山地城市地形復(fù)雜、起伏劇烈、氣候炎熱潮濕，公共交通載運工具在牽引動力、爬坡性能、制動性能、操控靈活性、設(shè)備穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸、運營監(jiān)控、監(jiān)測評估等多個方面比平原城市要求更高、技術(shù)難度更大。

4 懸掛式單軌系統(tǒng)適應(yīng)性分析

從地形條件、經(jīng)濟社會、技術(shù)條件和其他條件 4 個方面對懸掛式單軌系統(tǒng)進行適應(yīng)性分析，該系統(tǒng)獨特的特點正好與山地城市的交通發(fā)展需求契合，懸掛式單軌系統(tǒng)適應(yīng)性分析如圖1 所示。

圖1 懸掛式單軌系統(tǒng)適應(yīng)性分析

4.1 地形條件適應(yīng)性

懸掛式單軌對于陡坡、急轉(zhuǎn)彎的適應(yīng)能力極強，最大爬坡度可以達到 100‰，曲線半徑最小達30 m 。懸掛式單軌能夠在多變的地形、地貌及地理環(huán)境中建造，可以架設(shè)在路面中間的綠化帶上及路旁的人行道上或山河湖泊上，并能有效避開現(xiàn)有建筑物，避免不必要的拆遷對環(huán)境所產(chǎn)生的破壞。由于山地城市地勢高差大、變化快，大部分城市道路縱坡在 40‰ 以上，轉(zhuǎn)彎半徑普遍在 250 m 以下[8]，一般的地鐵、輕軌車輛最大坡度到 40‰ 已是極限，地鐵的轉(zhuǎn)彎半徑更是無法滿足，采用懸掛式單軌交通可以彌補這一缺陷。

4.2 經(jīng)濟社會適應(yīng)性

根據(jù)國務(wù)院辦公廳《關(guān)于加快城市快速軌道交通建設(shè)管理的通知》規(guī)定，申報地鐵的城市應(yīng)達到以下 4 個條件：地方財政預(yù)算收入在 100 億元以上；國內(nèi)生產(chǎn)總值達到 1 000 億元以上；城市總?cè)丝诔^ 700 萬人，城區(qū)人口在 300 萬人以上；規(guī)劃線路的客流規(guī)模達到單向高峰 3 萬人 / h 以上[9]。我國山地城市數(shù)量多、分布廣，約占全國城市總數(shù)的1/3，大部分集中于西南地區(qū)。受地形限制，山地城市人口規(guī)模相對平原城市少，經(jīng)濟發(fā)展水平相對東部平原城市差，不具備申報地鐵的條件。懸掛式單軌屬于中、低運量城市軌道交通方式，建造成本較低，更適宜在山地城市采用。

4.3 技術(shù)條件適應(yīng)性

我國山地城市多分布于西南地區(qū)，而西南地區(qū)的亞熱帶季風(fēng)氣候?qū)е鲁Ｄ杲涤觐l繁，空氣潮濕。常規(guī)公交和快速公交受天氣影響，車速大大降低，乘客環(huán)境得舒適性也相應(yīng)減弱。懸掛式單軌車輛懸于軌道梁下運行每輛車有 2 個轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架有 4 個走行輪和 8 個導(dǎo)向輪，車輛靠走行輪支撐并在軌道梁上行走，車輛的導(dǎo)向輪沿在軌道梁內(nèi)側(cè)面行走，保證車輛轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定的同時，不受外界惡劣天氣影響，特別適用于多雨雪的城市。

相對于地鐵和輕軌，懸掛式單軌車輛最大的特點在于車體和轉(zhuǎn)向架，也是最關(guān)鍵的核心技術(shù)[10]，它的走行輪與導(dǎo)行輪均采用實心橡膠輪，摩擦力加大可以增加爬坡與轉(zhuǎn)彎能力。

4.4 其他適應(yīng)性

懸掛式單軌采用電力牽引，直流電源供電，不產(chǎn)生電磁波，無廢氣產(chǎn)生，對周圍的居民和環(huán)境影響很小。同時山地城市用地緊張，懸掛式單軌交通可以縮短敷設(shè)線路與居民建筑之間的最小距離。懸掛式軌道交通的乘車視野好于其他高架軌道交通，可以作為城市交通旅游景區(qū)的旅游專線，增強車輛和城市的交互性。

5 結(jié)束語

山地城市面臨建筑受地形影響大、接駁換乘配套地面交通布局困難、乘客需求強度分布差異大、乘客聚散規(guī)律差異大、線路具有高低變化大、拐彎多等難題[11]，多元化的公共交通出行方式是山地城市交通發(fā)展的有效途徑，而懸掛式單軌交通系統(tǒng)為多元化的公交奠定了基礎(chǔ)。懸掛式軌道交通系統(tǒng)具有軌道交通的優(yōu)點，同時又有自身的一些特點，其建設(shè)周期和費用低于其他軌道交通工具；具有專門的行車通道，對現(xiàn)有的道路資源無威脅；同軌道交通一樣良好的候車、乘車環(huán)境和先進的通信設(shè)備。懸掛式單軌交通系統(tǒng)可以用于山地城市主城區(qū)通往機場、碼頭、車站等對外交通樞紐中心的連接走廊，觀光游覽景點之間的擺渡，也可以利用城市環(huán)線高架橋與之結(jié)合，在我國山地城市具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，懸掛式單軌交通系統(tǒng)還缺少結(jié)合我國實際情況制定的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范，缺乏運營管理經(jīng)驗。另外，懸掛式單軌系統(tǒng)與其他公共交通系統(tǒng)方式之間的銜接也值得深入研究。

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責(zé)任編輯：呂 倩

鐵路端午小長假返程客流平穩(wěn)有序

2015年端午小長假，探親流和旅游流高度疊加。6月20日端午小長假首日，全國鐵路發(fā)送旅客 980.2 萬人，同比增加 73.5 萬人，增長 8.1%。6月21日，全國鐵路發(fā)送旅客 765萬人，同比增加 42.5 萬人，增長 5.9%。

為方便旅客購票出行，鐵路部門推出“變更到站”服務(wù)措施，旅客購票后，如需調(diào)整行程，變更新的目的地，在車票預(yù)售期內(nèi)、開車前 48 小時以上到車站售票窗口或 12306 網(wǎng)站變更新的到站即可，無需將原車票退票后再另購新車票。鐵路部門還根據(jù)客流情況，加開售取票窗口數(shù)量、延長售票時間，加強售票處、候車室、站臺等客流密集處所的引導(dǎo)，營造順暢有序的出行環(huán)境。

（摘自《人民鐵道》報）

Study on Feasibility of Suspended Monorail Transit System in Mountain Cities

Based on expounding the concept, types and characteristics of suspended monorail transit system, targeting with the characteristics of mountain cities like complex landform, diversified urban morphology and poor reliability of urban transit, and combining with the characteristics of the system and mountain cities, this paper studies the feasibility of applying the system on mountain cities from 4 aspects, including topographical condition, economic social, technical condition and other conditions. The study result shows the suspended monorail transit system has good adaptability and prospect in mountain city theory, but it still need solving its problems such as low train running speed, short route length and weak passenger carrying capacity.

Urban Rail Transit; Suspended Monorail; Mountain City; Adaptability

1003-1421(2015)07-0087-05

U232

A

2015-04-07

2015-06-03

重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計劃項目(cstc2013jcyjA30002)