龐巴迪單軌關鍵技術的改進與革新

夏贊鷗

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龐巴迪單軌關鍵技術的改進與革新

夏贊鷗

摘 要：針對傳統(tǒng)單軌系統(tǒng)存在的折返時間長、縱向疏散平臺設置困難、軌道梁跨度小等關鍵問題，以新型單軌龐巴迪Monorail300為例，分析其通過對車輛、道岔和軌道梁三大關鍵技術的改進和革新，從而大幅度縮短了列車折返時間，提升了運營效率。采用單軸轉向架，降低車廂地板面，更有利于設置縱向疏散平臺，滿足系統(tǒng)運營安全需求。采用連續(xù)剛構軌道梁，增大跨度、優(yōu)化景觀，同時也更有利于行車的平穩(wěn)性和舒適性。通過研究，為跨座式單軌技術在國內的推廣應用提供借鑒。

關鍵詞：跨座式單軌；技術改進中圖分類號：U232

夏贊鷗：北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，工程師，北京100037

0　引言

跨座式單軌系統(tǒng)具有轉彎半徑小、爬坡能力強、橋梁輕巧、景觀好、采用橡膠輪胎、噪聲低等諸多優(yōu)點，已成為較為廣泛應用的中低運量城市軌道交通系統(tǒng)制式之一。然而，傳統(tǒng)單軌系統(tǒng)存在折返時間長、設置疏散平臺困難、橋梁跨度小等問題，各單軌系統(tǒng)供應商和研究單位不斷探索，對其關鍵技術進行改進，以期研制適應性更好的單軌系統(tǒng)。本文以新型單軌龐巴迪 Monorail300為例，分析其對車輛、道岔、軌道梁三大關鍵技術的改進與革新。

1　世界主要單軌車輛類型及龐巴迪單軌特征

1.1主要單軌車輛類型

目前，除了我國的重慶單軌外，世界上主要的單軌車輛還有日本的日立單軌、加拿大的龐巴迪單軌、馬來西亞的史格米（Scomi）單軌、瑞士的 Intamin 單軌（圖1）。

圖1　主要單軌車輛類型

其中，馬來西亞的史格米和瑞士的Intamin單軌主要為小運量單軌，適用于客流量不大的區(qū)域，如游樂園、機場、展區(qū)等，用于接駁交通。而重慶單軌、日立和龐巴迪單軌則屬于中等偏大運量單軌，適用于在城市中作為城市軌道交通的一部分，用于每日通勤交通。

1.2龐巴迪單軌系統(tǒng)特征

龐巴迪單軌系統(tǒng)研制較早，實際應用較多，在美國拉斯維加斯、沙特利雅得、巴西圣保羅等城市都有應用。先后研制了 Monorail100、Monorail200和 Monorail300車型，其中技術最先進的車輛類型為 Monorail300，其系統(tǒng)具備如下典型的特征。

（1）線路適應能力更強，轉彎半徑可達46 m（已應用于巴西圣保羅），相比傳統(tǒng)單軌100 m 的轉彎半徑，Monorail300型車適應條件更為靈活，可大大減少拆遷；線路爬坡能力可達6%，能很好地適應山地地形。

（2）運能中等偏大，車輛可采用2～8輛編組，適宜運能為20000～40000人/h。

（3）列車折返時間短，最小實際折返間隔可達90 s。

（4）車輛采用單軸轉向架，車輛高度4.05 m，比日立單軌車輛降低了1.25 m。

（5）列車最高速度為80 km/h。

（6）列車一般采用全自動無人駕駛系統(tǒng)，擁有更高的安全性，同時減少了運營管理人員。

2　關鍵技術的改進與革新

跨座式單軌的關鍵技術包含三方面，分別為車輛、軌道梁和道岔。3項關鍵技術直接關系到整套系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，下面就龐巴迪 Monorail300車型相對于以前車型在這3項關鍵技術上的改進和革新進行重點研究。

2.1車輛技術的改進

2.1.1系統(tǒng)運能提升

龐巴迪 Monorail300通過增加車輛寬度、提升系統(tǒng)的折返效率，大大提升了系統(tǒng)的運能。表1對比了龐巴迪單軌與傳統(tǒng) B 型車在相同編組下的運能。由表1可知，在相同編組的情況下，B 型車運能遠大于單軌系統(tǒng)，但車輛長度也最長。而在相同運能的情況下，龐巴迪單軌的車輛長度更短，相當于傳統(tǒng) B 型車長度的87%。

表1　運能對比

通過采用短編組、高密度的行車設計，在相同運能的情況下，采用龐巴迪單軌系統(tǒng)可以大規(guī)?？s小車站和站場的土建規(guī)模。

2.1.2轉向架技術改進

圖2　雙軸轉向架

圖3　單軸轉向架

單軌車輛的核心是轉向架，傳統(tǒng)單軌多采用雙軸轉向架（圖2），龐巴迪 Monorail300則采用單軸轉向架（圖3）。采用單軸轉向架可以有效降低車輛的高度，Monorail300型車高僅4.053 m，相對于其他類型單軌車高度降低了1 m 多。車輛高度的降低有利于降低車輛重心，行車更為平穩(wěn)，舒適度更高。更為關鍵的是車廂地板面距離軌道梁頂面的高度更小，龐巴迪單軌車廂地板面距軌道梁頂面的距離僅450 mm（圖4），該距離的減小更有利于設置縱向緊急疏散通道。

另一方面，采用單軸轉向架可以使輪胎在曲線處的行駛軌跡與軌道梁更為匹配（圖5），減小行車阻力和輪胎的磨耗，降低噪聲和振動。

圖4　龐巴迪單軌（中）與其他類型單軌車廂地板面距軌道梁頂面距離對比

圖5　雙軸和單軸轉向架行車軌跡示意圖

表2　國內外單軌線路軌道梁結構體系

2.2軌道梁技術的改進

軌道梁是單軌系統(tǒng)最為關鍵的核心技術，它既是車輛賴以行駛的軌道，同時也是通信、信號、供電、疏散通道等設備設施安裝的載體。目前國內外單軌軌道梁主要有2種 結構體系：一種是簡支梁體系（圖6），一種為連續(xù)剛構體系（圖7）。由表2可知，近年國內外建設的單軌線路，大部分線路的軌道梁采用連續(xù)剛構體系。

圖6　簡支梁實景

連續(xù)剛構軌道梁體系是主梁連續(xù)、墩梁固結的連續(xù)結構，以3跨或多跨一聯(lián)的標準跨度組成。有較好的順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度，能更好地滿足軌道的線型要求，取消了橋梁支座，減輕了墩梁沖擊的振動，減少了輪胎磨耗，行車更為平穩(wěn)、舒適。

另外，連續(xù)剛構軌道梁相比簡支梁可適應更大的跨度，簡支梁標準跨度一般為22～24 m，而連續(xù)剛構軌道梁標準跨度一般為28～30 m，可減少橋梁下部結構數(shù)量，降低工程造價。在節(jié)點橋的處理方面，連續(xù)剛構軌道梁比簡支梁具有更好的景觀優(yōu)勢，在中心城區(qū)有更好的適應性。

連續(xù)剛構軌道梁代表了國際上最先進的技術水平，是單軌梁的發(fā)展趨勢。

2.3道岔技術的改進

單軌道岔的功能與鐵路道岔一樣，是一種使列車從一條單軌線路轉入另一條單軌線路的連接設備。單軌道岔采用了與區(qū)間軌道梁相似的梁式結構，即道岔梁的結構（圖8）。

圖7　連續(xù)剛構梁實景

圖8　道岔梁

目前實際應用較多的單軌道岔一般可分為2種類型：①關節(jié)型道岔，即道岔轉轍時道岔梁在轉折點前方形成折線線型，側向通過速度較慢，一般不超過15 km/h，該類型道岔一般不適應于折返線和場段出入線；②關節(jié)可撓型道岔，即道岔轉轍時可以使道岔梁連續(xù)彎曲成曲線線型，側向通過速度可達25 km/h，一般用于對通過速度要求較高的正線折返或場段出入線。

龐巴迪 Monorail300則主要采用替換梁道岔和多位樞軸道岔，替換梁道岔也可稱為平移式道岔，列車通過速度高，最高可達40 km/h，一般應用于正線的各種輔助線；多位樞軸道岔最多可旋轉4個方向，列車通過速度較低，一般應用于場段。

道岔性能的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的折返能力。傳統(tǒng)單軌因為其道岔較小的通過速度和較長的轉轍時間，列車折返能力較差，最小折返間隔為150 s。而 Monorail300道岔轉轍時間短，通過速度高，再加上列車車門寬，旅客上下車時間短，列車停站時間短，因此，系統(tǒng)最小折返間隔可達90 s。

折返能力的提升全面改善了系統(tǒng)的整體性能，折返能力提升，在同等客流情況下，可通過短編組、高密度的發(fā)車滿足客流需求，減少車站長度和場站長度，改善車站景觀，同時也可大大降低土建規(guī)模。

3　結論

跨座式單軌起源早，技術成熟，在國外應用普遍，運營效果好。但對國內來說，跨座式單軌尚是一種新型的軌道交通技術，國內有多個城市正在進行探索。

通過對龐巴迪 Monorail300在三大關鍵技術方面的改進和革新進行了研究，可得出以下結論。

（1）跨座式單軌屬于中等運量系統(tǒng)，適宜采用高架敷設，具有較高的性價比。

（2）要對車輛的性能、安全、造價等方面因素進行綜合比選，選擇運能適當、縱向疏散通道設置條件好、造價低、舒適、美觀的車輛設備。

（3）要提升系統(tǒng)的折返能力，采用短編組、高密度的運營組織方式，提高服務水平，降低車站體量，優(yōu)化車站景觀。

（4）推薦采用連續(xù)剛構軌道梁，提高線路的平順性。取消支座，減少振動和后期維護量。增大跨度，優(yōu)化景觀，降低工程造價。

參考文獻

［1］ 仲建華. 跨座式單軌交通在我國的應用和創(chuàng)新［J］. 都市快軌交通，2014，27（2）：1-5.

［2］ 曾立. 重慶跨座式單軌交通技術國際領先［N］. 重慶日報，2012-03-14.

［3］ 易云. 龐巴迪運輸（集團）——單軌鐵路系統(tǒng)［J］. 現(xiàn)代城市軌道交通，2005（4）：47.

［4］ 李志強，陳卓. 世界跨座式單軌交通的主要技術體系研究［EB/OL］.［2015-05-06］. http://www.doc88.com/ p-3059515780615.html.

［5］ 張永道. 無人駕駛單軌系統(tǒng)的好處［J］. 交通與運輸，2004（3）：49-51.

［6］ 安迪·羅賓斯. 龐巴迪：新興都市單軌解決方案［J］. 世界軌道交通，2013（11）：74-75.

［7］ 譚惠丹. 華美三兄弟之INNOVIA Monorail300［J］. 世界軌道交通，2011（12）：30.

［8］ 竇仲赟. 跨座式單軌簡支變連續(xù)軌道梁設計［J］. 城市軌道交通研究，2009（1）：64-65.

［9］ 朱開明. 世界單軌鐵路博覽［J］. 現(xiàn)代城市軌道交通，2005（4）：51-54.

［10］ 聶紹富. 重慶跨座式單軌交通道岔統(tǒng)國產化的實踐［J］. 都市快軌交通，2004，21（4）：43-45.

責任編輯 冒一平

Improvement and Innovation of Bombardier Monorail Technology

Xia Zanou

Abstract:The paper takes Bombardier’s new monorail300as an example, makes an analysis on improvement and innovation of three key technologies, namely the vehicle, turnout and track-beam, greatly shortening train turn-back time and improving the operation efficiency. The use of single axle bogie lower the carriage floor level and helps to set more conducive vertical evacuation platform, meeting operating system safety requirements. The continuous rigid frame track-beam is used to increase the bridge span and optimize the landscape, which is more favorable to the train running stability and riding comfort. Through the study, the paper provides the reference for monorail technology promotion in domestic application.

Keywords:saddle-type monorail, technology improvement

收稿日期2016-01-13