單軌車輛在城市交通中的應(yīng)用和發(fā)展前景

楊敏杰（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司,山東　青島　266000）

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單軌車輛在城市交通中的應(yīng)用和發(fā)展前景

楊敏杰
（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司,山東青島266000）

摘 要：?jiǎn)诬夎F路具有占地面積小、地形適應(yīng)能力強(qiáng)、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，作為中等運(yùn)輸能力交通類型，單軌車輛與其他交通工具相比在城市規(guī)劃和舒緩交通壓力中具有明顯優(yōu)勢(shì)。文章研究了單軌鐵路發(fā)展歷史，對(duì)跨座式和懸掛式單軌車輛特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，分析了單軌交通在我國(guó)交通運(yùn)輸中的應(yīng)用性和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)诬壾囕v；跨座式單軌；懸掛式單軌；應(yīng)用和發(fā)展

近幾年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平增長(zhǎng)、國(guó)民生活水平提高，汽車作為日常交通工具，數(shù)量日益猛增。這不僅使城市交通漸漸變得不堪重負(fù)，而且對(duì)環(huán)境帶來(lái)惡劣影響，成為霧霾現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)?。為緩解城市交通壓力，改善環(huán)境質(zhì)量，許多城市出臺(tái)了一系列應(yīng)急措施，如特殊路段強(qiáng)制單向行駛，市內(nèi)限制車牌單雙號(hào)出行等，但都未能從根本上解決問(wèn)題。單軌鐵路車輛作為新型運(yùn)輸方式，它的出現(xiàn)和應(yīng)用可以緩解城市緊張的交通壓力，避免環(huán)境污染，在城市交通中的應(yīng)用中逐漸受到廣泛關(guān)注。

1　單軌鐵路分類及特點(diǎn)

現(xiàn)今世界上的單軌鐵路主要分為兩種：跨座式單軌鐵路和懸掛式單軌鐵路。跨座式單軌鐵路中，車輛行走時(shí)騎跨在獨(dú)立建設(shè)的單軌橋梁上，除了行走車輪外，跨座式車輛轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)是在其左右兩端增加了導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪，環(huán)抱軌道行走；懸掛式單軌鐵路中，車輛轉(zhuǎn)向架設(shè)置于車體頂部，行走輪和導(dǎo)向輪懸掛于箱型軌道鋼梁中，行走于軌道單梁下方。箱型軌道梁體內(nèi)的鐵軌可以水平移動(dòng)，這種行走方式使得掛式單軌車輛實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向。

與其他類型交通工具相比，單軌鐵路的特點(diǎn)比較明顯：

（1）占地面積小。單軌車輛運(yùn)行于架設(shè)在城市道路上方的獨(dú)立軌道梁上，此類交通系統(tǒng)占地面積小并充分利用了城市立體空間，建設(shè)成本較低。

（2）地形適應(yīng)能力強(qiáng)。單軌車輛的轉(zhuǎn)向架不同于常規(guī)地鐵，具有較強(qiáng)爬坡能力，而且轉(zhuǎn)彎半徑小，能夠克服城市中的陡坡和急轉(zhuǎn)彎等道路環(huán)境，具有較好的地形適應(yīng)性，因此單軌車輛交通線路設(shè)計(jì)和架設(shè)可以更為便利，能夠大幅節(jié)約工程造價(jià)。

（3）綠色無(wú)污染。單軌車輛牽引動(dòng)力為電力驅(qū)動(dòng)，降低了溫室氣體排放，而且電動(dòng)機(jī)噪聲小，車輛運(yùn)行平穩(wěn)，有利于環(huán)境保護(hù)，節(jié)約能源。

2　單軌車輛的發(fā)展歷史

單軌車輛發(fā)展具有深遠(yuǎn)的歷史，國(guó)際上最早的單軌車輛出現(xiàn)在第二次科技革命時(shí)期。這種單軌車輛由蒸汽機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，屬于跨座式單軌車輛。之后，單軌車輛相繼出現(xiàn)在了法國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等國(guó)家的試驗(yàn)線路上。由于技術(shù)層存在難題，且其他交通類型的快速發(fā)展，單軌鐵路很快便淡出人們的視線，可謂是曇花一現(xiàn)。德國(guó)烏柏塔爾的懸掛式單軌鐵路卻是其中一個(gè)例外。這條鐵路從1901年開(kāi)通到現(xiàn)在，是目前運(yùn)營(yíng)時(shí)間最長(zhǎng)的一條單軌鐵路。烏柏塔爾鐵路全線13.3公里，大部分路線沿河流懸掛于水面上空，充分利用了城市空間，它被看作是現(xiàn)代城市單軌鐵路的活化石。

20世紀(jì)50年代，二戰(zhàn)后世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，隨著人口增長(zhǎng)和城市化加劇，陸運(yùn)交通快速發(fā)展，各種問(wèn)題逐漸變得突出明顯。為從根本解決問(wèn)題，單軌鐵路的概念重新被人們所拾起。德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了新式跨座式單軌車輛和懸掛式單軌車輛，并建設(shè)了試驗(yàn)線路進(jìn)行專項(xiàng)研究。對(duì)于土地資源貧瘠的國(guó)家，日本最渴望將單軌車輛技術(shù)應(yīng)用到城市建設(shè)中去。從1960年到1965年，日本相繼引入阿爾威克式、商洛克希德式和薩非基式單軌車輛技術(shù)，根據(jù)自身情況結(jié)合研制了許多形式單軌車輛，并迅速付諸實(shí)際。全長(zhǎng)17.8公里的東京跨座式單軌交通系統(tǒng)在1964年9月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，成為出入東京國(guó)際機(jī)場(chǎng)的關(guān)鍵交通方式之一。

3　懸掛式單軌車輛介紹

作為新型軌道交通，懸掛式單軌車輛無(wú)論從結(jié)構(gòu)上還是走行方式上，都與其他軌道交通存在很大差異。懸掛式單軌車輛存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）懸掛式單軌交通建設(shè)成本較低，每公里的造價(jià)成本僅為地鐵的三分之一；

（2）懸掛式單軌道可以采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝，因此建設(shè)難度比較底，工期較地鐵也短得多；

（3）懸掛式單軌交通能夠充分利用馬路中間隔離帶或河川上部空間，而且占地面積小，其空間適應(yīng)性強(qiáng)。相比跨座式單軌車輛，懸掛式單軌車輛站臺(tái)更低，而且可以高效利用立交橋和地面之間的空間，極大限度地減輕了城市擁堵情況。另外，懸掛式單軌車輛均采用了橡膠輪胎，增加了與軌道間的粘著力，同時(shí)在懸擺作用下使車輛通過(guò)坡道和曲線半徑較小的路段，且轉(zhuǎn)彎速度高于相同狀況下的跨座式單軌車輛。

懸掛式單軌車輛可分為非對(duì)稱懸掛鋼輪鋼軌型和對(duì)稱懸掛膠輪輪型。非對(duì)稱式懸掛鋼輪鋼軌最早是由德國(guó)人Longines設(shè)計(jì)，該鋼軌類型又被稱作浪琴型。德國(guó)烏柏塔爾懸掛式單軌交通是最典型的非對(duì)稱懸掛鋼輪鋼軌型單軌交通的代表。烏柏塔爾單軌鐵路很好地適應(yīng)了該城市客運(yùn)需求，巧妙地利用了當(dāng)?shù)氐牡匦?，大幅度減少占地面積，已成為該城市一個(gè)舉世聞名的標(biāo)志。

非對(duì)稱懸掛膠輪型單軌車輛是用橡膠輪代替了鋼輪，與鋼輪相比不僅可以傳遞動(dòng)力和牽引力、承載車輛重量，而且橡膠輪可以減震、降噪，作為一系懸掛系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。其缺點(diǎn)是橡膠輪與軌道接觸時(shí)受法向力和切向力作用而發(fā)生變形，摩擦損失的能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散造成能量損失；其次輪胎是非線性粘彈性體與軌道接觸面之間具有切向變形并且在相同切向力情況下蠕滑現(xiàn)象比鋼輪鋼軌接觸更明顯。車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，受軌道作用力影響輪胎出現(xiàn)側(cè)偏力，側(cè)偏角度、外傾角度和回正力矩等因素會(huì)影響車輛正常運(yùn)行，需對(duì)膠輪型車輛進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究。

目前應(yīng)用最廣泛且發(fā)展最快的懸掛式單軌車輛是對(duì)稱式懸掛膠輪單軌車輛，它又被叫做薩非基懸掛式單軌車輛，它是由行走部件、懸掛構(gòu)架和車體等三部分構(gòu)成。對(duì)稱懸掛膠輪型車輛鐵軌是底部開(kāi)口的鋼制箱型梁體，里邊包含了為車輛提供直流電和控制信號(hào)的導(dǎo)軌系統(tǒng)。

4　跨座式單軌車輛介紹

跨座式單軌交通最早起源于二次科技革命，1888年拉里格設(shè)計(jì)的世界上第一條跨座式單軌鐵路，這條鋪設(shè)在愛(ài)爾蘭全長(zhǎng)15公里的單軌鐵路一直運(yùn)行到1924年10月，其機(jī)車是由蒸汽機(jī)提供牽引動(dòng)力。二戰(zhàn)后，科技的快速發(fā)展為跨座式單軌車輛的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)提供了更加完善和成熟的條件，使跨座式單軌車輛得到實(shí)際應(yīng)用。1952～1957年，瑞典工業(yè)家格林在德國(guó)科隆與菲林根之間設(shè)計(jì)并架設(shè)了一條跨座式單軌試驗(yàn)線，最終設(shè)計(jì)出ALWEG型跨座式單軌鐵路，并得到普及和應(yīng)用。目前，日本是跨座式單軌鐵路應(yīng)用最多，技術(shù)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家。1964年，東京搭建了一條連接?xùn)|京國(guó)際機(jī)場(chǎng)（羽田機(jī)場(chǎng)）到市中心的跨座式單軌鐵路，其全長(zhǎng)為17.8公里，是進(jìn)出羽田機(jī)場(chǎng)的最為重要交通選擇之一。隨后幾年，日本又相繼鋪設(shè)了大阪線，北九州線等跨座式單軌鐵路。

跨座式單軌車輛編組方式一般為4輛、6輛或8輛，司機(jī)室分別處于車輛的頭部和尾部。車輛采用直流供電，牽引系統(tǒng)和一般城軌車輛并沒(méi)有太大不同?？缱絾诬壾囕v在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)表現(xiàn)為車輛采用橡膠輪胎，通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)向架兩側(cè)的導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪來(lái)導(dǎo)向和穩(wěn)定車體。跨座式轉(zhuǎn)向架為無(wú)搖枕特殊結(jié)構(gòu)的二軸轉(zhuǎn)向架，每根車軸裝配兩個(gè)充有氮?dú)獾南鹉z行走輪胎。動(dòng)車轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)裝置由2臺(tái)交流牽引電機(jī)進(jìn)行中心牽引，傳遞動(dòng)力是通過(guò)二級(jí)減速直角齒輪，電機(jī)與齒輪箱之間使用彈性聯(lián)軸節(jié)，齒輪間進(jìn)行飛濺潤(rùn)滑，基礎(chǔ)制動(dòng)為盤形制動(dòng)?？缱綐?gòu)架由穩(wěn)定輪組成、構(gòu)架體組成、端梁組成和導(dǎo)向、穩(wěn)定車輪的支撐架構(gòu)成的鋼板焊接結(jié)構(gòu)，有足夠的剛性和強(qiáng)度。轉(zhuǎn)向架與車體間的懸掛裝置為空氣彈簧，并裝有橫向減振器，具備優(yōu)異的動(dòng)力性能并且乘坐起來(lái)很舒適。跨座式單軌車輛構(gòu)造上的特點(diǎn)使得其行走機(jī)理、輪軌關(guān)系都和常規(guī)地鐵、輕軌有很大差別。

5　單軌交通在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展

我國(guó)現(xiàn)有的城軌交通系統(tǒng)存在諸多困難，較為明顯的表現(xiàn)在三個(gè)地方：高峰時(shí)間區(qū)段擁堵現(xiàn)象不容易解決，交通類型比較簡(jiǎn)單，嚴(yán)重影響大氣環(huán)境。只有調(diào)整現(xiàn)有的交通結(jié)構(gòu)才能從根本上解決這些難題。

2004年6月，重慶市開(kāi)通的重慶軌道交通二號(hào)線是國(guó)內(nèi)第一條單軌交通線，這是我國(guó)首次引入的世界先進(jìn)單軌交通技術(shù)，通過(guò)消化、吸收、創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了跨座式單軌車輛的國(guó)產(chǎn)化。2007年4月，重慶市又建設(shè)了第二條跨座式單軌交通線——重慶市交通三號(hào)線。2012年9 月29日，重慶軌道交通承擔(dān)了歷史最大客流，其中三號(hào)線客流量為54.2萬(wàn)次，二號(hào)線客流量約25萬(wàn)次?？缱絾诬夎F路的建成對(duì)緩解重慶交通緊張、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的意義深遠(yuǎn)。

2015年7月，深圳軌道交通展上，中車浦鎮(zhèn)龐巴迪運(yùn)輸系統(tǒng)有限公司展示了INNOVIA 300型跨座式單軌車輛。該型跨座式單軌系統(tǒng)是目前全球最先進(jìn)的全自動(dòng)單軌系統(tǒng)，具有無(wú)輻射、無(wú)人駕駛、編組靈活、轉(zhuǎn)彎半徑小、運(yùn)行噪音低、車體自重輕、建設(shè)周期短等明顯優(yōu)勢(shì)，非常適合作為中等城市的骨干線、大城市的輔助加密線、商務(wù)區(qū)及游覽區(qū)等線路，在中國(guó)城市軌道交通市場(chǎng)有著廣泛的需求。INNOVIA 300型跨座式單軌車輛正在進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化生存，預(yù)計(jì)2016年下半年即可下線。

為減輕吉林市交通堵塞的壓力，加強(qiáng)城市周邊地區(qū)和中心區(qū)域的連通，搭設(shè)快捷的城市交通系統(tǒng)，吉林市已著手推進(jìn)規(guī)劃以高架為主的跨座式單軌交通系統(tǒng)，計(jì)劃將采用。吉林市共規(guī)劃5條線軌道交通線路，總長(zhǎng)共計(jì)169公里，計(jì)劃將在2016年開(kāi)工建設(shè)，全部工程預(yù)計(jì)在2050年前落成。該線路“三跨松花江”，落成后將成為東北三省中第一條跨座式單軌交通線路。

2015年10月8日，成都市金堂縣與中建一局采用公私合營(yíng)的模式（Public-Private-Partnership，簡(jiǎn)稱 PPP），簽約了懸掛式單軌軌道交通建設(shè)項(xiàng)目，這在我國(guó)實(shí)屬首例。該項(xiàng)目線路全長(zhǎng)6公里，在技術(shù)上將引入和吸收世界上先進(jìn)的研究思路及設(shè)計(jì)理念，這將會(huì)是成都金堂的標(biāo)志工程。該項(xiàng)目的實(shí)施，將加速金堂城市交通現(xiàn)代化發(fā)展，顯著推進(jìn)金堂縣旅游業(yè)發(fā)展，同時(shí)還會(huì)促進(jìn)形成暢通便利的地鐵、懸掛式單軌、公交等多種形式相互銜接、互為補(bǔ)充的綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)。

單軌鐵路擁有占地面積少、地形適應(yīng)能力強(qiáng)和環(huán)境污染小的自身優(yōu)勢(shì)，使其成為大、中型城市改善復(fù)雜交通狀況的一劑良方。對(duì)于一些受地形條件限制的城市，相比其他常規(guī)交通工具，其優(yōu)越性表現(xiàn)的就更加明顯。不可否認(rèn)，單軌鐵路的建設(shè)和發(fā)展是解決我國(guó)城市交通難題的一個(gè)有效方法。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，城市化速度將越來(lái)越快，單軌交通也將迎來(lái)發(fā)展的黃金時(shí)代。

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作者簡(jiǎn)介：楊敏杰（1986-），男，工藝師。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.262