現(xiàn)代新型軌道交通發(fā)展研究

劉仲波 王彥新 王茉莉

摘要：城市軌道交通是世界各國解決城市擁堵、舒緩交通壓力的重要方式。近年來，各國出現(xiàn)新型軌道交通并得到廣泛關(guān)注，文章分析了空軌、云軌、磁懸浮、超級(jí)高鐵與傳統(tǒng)軌道交通優(yōu)缺點(diǎn)，指出新型軌道交通發(fā)展瓶頸并給出改善與提高的途徑。

Abstract： Urban rail transit is an important way for countries around the world to solve urban congestion and relieve traffic pressure. In recent years， new rail transit has emerged in various countries and has received extensive attention. The article analyzes the advantages and disadvantages of air rail， cloud rail， magnetic levitation， super high-speed rail and traditional rail transit， points out the bottleneck of new rail transit development and gives ways to improve it.

關(guān)鍵詞：軌道交通；空軌；單軌交通；磁懸浮

Key words： rail transit；air rail；monorail traffic；magnetic levitation

中圖分類號(hào)：U239.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）32-0228-02

0 引言

近年來，大都市的交通擁堵問題日益嚴(yán)重，以輕軌、地鐵為代表的城市軌道交通得到大力推廣和發(fā)展。城市軌道交通與其它交通方式相比優(yōu)勢(shì)明顯，主要體現(xiàn)在：“一大、二小、二省、四好”，即：運(yùn)能（量）大；污染小、噪音?。皇≌嫉?、省能源；四好為：方便、快捷、舒適、安全。單軌交通是城市軌道交通的重要組成之一，其與雙軌的軌道交通（如輕軌、地鐵、磁懸浮等）比較，單軌交通具有如下優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)更低、噪音更小、爬坡能力更強(qiáng)等特點(diǎn)。近年來，我國軌道交通的發(fā)展得到世界范圍矚目，除了常規(guī)交通發(fā)展之外，也出現(xiàn)了一些新的創(chuàng)新軌道交通形式，例如使用新能源的單軌交通，其代表為電池驅(qū)動(dòng)的“云軌”與“空軌”等；美國提出的“超級(jí)軌道”等等。

1 我國新型單軌交通情況

1.1 云軌

“云軌”來源于我國的比亞迪公司開發(fā)的單軌交通。2016年10月13日，比亞迪公司的跨座式單軌交通被命名為“云軌”，在深圳舉行了全球首發(fā)儀式?？v觀單軌交通發(fā)展歷史，世界第一條用于貨運(yùn)的單軌于1824年在倫敦投入運(yùn)營。世界第一條跨座式單軌鐵路于1888年出現(xiàn)在愛爾蘭。單軌交通按照軌道列車與軌道結(jié)構(gòu)關(guān)系分為：跨座式與懸掛（吊）式兩種。“云軌”在軌道結(jié)構(gòu)形式上屬于跨座式單軌交通。早在1958年由德國工程師將跨座式單軌的技術(shù)歸納為三個(gè)要點(diǎn)：跨座式、混凝土軌道、橡膠輪，即稱之為所謂的“ALWEG型獨(dú)軌”?！霸栖墶本哂谐Ｒ?guī)單軌交通的優(yōu)點(diǎn)，即占地面積小、噪聲低、乘坐舒適、景觀性好等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，云軌的建設(shè)工期只需要1-2年，僅相當(dāng)于地鐵建設(shè)的三分之一左右；建設(shè)成本在每公里1億元人民幣，約為地鐵的五分之一；其運(yùn)載能力為單向每小時(shí)0.8-4.0萬人；由于軌道結(jié)構(gòu)全部采用高架結(jié)構(gòu)，拆遷量少；最小轉(zhuǎn)彎半徑僅為45米。同時(shí)，“云軌”的創(chuàng)新之處在于，軌道列車上安裝我國比亞迪公司自主開發(fā)的電池系統(tǒng)，能夠保證列車在外部供電系統(tǒng)停止之后，列車自身繼續(xù)供電直到列車到達(dá)下一站，確保行車安全性。

1.2 空軌

“空鐵”是對(duì)懸掛式單軌交通的一種簡稱?？哲壸鳛橐环N新式的軌道交通裝備，它適用于中等規(guī)模城市的公共交通干線運(yùn)行，以及大城市軌道交通的補(bǔ)充線，包括一些旅游區(qū)、主題樂園觀光線等。在2016年4月由西南交通大學(xué)、四川中唐空鐵科技有限公司、中國中車資陽公司組成聯(lián)合體開發(fā)了空鐵項(xiàng)目，首次提出了“新能源空鐵”的概念，并研制成功了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的空鐵列車。其突出特點(diǎn)是以純蓄電池為動(dòng)力、永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新能源列車。同時(shí)，空鐵擁有單軌交通的共性優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在安全性高、占地少、綠色環(huán)保、噪聲低、環(huán)境協(xié)調(diào)性好等，它可以有效緩解城市交通難題；同時(shí)，空軌造價(jià)對(duì)比輕軌、地鐵或者磁懸浮交通而言相對(duì)較低，大約僅為地鐵的五分之一到八分之一。目前，新能源的空鐵軌道交通已列入四川省政府的重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目。

1.3 磁懸浮

目前，國內(nèi)對(duì)磁懸浮列車的研究又逐漸興起，有關(guān)磁懸浮列車技術(shù)的研究最早起源于德國，在1922年由德國的工程師赫爾曼·肯佩爾提出了電磁懸浮原理，并且在1934年申請(qǐng)了關(guān)于磁懸浮列車的專利。磁懸浮列車只有來自空氣的阻力，這是因?yàn)槠滠壍赖拇帕κ沽熊囌w懸浮在空中，列車運(yùn)行時(shí)不需要接觸地面軌道，沒有來自軌道摩擦力。目前，在線運(yùn)營的磁懸浮列車的最高時(shí)速可達(dá)每小時(shí)600公里以上，比常規(guī)的輪軌高速列車時(shí)速300多公里快出很多。

磁懸浮列車具有高速，低噪音，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)和舒適等特點(diǎn)。磁懸浮線路的造價(jià)只是普通路軌的85%，而且運(yùn)行時(shí)間越長，效益會(huì)更明顯。因?yàn)椋艖腋×熊嚨穆奋墘勖蛇_(dá)80年，而普通路軌只有60年。磁懸浮列車車輛的壽命是35年，輪軌列車是20至25年。此外，磁懸浮列車的年運(yùn)行維修費(fèi)僅為總投資的1.2%，而輪軌列車高達(dá)4.4%。磁懸浮高速列車的運(yùn)行和維修成本約是輪軌高速列車的1/4。磁懸浮列車和輪軌列車乘客票價(jià)的成本比約為1：2.8。

1.4 超級(jí)高鐵

超級(jí)高鐵是一種最新提出的以“真空管道運(yùn)輸”為理論核心設(shè)計(jì)的交通運(yùn)載工具，它是將列車置于真空管道中，利用磁懸浮技術(shù)驅(qū)使列車運(yùn)行的方式進(jìn)行工作。超級(jí)高鐵與其它軌道交通形式比較，其具有運(yùn)行速到超高、能耗更低、噪聲更小、污染更小等優(yōu)點(diǎn)。這種“膠囊”式的列車概念的提出，被稱為是汽車、輪船、火車和飛機(jī)之后的新一代交通運(yùn)輸工具。超級(jí)高鐵因?yàn)槠渫庑晤愃漆t(yī)用膠囊形狀，故也被稱為“膠囊高鐵”。

早在2013年由美國人Elon Musk提出了超級(jí)高鐵計(jì)劃，構(gòu)想的超級(jí)高鐵可以大約1200公里的超高時(shí)速進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)送乘客 。2016年11月迪拜將成為全世界第一個(gè)擁有“超級(jí)高鐵”的大都市，該線路預(yù)計(jì)將于2021年開始正式運(yùn)行載客。2017年5月，超級(jí)高鐵已投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2020年將首先在阿聯(lián)酋建成。我國貴州銅仁市和美國超級(jí)高鐵公司（Hyperloop Transportation Technologies，簡稱“HTT”） 于2018年7月19日簽署了框架性協(xié)議，雙方將在貴州銅仁建造我國第一條具有商業(yè)運(yùn)營性質(zhì)的真空管道超級(jí)高鐵線路。超級(jí)高鐵將從理論研究階段向?qū)嶔咄懂a(chǎn)階段大踏步邁進(jìn)。

2 新型單軌交通發(fā)展前景

2.1 新型軌道交通瓶頸

新型單軌交通在能源應(yīng)用上有創(chuàng)新，在交通結(jié)構(gòu)上也實(shí)現(xiàn)了突破，體現(xiàn)了我國在軌道交通創(chuàng)新上的重大發(fā)展，同時(shí)新型單軌交通也存在制約發(fā)展的瓶頸需要解決。單軌交通誕生120多年以來，“全世界最長的單軌交通”是在中國重慶，運(yùn)營里程為16.5公里，單軌交通之所以迄今為止沒有得到大力發(fā)展，主要因?yàn)閱诬壗煌ù嬖谥萍s的瓶頸——運(yùn)能不足。以云軌為例，其提供的運(yùn)行參數(shù)中，其運(yùn)載能力是0.8-4.0萬人/小時(shí)單向。例如北京市的交通狀況，地鐵10號(hào)線日均運(yùn)送超過100萬人次，以云軌最大運(yùn)載能力計(jì)算其單日最多運(yùn)送50萬人次，對(duì)于大型或特大城市而言，目前這些新型單軌交通不足以緩解城市交通擁堵壓力。

對(duì)于磁懸浮列車與超級(jí)高鐵技術(shù)，兩則都是借用了磁懸浮技術(shù)原理。由于所有的磁懸浮系統(tǒng)都是依靠電磁力實(shí)現(xiàn)列車的懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)功能，一旦出現(xiàn)線路短短情況，則磁懸浮列車將失去懸浮功能，不能運(yùn)行，進(jìn)而發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。目前有關(guān)突發(fā)斷電后磁懸浮的安全保障措施，仍然沒有得到根本性的解決方案。同時(shí)，磁懸浮列車與超級(jí)高鐵技術(shù)都利用了磁場的工作原理。為使得列車實(shí)現(xiàn)懸浮，必須擁有強(qiáng)大的磁場，但是磁場對(duì)周圍人的身體健康、生態(tài)環(huán)境、附近的電子產(chǎn)品的運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，需進(jìn)一步研究解決方法。特別是對(duì)人類的身體健康影響程度目前還沒有定論。另外，磁懸浮列車與超級(jí)高鐵都采用的高架結(jié)構(gòu)線路方案，一旦發(fā)生事故時(shí)，地面救援力量無法第一時(shí)間來到事故現(xiàn)場，救援工作將變得非常艱難。同時(shí)磁懸浮列車與超級(jí)高鐵列車因?yàn)闆]有鋼輪結(jié)構(gòu)，遇到突發(fā)事故利用其它機(jī)車拖出事故現(xiàn)場存在巨大困難。

2.2 發(fā)展新型單軌交通途徑

①現(xiàn)有技術(shù)條件下，云軌與空軌首先解決電池蓄能不足問題。隨著我國高性能蓄電池技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，通過創(chuàng)新電池材料、擴(kuò)大蓄電容量等方法，在一定程度上可以解決電池蓄能問題。

②未來隨著我國核能技術(shù)發(fā)展，我國核能小型化是一個(gè)重要突破口，未來可以設(shè)想可控的核能微型化，會(huì)為單軌交通帶來不竭動(dòng)力，隨著動(dòng)力解決，其運(yùn)能不足的問題也將迎刃而解。

③磁懸浮技術(shù)列車技術(shù)、超級(jí)高鐵面臨斷電危險(xiǎn)的解決根本方案就是機(jī)車自身增加蓄電功能，以備不時(shí)之需，具體解決方法可參看上述①②。同時(shí)，針對(duì)強(qiáng)磁場對(duì)人身危害問題，應(yīng)盡快進(jìn)行更多實(shí)地運(yùn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證方案的可行性與安全性，建立對(duì)應(yīng)的減輕或根治方法，消除社會(huì)顧慮。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力提高和軌道科技不斷發(fā)展，具有我國特色與技術(shù)支持的軌道交通技術(shù)將會(huì)不斷涌現(xiàn)。無論新型的軌道交通技術(shù)上是否完善，只要是新的創(chuàng)意，能夠?yàn)榻鉀Q交通發(fā)展提供新思路、新設(shè)想，都應(yīng)得到支持與鼓勵(lì)，未來軌道交通將向超快速、大容量方向發(fā)展，其在大型都市的城市交通系統(tǒng)中的作用將會(huì)日益重要。

參考文獻(xiàn)：

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