新能源空鐵優(yōu)缺點及功能定位分析

孫二小

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308)

0 引 言

新能源空鐵是懸掛式單軌交通系統(tǒng)的一種，其特征是車輛懸吊在軌道梁下方，轉(zhuǎn)向架置于軌道梁內(nèi)。與傳統(tǒng)的懸掛式單軌交通系統(tǒng)不同，新能源空鐵車輛采用車載儲能受流方式，在列車上設置儲能裝置，區(qū)間不設置接觸網(wǎng)(軌)和牽引變電站，通過儲能裝置向列車提供牽引電源，車載儲能裝置通過設置在車站或車輛段的充電裝置進行充電，以保證列車的正常行駛。

鋰離子電池系統(tǒng)是新能源空鐵的最大亮點。新能源空鐵采用動力鋰離子電池系統(tǒng)作為電源系統(tǒng)，創(chuàng)新設計的電池小車在箱梁內(nèi)隨轉(zhuǎn)向架同步運行，無需進行高壓輸變電系統(tǒng)布設。磷酸鐵鋰大容量單體電池內(nèi)阻低，大電流放電性能良好，全覆蓋、全過程檢測電壓、溫度，提前預警故障；采用主動均衡技術，有效均衡電池容量，電池能源使用效率、電池組壽命、續(xù)航里程均得到提升，電池組使用安全可靠，充放電曲線平穩(wěn)，能量充沛、安全穩(wěn)定。

圖1 采用鋰離子電池系統(tǒng)的新能源空鐵構造

我國首條新能源空鐵試驗線，于2016年11月在于成都市雙流縣黃甲鎮(zhèn)中唐空鐵科技有限公司生產(chǎn)基地內(nèi)正式建成運行，在我國首次得以應用，空鐵發(fā)展得到越來越多的關注，下面對新能源空鐵與其他軌道交通制式優(yōu)缺點對比、功能定位及存在問題進行詳細的分析。

1 與其他軌道交通制式綜合對比

目前國內(nèi)城市軌道交通主要采用：地鐵、跨座式單軌、有軌電車、磁懸浮等，新能源空鐵作為一種新型的交通方式，下面重點對比分析新能源空鐵與上述交通制式之間的優(yōu)缺點。其對比結果見表1。

表1 各類交通系統(tǒng)技術經(jīng)濟標準比較

從表1中可以看出。

(1)運能方面

地鐵B型車的運能明顯高于其他交通制式，可滿足3萬人次/h以上的客流需求，直線電機制式的運能次之，一般可滿足2～4萬人次/h的客流需求；跨座式單軌和中低速磁浮位于第二梯隊，可滿足1～3萬人次/h的客流需求；有軌電車的運能與列車長度關系密切，在兩列重聯(lián)情況下，最大運能可達到1.6萬人次/h，在單列車情況下運能在0.3～0.8萬人次/h；新能源空鐵的運能與有軌電車接近，運能一般在1.3萬人次/h以下，按最小2輛編組考慮，運能在0.4萬人次/h左右。

從運能方面進行分析，與其他軌道交通相比，新能源空鐵不具有運能上的競爭優(yōu)勢，在軌道交通層級中，新能源空鐵作為中低運量等級的線路，應避免與大運量軌道交通的直接競爭，主要可作為大運量軌道交通的補充，中小城市、外圍新城的骨干線。

(2)線路技術標準方面

新能源空鐵的最小半徑為30 m，最大坡度為104‰，對線路的適應能力僅次于有軌電車，可滿足小曲線、大坡度的線路要求，在旅行速度上，新能源空鐵的最高運行速度在60～80 km/h，旅行速度相對較低。

在線路技術標準上，新能源空鐵相比大多數(shù)軌道交通制式具有明顯的優(yōu)勢，可適應山地城市、道路崎嶇不平等復雜條件，墩柱設置更加靈活。不過在旅速方面，新能源空鐵的旅行速度相對偏低，不適合用于解決長距離的點對點客流出行需求。

(3)建設成本方面

地鐵B型車、直線電機系統(tǒng)主要以地下敷設為主，建設成本較高，主要應用于道路資源緊張的中心城區(qū)，若有條件高架敷設，建設成本可進一步降低；有軌電車主要以地面敷設為主，建設成本較低；跨座式單軌、中低速磁浮、新能源空鐵主要以高架敷設為主，其中跨座式單軌和中低速磁浮的建設成本比較接近，新能源空鐵的建設成本明顯低于這兩種交通制式。

從單位運能建設成本考慮，在列車采用大編組的情況下，新能源空鐵與有軌電車、地鐵B型車接近，低于直線電機系統(tǒng)、跨座式單軌和中低速磁浮。在采用小編組的情況下，新能源空鐵由于運能較低，其單位運能建設成本與直線電機系統(tǒng)、中低速磁浮相近，高于地鐵B型車、有軌電車和跨座式單軌。

從建設成本考慮，新能源空鐵在獨立路權的軌道交通制式中具有造價上的明顯優(yōu)勢，從單位運能建設成本考慮，小編組的新能源空鐵運能偏低，單位運能建設成本較高，因此新能源空鐵的編組不宜過小，以提高運營的整體效益。

(4)其他方面

在占用道路資源和路權上，地鐵B型車、直線電機系統(tǒng)主要以地下敷設為主，對地面道路資源影響較小；跨座式單軌、中低速磁浮、新能源空鐵主要以高架為主，墩柱占地面積最多的是中低速磁浮，其次是跨座式單軌，最少的是新能源空鐵；有軌電車主要以地面敷設為主，沿線需占用較多的地面資源。從高架橋梁投影面寬度上，新能源空鐵與跨座式單軌接近，明顯優(yōu)于其他軌道交通制式。

在車輛基地占地上，新能源空鐵由于其車輛輕便，可實現(xiàn)多層車輛段，并簡化咽喉區(qū)，占地面積明顯由于其他軌道交通制式。

在建設周期上，地鐵B型車、直線電機系統(tǒng)的建設周期較長，一般為4～5年；跨座式單軌、中低速磁浮的建設周期相對較短；新能源空鐵與有軌電車的建設周期較短，一般在1～2年。

在能耗方面，新能源空鐵相對較低，并且由于其儲能供電的特殊形式，可在電費的波谷進行充電，節(jié)省運營成本。

2 新能源空鐵功能定位

2.1 對于城市交通的功能定位

(1)大城市軌道交通的補充

在已建設或規(guī)劃建設大運量快速軌道交通的特大或大城市，新能源空鐵主要功能為補充線的功能，一是在外圍新區(qū)作為軌道交通的延伸，同時兼作新區(qū)內(nèi)部的骨干線；二是在中心城區(qū)作為快速軌道交通的加密與銜接，提高中心城區(qū)的軌道交通覆蓋密度，有效緩解城市交通供給與交通需求之間的矛盾，為治理交通擁堵提供新的途徑。

(2)中等城市公共交通干線

在許多中小城市，地面交通壓力逐漸增大，但客流量達不到建設地鐵或輕軌的標準，經(jīng)濟實力也承受不起地鐵、輕軌項目的建設與運營，新能源空鐵可以作為城市的骨干公交網(wǎng)絡或與軌道交通共同形成城市的骨干公交。在離城區(qū)較遠的機場、碼頭等對外交通樞紐，新能源空鐵將是安全、快速、準點、舒適的理想交通工具和旅游消費方式。

(3)作為城市特定功能區(qū)和交通樞紐之間的聯(lián)絡線

新能源空鐵轉(zhuǎn)彎半徑小、結構輕巧，可在地形復雜、道路相對狹窄、拆遷較困難、地面交通壓力大的區(qū)域穿梭，作為市中心的商業(yè)繁華地帶、居民密集居住區(qū)、大型住宅區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、博覽園、醫(yī)療衛(wèi)生教育園區(qū)等城市功能區(qū)的聯(lián)絡線，機場航站樓間的接駁線、高鐵、城際鐵路、客運站、機場、碼頭接駁線、地鐵、輕軌、汽車站至城市中心區(qū)聯(lián)絡線、大型商務區(qū)、開發(fā)區(qū)、功能場館內(nèi)部交通線，能夠較好地滿足乘客對交通服務的高質(zhì)量要求。

2.2 對于旅游景區(qū)的功能定位

(1)交通樞紐與旅游景區(qū)、旅游景區(qū)內(nèi)部、景區(qū)與景區(qū)之間的線路；

我國絕大多數(shù)自然風景區(qū)的旅游交通目前仍以地面道路交通為主。為保護景區(qū)環(huán)境，減少機動車排放污染，許多著名風景區(qū)在核心景區(qū)外數(shù)公里至數(shù)十公里處設置游客集散中心，通過接駁車輛轉(zhuǎn)運游客，既難以應對潮汐式客流，又存在安全隱患。新能源空鐵將是一種理想的游客接駁轉(zhuǎn)運工具，并與沿線景觀融為一體，在解決游客集輸問題的同時，提高景區(qū)交通品質(zhì)，提升并擴大旅游消費的內(nèi)涵和外延。

(2)特殊地質(zhì)條件、特殊周邊環(huán)境的交通線。

在一些特殊地區(qū)或地下工程條件受限的特殊地區(qū)地段，如：多山丘陵城市、溝河較多地段、地下文物豐富、地下土質(zhì)結構特殊、地下泉水較多等城市地區(qū)，轉(zhuǎn)彎半徑小或相對狹窄的道路、拆遷成本高的城區(qū)等，甚至包括行人和地面行駛的交通工具不能到達的野生動物園等特殊環(huán)境，新能源空鐵都具有先天的發(fā)展優(yōu)勢和潛力。

2.3 綜合分析

(1)對于軌道交通規(guī)劃完善的特大或大城市，新能源空鐵主要功能為城市內(nèi)部補充線，其可作為軌道交通的延伸、軌道交通的加密線、交通樞紐之間的聯(lián)絡線等，在城市內(nèi)部不適宜大規(guī)模建設。

(2)對于缺少地鐵支撐的中小城市，以及地質(zhì)條件復雜不適宜建地鐵的城市(如地下水特別豐富、地下保護性建筑物密集等)，新能源空鐵可以大規(guī)模作為主要交通方式解決城市交通擁堵問題。

(3)對于旅游景區(qū)，新能源空鐵交通可作為交通樞紐與旅游景區(qū)、旅游景區(qū)內(nèi)部、景區(qū)與景區(qū)之間的聯(lián)絡線，但不適宜長距離的點對點的規(guī)劃。結合客流需求、安全救援、乘客身體等條件，其最多不超10 km需設一座車站。此外，新能源空鐵電池續(xù)航能力決定了一條線最長不宜超過120 km。

3 推廣過程中的存在問題

3.1 新能源空鐵相關規(guī)范的缺失

新能源空鐵與傳統(tǒng)的地鐵、輕軌等城市軌道交通項目相比，具有建設周期短、投入小、占地少、復雜地形適應性強、噪音低等優(yōu)點。目前德國、日本已有線路運營，國內(nèi)研究尚無線路投入運營，國家設計規(guī)范正在編制中，四川省地方標準《懸掛式單軌交通設計標準》已發(fā)布，解決了項目落地而無設計標準的情況發(fā)生，掃除設計無標準的障礙。但是相應施工規(guī)范、驗收標準和試運營標準尚未正式發(fā)布，目前解決的辦法是參考軌道行業(yè)相關規(guī)范和規(guī)定，同時新能源空鐵從業(yè)人員對相關規(guī)范也在努力編制過程中。

3.2 安全救援方式有待進一步研究

由于空鐵屬于新型的交通方式，同時列車是在空中運行。其安全救援是人們最關心的，目前空鐵救援方式有空中救援和地面救援兩大類，其中空中救援又可歸納為列車自救、聯(lián)掛牽引、端部和側面逃生四種救援方案，地面救援主要采用逃生筒和消防云梯兩種救援方案，但其救援效果有待進一步論證。

4 結論和建議

新能源空鐵作為一種新型的軌道交通，與其他制式相比，其橋墩輕便，透光性好，在占用道路資源和車輛段占地上具有十分明顯的優(yōu)勢，適用于道路資源緊張的路段和土地資源緊張的城市。新建設周期短，可以減少交通導改的時間，避免對原地面交通產(chǎn)生較大影響。由于其儲能式的供電方式，可有效避開電價波峰期充電，節(jié)約運營成本。新能源空鐵已具備較好的國產(chǎn)化條件。

目前在我國，新能源空鐵可作為大城市軌道交通的補充和中小城市內(nèi)部骨干線路以及旅游景區(qū)內(nèi)部的觀光線路。

其要想推廣，首先要解決規(guī)范缺失和安全救援兩大問題，后續(xù)應注重這兩方面的研究，新能源空鐵作為一種綠色新型交通，其在國內(nèi)是有一定的發(fā)展前景的。