城市軌道交通輕軌系統(tǒng)車輛選型分析

黃樹明

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430063）

1 研究背景及輕軌涵義

1.1 研究背景

2018 年 6 月 28日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的意見》（國辦發(fā)[2018]52 號），意見指出：“城市軌道交通系統(tǒng)，除有軌電車外均應(yīng)納入城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃并履行報批程序。地鐵主要服務(wù)于城市中心城區(qū)和城市總體規(guī)劃確定的重點(diǎn)地區(qū)，申報建設(shè)地鐵的城市一般公共財政預(yù)算收入應(yīng)在300 億元以上，地區(qū)生產(chǎn)總值在3000 億元以上，市區(qū)常住人口在300 萬人以上。引導(dǎo)輕軌有序發(fā)展，申報建設(shè)輕軌的城市一般公共財政預(yù)算收入應(yīng)在150 億元以上，地區(qū)生產(chǎn)總值在1500 億元以上，市區(qū)常住人口在150 萬人以上。擬建地鐵、輕軌線路初期客運(yùn)強(qiáng)度分別不低于每日每公里0.7 萬人次、0.4 萬人次，遠(yuǎn)期客流規(guī)模分別達(dá)到單向高峰小時3 萬人次以上、1 萬人次以上。以上申報條件將根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展情況按程序適時調(diào)整?！?/p>

隨著《意見》的頒布，國內(nèi)不滿足地鐵建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的城市開始了輕軌建設(shè)熱潮，然而目前關(guān)于“輕軌”的概念并沒有清晰描述，《意見》也并未明確指出。

1.2 輕軌涵義

美國公共交通協(xié)會（The American Public Transportation Association，即APTA）對輕軌的定義是：一種相對于重軌而言運(yùn)能較低的電氣化軌道交通模式，可以使用獨(dú)立的路權(quán)或與其他交通方式混行路權(quán)，使用高站臺或低站臺上下客，使用多節(jié)車輛組成的列車或單個車輛。歐洲交通運(yùn)輸部長會議（European Conference of Ministers of Transport，即ECMT）在其1994 年出版的報告《輕軌公共交通系統(tǒng)》中，對“輕軌”的定義：輕軌系統(tǒng)是一種軌道運(yùn)輸方式，其形式從現(xiàn)代有軌電車到運(yùn)營在專有路權(quán)上的快速公共交通系統(tǒng)，可以在地面、地下、高架橋上運(yùn)行[1]。

表1 不同車型系統(tǒng)運(yùn)能對比分析表

表2 不同車型工程適應(yīng)性及投資規(guī)模對比表

國內(nèi)《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 114-2007）將城市軌道交通大類劃分為地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)7 個中類，其中輕軌系統(tǒng)包括C 型車、Lc 型車2 個小類[2]。從國標(biāo)《城市輕軌交通鉸接車輛通用技術(shù)條件》（GB/T 23431-2009）來看，輕軌車輛基本類型為C 型車。從行業(yè)主流思想來看，除狹義上的輕軌C型車外，武漢地鐵1 號線（B 型車4 輛編組）、重慶跨座式單軌、長沙中低速磁浮等普遍被認(rèn)為屬于輕軌范疇，實(shí)則是與運(yùn)量等級的概念有所交叉，主指單向運(yùn)能在1～3 萬人次/h 的中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)，屬廣義上的輕軌概念。

從《意見》的審批角度來看，“輕軌”宜取廣義概念，可選擇的車輛形式既包括鋼輪鋼軌制式的B 型車、C 型車、直線電機(jī)，也包括膠輪導(dǎo)軌制式的單軌系統(tǒng)、APM系統(tǒng)，以及磁浮系統(tǒng)。本文亦取廣義概念。

2 常見輕軌車輛選型技術(shù)分析

目前輕軌系統(tǒng)車輛形式呈百家爭鳴、百花齊放之勢，常見的有地鐵B 型車、C 型 車、Lb 型車、跨座式單軌、中低速磁浮、有軌電車等。其中C 型車包括傳統(tǒng)C 型車和C型鉸接車，傳統(tǒng)C型車如上海地鐵5、6、8 號線，與B 型車同為鋼輪鋼軌系統(tǒng)制式，不同之處在于車輛外形尺寸較小、軸重較輕，系統(tǒng)運(yùn)能較低；C 型鉸接車包括高地板（G）和低地板（D），均包括4、6、8 軸鉸接車，如沈陽渾南有軌電車、長春有軌電車均采用低地板C 型鉸接車。

2.1 運(yùn)能適應(yīng)性

理論上上述車型均可實(shí)現(xiàn)不同編組，均可突破3 萬人次/h 的運(yùn)能的限制，但在實(shí)際應(yīng)用中，一般認(rèn)為輕軌線路站臺長度不宜超過100m，不然則失去了輕軌的經(jīng)濟(jì)適用性。按100m站臺長度限制，B 型車、Lb 型車、傳統(tǒng)C 型車最大可做到5 輛編組，跨座式單軌、中低速磁浮可做到6 輛編組；最小按3 輛編組考慮；C 型鉸接車最大按兩列8 軸鉸接車聯(lián)掛、最小按單列4 軸鉸接車考慮。不同車型系統(tǒng)運(yùn)能對比如表1。

考慮一定運(yùn)能富余，B 型車、Lb 型車、傳統(tǒng)C 型車可適應(yīng)3萬人/h 左右運(yùn)量級，跨座式單軌、中低速磁浮可適應(yīng)2 萬人/h左右運(yùn)量級，C 型鉸接車可適應(yīng)1 萬人/h 左右運(yùn)量級。

2.2 工程適應(yīng)性

一般系統(tǒng)可適應(yīng)的最小曲線半徑越小、最大限制坡度越大，系統(tǒng)對地形、地貌的適應(yīng)性越好，越容易選線布站，拆遷規(guī)模也越小、投資強(qiáng)度越低。不同車型可通過的最小曲線半徑、最大限制坡度、一般投資規(guī)模對比如表2。

從適應(yīng)地形、運(yùn)能、工程造價等方面分析，B 型車、傳統(tǒng)C 型車可通過的最小曲線半徑較大、最大限制坡度較小，適用于地勢落差不大、運(yùn)能要求較高的平坦型城市線路，線路工程造價也較高；Lb 型車適用于地勢落差大、同時運(yùn)能要求也較高的城市線路，線路工程造價也較高；跨座式單軌、中低速磁浮適用于地勢落差大、轉(zhuǎn)彎半徑小，同時對運(yùn)能要求也相對較低的城市或旅游景區(qū)線路；C 型鉸接車多為地面敷設(shè)、采用半獨(dú)立路權(quán)，適用于對運(yùn)能要求不高、需要控制工程投資的線路，如城市有軌電車。

表3 不同車型的等效噪聲標(biāo)準(zhǔn)表

表4 不同車型技術(shù)適應(yīng)性分析表

2.3 環(huán)境影響

輕軌系統(tǒng)多以高架形式敷設(shè)，對自然環(huán)境主要產(chǎn)生噪聲污染，也是項(xiàng)目環(huán)境影響評價的主要因素之一。不同車型的等效噪聲標(biāo)準(zhǔn)如表3。

從噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)來看，跨座式單軌、中低速磁浮的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。根據(jù)相關(guān)研究成果，B 型車在運(yùn)行時速60～75km/h 時，噪 聲 源 強(qiáng) 約80.1～84.3dB；Lb 型 車 運(yùn) 行 時 速60km/h 時，噪聲源強(qiáng)約78.7dB，重慶跨座式單軌運(yùn)行時速60～75km/h 時，噪聲源強(qiáng)約72.3～77.8dB[3]，中低速磁?。ㄔ囼?yàn)線）運(yùn)行速度在60～80km/h 時，噪聲源強(qiáng)約69.7～73.7dB；現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行速度40km/h 時，噪聲源強(qiáng)76～78dB[4]?？梢姀脑肼曃廴究刂苼砜矗缱絾诬?、中低速磁浮更具有優(yōu)勢。

2.4 運(yùn)營及維護(hù)

2.4.1 B 型車技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、國產(chǎn)化率高，運(yùn)營維護(hù)經(jīng)驗(yàn)豐富，相對于其大運(yùn)量等級來說，運(yùn)營維護(hù)成本不高。

2.4.2 Lb 型車，目前我國已經(jīng)具備生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化直線電機(jī)車輛，但國內(nèi)采用直線電機(jī)車輛的線路較少，目前開通運(yùn)營的有北京首都國際機(jī)場線，廣州地鐵4 號線、5 號線、6 號線等。直線電機(jī)主要為人所詬病的是能耗大，按“完成相同運(yùn)輸任務(wù)”，即單位人公里能耗，直線電機(jī)車輛較B 型車等旋轉(zhuǎn)電機(jī)車輛的牽引能耗約高出25%以上。[5-6]此外，由于現(xiàn)階段直線電機(jī)應(yīng)用較少，維修耗材、配件等價格較高，導(dǎo)致運(yùn)營維護(hù)成本也較大。

2.4.3 中低速磁浮與直線電機(jī)類似，都具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)的特點(diǎn)，由于磁浮系統(tǒng)采用車輛懸浮的模式，避免了輪與軌之間的摩擦阻力，運(yùn)行噪聲小，運(yùn)行磨損和維護(hù)費(fèi)用低。且由于磁浮系統(tǒng)為非黏著牽引模式，不會出現(xiàn)雨雪天氣車輪打滑無法運(yùn)行或降低旅速的情況，在雨雪天氣下也可正常運(yùn)營。由于磁浮系統(tǒng)也采用直線電機(jī)驅(qū)動，且因車輛懸浮增加了懸浮能耗，其能耗水平甚至比普通直線電機(jī)車輛更高。有研究顯示，磁浮列車單位能耗比B 型車6 輛編組的單位能耗大。在80km/h條件下，按單位噸公里計算，磁浮列車能耗是B6 列車的1.24倍，按單位人公里計算，磁浮列車能耗是B6 列車的1.39 倍[7]。另外，為保證車輛懸浮，磁懸浮列車應(yīng)嚴(yán)格控制載客量，防止因車輛過載而懸浮太低，導(dǎo)致列車無法啟動，增加了客流高峰期的運(yùn)營組織風(fēng)險。

2.4.4 跨座式單軌通過單根軌道支承、穩(wěn)定和導(dǎo)向，車體采用橡膠輪胎騎跨在軌道梁上運(yùn)行，軌道梁具有導(dǎo)向和承重雙重功能?？缱絾诬売捎诓捎孟鹉z輪，在冰雪天氣時黏著力下降，且橡膠輪磨耗大，壽命明顯短于鋼輪，運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用也較高。

2.4.5 C 型車目前在國內(nèi)應(yīng)用較多，除上海地鐵5、6、8 號線采用傳統(tǒng)C 型車外，沈陽渾南區(qū)、長春輕軌3、4、8 號線，蘇州高新區(qū)有軌電車、淮安有軌電車等采用的基本車型均為C 型鉸接車，C 型鉸接車所需工程投資和后期運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用均較少；其劣勢在于若采用半獨(dú)立路權(quán)，與道路交通的交叉干擾較大，多地有軌電車曾發(fā)生過與小汽車、行人等相撞事件，但一般都是由于汽車、行人等違反交通法規(guī)、搶占有軌電車通行相位導(dǎo)致的。

3 城市輕軌車輛選型建議

綜合以上分析，結(jié)合目前實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，上述車型技術(shù)適應(yīng)性如表4 所示。

3.1 B 型車選擇建議

考慮B 型車一般作為中、大運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)，線路多以地下方式敷設(shè)，土建工程規(guī)模大，系統(tǒng)造價較高，建設(shè)、審批條件嚴(yán)苛，滿足輕軌建設(shè)門檻的城市應(yīng)慎重選擇，即便勉強(qiáng)滿足地鐵建設(shè)門檻，若僅個別線路運(yùn)量級達(dá)到B 型車運(yùn)能，考慮線網(wǎng)資源共享、線網(wǎng)服務(wù)水平匹配、運(yùn)營維護(hù)成本等因素，也不建議盲目選擇B 型車長編組數(shù)量，以不超過5 輛為宜。

3.2 Lb 型車選擇建議

盡管我國已經(jīng)具備生產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化直線電機(jī)車輛，但國內(nèi)采用直線電機(jī)車輛的線路仍然較少，考慮到其運(yùn)營維護(hù)成本較高的劣勢，從技術(shù)推廣性上并無優(yōu)勢，目前相關(guān)城市也并無續(xù)建計劃，不建議作為輕軌系統(tǒng)的主選車型。

3.3 C 型車選擇建議

傳統(tǒng)C 型車與地鐵B 型車類似，同等工程條件下運(yùn)能、造價都相差不大，這也導(dǎo)致先期建設(shè)地鐵的城市寧愿付出較高代價去選擇技術(shù)更為成熟、運(yùn)能等級更高的、市場化程度更強(qiáng)的B型車，造成傳統(tǒng)C 型車并未推廣開來，在當(dāng)前車輛產(chǎn)品競爭激烈、產(chǎn)能飽和的條件下，也不建議作為主選車型。

C 型鉸接車目前主要應(yīng)用于半獨(dú)立路權(quán)的城市有軌電車，應(yīng)用范圍廣泛，運(yùn)營管理簡單、成本較低，不失為一種好的選擇。C 型鉸接車同樣也可以采用獨(dú)立路權(quán)，以長春8 號線為例，采用全高架敷設(shè)形式，設(shè)站12 座，全長13.3km，投資約52 億元，約合4.0 億元/km。系統(tǒng)采用6 節(jié)C 型鉸接車，單列車載客622 人，按30 對/h 核算單向輸送能力可達(dá)1.8 萬人/h。

3.4 跨座式單軌選擇建議

自從重慶市2005 年開通首條單軌線路以來，單軌交通以其占地少、污染小、工期短的優(yōu)勢也陸續(xù)吸引若干城市繼續(xù)選擇這一系統(tǒng)型式，如柳州、蕪湖等。此外，除傳統(tǒng)長客生產(chǎn)的單軌車輛外，也有新的廠商開始生產(chǎn)單軌成套設(shè)備，如浦鎮(zhèn)龐巴迪單軌、深圳比亞迪云軌?？梢妴诬壗煌ㄈ匀痪邆漭^強(qiáng)的生命力，對于部分條件合適的城市，仍不失為一種好的選擇。

3.5 中低速磁浮選擇建議

自2016 年長沙開通首條中低速磁浮線路以來，磁浮以其環(huán)保、技術(shù)創(chuàng)新等優(yōu)勢迅速吸引了一批城軌線路、旅游專線等作為系統(tǒng)選型。目前開通的項(xiàng)目有北京磁浮S1 線、在建的清遠(yuǎn)磁浮旅游專線。對于特定功能線路，如機(jī)場線、旅游專線，中低速磁浮有一定的選擇價值。

4 結(jié)論

隨著《意見》的出臺，可預(yù)見將有不少符合條件的城市轉(zhuǎn)向輕軌的規(guī)劃建設(shè)。根據(jù)各城市公布的《2018 年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，截止目前，滿足輕軌修建條件而尚未進(jìn)行建設(shè)的城市仍有三十余個，輕軌交通作為該類城市緩解交通擁堵、改善城市面貌、提升市民幸福感和獲得感的有效交通方式，盡早納入規(guī)劃及建設(shè)。

在城市軌道交通規(guī)劃及建設(shè)中，車輛選型是一項(xiàng)重中之重的工作，所應(yīng)考慮的因素涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、政策、環(huán)境等多方面影響，本文選擇其中幾個方面對B 型車、C 型車、Lb 型車、中低速磁浮、跨座式單軌等幾種常見車型進(jìn)行了分析和比選，難免有失全面，各城市當(dāng)因地制宜地選擇最為合適的發(fā)展型式。