跨座式單軌交通發(fā)展現(xiàn)狀研究及方向展望

魏家蓉 董斌杰 張哲寧

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055； 2.北京交通發(fā)展研究院，北京 100073)

1 概述

隨著國家發(fā)改委下放地鐵審批權(quán)限，并鼓勵(lì)城市軌道交通多制式協(xié)調(diào)發(fā)展，跨座式單軌憑借中運(yùn)量城軌交通的特性，以及地形適應(yīng)能力強(qiáng)、建設(shè)成本低等優(yōu)勢(shì)，逐漸在軌道交通市場(chǎng)中占據(jù)了一定的份額。近年來，單軌交通技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成熟和完善，“智慧化”浪潮也對(duì)城軌技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生推動(dòng)。為更好輔助政府領(lǐng)導(dǎo)決策，亟需對(duì)跨座式單軌交通的發(fā)展基礎(chǔ)、發(fā)展要求、未來發(fā)展方向等進(jìn)行研究。

已有部分學(xué)者對(duì)跨座式單軌交通的特點(diǎn)及前景進(jìn)行探索。仲建華以重慶為例，分析跨座式單軌的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和技術(shù)創(chuàng)新，提出應(yīng)始終貫徹科技提升品質(zhì)、創(chuàng)新促進(jìn)發(fā)展的理念[1]；郭鍇等對(duì)跨座式單軌在運(yùn)營、適用范圍、景觀影響、土地開發(fā)等方面存在的認(rèn)識(shí)誤區(qū)進(jìn)行解釋，并從國家政策、適用范圍方面對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行展望[2]；陳學(xué)峰等認(rèn)為跨座式單軌交通對(duì)中等規(guī)模城市產(chǎn)城融合發(fā)展具有促進(jìn)作用[3]；張維驛基于輪軌、懸掛式單軌分析跨座式單軌列車的優(yōu)缺點(diǎn)[4]；趙小文認(rèn)為中低運(yùn)量軌道交通是未來一段時(shí)間內(nèi)城市軌道交通的重要發(fā)展方向，但在法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、立項(xiàng)審批方面還需完善[5]。

相關(guān)學(xué)者對(duì)跨座式單軌的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景均有探索，但針對(duì)其現(xiàn)階段的發(fā)展要求及未來發(fā)展方向研究有待深入。在前人研究基礎(chǔ)上，從國家新頒發(fā)政策、城市發(fā)展、城軌制式協(xié)調(diào)發(fā)展以及 “一帶一路”倡議4方面著手，提出跨座式單軌交通的發(fā)展要求，并借新時(shí)代新技術(shù)、新機(jī)遇新使命發(fā)展之勢(shì)分析其發(fā)展方向。

2 跨座式單軌發(fā)展歷程

跨座式單軌是通過單根軌道支持、穩(wěn)定和導(dǎo)向，車體采用橡膠輪胎騎在軌道梁上運(yùn)行的軌道交通制式。起源于19世紀(jì)初的貨運(yùn)系統(tǒng)及旅游設(shè)施，隨著技術(shù)體系不斷發(fā)展成熟，逐漸應(yīng)用于城市客運(yùn)系統(tǒng)。

2.1 國外發(fā)展歷程

(1)起源

世界上第一條跨座式單軌鐵路線誕生于1888年，由法國人CharleLarligue設(shè)計(jì)[4]。線路總長度約15 km，建設(shè)于愛爾蘭，牽引機(jī)車為蒸汽機(jī)車，線路最高運(yùn)行速度為43 km/h，平均旅行速度為29 km/h。

(2)探索

隨著二戰(zhàn)結(jié)束及機(jī)電技術(shù)的發(fā)展，跨座式單軌交通技術(shù)開始受到各國重視。1957年，德國建造了科隆—菲林根單軌試驗(yàn)線；1959年，美國開通加州迪士尼單軌線(見圖1)，1962年，開通西雅圖中央線(見圖2)，這兩條線路至今仍在運(yùn)營。

(3)發(fā)展

1960年，ALWEG與日本日立株式會(huì)社實(shí)現(xiàn)技術(shù)共享，日本將德國技術(shù)改良并應(yīng)用于觀光游覽線。隨后日本對(duì)單軌交通進(jìn)行深入探究，并使其受到政府的重視和鼓勵(lì)，還建立了補(bǔ)貼制度。目前，日本共有10條跨座式單軌線路，總營業(yè)里程達(dá)110.2 km，圖3和圖4分別為東京和大阪的單軌線路。表1列出了世界各地單軌交通的發(fā)展概況，在28條單軌線路中，有21條是跨座式單軌，其應(yīng)用較懸掛式單軌更為廣泛。

圖3 東京單軌羽田機(jī)場(chǎng)線

圖4 大阪單軌電車

表1 世界各地單軌交通發(fā)展概況[6]

2.2 國內(nèi)發(fā)展歷程

2001年，我國從日本引入跨座式單軌車輛技術(shù)，隨后開展自主研發(fā)，已形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的跨座式單軌交通體系。

(1)重慶單軌技術(shù)

作為中國首條跨座式單軌交通線，國家西部大開發(fā)的重點(diǎn)工程，重慶市軌道交通2號(hào)線和3號(hào)線分別于2004年和2011年開通，截至2019年底，重慶市跨座式單軌運(yùn)營里程達(dá)98.45 km。

跨座式單軌交通的優(yōu)勢(shì)在重慶得到了充分的發(fā)揮。重慶地形條件極其復(fù)雜，需突破山地、江河等復(fù)雜地形，單軌梁、橋和地下空間結(jié)構(gòu)建造等技術(shù)極為關(guān)鍵。以重慶軌道交通2號(hào)線為依托，對(duì)跨座式單軌交通預(yù)制梁、道岔、車輛轉(zhuǎn)向架等系統(tǒng)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開展了國產(chǎn)化研究攻關(guān)，并獲得多項(xiàng)國家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。

(2)比亞迪云軌系統(tǒng)

在重慶單軌技術(shù)的基礎(chǔ)上，2011年比亞迪公司自主研發(fā)了新型跨座式單軌系統(tǒng)——“云軌”系統(tǒng)。采用車體輕量化設(shè)計(jì)、無人駕駛、能量回饋系統(tǒng)、永磁輪邊直驅(qū)電機(jī)等先進(jìn)技術(shù)。

目前，已竣工的云軌項(xiàng)目有：深圳坪山新區(qū)空中巴士“云軌”，總里程4.4 km，時(shí)速可達(dá)80 km；寧夏銀川“云軌”一號(hào)線花博園段，總里程5.67 km，是全球第一條商業(yè)運(yùn)營的云軌線路；以及四川廣安市云軌項(xiàng)目等。

(3)中車龐巴迪系統(tǒng)

可提供交通運(yùn)輸系統(tǒng)解決方案[7]。其研制的跨座式單軌交通系統(tǒng)已成功應(yīng)用于蕪湖軌道交通1號(hào)線和2號(hào)線建設(shè)，長46.27 km，于2021年開通運(yùn)營，圖5為建成的蕪湖軌道交通。

圖5 建成的蕪湖軌道交通

近年來，國家及地方主管部門陸續(xù)發(fā)布相關(guān)政策文件及技術(shù)規(guī)范，以支持城軌發(fā)展，涉及規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收、運(yùn)營管理等方面(見表2)。

表2 關(guān)于跨座式單軌交通的政策性文件及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

3 跨座式單軌技術(shù)特征及適用性

3.1 技術(shù)特征

(1)可充分適應(yīng)多種地形特點(diǎn)

重慶跨座式單軌線路高程為180～430 m的地段，6 km內(nèi)相對(duì)高差250 m(見圖6)。重慶跨單系統(tǒng)采用橡膠輪胎，爬坡能力達(dá)60‰～80‰，最小曲線半徑100 m，能充分適應(yīng)重慶地形特點(diǎn)[8]。

圖6 重慶單軌高海拔段

(2)節(jié)能環(huán)保、對(duì)城市景觀影響小

重慶單軌主要服務(wù)為城市客運(yùn)，采用膠輪及混凝土軌道，輪軌接觸面相對(duì)較寬，減少與輪軌之間的沖撞力，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲遠(yuǎn)低于鋼輪鋼軌，也低于城市汽車產(chǎn)生的道路噪聲(見圖7)。

圖7 重慶單軌經(jīng)過人口密集區(qū)

高架運(yùn)行的跨座式單軌與鋼輪鋼軌系統(tǒng)噪聲比較情況見表3。從表3中可以看出，采用鋼輪鋼軌系統(tǒng)的北京地鐵和上海莘閔線在運(yùn)行時(shí)的噪聲值較重慶跨單高10%～20%。

表3 高架運(yùn)行的跨座式單軌與鋼輪鋼軌系統(tǒng)噪聲比較(距離外軌水平距離10 m) db

(3)建設(shè)成本相對(duì)較低

跨座式單軌系統(tǒng)的建設(shè)投資為地鐵系統(tǒng)的1/3～1/2，若采用鋼輪系統(tǒng)，則需要在車站埋深、環(huán)保設(shè)施、通道設(shè)施以及消防安全方面投入額外資金，增加項(xiàng)目投資。

3.2 制式類比

根據(jù)GB/T 50833—2012《城市軌道交通工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》，從運(yùn)能、地形適應(yīng)性、建設(shè)成本、環(huán)保要求等方面，類比分析跨座式單軌與其他中低運(yùn)量軌道制式的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。同時(shí)，也將地鐵制式考慮在內(nèi)。

中低運(yùn)量軌道交通制式有：輕軌交通、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮、自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)[9]。其中，輕軌交通、單軌系統(tǒng)、有軌電車、中低速磁浮均以地面或高架敷設(shè)為主。各中運(yùn)量軌道制式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見表4。

表4 中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)制式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析[9-10]

(1)運(yùn)能方面

跨座式單軌運(yùn)能為1～3萬人次/h，屬于中運(yùn)量軌道交通?？缱絾诬壟c輕軌、中低速磁浮均為中等規(guī)模城市的首選。根據(jù)運(yùn)能，跨座式單軌可用于中等城市(100～300萬人)的軌道交通干線，特大、大城市(300萬人以上)的市郊居民區(qū)與市區(qū)間聯(lián)絡(luò)線。

(2)適應(yīng)城市地形方面

跨座式單軌以高架敷設(shè)為主，最大爬坡能力為60‰，最小曲線半徑45 m，占用道路空間小，相較于地鐵、輕軌，能夠充分適應(yīng)山地地形。

(3)建設(shè)成本方面

跨座式單軌建設(shè)成本為(1.5～2.5)億元/km，與有軌電車均屬于低成本制式，工程量和拆遷量均較少?？紤]城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及財(cái)政能力，跨座式單軌應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)規(guī)模相對(duì)較小，但城市自身發(fā)展需求較大的城市。

(4)環(huán)保要求方面

跨座式單軌能耗較低、景觀效果較好，滿足此條件的還有中低速磁浮和自動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)，但跨單同時(shí)具有低噪聲的優(yōu)勢(shì)。交通運(yùn)輸部、國家旅游局等6個(gè)部門聯(lián)合提出了“開發(fā)適合旅游特點(diǎn)的特種觀光列車等措施”。相較而言，跨座式單軌更適用于旅游城市以及連接旅游景區(qū)與市區(qū)的線路。

3.3 適用范圍

(1)中等規(guī)模城市(100～300萬人)的軌道交通干線，特大、大城市(300萬人以上)市郊住宅區(qū)與市區(qū)間的聯(lián)絡(luò)線。

(2)旅游城市或城市旅游觀光線路。

(3)地形條件復(fù)雜或道路空間狹窄的城市。

(4)對(duì)城市環(huán)保要求較高的線路。

4 發(fā)展要求分析

4.1 國家政策支持

2015年以來，國家發(fā)布了一系列政策支持城市軌道交通發(fā)展，尤其鼓勵(lì)發(fā)展高架或地面敷設(shè)的軌道交通制式?！?020年國務(wù)院政府工作報(bào)告》提出：重點(diǎn)支持“兩新一重”建設(shè)。城市軌道交通作為“新基建”的內(nèi)容之一，對(duì)于建立現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系具有重要意義。

由此看來，在未來較長一段時(shí)間內(nèi)，我國城市軌道交通發(fā)展仍會(huì)持續(xù)，考慮政府財(cái)政壓力，應(yīng)因地制宜、量力而行，選擇造價(jià)更低、工期更短的軌道制式?？缱絾诬壸鳛橹羞\(yùn)量軌道制式高架敷設(shè)的典型代表，對(duì)于二三線城市具有良好的適用性。

4.2 城市發(fā)展需要

我國特大、大城市的軌道交通已經(jīng)基本成網(wǎng)，骨干線網(wǎng)絡(luò)基本成形，而中運(yùn)量的軌道交通作為補(bǔ)充線路將會(huì)是發(fā)展的重點(diǎn)。審批條件決定了城市是否可以發(fā)展軌道交通。根據(jù)52號(hào)文中對(duì)申報(bào)條件的規(guī)定，目前有29個(gè)城市符合輕軌審批條件而不符合地鐵審批條件。

在滿足輕軌審批條件的城市中，珠海市、衡陽市、濟(jì)寧市、惠州市、保定市、臨沂市、汕頭市擁堵較為嚴(yán)重，各城市擁堵指數(shù)及排名見表5。以上城市在解決日益嚴(yán)重的城市交通問題方面有迫切需求，而跨座式單軌系統(tǒng)作為中運(yùn)量城市軌道系統(tǒng)，對(duì)不滿足建設(shè)地鐵條件的城市來說，是一種較為適用的解決方案。

表5 2019年城市擁堵排名

4.3 多制式城軌發(fā)展需要

我國現(xiàn)行軌道交通層次單一、制式較少的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。根據(jù)城市軌道交通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，至2020年12月31日，中國內(nèi)地累計(jì)有45個(gè)城市開通城軌交通運(yùn)營線路7 978.19 km，其中，地鐵制式仍然占主導(dǎo)地位，占所有制式的79%，單軌僅占1.23%[11]，相較于2016年，地鐵占比有所增加(見圖8、圖9)。以國外發(fā)達(dá)國家的10個(gè)城市為例，地鐵比例僅占30%左右[12]。因此，而我國多制式協(xié)調(diào)發(fā)展的格局尚未形成。

圖8 2016年中國內(nèi)地城市軌道交通運(yùn)營線路制式結(jié)構(gòu)

圖9 2019年中國內(nèi)地城市軌道交通運(yùn)營線路制式結(jié)構(gòu)

4.4 響應(yīng)“一帶一路”倡議

近年來，跨座式單軌產(chǎn)業(yè)鏈的形成和完善，使單軌具備了全面發(fā)展的條件。隨著國家“一帶一路”倡議的提出，跨座式單軌技術(shù)也具備了走出國門的機(jī)遇。韓國、巴西、印尼、泰國、印度、伊朗等多個(gè)國家的代表團(tuán)來我國考察和調(diào)研，并有意與我國合作。其中，重慶與韓國大邱已經(jīng)展開合作；2018年5月比亞迪中標(biāo)巴西圣保羅和薩爾瓦多云軌項(xiàng)目；比亞迪還與菲律賓、埃及、柬埔寨和摩洛哥等國家簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議[13]。

5 發(fā)展方向分析

5.1 智慧創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展

(1)發(fā)展智慧單軌

《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》對(duì)智慧城軌建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略、建設(shè)目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、實(shí)施路徑、體制機(jī)制和保障措施等進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)，為城軌行業(yè)的智慧發(fā)展提供了指導(dǎo)[14]?？缱絾诬壗煌ㄗ鳛檩p軌制式之一，在技術(shù)方面應(yīng)緊跟新發(fā)展理念，以智慧單軌建設(shè)為手段，構(gòu)建中運(yùn)量軌道交通高效運(yùn)行與服務(wù)新型架構(gòu)體系，力爭打造成為智慧創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展引領(lǐng)、推動(dòng)智慧城軌高質(zhì)量發(fā)展的全國樣板，推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

(2)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

智慧城軌是發(fā)展趨勢(shì)，也是未來必然[15]?！爸腔刍崩顺睘槌擒壈l(fā)展模式轉(zhuǎn)變和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了契機(jī)和有效手段。在此背景下，作為“新基建”重點(diǎn)建設(shè)領(lǐng)域之一的軌道交通，加快與新一代智能技術(shù)的融合，支撐單軌交通向數(shù)字化、信息化和智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展成為新時(shí)代發(fā)展要求，智慧單軌發(fā)展勢(shì)在必行。必須實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，著力強(qiáng)化理念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新，用新思想新理念引領(lǐng)新行動(dòng)，強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略需求導(dǎo)向，推進(jìn)新一代智能技術(shù)與跨單的深度融合，建立“北斗+5G+智慧單軌”運(yùn)營管理新模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新型城軌”建設(shè)。

5.2 新機(jī)遇新使命

(1)支撐交通強(qiáng)國建設(shè)

新時(shí)代城市軌道交通發(fā)展不僅要緩解城市交通擁堵，增強(qiáng)城市環(huán)境保護(hù)，優(yōu)化城市空間形態(tài)，提升城市生活品質(zhì)，更要落實(shí)城軌高質(zhì)量發(fā)展的定位，推進(jìn)軌道“四網(wǎng)融合”發(fā)展，助力城鎮(zhèn)化、都市圈和城市群協(xié)同發(fā)展。同時(shí)，通過政企合作，積極參與國內(nèi)外建設(shè)與技術(shù)支持，服務(wù)行業(yè)發(fā)展，助力交通強(qiáng)國建設(shè)。

(2)滿足新時(shí)代美好出行的愿景

新時(shí)代軌道交通要以乘客的服務(wù)需求、乘客與企業(yè)的共享共治為工作出發(fā)點(diǎn)，積極創(chuàng)新服務(wù)模式與內(nèi)容，構(gòu)建智慧服務(wù)新模式，提升服務(wù)品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“軌道上的都市生活”，滿足乘客新時(shí)代美好出行愿景。

6 結(jié)論

目前，我國已經(jīng)形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的跨座式單軌交通技術(shù)。未來針對(duì)特大城市、大城市的非骨干線路、中等規(guī)模城市的骨干線路，以地下敷設(shè)為主的地鐵制式已不再適用，以高架敷設(shè)為主的中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)將會(huì)得到發(fā)展?？缱絾诬壗煌ㄒ蚱涞匦芜m應(yīng)能力強(qiáng)、建設(shè)成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)明顯。當(dāng)前在國家政策、城市發(fā)展、多制式城軌發(fā)展以及響應(yīng)“一帶一路”倡議方面，跨座式單軌交通需適應(yīng)新的發(fā)展要求。作為“新基建”重點(diǎn)建設(shè)領(lǐng)域之一的軌道交通，智慧化、數(shù)字化將是推動(dòng)跨座式單軌交通高質(zhì)量發(fā)展的方向，從而助力交通強(qiáng)國建設(shè)。