跨坐式独轨交通的特点及其局限性

贺 观

(重庆市轨道交通(集团)有限公司,400051,重庆∥高级工程师)

跨坐式独轨交通的特点及其局限性

贺 观

(重庆市轨道交通(集团)有限公司,400051,重庆∥高级工程师)

结合重庆跨坐式独轨交通2号线运营经验,论述了跨坐式独轨交通系统的特点。从运能、道岔技术及成本、车辆国产化、运营成本及耗电量等方面对跨坐式独轨交通系统在我国的发展和局限进行了分析。

跨坐式独轨;工程特点;局限

Author's addressChongqing Rail Transit(Group)Co.,Ltd.,400051,Chongqing,China

跨坐式独轨交通具有噪声小、爬坡能力强,转弯半径小等特点,已在日本以及欧美的许多城市应用并有多年的成功运营业绩。重庆结合主城区地势起伏、道路曲折、坡陡狭窄、两江环抱、地下施工条件不利的特点,选择采用跨坐式独轨交通型式,通过数年的建设以及随后的运营,积累了许多宝贵的经验,同时也带来一些思考。拥有许多优势和特点的跨坐式独轨交通为何未能成为国内外城市轨道交通系统的首选,是否是缘自这种交通型式具有的一些局限的影响。本文对此略作探讨。

1 跨座式独轨交通的特点

1.1 轨道梁桥系统的特点

轨道梁既是承重构件又是独轨列车运行的轨道,承担着走行、导向的作用。在用模板工厂化制作的标准跨度的预应力钢筋混凝土(PC)轨道梁上,可以预设、预埋各种结构件以及供电、信号系统的部分相关设施,与板式结构比,具有体量轻巧、结构紧凑、对沿途景观影响小等特点。大跨度梁采用钢制结构,可以相对容易地跨越较大跨度的困难地段,以满足复杂地形地貌对系统的要求。由于上述特点,独轨交通系统线路占地面积小,仅为其他高架线路的1/2,高架桥梁仅为其他高架桥梁的1/5;且采光好,有利于地面机动车的尾气排放。

1.2 道岔系统的特点

跨坐式独轨交通道岔按其结构和线型可分为关节型道岔和关节可挠型道岔。前者造价相对较低,适用于车辆基地、辅助线或正线个别线段;后者结构复杂、性能和安全性要求高,一般在正线上用于载客列车运行线段,以保证列车运行平稳、舒适,但其造价较关节型道岔高得多。独轨道岔较其他道岔复杂得多,是由道岔梁等机械装置、驱动装置和控制装置等多个子系统组成的集合体,精度要求高,安装较特殊;其可靠性、安全性和复合性要求严格,是技术密集型和机电一体化的典型产品(见图1)。

图1 独轨线路的道岔

1.3 独轨车辆的特点

跨坐式独轨车辆的走行系统与地铁车辆差异较大,尤其是独轨车辆转向架较为独特。其转向架构架由横梁、侧梁、端梁,以及下伸的导向、稳定车轮的支承架等构成;走行轮胎安装在轮辋上,轮心通过轴承支承在空心轴套上并通过悬臂轴固定在转向架构架上;每个轮轴上装有两个填充氮气的子午线钢芯橡胶走行轮。由于采用橡胶轮胎,独轨车辆运行噪声较小,实测约为60 dB,且摩擦系数较大,车辆爬坡能力较强(最大可达60‰);其走行轮轴距较短(9.6 m),故车辆可通过的平曲线半径较小,仅为50 m。因此,独轨车辆特别适用于坡陡弯多、地形地貌复杂的城市既有道路的线路。

2 跨坐式独轨交通的局限

2.1 载客量较少

由于跨坐式独轨系统的轨道梁结构和承重的限制,独轨系统属中等运量的城市轨道交通系统,运载乘客数与地铁相比较少。表1所列是独轨车与地铁B型车的载客量比较。其中,正常载客按6人/m2计,超员时按跨坐式9人/m2、地铁8人/m2计。

从表1可以看出,在列车发车间隔相同的情形下,独轨交通系统的乘客输送量不到地铁B型车的一半。虽然重庆轻轨2号线2.6亿元/km的造价较地铁系统低,但作为以输送乘客为目的的城市交通系统,在需要配备大致相等的运营辅助人员的情况下,运能相对较少也将导致运营成本较高。如果按同等运量比较,跨坐式独轨系统的每公里造价就会显得略高一些。

表1 独轨车与地铁B型车载客量比较

2.2 道岔系统造价高

数节钢制轨道梁依次铰接组合成一种轨道转辙设备,由台车支撑,采用电力驱动,道岔一端固定;转辙时道岔梁整体绕固定端按规定距离转动,到位后锁定装置锁定,梁体活动端部与线路轨道梁衔接形成岔道,转换列车行驶线路。转辙后,道岔梁成折线状态的称为关节型道岔,道岔梁两侧的导向面板和稳定面板在挠曲装置作用下成设定的曲线面状态的称为可挠型道岔。

总体比较,跨坐式独轨交通道岔造价要远高于钢轮钢轨系统道岔。由于关节道岔近千元、可挠型道岔2000多万元一套的造价,因此选线和布设时就不得不考虑可挠型道岔尚不能国产化、采购费用居高不下的问题。在满足运营功能的前提下,力求尽可能减少道岔冗余的思路,将导致独轨系统设置道岔时为将来可能的改变预留的备用量缩减。例如:为了避免车场出入段线瓶颈拥塞而设置车场备用出入线和第二出口的想法;为应对运营中可能出现的高峰客流变化带来的运营交路变化而预设的备用线和道岔预留的思路,在独轨系统是不能考虑的。因为除了受价格因素限制外,独轨道岔庞大承重基础的建造也是预留冗余独轨道岔要慎之又慎的因素。

2.3 国产化率较低

由于独轨系统在我国是首次采用,国内没有独轨车辆的制造经验。重庆轨道交通2号线一期工程最终确定了国产化四步走、整个21列车(计84辆)分四阶段实现独轨车辆国产化进程的方案。

第一阶段:从日立公司引进2列共8辆整车。

第二阶段:转向架和牵引控制系统、制动系统等关键部件由日立提供,车体材料及车体制造、裙板、司机室设备、车内设备、空调机组等实现国产化,客室和司机室内装也由国内厂家完成。共生产10列。

第三阶段:从第13列车开始采用长春客车厂生产的转向架,共5列。

第四阶段:最后的4列车牵引控制系统由国内企业承担配套,但核心部件仍由日立公司提供。

表2为按照重庆轻轨2号线车辆数据计算出的上述各阶段的国产化情况。在车辆制造实施过程中,第三、四阶段由于转向架国产化进展不理想,9列共18个转向架仍从日本购入。第四阶段由于电力牵引系统关键的核心部件仍由日本购入,号称承担电力牵引系统国产化的企业仅生产了牵引控制系统外壳,而核心部件的购入成本大大高于成套系统的销售价格,导致该企业亏损严重。由表2可看出,跨坐式独轨车辆的总体国产化率不高,若考虑上述实际实施情况,国产化率则更低。

2.4 独轨车辆运营成本和运营线路耗电量高

跨坐式独轨车辆噪声小、爬坡能力强的优点应归功于其独特的走行系统使用了橡胶轮胎。这种无内胎子午线轮胎内充氮气,承重较大(5.5 t)。正常情况下,独轨车辆走行轮胎的寿命约为10万km,非正常情况则更短,且要考虑同轴成对更换等因素。按目前运营状况,每列车每年走行10余万km,故独轨车辆走行轮胎更换周期约为1年。

表2 重庆独轨车辆的国产化情况 百万日元

走行轮胎是独轨车辆重要的消耗材。每个转向架上有4只走行轮胎,每列共32只。进口轮胎价格昂贵,每只约为7000～8000元。这样算下来,重庆轻轨2号线21列车每年仅走行轮胎就要多支出400万～500万元,导致运营成本有较大增加。同时,由于关键部件的国产化率不高,导致部分使用数量少、保存期有限的备件配件必须进口。例如,制动系统的部配件因进口规格型号与国内不配套,国内采购不到,而国外采购价格奇高且到货周期要十几个月,严重时甚至已经影响到维修车辆的上线运行。

其次,独轨车辆换轮过程相对困难、复杂、耗时较长,导致换轮列车停驶时间较长,因此需要增加备车的数量以满足正常运营要求。增备一列4辆编组的独轨列车,购车成本将随之增加4000万～5000万元,而且随着运营线路里程和开行密度的增加,备车的数量也需相应增加。

此外,选线时为了充分发挥独轨车辆爬坡能力强及适应地形地貌特点的思路,会使大坡度的线路增多,这样牵引耗电量会相应增加。根据运营统计,跨坐式独轨交通系统中,牵引耗电占总耗电55%以上;而轮轨交通系统中,牵引耗电占总耗电50%以上。牵引耗电增加的同时,总耗电量也相对增加。

3 结语

由于跨坐式独轨交通型式的鲜明特点,因此特别适用于地势起伏、地下开掘条件不好、城市既有道路通道狭窄等不适合进行地铁建设的中运量地面交通型式。重庆轨道交通3号线也选择跨坐式独轨交通型式。虽然其运量偏紧,但2号线的建设及运营积累了跨坐式独轨交通设计、施工、运营、管理等方面的经验,从地貌特征、线路条件、资源共享的角度看,这无疑是较好的选择。然而,后期随着南坪段、加州段线路变架空行走为地下运行,3号线主城段线路在地下行驶的距离大大增加。3号线一期线路20 km线路中除两江桥外,能发挥其噪声小特点的地面线路距离减少;在线路上除去上天入地的区段利用了跨坐式独轨爬坡能力强特点外,真正特别需要发挥独轨系统优势的区段不多。

重庆独轨交通2号线通过几年来的运营,积累了不少成功经验,也为跨坐式独轨交通在其他城市的推广奠定了良好基础。通过技术咨询的方式,我们已经为韩国大邱、巴西里约热内卢提供了相关的技术服务。国内也有城市开始建设跨坐式独轨交通线路,并与重庆轨道交通设计院相关专业进行过深入的交流。可以看出,跨坐式独轨交通作为轮轨交通的互补型式,仍具备一定的应用前景。

[1]仲建华.重庆跨座式单轨交通[J].都市快轨交通,2004,17(5):17.

[2]赵菊静.跨座式单轨列车国产化探析[J].中国铁路,2000(6):23.

[3]周庆瑞,金锋.新型城市轨道交通[M].北京:中国铁道出版社,2005.

Development and Limitation of Straddle-type Monorail Transit in China

He Guan

Based on the operationalexperience of Chongqing straddle-type monorail transit Line 2,this paper expounds the different characteristics between straddle-type monorail—a new type of rail transit— and the conventional wheel transit,analyzes the development and limitation of straddle-type monorail in Chinese cities.

straddle-type monorail;engineering feature;limitation

U 232

2010-06-12)