山地城市悬挂式单轨交通系统可行性研究

钟异莹，陈 坚，唐 炜

ZHONG Yi-ying, CHEN Jian, TANG Wei

（重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074）

(School of Traffic and Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

山地城市悬挂式单轨交通系统可行性研究

钟异莹，陈 坚，唐 炜

ZHONG Yi-ying, CHEN Jian, TANG Wei

（重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074）

(School of Traffic and Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

在阐述悬挂式单轨交通系统概念、类型、特点的基础上，针对山地城市具有的地形地貌复杂、城市形态多样、城市交通可靠性相对较差等特点，结合两者的特性，从地形条件、经济社会、技术条件和其他条件4个方面研究悬挂式单轨交通系统在山地城市应用的可行性。结论表明，悬挂式单轨交通系统在山地城市理论上具有较好的适应性和前景，但仍然需要解决其行车速度低、运行里程短、载客能力弱等问题。

城市轨道交通；悬挂式单轨；山地城市；适应性

1 概述

山地城市主要分布在山地、丘陵和崎岖不平的高原上，其城市形态和环境与平原地区差异较大，山地城市占全国陆地面积的 69%。山地城市具有空间呈现 3 维立体形态、用地分散、道路狭窄且不规则、地面高低悬殊起伏变化大、桥梁隧道等控制性建筑物多等特点，导致其难以形成完善的城市交通体系，城市道路迂回曲折，对载运工具性能要求较高，非机动车使用率极低，各交通方式间的接驳配套困难[1]。同时，城市客流需求分布差异大，出行方式以公共交通为主，但城市道路资源分配冲突，无法保证公交车辆的独立路权。

悬挂式单轨属于单轨交通系统，是一种新型交通模式，其轨道为单根带形梁体，轨道梁由支撑柱支撑，车辆悬挂于走行部之下。1901 年世界上第一条独轨交通在德国诞生后，德国、日本部分城市相继开始采用该系统。Gutarevych V[2]根据悬挂式单轨车辆侧的移摇曳幅度和振荡频率，建立了机车车辆相互作用过程中的运动方程；Tanaka K 等[3]研究单轨列车产生的振动与噪音对附近居民造成的影响，界定了单轨路段与住宅小区应保持 30 m 及以上的距离；余沛[4]对单轨交通的超高变化进行研究计算，结合山地城市的地形地貌，分析不同超高对单轨列车运行过程中的影响；肖俊[5]综合国内外轨道交通发展及应用概况，根据车辆主要参数，分别对悬挂式、跨座式单轨系统优缺点进行了研究。

目前世界各国对悬挂式单轨的研究主要集中于机车车辆、转向架、支柱等某个结构的性能与优化，国内对其理论研究大多数是城市轨道交通系统或单轨系统的研究，缺少对悬挂式单轨系统在山地城市特殊运行条件下的适应性研究。通过对悬挂式单轨系统的特点和适应性进行全面系统分析，结合山地城市交通出行特点，并与其他城市轨道交通方式进行比选，确定悬挂式单轨系统在山地城市具有广阔的应用前景，为悬挂式单轨系统未来在国内的建设与发展提供可行性论证依据。

2 悬挂式单轨交通系统

悬挂式轨道交通系统是指车辆悬挂在1条轨道梁上运行的新型交通工具，在德国乌珀塔尔市、日本千叶市和镰仓市等地已经运营多年，但由于其运量小、运行速度低、里程短，同时可吸取和借鉴的建设及运营管理经验较少，因而在山地城市尚未得到推广。

2.1 悬挂式单轨交通类型

（1）非对称悬挂钢轮、钢轨型，又称为浪琴型，主要特点是钢轨铺设在钢制桁架梁上，钢制车轮的转向架运行于钢轨上，车厢悬挂于桁架梁下，悬挂构件布置在轨道梁一侧。世界上第一条独轨——德国的乌珀塔尔线采用的就是这种类型。

（2）非对称悬挂胶轮型，是乌珀塔尔单轨车的升级型，采用非对称悬挂，悬挂构件安装于轨道梁一侧，采用橡胶轮胎代替了原有的钢轮结构。列车每节车厢各设置 2 个转向架，转向架上装置走行轮和导向轮。走行轮位于轨道梁上，在竖直平面内转动，起到承重、牵引及制动的作用。导向轮位于轨道梁两侧，在水平面内转动，为行车导向，以及缓和横向振动。日本东京上野动物园内的悬挂式单轨线属于这种类型。

（3）“工”字轨道梁悬挂型，线路的轨道梁为“工”字形截面梁，车轮嵌在梁上运行。车轮由特殊材料制成，用于承受自重和载重且由链传动电机驱动。这种类型的单轨车结构简单，许多国家的娱乐场所和旅游景区都有这类悬挂式单轨车，但其振动大、运量低，不适合城市轨道交通运输。

（4）SAFEGE 型，采用对称式悬挂，悬挂构件通过箱型梁底部开口将车体和转向架联接起来。橡胶轮胎的两轴转向架运行于轨道梁内部，沿着轨道梁为底部开口的钢制箱型梁内部轨道运行。道岔为箱型梁内的可动轨，列车行驶方向的改变通过可动轨的水平移动来实现。SAFEGE 型是目前最先进、应用最广泛的悬挂式单轨车，日本千叶市的 2 条单轨线、日本湘南线、德国多特蒙德大学线和德国多塞尔多机场线等线路均已采用[6]。

2.2 悬挂式单轨交通特点

我国的常规公交平均行驶速度小于 15 km/h，如遇到雨雪等恶劣天气，车速更低；快速公交系统具有封闭独立的路权及配套车站、车辆、信息管理系统等设施，车速可达 30～40 km/h，近年来逐渐被众多城市推广采用，与传统公交方式相比，运行速度大幅提高，但仅能够达到轨道交通系统运行低速标准。在山地城市，狭窄而弯曲的道路无法完全保证快速公交的专用路权及完善配套设施，此时快速公交车速未能达到 30 km/h。同时，无论是常规公交还是快速公交车辆，其排放的大量尾气都会对城市造成环境污染。而城市轨道交通系统采用电力牵引，对环境的污染非常小。相比常规公交和快速公交，城市轨道交通系统具有运行速度快、环境污染小的优势，是城市绿色交通可持续发展的首选[7]。各轨道交通方式的特点及适用性如表1 所示。

由表1 可知，单轨交通系统作为城市轨道交通系统的一部分，拥有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点，并且建设成本低、周期短；占用地面面积小，空间适应性强；爬坡能力强，可通过曲线半径小。缺点是和其他轨道交通方式相比，运行速度较慢、载客量少、列车发车间隔不易缩短、区间发生故障时救援工作困难。同时悬挂式单轨交通系统与跨座式单轨交通系统相比，具有自身的一些特点。

（1）悬挂式单轨的走行部和导电轨封闭在轨道梁内，不易受外界雨雪等恶劣天气的影响，但不方便维修检查。

（2）道岔结构相对简单且转换时间快。

（3）轨道梁距地面更高，安装高度更高，建筑体感更大。

（4）最小曲线半径极小。

（5）列车运行过程中可能产生钟摆效应，强风条件下，运行稳定性较差。

3 山地城市交通出行特点

山地城市是指大部分土地分布于山地区域的城市，其城市形态和环境与平原城市不同，受其特殊地形条件影响，具有独特的交通出行特点。

（1）城市公共交通设计、建设难度大。由于城市空间呈多中心、多组团、山水分隔形态，地形复杂、道路狭窄等特点，存在建设用地开发强度高、工程量大、技术复杂等问题。

（2）城市公共交通出行需求量大。山地城市居民选择公共交通方式出行比例大，而且具有总体分布不均衡性、局部地区强冲击性，各交通方式间的衔接不易协调，交通网络规划、管理难度大。

（3）地面公交与社会车辆对地面资源分配冲突。山地城市路网密度较低、组团联系通道资源匮乏、道路线形曲折纵坡较大、干道路幅较窄车道数较少，地面公交的优先或专用路权难以保证。

表1 各轨道交通方式的特点及适用性

（4）载运工具性能要求高。山地城市地形复杂、起伏剧烈、气候炎热潮湿，公共交通载运工具在牵引动力、爬坡性能、制动性能、操控灵活性、设备稳定性、数据传输、运营监控、监测评估等多个方面比平原城市要求更高、技术难度更大。

4 悬挂式单轨系统适应性分析

从地形条件、经济社会、技术条件和其他条件 4 个方面对悬挂式单轨系统进行适应性分析，该系统独特的特点正好与山地城市的交通发展需求契合，悬挂式单轨系统适应性分析如图1 所示。

图1 悬挂式单轨系统适应性分析

4.1 地形条件适应性

悬挂式单轨对于陡坡、急转弯的适应能力极强，最大爬坡度可以达到 100‰，曲线半径最小达30 m 。悬挂式单轨能够在多变的地形、地貌及地理环境中建造，可以架设在路面中间的绿化带上及路旁的人行道上或山河湖泊上，并能有效避开现有建筑物，避免不必要的拆迁对环境所产生的破坏。由于山地城市地势高差大、变化快，大部分城市道路纵坡在 40‰ 以上，转弯半径普遍在 250 m 以下[8]，一般的地铁、轻轨车辆最大坡度到 40‰ 已是极限，地铁的转弯半径更是无法满足，采用悬挂式单轨交通可以弥补这一缺陷。

4.2 经济社会适应性

根据国务院办公厅《关于加快城市快速轨道交通建设管理的通知》规定，申报地铁的城市应达到以下 4 个条件：地方财政预算收入在 100 亿元以上；国内生产总值达到 1 000 亿元以上；城市总人口超过 700 万人，城区人口在 300 万人以上；规划线路的客流规模达到单向高峰 3 万人 / h 以上[9]。我国山地城市数量多、分布广，约占全国城市总数的1/3，大部分集中于西南地区。受地形限制，山地城市人口规模相对平原城市少，经济发展水平相对东部平原城市差，不具备申报地铁的条件。悬挂式单轨属于中、低运量城市轨道交通方式，建造成本较低，更适宜在山地城市采用。

4.3 技术条件适应性

我国山地城市多分布于西南地区，而西南地区的亚热带季风气候导致常年降雨频繁，空气潮湿。常规公交和快速公交受天气影响，车速大大降低，乘客环境得舒适性也相应减弱。悬挂式单轨车辆悬于轨道梁下运行每辆车有 2 个转向架，每个转向架有 4 个走行轮和 8 个导向轮，车辆靠走行轮支撑并在轨道梁上行走，车辆的导向轮沿在轨道梁内侧面行走，保证车辆转向和稳定的同时，不受外界恶劣天气影响，特别适用于多雨雪的城市。

相对于地铁和轻轨，悬挂式单轨车辆最大的特点在于车体和转向架，也是最关键的核心技术[10]，它的走行轮与导行轮均采用实心橡胶轮，摩擦力加大可以增加爬坡与转弯能力。

4.4 其他适应性

悬挂式单轨采用电力牵引，直流电源供电，不产生电磁波，无废气产生，对周围的居民和环境影响很小。同时山地城市用地紧张，悬挂式单轨交通可以缩短敷设线路与居民建筑之间的最小距离。悬挂式轨道交通的乘车视野好于其他高架轨道交通，可以作为城市交通旅游景区的旅游专线，增强车辆和城市的交互性。

5 结束语

山地城市面临建筑受地形影响大、接驳换乘配套地面交通布局困难、乘客需求强度分布差异大、乘客聚散规律差异大、线路具有高低变化大、拐弯多等难题[11]，多元化的公共交通出行方式是山地城市交通发展的有效途径，而悬挂式单轨交通系统为多元化的公交奠定了基础。悬挂式轨道交通系统具有轨道交通的优点，同时又有自身的一些特点，其建设周期和费用低于其他轨道交通工具；具有专门的行车通道，对现有的道路资源无威胁；同轨道交通一样良好的候车、乘车环境和先进的通信设备。悬挂式单轨交通系统可以用于山地城市主城区通往机场、码头、车站等对外交通枢纽中心的连接走廊，观光游览景点之间的摆渡，也可以利用城市环线高架桥与之结合，在我国山地城市具有广泛的应用前景。目前，悬挂式单轨交通系统还缺少结合我国实际情况制定的相关技术标准和设计规范，缺乏运营管理经验。另外，悬挂式单轨系统与其他公共交通系统方式之间的衔接也值得深入研究。

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[4] 余 沛. 山地城市单轨交通平曲线超高变化对行车的影响研究[J]. 重庆交通大学学报：自然科学版，2010，29(3)：421-424. YU Pei. Influence of Ultran-high Changing Rate of Single-Track Traffic Curve at Mountainous City on Traffic[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University：Natural Science，2010，29(3)：421-424.

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[11] 姜传治，张学军. 山地城市轨道交通线路选线有关问题探讨[J]. 城市轨道交通研究，2010，13(12)：15-16. JIANG Chuan-zhi，ZHANG Xue-jun. Uraban Railway Line Deaign in Mountainous Regions[J]. Urban Mass Transit，2010，13(12)：15-16.

责任编辑：吕 倩

铁路端午小长假返程客流平稳有序

2015年端午小长假，探亲流和旅游流高度叠加。6月20日端午小长假首日，全国铁路发送旅客 980.2 万人，同比增加 73.5 万人，增长 8.1%。6月21日，全国铁路发送旅客 765万人，同比增加 42.5 万人，增长 5.9%。

为方便旅客购票出行，铁路部门推出“变更到站”服务措施，旅客购票后，如需调整行程，变更新的目的地，在车票预售期内、开车前 48 小时以上到车站售票窗口或 12306 网站变更新的到站即可，无需将原车票退票后再另购新车票。铁路部门还根据客流情况，加开售取票窗口数量、延长售票时间，加强售票处、候车室、站台等客流密集处所的引导，营造顺畅有序的出行环境。

（摘自《人民铁道》报）

Study on Feasibility of Suspended Monorail Transit System in Mountain Cities

Based on expounding the concept, types and characteristics of suspended monorail transit system, targeting with the characteristics of mountain cities like complex landform, diversified urban morphology and poor reliability of urban transit, and combining with the characteristics of the system and mountain cities, this paper studies the feasibility of applying the system on mountain cities from 4 aspects, including topographical condition, economic social, technical condition and other conditions. The study result shows the suspended monorail transit system has good adaptability and prospect in mountain city theory, but it still need solving its problems such as low train running speed, short route length and weak passenger carrying capacity.

Urban Rail Transit; Suspended Monorail; Mountain City; Adaptability

1003-1421(2015)07-0087-05

U232

A

2015-04-07

2015-06-03

重庆市基础与前沿研究计划项目(cstc2013jcyjA30002)