庞巴迪单轨关键技术的改进与革新

夏赞鸥



庞巴迪单轨关键技术的改进与革新

夏赞鸥

摘 要：针对传统单轨系统存在的折返时间长、纵向疏散平台设置困难、轨道梁跨度小等关键问题，以新型单轨庞巴迪Monorail300为例，分析其通过对车辆、道岔和轨道梁三大关键技术的改进和革新，从而大幅度缩短了列车折返时间，提升了运营效率。采用单轴转向架，降低车厢地板面，更有利于设置纵向疏散平台，满足系统运营安全需求。采用连续刚构轨道梁，增大跨度、优化景观，同时也更有利于行车的平稳性和舒适性。通过研究，为跨座式单轨技术在国内的推广应用提供借鉴。

关键词：跨座式单轨；技术改进中图分类号：U232

夏赞鸥：北京城建设计发展集团股份有限公司，工程师，北京100037

0　引言

跨座式单轨系统具有转弯半径小、爬坡能力强、桥梁轻巧、景观好、采用橡胶轮胎、噪声低等诸多优点，已成为较为广泛应用的中低运量城市轨道交通系统制式之一。然而，传统单轨系统存在折返时间长、设置疏散平台困难、桥梁跨度小等问题，各单轨系统供应商和研究单位不断探索，对其关键技术进行改进，以期研制适应性更好的单轨系统。本文以新型单轨庞巴迪 Monorail300为例，分析其对车辆、道岔、轨道梁三大关键技术的改进与革新。

1　世界主要单轨车辆类型及庞巴迪单轨特征

1.1主要单轨车辆类型

目前，除了我国的重庆单轨外，世界上主要的单轨车辆还有日本的日立单轨、加拿大的庞巴迪单轨、马来西亚的史格米（Scomi）单轨、瑞士的 Intamin 单轨（图1）。

图1　主要单轨车辆类型

其中，马来西亚的史格米和瑞士的Intamin单轨主要为小运量单轨，适用于客流量不大的区域，如游乐园、机场、展区等，用于接驳交通。而重庆单轨、日立和庞巴迪单轨则属于中等偏大运量单轨，适用于在城市中作为城市轨道交通的一部分，用于每日通勤交通。

1.2庞巴迪单轨系统特征

庞巴迪单轨系统研制较早，实际应用较多，在美国拉斯维加斯、沙特利雅得、巴西圣保罗等城市都有应用。先后研制了 Monorail100、Monorail200和 Monorail300车型，其中技术最先进的车辆类型为 Monorail300，其系统具备如下典型的特征。

（1）线路适应能力更强，转弯半径可达46 m（已应用于巴西圣保罗），相比传统单轨100 m 的转弯半径，Monorail300型车适应条件更为灵活，可大大减少拆迁；线路爬坡能力可达6%，能很好地适应山地地形。

（2）运能中等偏大，车辆可采用2～8辆编组，适宜运能为20000～40000人/h。

（3）列车折返时间短，最小实际折返间隔可达90 s。

（4）车辆采用单轴转向架，车辆高度4.05 m，比日立单轨车辆降低了1.25 m。

（5）列车最高速度为80 km/h。

（6）列车一般采用全自动无人驾驶系统，拥有更高的安全性，同时减少了运营管理人员。

2　关键技术的改进与革新

跨座式单轨的关键技术包含三方面，分别为车辆、轨道梁和道岔。3项关键技术直接关系到整套系统性能的优劣，下面就庞巴迪 Monorail300车型相对于以前车型在这3项关键技术上的改进和革新进行重点研究。

2.1车辆技术的改进

2.1.1系统运能提升

庞巴迪 Monorail300通过增加车辆宽度、提升系统的折返效率，大大提升了系统的运能。表1对比了庞巴迪单轨与传统 B 型车在相同编组下的运能。由表1可知，在相同编组的情况下，B 型车运能远大于单轨系统，但车辆长度也最长。而在相同运能的情况下，庞巴迪单轨的车辆长度更短，相当于传统 B 型车长度的87%。

表1　运能对比

通过采用短编组、高密度的行车设计，在相同运能的情况下，采用庞巴迪单轨系统可以大规模缩小车站和站场的土建规模。

2.1.2转向架技术改进

图2　双轴转向架

图3　单轴转向架

单轨车辆的核心是转向架，传统单轨多采用双轴转向架（图2），庞巴迪 Monorail300则采用单轴转向架（图3）。采用单轴转向架可以有效降低车辆的高度，Monorail300型车高仅4.053 m，相对于其他类型单轨车高度降低了1 m 多。车辆高度的降低有利于降低车辆重心，行车更为平稳，舒适度更高。更为关键的是车厢地板面距离轨道梁顶面的高度更小，庞巴迪单轨车厢地板面距轨道梁顶面的距离仅450 mm（图4），该距离的减小更有利于设置纵向紧急疏散通道。

另一方面，采用单轴转向架可以使轮胎在曲线处的行驶轨迹与轨道梁更为匹配（图5），减小行车阻力和轮胎的磨耗，降低噪声和振动。

图4　庞巴迪单轨（中）与其他类型单轨车厢地板面距轨道梁顶面距离对比

图5　双轴和单轴转向架行车轨迹示意图

表2　国内外单轨线路轨道梁结构体系

2.2轨道梁技术的改进

轨道梁是单轨系统最为关键的核心技术，它既是车辆赖以行驶的轨道，同时也是通信、信号、供电、疏散通道等设备设施安装的载体。目前国内外单轨轨道梁主要有2种 结构体系：一种是简支梁体系（图6），一种为连续刚构体系（图7）。由表2可知，近年国内外建设的单轨线路，大部分线路的轨道梁采用连续刚构体系。

图6　简支梁实景

连续刚构轨道梁体系是主梁连续、墩梁固结的连续结构，以3跨或多跨一联的标准跨度组成。有较好的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，能更好地满足轨道的线型要求，取消了桥梁支座，减轻了墩梁冲击的振动，减少了轮胎磨耗，行车更为平稳、舒适。

另外，连续刚构轨道梁相比简支梁可适应更大的跨度，简支梁标准跨度一般为22～24 m，而连续刚构轨道梁标准跨度一般为28～30 m，可减少桥梁下部结构数量，降低工程造价。在节点桥的处理方面，连续刚构轨道梁比简支梁具有更好的景观优势，在中心城区有更好的适应性。

连续刚构轨道梁代表了国际上最先进的技术水平，是单轨梁的发展趋势。

2.3道岔技术的改进

单轨道岔的功能与铁路道岔一样，是一种使列车从一条单轨线路转入另一条单轨线路的连接设备。单轨道岔采用了与区间轨道梁相似的梁式结构，即道岔梁的结构（图8）。

图7　连续刚构梁实景

图8　道岔梁

目前实际应用较多的单轨道岔一般可分为2种类型：①关节型道岔，即道岔转辙时道岔梁在转折点前方形成折线线型，侧向通过速度较慢，一般不超过15 km/h，该类型道岔一般不适应于折返线和场段出入线；②关节可挠型道岔，即道岔转辙时可以使道岔梁连续弯曲成曲线线型，侧向通过速度可达25 km/h，一般用于对通过速度要求较高的正线折返或场段出入线。

庞巴迪 Monorail300则主要采用替换梁道岔和多位枢轴道岔，替换梁道岔也可称为平移式道岔，列车通过速度高，最高可达40 km/h，一般应用于正线的各种辅助线；多位枢轴道岔最多可旋转4个方向，列车通过速度较低，一般应用于场段。

道岔性能的优劣直接影响系统的折返能力。传统单轨因为其道岔较小的通过速度和较长的转辙时间，列车折返能力较差，最小折返间隔为150 s。而 Monorail300道岔转辙时间短，通过速度高，再加上列车车门宽，旅客上下车时间短，列车停站时间短，因此，系统最小折返间隔可达90 s。

折返能力的提升全面改善了系统的整体性能，折返能力提升，在同等客流情况下，可通过短编组、高密度的发车满足客流需求，减少车站长度和场站长度，改善车站景观，同时也可大大降低土建规模。

3　结论

跨座式单轨起源早，技术成熟，在国外应用普遍，运营效果好。但对国内来说，跨座式单轨尚是一种新型的轨道交通技术，国内有多个城市正在进行探索。

通过对庞巴迪 Monorail300在三大关键技术方面的改进和革新进行了研究，可得出以下结论。

（1）跨座式单轨属于中等运量系统，适宜采用高架敷设，具有较高的性价比。

（2）要对车辆的性能、安全、造价等方面因素进行综合比选，选择运能适当、纵向疏散通道设置条件好、造价低、舒适、美观的车辆设备。

（3）要提升系统的折返能力，采用短编组、高密度的运营组织方式，提高服务水平，降低车站体量，优化车站景观。

（4）推荐采用连续刚构轨道梁，提高线路的平顺性。取消支座，减少振动和后期维护量。增大跨度，优化景观，降低工程造价。

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责任编辑 冒一平

Improvement and Innovation of Bombardier Monorail Technology

Xia Zanou

Abstract:The paper takes Bombardier’s new monorail300as an example, makes an analysis on improvement and innovation of three key technologies, namely the vehicle, turnout and track-beam, greatly shortening train turn-back time and improving the operation efficiency. The use of single axle bogie lower the carriage floor level and helps to set more conducive vertical evacuation platform, meeting operating system safety requirements. The continuous rigid frame track-beam is used to increase the bridge span and optimize the landscape, which is more favorable to the train running stability and riding comfort. Through the study, the paper provides the reference for monorail technology promotion in domestic application.

Keywords:saddle-type monorail, technology improvement

收稿日期2016-01-13