城市轨道交通轻轨系统车辆选型分析

黄树明

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉430063）

1 研究背景及轻轨涵义

1.1 研究背景

2018 年 6 月 28日，国务院办公厅印发《关于进一步加强城市轨道交通规划建设管理的意见》（国办发[2018]52 号），意见指出：“城市轨道交通系统，除有轨电车外均应纳入城市轨道交通建设规划并履行报批程序。地铁主要服务于城市中心城区和城市总体规划确定的重点地区，申报建设地铁的城市一般公共财政预算收入应在300 亿元以上，地区生产总值在3000 亿元以上，市区常住人口在300 万人以上。引导轻轨有序发展，申报建设轻轨的城市一般公共财政预算收入应在150 亿元以上，地区生产总值在1500 亿元以上，市区常住人口在150 万人以上。拟建地铁、轻轨线路初期客运强度分别不低于每日每公里0.7 万人次、0.4 万人次，远期客流规模分别达到单向高峰小时3 万人次以上、1 万人次以上。以上申报条件将根据经济社会发展情况按程序适时调整。”

随着《意见》的颁布，国内不满足地铁建设标准的城市开始了轻轨建设热潮，然而目前关于“轻轨”的概念并没有清晰描述，《意见》也并未明确指出。

1.2 轻轨涵义

美国公共交通协会（The American Public Transportation Association，即APTA）对轻轨的定义是：一种相对于重轨而言运能较低的电气化轨道交通模式，可以使用独立的路权或与其他交通方式混行路权，使用高站台或低站台上下客，使用多节车辆组成的列车或单个车辆。欧洲交通运输部长会议（European Conference of Ministers of Transport，即ECMT）在其1994 年出版的报告《轻轨公共交通系统》中，对“轻轨”的定义：轻轨系统是一种轨道运输方式，其形式从现代有轨电车到运营在专有路权上的快速公共交通系统，可以在地面、地下、高架桥上运行[1]。

表1 不同车型系统运能对比分析表

表2 不同车型工程适应性及投资规模对比表

国内《城市公共交通分类标准》（CJJ/T 114-2007）将城市轨道交通大类划分为地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统7 个中类，其中轻轨系统包括C 型车、Lc 型车2 个小类[2]。从国标《城市轻轨交通铰接车辆通用技术条件》（GB/T 23431-2009）来看，轻轨车辆基本类型为C 型车。从行业主流思想来看，除狭义上的轻轨C型车外，武汉地铁1 号线（B 型车4 辆编组）、重庆跨座式单轨、长沙中低速磁浮等普遍被认为属于轻轨范畴，实则是与运量等级的概念有所交叉，主指单向运能在1～3 万人次/h 的中运量轨道交通系统，属广义上的轻轨概念。

从《意见》的审批角度来看，“轻轨”宜取广义概念，可选择的车辆形式既包括钢轮钢轨制式的B 型车、C 型车、直线电机，也包括胶轮导轨制式的单轨系统、APM系统，以及磁浮系统。本文亦取广义概念。

2 常见轻轨车辆选型技术分析

目前轻轨系统车辆形式呈百家争鸣、百花齐放之势，常见的有地铁B 型车、C 型 车、Lb 型车、跨座式单轨、中低速磁浮、有轨电车等。其中C 型车包括传统C 型车和C型铰接车，传统C型车如上海地铁5、6、8 号线，与B 型车同为钢轮钢轨系统制式，不同之处在于车辆外形尺寸较小、轴重较轻，系统运能较低；C 型铰接车包括高地板（G）和低地板（D），均包括4、6、8 轴铰接车，如沈阳浑南有轨电车、长春有轨电车均采用低地板C 型铰接车。

2.1 运能适应性

理论上上述车型均可实现不同编组，均可突破3 万人次/h 的运能的限制，但在实际应用中，一般认为轻轨线路站台长度不宜超过100m，不然则失去了轻轨的经济适用性。按100m站台长度限制，B 型车、Lb 型车、传统C 型车最大可做到5 辆编组，跨座式单轨、中低速磁浮可做到6 辆编组；最小按3 辆编组考虑；C 型铰接车最大按两列8 轴铰接车联挂、最小按单列4 轴铰接车考虑。不同车型系统运能对比如表1。

考虑一定运能富余，B 型车、Lb 型车、传统C 型车可适应3万人/h 左右运量级，跨座式单轨、中低速磁浮可适应2 万人/h左右运量级，C 型铰接车可适应1 万人/h 左右运量级。

2.2 工程适应性

一般系统可适应的最小曲线半径越小、最大限制坡度越大，系统对地形、地貌的适应性越好，越容易选线布站，拆迁规模也越小、投资强度越低。不同车型可通过的最小曲线半径、最大限制坡度、一般投资规模对比如表2。

从适应地形、运能、工程造价等方面分析，B 型车、传统C 型车可通过的最小曲线半径较大、最大限制坡度较小，适用于地势落差不大、运能要求较高的平坦型城市线路，线路工程造价也较高；Lb 型车适用于地势落差大、同时运能要求也较高的城市线路，线路工程造价也较高；跨座式单轨、中低速磁浮适用于地势落差大、转弯半径小，同时对运能要求也相对较低的城市或旅游景区线路；C 型铰接车多为地面敷设、采用半独立路权，适用于对运能要求不高、需要控制工程投资的线路，如城市有轨电车。

表3 不同车型的等效噪声标准表

表4 不同车型技术适应性分析表

2.3 环境影响

轻轨系统多以高架形式敷设，对自然环境主要产生噪声污染，也是项目环境影响评价的主要因素之一。不同车型的等效噪声标准如表3。

从噪声控制标准来看，跨座式单轨、中低速磁浮的噪声控制标准更为严格。根据相关研究成果，B 型车在运行时速60～75km/h 时，噪 声 源 强 约80.1～84.3dB；Lb 型 车 运 行 时 速60km/h 时，噪声源强约78.7dB，重庆跨座式单轨运行时速60～75km/h 时，噪声源强约72.3～77.8dB[3]，中低速磁浮（试验线）运行速度在60～80km/h 时，噪声源强约69.7～73.7dB；现代有轨电车运行速度40km/h 时，噪声源强76～78dB[4]。可见从噪声污染控制来看，跨座式单轨、中低速磁浮更具有优势。

2.4 运营及维护

2.4.1 B 型车技术成熟、应用广泛、国产化率高，运营维护经验丰富，相对于其大运量等级来说，运营维护成本不高。

2.4.2 Lb 型车，目前我国已经具备生产具有自主知识产权的国产化直线电机车辆，但国内采用直线电机车辆的线路较少，目前开通运营的有北京首都国际机场线，广州地铁4 号线、5 号线、6 号线等。直线电机主要为人所诟病的是能耗大，按“完成相同运输任务”，即单位人公里能耗，直线电机车辆较B 型车等旋转电机车辆的牵引能耗约高出25%以上。[5-6]此外，由于现阶段直线电机应用较少，维修耗材、配件等价格较高，导致运营维护成本也较大。

2.4.3 中低速磁浮与直线电机类似，都具有转弯半径小、爬坡能力强的特点，由于磁浮系统采用车辆悬浮的模式，避免了轮与轨之间的摩擦阻力，运行噪声小，运行磨损和维护费用低。且由于磁浮系统为非黏着牵引模式，不会出现雨雪天气车轮打滑无法运行或降低旅速的情况，在雨雪天气下也可正常运营。由于磁浮系统也采用直线电机驱动，且因车辆悬浮增加了悬浮能耗，其能耗水平甚至比普通直线电机车辆更高。有研究显示，磁浮列车单位能耗比B 型车6 辆编组的单位能耗大。在80km/h条件下，按单位吨公里计算，磁浮列车能耗是B6 列车的1.24倍，按单位人公里计算，磁浮列车能耗是B6 列车的1.39 倍[7]。另外，为保证车辆悬浮，磁悬浮列车应严格控制载客量，防止因车辆过载而悬浮太低，导致列车无法启动，增加了客流高峰期的运营组织风险。

2.4.4 跨座式单轨通过单根轨道支承、稳定和导向，车体采用橡胶轮胎骑跨在轨道梁上运行，轨道梁具有导向和承重双重功能。跨座式单轨由于采用橡胶轮，在冰雪天气时黏着力下降，且橡胶轮磨耗大，寿命明显短于钢轮，运营维护费用也较高。

2.4.5 C 型车目前在国内应用较多，除上海地铁5、6、8 号线采用传统C 型车外，沈阳浑南区、长春轻轨3、4、8 号线，苏州高新区有轨电车、淮安有轨电车等采用的基本车型均为C 型铰接车，C 型铰接车所需工程投资和后期运营维护费用均较少；其劣势在于若采用半独立路权，与道路交通的交叉干扰较大，多地有轨电车曾发生过与小汽车、行人等相撞事件，但一般都是由于汽车、行人等违反交通法规、抢占有轨电车通行相位导致的。

3 城市轻轨车辆选型建议

综合以上分析，结合目前实际运用经验，上述车型技术适应性如表4 所示。

3.1 B 型车选择建议

考虑B 型车一般作为中、大运量轨道交通系统，线路多以地下方式敷设，土建工程规模大，系统造价较高，建设、审批条件严苛，满足轻轨建设门槛的城市应慎重选择，即便勉强满足地铁建设门槛，若仅个别线路运量级达到B 型车运能，考虑线网资源共享、线网服务水平匹配、运营维护成本等因素，也不建议盲目选择B 型车长编组数量，以不超过5 辆为宜。

3.2 Lb 型车选择建议

尽管我国已经具备生产具有自主知识产权的国产化直线电机车辆，但国内采用直线电机车辆的线路仍然较少，考虑到其运营维护成本较高的劣势，从技术推广性上并无优势，目前相关城市也并无续建计划，不建议作为轻轨系统的主选车型。

3.3 C 型车选择建议

传统C 型车与地铁B 型车类似，同等工程条件下运能、造价都相差不大，这也导致先期建设地铁的城市宁愿付出较高代价去选择技术更为成熟、运能等级更高的、市场化程度更强的B型车，造成传统C 型车并未推广开来，在当前车辆产品竞争激烈、产能饱和的条件下，也不建议作为主选车型。

C 型铰接车目前主要应用于半独立路权的城市有轨电车，应用范围广泛，运营管理简单、成本较低，不失为一种好的选择。C 型铰接车同样也可以采用独立路权，以长春8 号线为例，采用全高架敷设形式，设站12 座，全长13.3km，投资约52 亿元，约合4.0 亿元/km。系统采用6 节C 型铰接车，单列车载客622 人，按30 对/h 核算单向输送能力可达1.8 万人/h。

3.4 跨座式单轨选择建议

自从重庆市2005 年开通首条单轨线路以来，单轨交通以其占地少、污染小、工期短的优势也陆续吸引若干城市继续选择这一系统型式，如柳州、芜湖等。此外，除传统长客生产的单轨车辆外，也有新的厂商开始生产单轨成套设备，如浦镇庞巴迪单轨、深圳比亚迪云轨。可见单轨交通仍然具备较强的生命力，对于部分条件合适的城市，仍不失为一种好的选择。

3.5 中低速磁浮选择建议

自2016 年长沙开通首条中低速磁浮线路以来，磁浮以其环保、技术创新等优势迅速吸引了一批城轨线路、旅游专线等作为系统选型。目前开通的项目有北京磁浮S1 线、在建的清远磁浮旅游专线。对于特定功能线路，如机场线、旅游专线，中低速磁浮有一定的选择价值。

4 结论

随着《意见》的出台，可预见将有不少符合条件的城市转向轻轨的规划建设。根据各城市公布的《2018 年国民经济和社会发展统计公报》，截止目前，满足轻轨修建条件而尚未进行建设的城市仍有三十余个，轻轨交通作为该类城市缓解交通拥堵、改善城市面貌、提升市民幸福感和获得感的有效交通方式，尽早纳入规划及建设。

在城市轨道交通规划及建设中，车辆选型是一项重中之重的工作，所应考虑的因素涉及技术、经济、社会、政策、环境等多方面影响，本文选择其中几个方面对B 型车、C 型车、Lb 型车、中低速磁浮、跨座式单轨等几种常见车型进行了分析和比选，难免有失全面，各城市当因地制宜地选择最为合适的发展型式。