中低运量城轨交通系统分析与选型

王军贤

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

1 概述

城轨交通是指利用电力作为动力进行牵引车辆在轨道或导轨上运行的公共交通。近些年，国内城市发展迅猛，人口不断增加，城市交通拥堵与环境问题日益突出。因此，许多城市选择修建地铁、轻轨等轨道交通来缓解城市交通压力，同时减少尾气的排放量。但是由于地铁项目普遍投资高、审批相对困难，所以价格低廉且高效的单轨和有轨电车交通系统成为了中小型城市的新宠。

2 单轨系统

2.1 单轨系统的技术特征

单轨系统是指轨道车辆在仅有一个支撑梁的轨道上运行的交通系统。单轨系统具有诸多优势，如爬坡能力强、转弯半径小、噪声低等，其主要通过轨道梁系统、道岔系统、车辆转向架系统这3大关键技术来实现。

生产轨道梁时，轨道梁系统具有任意调整曲线活动模板的功能，生产的轨道梁对误差、现场安装、调校工艺要求高；单轨系统采用一种多级钢箱梁结构的道岔结构，道岔梁上安装了供电和信号系统设备；转向架系统包括走行轮和导向轮两部分，走行轮承载车体重量，负责牵引、制动功能，导向轮胎沿径向方向引导车辆在轨道上行驶。

2.2 单轨系统的分类

2.2.1 跨坐式

单轨系统根据车辆与轨道的接触方式划分为跨坐式、悬挂式和中低速磁悬浮。跨坐式单轨是一种非常适合中大型城市的经济实用的交通系统，其轨道采用强度混凝土或钢制箱梁，车辆跨骑在轨道梁上运行。

目前在重庆跨坐式单轨有很多应用，使用日立技术、重载车型、载客量与地铁相差不多。因为跨坐式单轨车辆轮对具有稳定的作用，在极端大风天气下，跨坐式单轨的安全性、稳定性远远高于悬挂式单轨系统，所以跨坐式单轨系统应用更加广泛。

2.2.2 悬挂式

悬挂单轨车体悬挂在走行部下方，走行部上安装有橡胶轮胎，车辆整体悬吊在轨道下方运行，轨道为单根带形轨道梁并有支撑柱支撑。

悬挂式单轨是解决城市核心区地面空间不足的一种短途运输方式，单程高峰客流为5 000～20 000人/小时，由于其独特的悬挂式轨道结构，对地面资源的要求低、工期短，同时由于其良好的视野，可承担城市旅游的功能。

悬挂式单轨有3种类型：非对称悬挂钢轮钢轨单轨、对称悬挂实心橡胶轮胎单轨和对称悬挂充气橡胶轮胎单轨。3种类型悬挂式单轨对比如表1所示。

表1 3种类型悬挂式单轨对比Tab.1 Comparison of three types of suspended monorail

2.2.3 中低速磁悬浮

中低速磁浮交通是指线性驱动由非接触磁力提供支撑及导向的不超过120 km/h最大工作速度的新型交通工具。磁浮列车的浮起、推动和导向是根据同性相斥、异性相吸原理实现的。磁浮交通和轮轨交通的主要区别是车辆与轮轨无接触的悬浮在轨道上方，因此不存在黏着速度的极限。磁浮列车可分为常导型和超导型两类，而中低速磁浮列车属于常导型，但由于驱动原理，站间距设计不能太小，考虑到运营的经济性和效率性，站间距至少为5 km。同时，中低速磁悬浮列车与高速磁悬浮列车相比具有更大的优势，如技术要求低、成本低、爬坡能力强、转弯半径小、噪音小、节能环保。

在国外，日本的中低速磁浮系统技术的应用比较成熟，具有1.5 km的试验线和9.2 km的运营线路。在国内，先后建成了长沙、唐山、上海等磁浮试验线和北京S1示范线等中低速磁悬浮系统线路。其中，北京S1示范线是国内首条采用中低速磁悬浮技术的示范线，信号系统由中国铁路通信信号股份有限公司（简称中国通号）提供，并于2017年12月30日正式开通运营。

2.3 单轨系统在国内外运用概况

目前国际上的单轨系统基本以庞巴迪、日立为主，广泛应用于国内外，如日本奈良线、美国加州迪士尼游览线、新泽西州机场线。在国内，已经开通运营的单轨系统有重庆轨道交通2号线、沈阳轨道交通1号线、重庆轨道交通3号线一期等。

3 现代有轨电车

在20世纪90年代，法国的现代有轨电车成为人们关注的焦点。由于新技术、新工艺和人性化的设计，同时具有节能、方便、舒适、线路布置灵活和经济优势，在传统有轨电车的车辆设计、线路结构和控制等方面采用新技术，特别是全低地板有轨电车已被广泛使用，它分为钢轮钢轨有轨电车和胶轮路轨有轨电车两种类型。

3.1 现代有轨电车特点

现代有轨电车优势主要体现在经济性、高效性、便捷性、低碳性等方面，其中钢轮轨低地板有轨电车具有转弯半径小、投资低、建设速度快、运行速度高达70 km/h等优点。同时具有车辆乘降口与站台齐平的特点，方便乘客上下车，可设置极低的站台，适合在街市运行。除上述特点外，橡胶轮轨电车具有较强的爬坡能力（最大纵坡130‰）、转弯半径较小、噪声和振动较低等特点。此外，钢轮钢轨低地板有轨电车存在一些缺陷，如轮轨磨损大、噪声高等，而胶轮路轨有轨电车具有耗能高、运营扬尘大的缺点。

3.2 现代有轨电车系统的型式

现代低地板有轨电车轨面高度距车内低地板面大约300～400 mm，按照低地板面在整个车辆地板面中所占的比例，低地板分为分段式（15%～20%低地板）、中间贯通式（70%低地板）及全低地板（100%低地板）3种，全低地板是目前最常见的，因此是现代有轨电车系统的主流。

3.3 现代有轨电车系统的关键技术

全低地板有轨电车主要采用转向架车轮独立同步驱动的控制技术，即便同一车轴上的左右轮转速相同，此时独立轮对类似刚体轮对，即和刚性轮对具备相同的导向能力。由于独立车轮不存在纵向力矩，因此需要采取一些措施来提高导向能力，主要包括特殊的车轮踏面设计、使用槽轨、左右轮转动耦合、径向转向架、主动导向等技术措施。

胶轮路轨低地板有轨电车的核心部件为走行部系统，车辆的运行主要靠走行部，在走行部上设置有导向机构及走行轮，因此胶轮路轨有轨电车具有爬坡能力强劲、转弯半径小、噪声低的优势。

3.4 现代有轨电车国内外运用

目前，国外钢轮钢轨全低地板有轨电车厂商主要有西门子、阿尔斯通、庞巴迪等，在欧洲应用比较广泛。相比而言胶轮路轨低地板有轨电车比较少见，如法国劳尔公司的Translohr有轨电车系统。

在国内，低地板仍然处于发展的早期阶段，如大连、长春轨道交通采用的低地板有轨电车，动力车厢分布在两端，转向架采用传统车轮，其余车厢采用独立轮对，他们属于二代70%低地板轻轨车辆；100%低地板有轨电车典型代表是中国通号的有轨电车系统，已于2019年11月在天水市投入运营。

4 系统比较

综上所述，中低运量城轨交通系统的跨坐式单轨、悬挂式单轨以及低速磁悬浮系统和现代有轨电车系统的特点比较如表2所示。

表2 中低运量城轨交通系统特点比较Tab.2 Characteristics comparison of urban rail transit system medium and low volume

5 结论

由此可见，跨坐式单轨、悬挂式单轨、现代有轨电车系统和低速磁悬浮轨交系统，在技术特点、系统原理、关键技术和实际应用方面都存在较大差别，跨坐式单轨、中低速磁悬浮都属于中低运量的城轨交通系统制式范畴，适合作为城市内公共交通制式的选择；而中低速磁悬浮在爬坡能力、成本造价、噪声环保方面与跨坐式单轨相比有很大的优越性，同时跨坐式单轨在国内的运营经验比较丰富，具有一定的积累，所以在城市轨道交通规划和选择时应根据每个城市的实际情况按需有针对和侧重的选择交通制式。