武汉光谷空轨旅游线创新技术应用

文：陈玉江，周小华丨武汉光谷交通建设有限公司

王洪刚丨中铁第四勘察设计院集团有限公司

悬挂式单轨在我国城市轨道交通尚属新系统，具有占地少、交通环境影响低、建造快、绿色节能、景观效果好等优点。武汉光谷空轨旅游线即采用悬挂式单轨车辆，目前已进入试运行阶段，预计将于2023年下半年通车试运营，将成为国内首条商业运营的悬挂式单轨项目。在项目设计建造过程中，积极开展多项创新技术研究工作，形成一系列创新技术应用成果，可为后续类似的项目提供参考。

近年来，悬挂式单轨系统作为大城市轨道交通接驳线、中小城市轨道交通骨干线及旅游景区的旅游专线，以其占地少、交通环境影响低、建造快、绿色节能、景观效果好等优点备受青睐，国内多省市有意向发展悬挂式单轨制式，其后续有望成为新型城轨交通重点发展方向之一。

一、悬挂式单轨制式概况

悬挂式单轨也称空轨，是一种车体悬挂于轨道梁下方的中低运能城市轨道交通系统，其颠覆了传统轨道交通中车辆与桥梁结构的位置之间相互关系，形成了轨道在上、车辆在下的结构形式。悬挂式单轨车辆目前主要为对称悬挂胶轮型（SAFEGE型），橡胶走行轮行驶于钢制轨道梁内部，系统结构呈现对称特点（图1）。

图1 悬挂式单轨车辆与轨道的结构关系

悬挂式单轨起源于1901年的德国，目前主要在日本和德国得到应用和推广，悬挂式单轨在德国和日本的功能定位、使用环境存在较大的差异。其中德国主要用于校园内部线路和枢纽间的联络线，而日本则主要承担城市公共客运交通功能，均属于中低运能范畴，其主要的线路情况见表1。

表1 悬挂式单轨系统线路一览表

国内对于悬挂式单轨的研究起于20世纪90年代；2010年以来，我国众多单位在各自领域内开展了悬挂式单轨相关技术的研究工作，在充分消化、吸收国外先进技术和经验的基础上，结合我国现有企业的技术改造，并从现实的国情出发加以运用和创新，初步形成了适用于中国发展特色的悬挂式单轨技术和产品。近年来全国多地开展了悬挂式单轨交通线路的规划研究工作，总体来看前期规划研究居多，但实际落地项目有限，截止目前尚无通车商业运营线路。据了解，国内有四家车辆厂在设计、制造悬挂式单轨，主要包括中车系各车辆厂以及中铁科工集团有限公司。

悬挂式单轨制式特点：

一是安全可靠，适应能力强。转向架和运行轨道置于箱形轨道梁内，不易脱轨、安全可靠。采用橡胶轮胎，运行噪音低，环境适应性好。

二是桥梁截面尺寸小，占地少。桥梁截面尺寸小，桥墩宽约1.5 米，可在狭窄的道路面上“立足”，最大程度利用现有空间和道路资源。

三是施工方便，环境影响小。桥梁体量小，预制轨道梁现场吊装，施工围挡少，施工期间对周边环境的影响相对较小。

四是投资节省，建设周期短。悬挂式单轨直接工程费用约2 亿元/公里。建设周期约1年至2年。

五是极端条件适应性好。悬挂式单轨制式的平纵条件适应性好，最小曲线半径30 米，最大坡度6%-8%。转向架、轨道和供电系统等均集成于箱形轨道梁内，系统运行不受雨雪、冰冻等极端天气影响。

六是车辆通透美观，乘坐舒适度高，打造美丽风景线。悬挂式单轨列车伴沿途风景，可与自然景观相得益彰。采用大玻璃车窗设计，乘坐环境变得敞亮舒适，凭高欣赏高空景色，成为一道美丽的风景线。

二、武汉光谷空轨旅游线项目概况

武汉东湖新技术开发区（简称光谷）是我国首批国家级高新区，光谷于2019年提出了围绕“一芯驱动”战略，打造南北向生态大走廊与东西向科创大走廊交汇的世界级黄金“十字轴”，光谷生态大走廊旅游配套设施——旅游专线一期项目（简称光谷空轨旅游线）作为重要旅游配套设施沿南北向生态大走廊布设，串联了生态大走廊内山、水、文化区等特色区域，为景区引导客流，同时可打造为城市上空流动的风景线。

武汉光谷空轨旅游线一期工程起于光谷四路森林动物园附近，经由光谷四路、豹子溪公园、综保区、止于龙泉山，串连了九峰山风景区、豹子溪国际商务区、综保区、龙泉山风景区，其走向示意图如图2 所示。线路全长约10.5 公里，设站6 座，全线高架敷设，平均站间距1983 米，选用悬挂式单轨车辆，速度目标值60 公里/小时，初、近期采用2 辆编组，远期采用3 辆编组，采取分散供电，设车辆基地1 座。

图2 武汉光谷空轨旅游线一期线路示意图

武汉光谷空轨旅游线位于生态大走廊内，是生态大走廊旅游配套基础设施之一，沿线旅游资源丰富，两端尤为集中，功能定位为旅游休闲线路；光谷空轨与慢行绿道一起构筑起生态大走廊内的立体交通，与生态景观、观光结合紧密，串联花山、九峰山、豹子溪、龙泉山、牛山湖景观，支撑打造光谷生态大走廊，为建设国际化创新光谷、现代化富强光谷、生态化美丽光谷的战略目标提供了重要的支撑。

三、武汉光谷空轨旅游线创新技术应用

武汉光谷空轨旅游线采用悬挂式单轨制式，目前国内尚无商业运营线路，缺乏相关技术积累，在项目设计建造过程中，充分开展多项技术创新研究，并积极将新兴技术与本项目相融合，力争将本项目打造成精品工程、示范工程、创新工程。武汉光谷空轨旅游线所采用的创新技术应用主要有以下几点：

一是全自动运行无人驾驶技术。信号系统按照全自动运行GOA3 等级设计，自动实现列车在正线无需人工干预的载客运行，相对于传统列控方式，可以增加10%运能和节约15%至20%能耗。

二是超融合大数据云平台技术。通信、售检票、综合调度指挥等弱电系统采用云平台架构统一承载。在保证了业务系统的可靠性前提下，可动态调配IT 基础设施资源，节约能源，有助于企业数字化转型和悬挂式空轨智慧业务部署及演进。

三是多元化出行智慧安检技术。安检票检系统利用人脸识别、分级安检、无感支付等多种方式，提高售检票、安检、乘车智能化水平。其中，智慧安检门模块设置在自动检票机的前端，可识别乘客携带的正常金属物品与违禁金属物品，误识率低于5%，智慧安检门安装有一组人脸摄像机，安检门通过人脸识别对乘客身份进行判别。

四是空气弹簧等系统减振技术。武汉光谷空轨旅游线采用三级减振系统，有效降低垂向方向的振动，提高空轨车辆的平稳性和舒适性。车辆采用充气橡胶轮胎降低轮轨冲击，采用人字橡胶簧降低振动传递给构架，采用空气弹簧及垂向减振器实现减振，避免高频振动的传输。

五是高效节能永磁电机牵引技术。永磁电机具有效率高、能耗低、重量轻、噪音小、结构简单等优点，可取代传统异步电机，是下一代列车牵引系统的发展方向。武汉光谷空轨旅游线采用了世界上最先进的永磁牵引电机技术，有效降低了整车重量，减少了列车牵引能耗。

六是绿色环保生态节能技术。车辆应用高挤压性能的轻量化铝合金材料及轻量化隔音隔热材料（成熟应用于高铁、动车等车型），有效实现车体轻量化；同时设置飞轮储能装置，实现制动能量的再生和利用，达到了节能减排与稳压平顺兼顾的效果，全线配备8台飞轮储能装置，可实现牵引能耗节约15%。

七是车辆动力学桥梁工程学等多学科车桥耦合技术。车桥耦合技术对保障桥梁动力性能和行驶车辆的舒适性、安全性具有重要意义。武汉光谷空轨旅游线基于车辆动力学参数及车辆各阶模态，开展悬挂式单轨轨道梁桥和车辆特性的车桥耦合动力仿真分析，根据仿真结果，车辆平稳性及舒适性达到优级（≤2.5）要求。

八是建筑装配式技术。全线采用装配式结构，车站均为桥建分离装配式钢框架结构，桥墩、轨道梁均采为工厂预制、现场拼装，加工、制造及安装过程安全、精准、绿色环保、噪音小、对周边环境破坏小。

九是全过程BIM 技术。武汉光谷空轨旅游线采用数字化设计，通过BIM 建模实现项目的“可视化”与“透明化”，最大限度辅助优化设计，实现了“降本增效”的效果。同时利用BIM 技术建立3D 模型，在施工方案和交底中大量应用BIM 模型和可视动画，直观表达施工工序和现场实际管线走向，有效提高施工效率。

目前，武汉光谷空轨旅游线项目已进入试运行阶段，预计将于2023年下半年通车试运营。在项目设计建造过程中，积极开展多项创新技术研究，力争将本项目打造成精品工程、示范工程、创新工程，引领国内悬挂式单轨领域的快速发展。

四、对悬挂式单轨系统发展的建议

悬挂式单轨系统可广泛应用于大城市主要交通干线的支线，客流量适中、经济能力有限的中小型城市，客流密集的循环路线（如机场环线），地形复杂的山地城市以及旅游景点等。针对悬挂式单轨系统的发展建议如下：

一是针对不同项目，悬挂式单轨功能定位存在城市交通线或旅游景区旅游专线两种情况，其对项目设计理念、技术标准等方面存在较大影响，建议在开展项目研究时尽早确定项目功能定位，并以此为基础开展后续工作研究。

二是在开展悬挂式单轨项目研究时，建议充分考虑项目投资效益，开展降低项目造价研究，并统筹考虑沿线资源开发，实现降本增效的目标，以更好地将悬挂式单轨系统进行推广应用。

三是对于大客流车站，建议设计时对车站规模与布局进行重点研究，优化客流流线，适当提升车站设计标准，同时在运营时做好突发大客流应急措施，确保引导客流有序进出站。