跨座式單軌作為中等規模城市軌道交通模式的適應性分析

武 農，雷慧鋒，郭 鍇

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

0 引言

近年來，我國城市軌道交通發展迅猛，超大城市、特大城市軌道交通骨干線路基本建成，并逐漸成網，建成線路以地鐵為主，符合我國城市軌道交通發展的階段特點。根據中國城市軌道交通協會的統計資料，目前在建和未來規劃的城市軌道交通線網中，地鐵仍然占有較大比重。根據中國城市軌道交通2014年統計分析報告，目前我國城市軌道交通運營收支比占54%，普遍呈入不敷出的狀態。一些城區人口在100萬～300萬人的中等規模的城市逐漸加入到軌道交通建設隊伍中來，但這些城市的城市規模、財政實力、人口數量和客流水平難以支撐地下敷設為主的軌道交通建設，需要尋找適宜的發展道路。

中鐵二院曾于2013年編制的《新型軌道交通系統發展對策研究之一:直線電機、跨坐式單軌系統》提出:跨座式單軌系統具有經濟、環保等優點，是有應用前景的，但是跨座式單軌系統的優勢和劣勢都較為突出，系統的應用都必須基于系統的特點，在適宜的環境條件、線路條件下，揚長避短地應用。仲建華［1］提出跨座式單軌技術成熟，具有多重優勢，不僅適合重慶山水城市，在其他城市也具有十分廣闊的推廣應用前景。Peter E.Timan［2］提出跨座式單軌可作為一種替代昂貴的地下隧道工程、主流的高架線路選擇方案，為大都市提供高運量的公共交通服務。此外，文獻［3－6］對單軌的景觀、安全疏散、技術特點、優缺點及應用等問題進行了探討。文獻［7－10］對各種新型軌道交通技術特點、參數進行了分析，提出在中國部分地區具有一定的適用性。目前，也有部分人士認為跨座式單軌運營成本高、高架線路影響景觀，不宜大力推廣，對此存在學術爭議。

文章對各地城市建設以地鐵為主的態勢進行了分析，提出城市規模大、客流斷面流量大、負荷強度高的省會以上城市，以地鐵為主要交通模式是正確的，并提出未來中等規模城市交通的發展特點及下一步中小城市需要發展什么樣的軌道交通。

1 我國城市對軌道交通的需求特征分析

1.1 我國城市結構分析

城市可按地域分布、人口規模和經濟發展水平等諸多指標進行分類，其中人口規模和經濟發展實力是非常重要的指標，按照城市人口規模和地域劃分的城市人口統計見表1。

表1 中國城市人口規模分布表Table 1 Statistics of cities in China in terms of population 座

由表1可見，我國城市20萬人口以上的城市總數為284個，300萬人口以上的城市數量為19個，僅占6.69%，而100萬～300萬人口的中等規模城市107個，占總數的37.68%。我國城市規模分類見圖1。

圖1 中國城市規模分類圖Fig.1 Classification of cities in China in terms of population

由表1和圖1可見，如果以人口在100萬以上城市作為軌道交通建設需求或潛在需求的對象，其占中國城市總數的44.37%，其中100萬～300萬人的城市數量占有需求城市數量總數的近85%。

1.2 國家對軌道交通的發展政策

根據國辦發［2003］81號《國務院辦公廳關于加強城市快速軌道交通建設管理的通知》，我國城市軌道交通建設基本條件見表2。

表2 城市軌道交通建設基本條件Table 2 Basic requirements for cities in China to build rail tansit system

根據國家有關政策文件，國家將有序發展地鐵，鼓勵發展輕軌及各種新型軌道交通技術，合理選擇系統制式，實現合理滿足人民需要的結構優化。未來隨著城市化發展，100萬人口以上的城市對軌道交通需求逐漸增強，建議適當放寬輕軌建設人口條件從150萬人降低到100萬人。因此，以100萬～300萬人、具備輕軌建設條件的中等規模城市作為研究對象。

1.3 我國城市軌道交通發展現狀

截至2014年底，我國內地38個城市獲批建設城市軌道交通，已有22個城市累計開通101條城市軌道交通運營線路，總運營里程達到3 155 km［11］，其中，地鐵占77.3%，詳見圖2。國外發達國家的地鐵比例僅占30%左右，其他多種軌道交通制式并存。

圖2 各種軌道交通制式比例圖Fig.2 Proportions of different rail transit systems in China

1.4 我國城市對軌道交通的需求特征分析

1.4.1 具備建設軌道交通條件的城市數量

按照城市軌道交通建設的基本條件(人口、GDP和財政收入)進行粗略篩選，目前我國具備建設城市軌道交通的城市共有63個，其中符合修建地鐵的城市19個，符合輕軌條件的城市44個。

2020年，隨著經濟發展和人口增長，我國新增具備建設城市軌道交通條件(輕軌)的城市有16個。

1.4.2 不同等級城市的軌道交通需求特點

按照上述城市人口規模分布和軌道交通建設條件進行篩選的不同規模城市的軌道交通類型需求見圖3。

圖3 不同規模城市的軌道交通類型需求圖Fig.3 Types of rail transit systems needed in cities in China with different populations

根據對吉林、邯鄲和蕪湖等城市的軌道交通需求分析，其中心城區人口在100萬～300萬人，運量基本在1萬～3萬人/h，屬于中運量水平，適合發展輕軌。

1.4.3 中運量軌道交通未來將需要大力發展

根據對我國城市結構、國家政策和軌道交通發展階段特點等因素的分析，預計未來中運量(1萬～3萬人/h)軌道交通系統需要大力發展。根據建標104—2008《城市軌道交通工程項目建設標準》［12］，城市軌道交通分級見表3。

表3 城市軌道交通分級表［1］Table 3 Classification of rail transit system［1］

由表3可見，第Ⅲ、Ⅳ級，采用B，C，Lb和D車型屬于中運量等級。

1.4.4 投資及運營的經濟性

城市軌道交通應可持續發展，應考慮投資及運營的經濟性，軌道交通若采用地面或高架敷設方式，投資顯著小于地下敷設方式。運營成本總體上與建設成本呈正相關關系，因此在一定的運能條件下，選擇建設成本較低的系統制式，其運營成本也將相應降低。中等規模城市經濟實力無法與國內一些直轄市、省會城市和計劃單列市相比，因此應更加注重投資及運營的經濟性，大量采用地下敷設方式不可行。

1.4.5 不增加道路壓力，具有較高的運營效率和安全性

城市軌道交通需要具有較高的運營效率和安全性，考慮國內中等規模城市的經濟實力、人口規模、道路資源和交通秩序等因素，以地面為主的輕軌系統或有軌電車難以適應需求，宜采用高架形式才能保證運營效率和安全性。

1.4.6 優越的環保性能

城市環境敏感度高，因此宜選擇噪聲低、振動小、對城市工作居住環境影響小的軌道交通制式。近年來，國家環保政策越來越嚴格，國家環保總局頒布了一系列政策規定，對城市軌道交通的環保性能要求越來越高，因此應將環保性能作為選擇的重要考慮因素。

1.4.7 對城市空間景觀影響小

高架線路不可避免會對城市空間景觀造成或多或少的影響，因此應在可選制式中選擇一種對城市空間景觀影響最小的系統制式，這種制式的高架結構、車輛和車站應盡量規模小且輕盈美觀，與周邊環境應盡量協調，甚至與周邊建筑融為一體。

1.4.8 國內有較高的技術和產業基礎

除考慮技術的先進性、經濟性和環保性等因素外，選擇的軌道交通制式應能夠實現技術和裝備的國產化、自主化，促進就業、生產和出口，帶動國內相關技術和裝備產業的發展，促進經濟增長。國內有較高的技術和產業基礎也能增強市場競爭，降低工程投資，適應中等規模城市對投資更高的敏感度。

綜上，概括起來，我國城市未來除繼續有序發展地鐵外，對中運量軌道交通的需求特征要求如下:1)具備條件的城市數量多;2)更加注重投資及運營的經濟性;3)具有較高的運營效率和安全性;4)關注環保性能;5)城市空間景觀影響小;6)技術產業基礎好。

2 跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性和優點

目前，懸掛式單軌和有軌電車運能偏小，難以滿足需求。滿足要求的主要制式有:輕軌制式鋼輪鋼軌(高架B型車、C型車)、直線電機、膠輪導軌、跨座式單軌和中低速磁浮共5種類型。下面著重對滿足我國未來軌道交通需求特征的這5種類型進行對比分析。

2.1 滿足中運量需求

跨座式單軌系統運能最大為3萬人/h左右，能滿足中運量需求。

2.2 投資及運營的經濟性

跨座式單軌投資指標在2億～3億元/km，與輕軌制式鋼輪鋼軌(高架B型車、C型車)、直線電機和膠輪導軌相比，具有良好的投資經濟性。由于其建設成本低，運營成本及總成本相應較低，具有良好的運營經濟性。

2.3 不增加道路壓力，具有較高的運營效率和安全性

可采用高架線路，不增加既有道路壓力，采用先進的控制系統，具有較高的運營效率和安全性。

2.4 優越的環保性能

跨座式單軌、膠輪導軌采用橡膠輪胎，相比于其他軌道交通制式，如輕軌制式鋼輪鋼軌(高架B型車、C型車)、直線電機等，噪聲振動低，具有良好的環保性能，更能適應城市中復雜苛刻的環境條件。重慶單軌的實景照片見圖4。

圖4 跨座式單軌環保性能優越照片Fig.4 Pictures of environment-friendly straddle monorail system

2.5 對城市空間景觀影響小

在各種軌道交通制式中，跨座式單軌的橋梁結構簡單、造型輕盈，對城市空間景觀影響最小。同時由于其優越的環保性能，甚至可以將車站與商業民用建筑結合物業開發融為一體。跨座式單軌與其他軌道交通高架橋梁結構對比見圖5。

圖5 不同軌道交通制式橋梁結構對比照片Fig.5 Bridges for different rail transit systems

國外許多城市將跨座式單軌應用于景觀要求高的繁華商業區和風景區，如:拉斯維加斯、迪拜棕櫚島、日本沖繩、美國迪斯尼、日本迪斯尼和新加坡圣淘沙等。國外部分著名景區還在規劃建設跨座式單軌。

2.6 國內有較高的技術和產業基礎

結合重慶2條線路的實施，跨座式單軌在國內成功運用并建立了完整的產業鏈，有比較完善的產業基礎。自2012年以來，為了更好地推進單軌交通的發展，特別是契合中等城市軌道交通發展需求，中鐵咨詢完成了多項科研課題，與國外主流跨座式單軌系統供應商合作，推進輕型單軌技術的國產化和自主化，并與國內多家軌道交通設備制造龍頭企業合作，開展了輕型單軌的軌道梁、道岔和車輛等關鍵裝備的合作技術研究和試制，并將隨著建設推廣進一步完善產業鏈。

各種輕軌系統的綜合對比見表4。

表4 各種輕軌系統比較表Table 4 Comparison and contrast among different light rail systems

由表4可見，從地形適應性、橋梁承載效率、投資、工期、占地、環保、景觀和技術產業基礎等方面綜合對比，跨座式單軌綜合優勢比較突出。

3 促進跨座式單軌健康發展的建議

1)加強對跨座式單軌的政策引導。跨座式單軌具有諸多突出優勢，應在其適應范圍內大力倡導推廣，建議政府主管部門制定相應政策法規，鼓勵、引導和規范城市，特別是中等規模城市應量力而行，發展適合自身需求的、經濟實用高效的軌道交通制式。

2)完善跨座式單軌標準體系。基于重慶的跨座式單軌交通工程，國內已建立一套跨座式單軌的規范標準，建議結合其他單軌技術的引進及國產化，對原相關規范標準進行補充、調整和完善，從而更好地指導跨座式單軌的推廣和建設。

4 結論與體會

經過上述分析，跨座式單軌能滿足中運量需求，投資低、工期短、具有良好的經濟性;噪聲低、振動小、景觀效果好，具有良好的環境適應性;具有較高的技術和產業發展基礎;還具有爬坡大、轉彎半徑小、地形適應能力強和占地少等優點，適合作為中等規模城市輕軌(中運量系統)的主導模式。

文章從我國城市結構、軌道交通發展階段特點、不同制式對需求特征的滿足等方面，定性加定量說明論證了跨座式單軌應具有更廣闊的應用前景，希望為促進城市軌道交通的可持續發展提出良好建議。

目前，對于跨座式單軌的適應性國內還有不少學術爭議，下一步需選取典型項目進行不同系統制式的技術標準、工程方案、投資估算、運營成本和經濟效益等方面的全方位、全生命周期的綜合比較，用科學、客觀、公正、可信的數據進行論證。同時需加強對新型單軌技術的國產化、自主化和技術創新研究。

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