中小運量城市軌道交通車輛選型分析

王亞麗

(中鐵上海設計院集團有限公司，200070，上海//高級工程師)

隨著我國社會經濟的快速發展，城市交通狀況日益惡化。2012年，政府提出“城市要優先發展公共交通”的戰略方針，指明了大力發展公共交通系統是解決城市交通困境的有效方法，城市軌道交通以其快速、準點、安全、無污染等優點在中國各大城市得到快速發展。從最初僅北上廣3個城市，到目前30多個城市，我國城市軌道交通發展呈現出線路增多、客流增多、服務水平增高、在建線路規模增大等特點。而目前我國城市軌道交通的發展主要集中在各直轄市和省會城市，且大多為地鐵制式。隨著城市軌道交通從大城市逐步向中小城市及周邊城鎮拓展，地鐵系統的優勢不能完全發揮，加上其巨大的投資和較長的施工周期，將出現運量浪費大、投資運量比不合理等突出問題。必須因地制宜，按照不同的交通需求提出與之適應的運輸模式，彌補城市軌道交通系統中大運量地鐵系統單一制式的不足。因此,中小運量軌道交通作為一種介于公共汽車與大運量地鐵系統之間的運輸系統應運而生。

1 中小運量城市軌道交通系統的發展現狀

1. 1 城市軌道交通系統制式的多元化

國內外城市軌道交通的技術裝備水平及建設、運營、管理水平都處于不斷提高的階段，從根本上使得軌道交通建設發展越來越快。人們對軌道交通制式的理解也越來越廣泛，國家管理部門已經意識到當前我國城市軌道交通領域建設的制式單一問題。從世界軌道交通發達國家的經驗來看，一般情況下地鐵制式占城市軌道交通的30%左右，而我國目前達到了75%左右，相對偏高。因此,城市軌道交通制式呈多元化協調發展已成為必然趨勢。

1. 2 發展中小運量城市軌道交通系統的必要性

與大運量地鐵系統相比，中小運量軌道交通系統總體上施工周期有所縮短，投資有所降低，環境適應性有所增強。我國在面對存在的嚴峻交通問題時，意識到大多數大城市公共交通系統層次結構中，大運量、低線網密度的軌道交通模式和低運量公共汽車之間出現脫節現象。在借鑒國外成功經驗的基礎上，我國積極探索發展符合中國國情的中小運量軌道交通，漸漸用于大城市軌道交通系統的加密線和接駁線。另一方面，我國中小城市的規模越來越大，經濟水平越來越高，私家車擁有率快速上升，同樣開始出現城區高峰期交通堵塞現象和停車矛盾問題。相對大運量軌道交通系統和低運量常規公共汽車，中小運量軌道交通系統以其中低運量、布設靈活、經濟合理、建設周期短的優勢承擔中小城市的公共交通客流運輸任務，并引導城鎮化以及提升城市發展形象。因此，根據中小運量軌道交通系統車輛的適用性特點，理性化選擇車輛，并且落實在各城市軌道交通項目中，對實現我國建設“低耗資、高效益”資源節約型多層次城市軌道交通線網的目標具有重要意義。

2 中小運量城市軌道交通車輛的特點

中小運量軌道交通系統通常包括輕軌、單軌、現代有軌電車、磁浮和自動導向軌道等。輕軌作為中小運量軌道交通系統，敷設方式多為地面或高架，工期與大運量地鐵相差不大，但投資較大，近年來在國內外發展較為緩慢。高速磁浮系統造價昂貴，國產化程度低，而且應用經驗不足，發展前景也不明朗。其余可供考慮的中小運量軌道交通系統制式包括現代有軌電車、單軌、中低速磁浮、膠輪地鐵等。

2. 1 現代有軌電車

傳統有軌電車曾經為各國城市機動化的公交出行做出巨大貢獻。現代有軌電車建立在傳統有軌電車技術的基礎上，采用新型低地板車輛，其編組較為靈活，可采用接觸網供電、第三軌供電、車載超級電容供電等多種模式，具有轉彎半徑小、爬坡能力強、線路布置靈活、車站結構簡單、工期短(1～2年)等特點，適合于地面敷設，目前主要運用在一些客流量中等偏少的中小城市或城市的新區、郊區。

現代有軌電車在歐洲運營規模較大，近年來在國內發展較為迅速，目前已有10個城市開通運營，還有諸如沈陽、南京、廣州、淮安、蘇州及珠海等多個城市正在建設。

另外，新能源現代有軌電車目前正向氫燃料、蓄電池、超級電容等儲能設備方向發展。

2. 2 單軌

2. 2. 1 跨坐式單軌

跨坐式單軌列車由單根軌道梁支承、穩定和導向，車輛跨坐在軌道梁上運行，且重心位于軌道梁上方。轉向架走行輪由橡膠輪胎取代傳統鐵道車輛的鋼制車輪，且由4個導向輪從側面抱住軌道梁，實現車輛車輪踏面斜度的自動對中導向作用。跨坐式單軌能有效利用城市道路綠化隔離帶空間，具有占地少、運能中等、投資適中、工期較短(2～3年)、轉彎半徑小、爬坡能力強及噪聲低等特點；適用于客運量中等、地形較為復雜(高差較大)的城市和地區，也可作為觀光旅游線，宜采用高架線。

跨坐式單軌在日本應用較多。目前，國內已運營的重慶軌道交通2、3號線均采用該系統，同時蕪湖、安陽、濟寧、桂林、蚌埠、銀川、深圳等多個城市也都在建設跨坐式單軌系統。

2. 2. 2 懸掛式單軌

懸掛式單軌車輛懸掛于箱形軌道梁下，因轉向架上裝有走行輪和導向輪，在列車運行過程中，走行輪和導向輪始終在箱形梁內部，因此充分保障了系統的運營安全，同時車輛運行于高架線路上，不會對地面交通帶來壓力。懸掛式單軌采用高架敷設方式，具有運能較小、投資小、速度較低、轉彎半徑小、爬坡能力強、占地少、噪音低、施工簡單、工期短(2～3年)等特點，適用于客運量較低、地形較為復雜的城市和地區，也可運用于觀光旅游線路。

懸掛式單軌在國內應用較少，國外則有德國伍珀塔爾和多特蒙德以及日本千葉等城市采用了該系統。目前，在成都市雙流區、中車青島四方機車車輛股份有限公司各建有一條試驗線(見圖1)，陜西渭南、貴州安順亦擬采用該系統。

圖1 青島懸掛式單軌試驗線

2. 3 中低速磁浮

中低速磁懸浮列車利用電磁力抵消地球引力，并通過常導磁吸式進行懸浮和導向，采用車載一次控制的直線感應電機驅動，使列車懸浮在軌道上運行，車體與軌道之間保持一定的間隙，通常該懸浮間隙約為10 mm。中低速磁浮交通是一種低噪聲無碳交通，是未來城市交通發展的重要方向之一，具有運能中等、速度較快、投資適中、轉彎半徑小、爬坡能力強、噪聲低、占地少、適應性較好等特點，適合于郊區高架線或旅游線路。

中低速磁浮技術在日本發展較為成熟，日本愛知縣的東部丘陵線就采用了該技術；國內長沙磁浮快線(長18.6 km)采用100 km/h中低速磁懸浮系統，該系統國產化技術較成熟、適應性較好，具有較好的發展前景。

2. 4 膠輪地鐵

膠輪地鐵車輛是由旋轉電機牽引、膠輪和混凝土軌道支承、專用導向裝置導向的軌道交通車輛，主要有兩種類型:一種為以法國巴黎膠輪地鐵為代表的采用兩側導向同時保留鋼輪軌走行系統的膠輪地鐵；另一種為日本札幌采用的中央導向和純膠輪走行系統的膠輪地鐵。前者是在傳統的鋼輪鋼軌地鐵的基礎上增設膠輪走行系統，在正常運行狀態下使用膠輪走行系統，鋼輪鋼軌只作為安全備用裝置，僅在膠輪出現泄氣或爆裂故障時，以及列車通過道岔區段若側面導向軌出現中斷時使用。后者采用純膠輪的走行系統，行駛在混凝土等材質的帶形平板軌道上，道床中央設倒T型(早期采用工型)鋼質導向軌，列車水平導向輪夾行于導向軌兩側，實現導向行駛。這種膠輪地鐵與前者效能相同，但卻完全摒棄了鋼輪鋼軌走行裝置，其裝備和構造得到大幅度簡化。

該系統具有運能中等、轉彎半徑小、爬坡能力強等特點，目前國產化程度較低，適用于城市機場專用線或城市客流相對集中的點對點運營線路，可采用地下和高架進行敷設。國內應用案例有廣州珠江新城捷運系統及上海軌道交通浦江線。

2. 5 不同系統制式車輛的主要技術參數

表1從車型、路權形式、運能、最高速度、旅行速度、編組輛數、最大坡度、最小曲線半徑和敷設方式等方面，對4種系統制式的車輛主要技術參數進行比較分析。由表1可以看出：中低速磁浮系統在運營速度上具有一定優勢;現代有軌電車敷設方式較為靈活；而單軌采用高架形式，可與城市景觀相融合；4種系統制式容許的最小曲線半徑和最大坡度都比地鐵制式要好。

表1 中低運量城市軌道交通車輛主要技術參數表

3 中小運量城市軌道交通車輛選型

3. 1 車輛選型的基本原則

中小運量城市軌道交通車輛選型，應根據線路的功能定位和特點，從系統運能、線路條件、車輛適用性、技術先進性、工程投資，運營成本、資源共享、國產化率、服務水平、環境影響等方面進行比較和選擇。此外應結合具體情況，從適用性、經濟性、安全可靠性和社會效益等4個方面，同時兼顧乘坐舒適、技術先進、環境保護及氣候特點等因素對軌道交通系統進行評價，以滿足國產化率的要求以及輸送旅客的目標，因此車輛選型應遵循以下基本原則：

1) 車輛編組及運輸能力應滿足高峰小時的運量要求，并適當保留運能儲備。

2) 車輛應適應本地自然環境條件、線路條件和運營條件。

3) 車輛應具有技術成熟、安全可靠、外形美觀、便于使用和維修等特點，同時應兼備相應的經濟性和先進性。

4) 車輛技術應能實質性地響應國家對軌道交通機電設備國產化率的要求，同時綜合考慮國家的技術水平和當地城市的實力。

5) 車輛選型應結合軌道交通線網規劃，考慮車輛運用和檢修資源的共享，從而達到運營、管理、維修的方便性和靈活性。

6) 產生的噪聲和振動較小，對城市環境的負面影響較小。

3. 2 車輛評價指標

從適用性、經濟性、安全可靠性和社會效益4個方面對4種中低運量車輛進行評價(見表2～3)。同時需注意，在選擇車輛時應充分考慮城市自身條件，從城市的經濟實力和人民的經濟承受能力、城市的地形條件、城區布局、客流量需求、車輛適應性等方面進行綜合考量；切勿跟風以及一味追求形式上的新穎和所謂技術上的先進，而應實事求是地對城市自身條件和車輛進行綜合評價，同時各級管理者還要考慮當地的實際條件，通過專家團隊充分論證，最終確定經濟效益最好的車輛。

表2 中低運量城市軌道交通車輛適用性和經濟性評價表

表3 中低運量城市軌道交通車輛安全可靠性和社會效益評價表

4 結語

1) 我國城市軌道交通發展勢頭迅猛，但同時存在地鐵制式單一的問題。目前，城市軌道交通的發展正從大城市逐步向中小城市及周邊城鎮拓展，因此系統制式的多元化選擇正當其時。積極發展中小運量軌道交通系統，作為大城市軌道交通已建線網的補充，并在中小型城市承擔客運任務，對建設資源節約型多層次城市軌道交通線網是十分必要的。

2) 現代有軌電車、單軌、中低速磁懸浮、膠輪地鐵這4種系統制式具有運量適中、布設靈活、經濟環保、建設周期短的優勢，適用于中小運量軌道交通系統。4種系統制式的車輛在系統原理、技術構造上各有不同，使其在路權形式、運輸能力、運行速度、車輛編組、最小通過曲線半徑、最大坡度、敷設方式和檢修制度等方面有所差異。

3) 車輛的比較選型應根據線路的功能定位和特點，結合具體情況，從適用性、經濟性、安全可靠性和社會效益等4個方面進行充分論證，既要滿足客運量的輸送要求，又要滿足國產化率、安全可靠、經濟實用的要求，同時兼顧乘坐舒適、技術先進、環境保護及氣候特點等因素。