APM膠輪車與跨座式單軌的綜合對(duì)比分析

李桂安 劉亞寧 劉家棟 張卓杰 李梁

摘? ?要：APM膠輪車和跨座式單軌均屬于中小運(yùn)量的軌道交通運(yùn)輸方式。作為骨干交通線網(wǎng)的補(bǔ)充和協(xié)調(diào)，二者的性能有諸多相似性。但作為兩種新型軌道交通運(yùn)輸方式，又可被應(yīng)用在不同的環(huán)境中，文章從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、環(huán)保性、安全性等方面對(duì)二者進(jìn)行綜合對(duì)比分析，為城市中小運(yùn)量軌道交通車輛選型提供參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)旅客捷運(yùn);膠輪車;跨座式;單軌;中小運(yùn)量;對(duì)比分析

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展，許多大城市的骨干線網(wǎng)基本形成，逐步轉(zhuǎn)向中低運(yùn)量的補(bǔ)充線建設(shè)。同時(shí)，中小城市和特大城市的衛(wèi)星城對(duì)軌道交通的需求日益增強(qiáng)。而自動(dòng)旅客捷運(yùn)（Automated People Mover，APM）系統(tǒng)膠輪車和跨座式單軌由于能滿足中小運(yùn)量的需求而日益受到關(guān)注和重視。本研究就兩種軌道交通制式進(jìn)行綜合對(duì)比分析，為城市軌道交通制式的選擇提供參考。

1? ? 兩種交通制式的定義、特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1? APM膠輪車

APM膠輪車也被稱為自動(dòng)導(dǎo)軌快捷運(yùn)輸系統(tǒng)，通常為在范圍較小的地區(qū)運(yùn)行的中、低運(yùn)量軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，例如，在機(jī)場(chǎng)、城市商業(yè)區(qū)或主題公園中使用。最大的特點(diǎn)是采用無(wú)人駕駛、電力驅(qū)動(dòng)、橡膠輪胎，由導(dǎo)向軌道引導(dǎo)，在水泥路面上行駛，如圖1所示。目前，國(guó)內(nèi)采用APM車輛制式的線路有北京機(jī)場(chǎng)接駁線、廣州APM線、上海8號(hào)線3期。

1.2? 跨座式單軌

跨座式單軌交通是車輛采用橡膠輪胎，跨行于梁軌合一的軌道梁上的一種公共交通系統(tǒng)。車輛除走行輪外，在轉(zhuǎn)向架兩側(cè)尚有導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪，夾行于軌道梁兩側(cè)，保證車輛沿軌道安全、平穩(wěn)行駛。跨座式單軌在美國(guó)、日本、俄羅斯、新加坡等地得到廣泛運(yùn)用，中國(guó)重慶相繼建成了軌道交通2號(hào)線、3號(hào)線，運(yùn)營(yíng)良好。

2? ? 兩種軌道交通方式的綜合比較

2.1? 經(jīng)濟(jì)性

2.1.1? 線路建設(shè)成本

APM膠輪車輛線路建設(shè)多采用地面線和高架線形式，采用中央導(dǎo)向軌道、混凝土走行面路基、簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)岔系統(tǒng)等[1]。另外，由于車輛的轉(zhuǎn)彎半徑小，線路適應(yīng)能力好，能夠減少線路的拆遷工程等，使得線路的工程建設(shè)成本相對(duì)較低。以上海8號(hào)線三期工程為例，線路全長(zhǎng)6.66 km，工程建設(shè)費(fèi)約11億元[2]，每公里造價(jià)約為1.7億元每千米。

跨座式單軌一般采用高架敷設(shè)方式，梁軌合一，軌道梁結(jié)構(gòu)及道岔系統(tǒng)較復(fù)雜，工程建設(shè)成本稍高。以重慶項(xiàng)目為例，二號(hào)線約2.65億元每千米（含2.5 km地下區(qū)間）。

2.1.2? 建設(shè)周期

APM路軌交通系統(tǒng)的建設(shè)周期較短。根據(jù)西門子多個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，土建工程的建設(shè)周期約為1.5年，如果外加機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)，全部完成所需時(shí)間約為2年。

跨座式單軌全線使用高架，但由于軌道梁可提前在制梁場(chǎng)預(yù)制，跨座式單軌的線路建設(shè)周期一般約為2年，如果外加機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)則需2.5年。

2.1.3? 車輛檢修維護(hù)

APM膠輪車和跨座式單軌車輛都采用橡膠輪胎，在整個(gè)使用壽命周期內(nèi)，車輛的主要維護(hù)成本為車輪的更換。走行輪若采用進(jìn)口的，約10 000元/個(gè)，使用壽命約為1年半。導(dǎo)向輪采購(gòu)價(jià)約為4 000元/個(gè)，使用壽命約為6年[3]。以上海8號(hào)線三期與重慶2號(hào)線4編組車為例，輪胎數(shù)量及全壽命周期成本統(tǒng)計(jì)如表1所示。

同時(shí)，單軌車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)造復(fù)雜，輪胎種類多，換輪過(guò)程相對(duì)困難、復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng)。

2.2? 車輛技術(shù)特性

2.2.1? 線路適應(yīng)能力

APM膠輪車和跨座式單軌車輛均采用膠輪路軌系統(tǒng)，噪聲小，不影響沿線居民。都可采用高架線路，APM還可以采用地面線甚至地下線。

APM轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)，APM膠輪車的線路曲線半徑為30 m，在某些情況下可降至17 m，最大坡度可達(dá)120‰，跨座式單軌最大坡度為60‰，最小曲線半徑為46 m。相比較而言，APM膠輪車線路適應(yīng)能力更好。

2.2.2? 車輛運(yùn)能

目前，國(guó)內(nèi)已成熟運(yùn)營(yíng)的兩種交通制式的主要參數(shù)如表2所示，以上海8號(hào)線三期APM膠輪車及重慶2號(hào)線跨座座式單軌為例。APM膠輪車的車體尺寸比跨座式單軌小，所以在相同編組的情況下，APM膠輪車的載客量比跨座式單軌小。

根據(jù)表2的載客能力，分析兩種車型在相同發(fā)車間隔的情況下的單向運(yùn)能，如表3所示。

可見，由于AW3載客量不同，APM膠輪車載客量略低于跨座式單軌。

2.2.3? 車輛編組靈活性

西門子APM膠輪車，車輛采用模塊化結(jié)構(gòu)，可任意編組，能滿足各種客流量的需求，APM膠輪車能單節(jié)運(yùn)行，也能幾節(jié)車連掛運(yùn)行。另外，龐巴迪APM膠輪車也有固定編組的形式。

跨座式單軌一般為固定編組，實(shí)際運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目中以4節(jié)、6節(jié)或8節(jié)編組居多。

APM較跨座式單軌車輛編組更為靈活，能夠滿足各種客流情況和站臺(tái)長(zhǎng)度的要求，做到資源的最大化利用。

2.3? 環(huán)保性

2.3.1? 車輛噪聲

根據(jù)GB/T14892的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及噪聲限值的要求，當(dāng)列車以60 km/h的速度運(yùn)行時(shí)，車外離軌道中心7.5 m、離道軌面高1.5 m處的噪聲：APM膠輪車為76 dB（A），跨座式單軌為73.8 dB（A）。可見，由于兩種車型都采用橡膠輪胎，噪聲水平相比地鐵車輛都優(yōu)。跨坐式單軌輪胎被轉(zhuǎn)向架兩側(cè)的裙板所遮擋，部分噪聲在反射過(guò)程中產(chǎn)生衰減，輻射噪聲有所降低，因此，跨座式單軌噪聲表現(xiàn)更優(yōu)[4]。

2.3.2? 固廢污染

兩種制式車輛都使用橡膠輪胎，橡膠輪胎在紫外線的照射下容易老化。目前，國(guó)內(nèi)廢棄輪胎回收制度不完善，大量廢棄的輪胎暫時(shí)只能作為一般廢品處理，對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定影響。同時(shí)，橡膠輪胎在運(yùn)行過(guò)程中磨損嚴(yán)重，產(chǎn)生的粉塵也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，給市民的健康帶來(lái)影響。由于跨座式單軌車輛本身的運(yùn)行機(jī)制，轉(zhuǎn)向架布置在過(guò)度狹小的空間，導(dǎo)致橡膠輪胎在運(yùn)行過(guò)程中的磨損比AMP膠輪車更嚴(yán)重。

2.4? 安全性

2.4.1? 安全性與可靠性

膠輪APM的軌道系統(tǒng)主要由走行面、導(dǎo)向軌、軌道道岔和車檔組成，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性高。

跨座式單軌轉(zhuǎn)向架要求在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)行走、導(dǎo)向、取電等功能，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低。使用的轉(zhuǎn)轍器令車輛有短暫懸空，有出軌的可能。

2.4.2? 乘客疏散與救援

APM膠輪車可通過(guò)車輛前端逃生門疏散或側(cè)向客室門疏散，疏散前信號(hào)系統(tǒng)將自動(dòng)切斷相關(guān)區(qū)域牽引供電，采用混凝土走行表面，便于乘客行走。

跨座式單軌是高架運(yùn)行，疏散方式有以下幾種：

（1）通過(guò)疏散通道，將故障車的乘客疏散到對(duì)面線路的救援車上。

（2）疏散到沿軌道敷設(shè)的疏散通道上。

（3）通過(guò)前端逃生門，將故障車的乘客疏散到救援車。

（4）通過(guò)地面消防云梯或車輛上的疏散袋，將故障車的乘客疏散到地面。

2.5? 對(duì)比小結(jié)

APM膠輪車與跨座式單軌對(duì)比如表4所示。

3? ? 選型建議

AMP膠輪車與跨座式單軌均屬于中低運(yùn)量的軌道交通制式，相比于地鐵，都有爬坡能力好、噪聲低、工程造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。但從綜合對(duì)比分析可知，AMP膠輪車的載客量相對(duì)較小，編組也更靈活，轉(zhuǎn)彎半徑更小、爬坡能力更優(yōu)，其更適合在較小范圍內(nèi)作為主干線的補(bǔ)充線，發(fā)揮末端收集、接駁乘客、服務(wù)社區(qū)或園區(qū)的功能。而跨座式單軌適合在我國(guó)的中等規(guī)模城市鋪設(shè)軌道干線，在大城市和特大城市建設(shè)非骨干線路，充分發(fā)揮其中等運(yùn)量、線路適應(yīng)性和景觀效果好的優(yōu)點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]高金港，張麗.自動(dòng)旅客捷運(yùn)系統(tǒng)APM300試驗(yàn)線設(shè)計(jì)與研究[J].工程實(shí)踐，2018（8）：64-67.

[2]朱蓓玲.從上海軌道交通8號(hào)線三期工程車輛選型看膠輪路軌APM系統(tǒng)應(yīng)用[J].地下工程與隧道，2016（4）：25-31.

[3]劉亞寧，李梁，劉家棟.中低速磁浮列車與跨坐式單軌車輛的綜合比選[J].地下工程與隧道，2016（9）：29-30.

[4]李文超.跨座式單軌的環(huán)境影響及適用性分析[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2018（3）：121-124，162.

Comprehensive comparative analysis of APM rubber wheel car and trans-seat monorail

Li Guian， Liu Yaning， Liu Jiadong， Zhang Zhuojie， Li Liang

（CRRC Zhuzhou Locomotive Co.， Ltd.， Zhuzhou 412001， China）

Abstract：APM rubber wheel car and trans-seat monorail all belong to medium and small capacity of rail transportation. As the backbone of the communication network of complementary and harmonious， the performance of the two have many similarities， but as two kinds of new rail transport ways and can be applied in different environment. This article has carried on the comprehensive comparison and analysis from the aspects such as economy， technical， environmental protection， safety， to provide reference for the selection of small and medium-sized urban mass transit vehicles.

Key words：automated people mover; rubber wheel vehicle; straddle; monorail; medium and small volume; comparative analysis