一種新型立體城市軌道交通系統的探索

趙 晨，寧善平，武文星

（廣東交通職業技術學院，廣東 廣州 510650）

隨著中國城市化進程的加速，道路交通擁堵日趨嚴峻，城市軌道交通系統的發展很好地緩解了這一問題，各大中型城市紛紛開始了興建地鐵和輕軌的熱潮。然而隨著2018年國務院辦公廳52號文的頒布，對城市新建地鐵和輕軌的GDP和財政收入進行了嚴格的規定，使得大部分中小型城市無法滿足要求。我國現有城軌交通制式主要有地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、APM及中低速磁懸浮等[1]。對于地鐵和輕軌其建造要求較為苛刻，而有軌電車存在共享路權問題，APM與中低速磁懸浮都是小眾化產品，技術尚不成熟，建造單軌成為了中小型城市的一種絕佳選擇。單軌分為跨坐式和懸掛式，跨坐式在重慶軌道交通已得到了成功的應用[2]，而懸掛式單軌在我國尚無使用案例。本文基于懸掛式單軌，對一種新型的立體化城市軌道交通系統進行了介紹。

1 懸掛式單軌國內外發展歷史

1901年，德國工程師浪琴發明的懸掛式單軌列車在Wuppertal開始運營，標志著懸掛式單軌系統的開端[2]。此后德國懸掛式單軌發展緩慢，直至20世紀70年代開始研究自動化懸掛式單軌，并于1975年在Dusseldorf建立了H-Bahn試驗線[2]。1984年多特蒙德大學修建了無人駕駛懸掛式單軌列車，將南北校連接在一起。1993年Dusseldorf懸掛式單軌投入運營，作為連接機場至火車站的一條線路。

1958年，日本首條懸掛式單軌在東京上野動物園開通運營，在浪琴型的基礎進行改造，采用非對稱懸掛和橡膠輪[3]。1964年日本在名古屋東山動物園建造了一條懸掛式單軌游園路線，成為了首條應用SAFEGE型單軌的國家。此后日本懸掛式單軌得到了快速的發展，相繼建成了湘南線和千葉線等單軌線路[3]。

美國和法國也開展過懸掛式單軌的研究。1956年，美國的Skyway公司在美國休斯頓建造一條懸掛式單軌測試線[3]；1960年2月，法國的雷諾等公司與法國國營鐵路和巴黎交通公司合作研制了一種新型的懸掛式單軌車并修建了測試線，然而運營幾年后由于經濟和技術上的原因宣告失敗[3]。

我國亦開展了懸掛式單軌系統技術的研究，主要代表廠商有青島四方廠、株洲機車廠以及大連機車廠，均在德國原型車的基礎上研究出了國產參數車。2016年11月，興建于陜西韓城的中國首條懸掛式單軌正式開工，該線路是一條連接各大景區的觀光旅游快速線。2017年7月20日，國內最高速懸掛式單軌列車在青島四方下線，標志著我國成為德國和日本后又一個獨立掌握懸掛式單軌技術的國家。

2 懸掛式單軌的類型和特點

根據懸掛式單軌系統的結構，可以將其分為鋼輪非對稱懸掛型，膠輪非對稱懸掛型以及SAFEGE型懸掛式單軌[3]。

鋼輪非對稱懸掛型，簡稱浪琴型。主要特點是鋼軌鋪設在鋼制桁架梁上，鋼制車輪轉向架運行在鋼軌上，懸掛構件布置于軌道梁的一側，如圖1所示。

圖1 鋼輪非對稱懸掛型

膠輪非對稱懸掛型是日本上世紀50年代的產物，同樣采用了非對稱懸掛的方式，將懸掛構件安裝于軌道梁一側。與浪琴型相比，膠輪非對稱懸掛型采用橡膠輪取代了轉向架上的鋼輪，降低振動和噪聲的同時也增大了輪軌間的摩擦力，如圖2所示。

圖2 膠輪非對稱懸掛型

根據懸掛式單軌系統的結構及線路建設模式的特點，懸掛式單軌具備諸多優勢[4，5]，見表 1。

SAFEGE型懸掛式單軌采用了對稱式的懸掛方式，大大增強了懸軌的穩定性，軌道梁采用底部開口鋼制箱型，橡膠輪胎兩軸轉向架運行于軌道梁內部，現代懸掛式單軌系統基本上采用此種類型，如圖3所示。

圖3 SAFEGE型懸掛式單軌

另一方面，懸掛式單軌也存在著一些缺點，見表2。

表2 懸掛式單軌系統存在的缺點

3 新型立體城市軌道交通系統的探索

為了緩解城市道路交通擁堵的帶來的壓力，交通部門主要從興建高架立交道路或城市軌道交通的方面著手，旨在提升城市空間利用率。然而因為道路或者城軌的施工問題又會進一步導致道路交通堵塞的加劇，因此探索合適的城市軌道交通新方案變得尤為迫切。對于大型城市如北京、上海、廣州、深圳等主要采取的是高架層-地面層-地下層的三層立體交通體系，雖然大大地提高了城市空間的利用率，但在城市特殊區段和早晚高峰等特殊時期運能仍顯不足。

基于上述問題，本文推薦了一種立體城市軌道交通的新方案。如圖4所示，在規劃修建高架橋時，可在高架橋底部預留懸掛式單軌的安裝空間。具體實施時可以采用高架層-懸軌層-地面層的三層立體交通體系的方案，對于有條件的地區甚至可以采用高架層-懸軌層-地面層-地下層的四層方案。通過采用這種立體城市軌道交通新方案，可以更進一步地提升城市空間的利用率，對于緩解大型城市的交通擁堵問題可以起到一定作用；對于中小型城市，修建地鐵或輕軌等軌道交通因為經濟或人口的問題無法滿足要求時，可以推薦采用這種懸掛式單軌和高架橋的組合方式。

圖4 新型立體城市軌道交通系統

懸掛式單軌無論是在造價、工程周期、環保節能還是景觀性上都具備一定的優勢，通過將高架道路交通與懸掛式城軌交通相結合，可以最大化地實現城市空間的綜合利用，能夠形成高架上方跑汽車，下方跑懸軌，懸軌下方又跑汽車的極具特色的道路城軌交通模式，不失為一種絕佳的立體城市軌道交通系統新方案。

4 結語

我國城市化的發展對城市軌道交通的依賴性越來越強，而傳統建設的地鐵、輕軌等制式在經濟性和適用性方面存在著一定的缺陷，使城軌交通的發展遇到一些阻力，勢必會引起城軌交通的多元化發展。懸掛式單軌雖然有一系列優勢，但其在疏散逃生，結構承載等安全性以及安裝維護的便捷性等方面還有待進一步的論證，目前在我國尚未有應用。隨著新時代城軌交通的日趨發展，這些問題都終將被解決，相信不久的將來基于懸掛式單軌的新型城市軌道交通模式會在中國落地生根，服務于社會大眾。