跨座式單軌運輸能力提升的研究

劉川

摘 要：跨座式單軌系統作為城市軌道交通的一種，由于其高架敷設投資低、景觀好等特點，目前被許多大中城市所采用。但跨座式單軌由于車輛、道岔等方面的不同，其折返能力往往低于地鐵，加上車輛自身載客能力較低，運輸能力比地鐵有較大差距。提高跨座式單軌折返能力，對于提升其運輸能力和服務水平都有重要的意義。本文以重慶跨座式單軌系統為例，分析影響其運輸能力的因素，研究進一步提升運輸能力的方法。

關鍵詞：跨座式單軌;運輸能力;折返能力;提升

單軌系統的定義為：采用電力牽引列車在一條軌道梁上運行的中低運量城市軌道交通系統，根據車輛與軌道梁之間的位置關系，單軌系統分為跨座式單軌和懸掛式單軌兩種類型。

由于目前國內僅重慶有開通運營，且作為城市軌道交通骨干線路的跨座式單軌，因此，本文以重慶跨座式單軌系統為例，分析影響其運輸能力的因素，研究進一步提升運輸能力的方法。

1 運輸能力的計算方法

運輸能力是指在一條線路上，某一方向一小時內所能運載的總旅客數。用單方向斷面每小時通過的最大乘客人數來表示。

N運輸能力=N列車×N線路

1.1 列車能力

每列車的載客能力取決于列車編組的長度和每列車的定員：

N列車=列車編組×列車定員

重慶跨座式單軌系統的列車能力是相對比較固定的，重慶2、3號線由于建設時間較早，且作為重慶骨干線路，客流較大的特殊性，采用了8輛編組設計，本文僅以重慶8輛編組為例。N列車為1 292人（站立標準6人/m2）。

1.2 線路能力

N線路=60/t間隔，即一個方向上一小時內可以通過的最大列車數量，其中t間隔為列車折返追蹤間隔t折返追蹤、車站追蹤間隔t車站追蹤、區間信號追蹤間隔t信號追蹤等間隔時間中最大的一個，它與運營組織方案、線路條件、客流水平、車站形式、信號系統等因素有關。

作為城市軌道交通的線路采用CBTC移動閉塞，t信號追蹤能達到90 s及以內;t車站追蹤受運營管理、線網規模等影響，具有不確定性和可調整性，一般不會成為t間隔中最大的;而t折返追蹤需要經過特定的作業程序，往往是制約N運輸能力的關鍵因素。下文，也重點從t折返追蹤分析，研究其優化和提升的方法。

2 折返追蹤間隔制約因素分析

2.1 折返方式及相關參數

2.1.1 折返方式

重慶跨座式單軌最常用的折返方式包括：側式車站，站后設單渡線折返;島式站，站后設單折返線折返。詳見下圖。

2.1.2 折返時間相關參數

（1）辦理進路至列車啟動：有道岔轉換26 s，無道岔轉換11 s。

（2）列車進站：進站進路辦理至列車響應后，列車從相應區間位置正常運行至進站停車，相應位置應保證列車能在當前運行速度以常用制動在站端前10 m停車。

（3）折返站列車停站時間：30 s。

（4）列車進折返線：列車車尾過道岔A5 m解鎖進路，解鎖或延時占用時間3 s后，可辦理下一列車進站進路;過道岔10 m停車。

（5）列車頭尾轉換時間為10 s。

（6）列車出折返線：列車車尾過道岔B5 m解鎖進路，解鎖或延時占用時間3 s后，可辦理下一列車進折返線進路。

（7）列車出站：列車出站車尾過站端約65 m，可辦理下一列車進站進路。

（8）交路折返站均采用關節可撓型道岔，列車側向通過道岔速度不超過25 km/h;直向過岔不限速。

（9）進、出站時間和進、出折返線時間根據牽引計算確定，本文不詳細說明。

2.2 折返追蹤間隔時間及折返能力

在不考慮線路縱坡、曲線半徑影響的情況下，對t折返追蹤進行分析，計算出列車連續折返t折返追蹤為125 s，車站折返能力計算值28對/h。

2.3 折返追蹤間隔制約因素

在2.2小節中的計算時間為理論計算值，但在實際運營過程中受多種因素的影響，一般會有10%左右的增量，基本可以滿足24～25對/h的折返能力，這相比地鐵30對/h的折返能力差距較大。結合地鐵相關參數的對比，分析影響折返能力的要素如下。

從上表可看出，影響跨座式單軌折返能力的因素主要為道岔轉換時間、列車側向過岔限速和停站時間。

3 提升折返能力的措施

3.1 縮短道岔轉轍時間

跨座式單軌的道岔系統與地鐵有很大差異。跨座式單軌道岔采用了與軌道梁相似的梁式結構，由一組互相聯接，關節間可轉動的鋼箱梁組成，主要分為道岔結構、轉轍驅動系統及信號控制系統3部分。道岔轉轍時間主要包括信號發出、解鎖、轉轍、鎖定、信號回饋等時間，其轉轍時間約為15 s，而地鐵只需要10 s。

通過對道岔轉轍各項時間的分析，信號及解鎖、鎖閉反應時間較短，難有縮短的空間，而道岔轉轍過程時間較長，縮短帶來的效果更加明顯。通過減少道岔重量，對鎖定、驅動結構優化調整以提高轉轍速度，選擇合適的驅動方式和傳動配合，加大電機功率或者提高道岔走行輪的轉速，都能縮短轉轍走行時間。通過一系列優化，將跨座式單軌道岔轉轍時間縮短到10 s以內，可以提升折返能力1對/h左右。

3.2 提高側向過岔速度

目前重慶跨座式單軌折返站采用的關節可撓型道岔側向過岔速度限制在25 km/h，而地鐵一般采用9號線道岔，其側向過岔速度最高為35 km/h，過岔速度較低導致進出折返線時間較長。

對于關節可撓性道岔，當其處于曲線狀態時，曲線半徑約為100 m，理論上列車的側向通過速度可以更高，但為了簡化道岔，使其結構不至于太復雜，道岔區段不設置超高，這樣計算下來允許的列車通過速度限制在25 km/h。如果能夠優化道岔本身撓曲機構受力和列車過岔時候車體受力的配合，可進一步提高列車過岔速度，當然，這也需要道岔廠家和車輛廠家進行相關研究，對關節可撓型道岔撓曲機構做相關的荷載試驗。

將列車側向過岔速度由25 km/h提升到30 km/h～35 km/h，列車進、出折返線時間分別可節省4 s～5 s，可以提升折返能力1對/h左右。

3.3 縮短停站時間

通過前面分析，停站時間也是制約t折返追蹤的因素之一，如果能縮短列車在折返站的停站時間，也能提高列車折返能力。隨著全自動運行的應用、運營管理能力的提升，辦理進路時間、列車開關門時間等均可實現一定程度的縮短，結合方案設計時將折返站設置在乘降量較小的車站，將折返站停站時間由30 s縮短至25 s是可以實現的。

但目前重慶正在運營的跨座式單軌2、3號線的列車，其車輛長度在14 m～15 m之間，每側只有2個車門，車門間距達到平均7.3 m左右，與地鐵平均車門間距5 m以下相比，乘客乘降效率大大降低。如果再把停站時間縮短5 s，難以滿足乘客上下車的時間。

在將來線路的車輛中，通過優化，保持車門寬度不變，通過將跨座式單軌列車的車門數，由現狀的2對/側.輛提升至3對/側.輛，客室車門間距與地鐵車輛基本相當。這樣提了高客室空間使用效率，乘客上下車效率提升約30%，可縮短乘客上下車時間，使縮短停站時間到25 s具有可能性。這也可提升折返能力1對/h左右。

4 結論

通過縮短道岔轉轍時間、提高側向過岔速度、縮短停站時間相結合，重慶跨座式單軌系統的t折返追蹤可以減少15 s左右，達到110 s，折返能力可以提高到32～33對/h，即使考慮運營的不確定性和能力的損耗，也基本達到地鐵30對/h折返能力的水平，實現發車間隔2 min。以8輛編組計算，運輸能力可以達到3.88萬人次/h，可以實現大運量的運輸能力，同時將列車間隔由2.5 min縮短到2 min，提高了乘客的服務水平。

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