跨座式單軌系統的發展與實踐

周甘來

重慶市軌道交通（集團）有限公司

1 跨座式單軌系統發展歷程

1.1 國外發展情況

世界上第一條跨座式單軌鐵路線誕生于1888年，是由法國人Charle Larligue設計，在愛爾蘭鋪設的，線路長約15 km，由蒸汽機車牽引，最高速度43 km/h，旅行速度29 km/h。在第二次世界大戰以后，隨著科學技術的進步，跨座式單軌鐵路技術才受到各方重視，逐漸完善和成熟起來。到20世紀60年代，瑞典人建設了第一條ALWEG式（阿爾威克式）跨坐式單軌車，為現代跨座式單軌交通的發展奠定了基礎，也標志著跨座式單軌系統基本成型。20世紀70～80年代為跨座式單軌的發展階段，ALWEG跨座式單軌專利統一了單軌類型、制定設計標準。20世紀90年代后，跨座式單軌在日本、美國、馬來西亞、俄羅斯、巴西、中國等國家的部分城市開始成熟運用。國外目前在運營跨座式單軌線路約220 km，約67%位于亞洲城市范圍，其中日本運營里程占40%左右。

1.2 國內發展情況

20世紀90年代我國開始啟動跨座式單軌系統相關研究工作，1999年我國第一條跨座式單軌線路開通建設；2004年我國第一條跨座式單軌線路開通旅游觀光運營（2005年6月正式開通運營）；2008年國家標準《跨座式單軌交通設計規范》（GB 50458—2008）等一系列標準發布實施；2011年世界上最長的跨座式單軌交通線路重慶軌道交通3號線建成通車；2011年至今，龐巴迪、比亞迪、中車四方、株洲等跨座式單軌車輛下線并陸續投用，國家標準《跨座式單軌交通設計標準》編制實施。

截止目前，國內運營線路里程有104 km，在建線路約77 km，規劃線路約288 km，其中重慶運營線路98.45 km，分別為重慶軌道交通2號線和重慶軌道交通3號線。

2 跨座式單軌系統技術特點

根據《城市公共交通分類標準》（CJJ/T 114—2007）、《跨座式單軌交通設計規范》（GB 50458—2008）及《城市軌道交通工程項目建設標準》（建標104—2008）我們可分析出各類線路的相關技術特征。

目前全球主要的跨座式單軌模式主要有日立模式、龐巴迪模式、史格米模式及Von Roll模式。其中重慶、長客及四方主要采用日立模式，蕪湖、拉斯維加斯及圣保羅主要采用龐巴迪模式，吉隆坡、孟買采用史格米模式，深圳歡樂谷、悉尼、莫斯科等旅游觀光特性的采用Von Roll模式。但不管何種模式，其關鍵技術相較于普通鋼輪鋼軌均有一定的差異性（見表1、表2 ）。

表1 各線路型式相關技術特征

表2 各系統主要標準及特征表

2.1 關鍵技術

跨座式單軌交通作為城市軌道交通七種制式之一，與其它城市軌道交通制式基本相同，均由線路、車輛系統、車輛段等部分組成。但跨座式單軌交通在線路和車輛系統的關鍵技術上與既有城市軌道交通車輛（普通鋼輪鋼軌）有較大差異，也形成了跨座式單軌車輛、道岔、軌道梁橋這三大關鍵技術。

（1）車輛

①車體

車輛上部的車廂部分與傳統城市軌道交通車輛的構造基本相同，只是根據客運量要求選定的尺寸大小有些細微的區別，跨座式單軌車輛長約10～15 m（普通鋼輪鋼軌車長約19～25 m）?？缱絾诬壾囕v采用充氣橡膠車輪，對車體輕量化要求較高，車體一般采用鋁合金焊接結構（普通鋼輪鋼軌車體一般采用不銹鋼或鋁合金）。

②車輛轉向架

車輛下部為支撐車體的走行部分，與傳統城市軌道交通車輛差異較大。按其結構型式的不同主要分為單軸轉向架與雙軸轉向架，其中走行輪、穩定輪及導向輪均采用充氣橡膠車輪，而普通鋼輪鋼軌則主要由鋼輪及空氣彈簧組成，無其他充氣橡膠車輪。

③受電弓

跨座式單軌車輛一般采用PC梁兩側剛性接觸軌授電，而傳統城市軌道交通車輛一般采用架空接觸網授電。

（2）道岔

道岔是實現線路安全平穩運行有序的重要設備，廣泛存在于各類軌道線路上。它既支承車體的結構，又起到導向及轉向的作用，保障車輛在平換線工況下穩定、順利地完成轉轍。單軌道岔因為需要承受車輛較大運行載荷的反復作用，如扭曲力、沖擊力等，所以還要保證具有一定的強度、剛度和疲勞強度，故在設計及工藝上須滿足有較高的承載能力需求。線路中使用的道岔，由道岔梁總成、轉轍驅動系統、臺車及鎖定裝置和電氣控制系統等部分組成。按結構的不同一般可分為關節型、關節可撓型、平移式、樞軸式等，按功能的不同可分為單開、三開、四開、五開、單渡線、雙渡線、交叉渡線等型式。

（3）軌道梁

跨座式單軌與普通鋼輪鋼軌顯著特征差異正是其軌道梁的不同?？缱絾诬壍能壍懒褐饕捎妙A應力混凝土，由軌道梁、指型板、支座、墊石、錨箱、蓋梁、橋墩組成。軌道梁主要承擔承載及導向作用，梁寬690～850 mm，梁高1 500～2 000 mm。軌道梁本身可在工廠預制或現場拼裝。跨座式單軌交通軌道梁按照其結構形式可分為：簡支軌道梁、連續軌道梁和簡支連續軌道梁。

2.2 技術特點

（1）中運量交通系統

跨座式單軌車輛長10～15 m、寬約3 m，其車輛定員為100～165人/輛，常用編組為2～8輛編組，適宜的單向高峰小時斷面客運量為1.0萬～3.0萬人次（重慶軌道交通3號線最大高峰小時斷面客流量達到3.8萬人次，采用6、8編組混跑方式），屬于中運量交通系統。

（2）爬坡能力強，轉彎半徑小，工程適應性強

跨座式單軌系統因其車輛長度較短、車輛定距小，且車輛軸距?。ɑ虿捎脝屋S形式）以及特殊的架構形式，使其曲線通過能力較好，其理論線路最小平面曲線半徑可達30 m；同時因使用橡膠輪胎，并使用PC梁的結構，其擁有較高的黏著系數，具有較強的爬坡能力，理論最大縱坡可達100‰。在實際運用中，考慮限速影響、經濟性等因素，正線最小平面曲線半徑為100 m、最大縱坡為60‰。

（3）噪音、震動低，環境影響小

跨座式單軌系統采用充氣橡膠車輪、裙板和空氣彈簧，使其運行期間的噪聲與振動均能較好地滿足環境要求。根據《較新線（重慶軌道交通2號線）驗收報告》，軌道交通2號線一期工程中軌道交通環境噪聲排放監測點的監測結果顯示：車輛運行速度約44～48 km，距外軌中心線8 m、軌面以上1.5 m的監測結果僅有63.0 dB。

（4）無架空接觸網、遮光面積小，高架線路景觀影響小

跨座式單軌系統車輛采用PC梁鋼性接觸網授電，無需設置架空接觸網等，極大地降低了對沿線景觀的影響。同時采用梁軌合一的高架結構形式，高架區間斷面小、墩柱占地面積較小，對高架線路景觀影響較小。

（5）車體更寬、更高，乘客視線無遮擋，乘坐舒適

跨座式單軌系統車輛噪音小，無需設置聲屏障，乘客視線無遮擋，適宜觀光；同時采用高架線建設，更寬、更高的車體對造價影響不大。

（6）施工簡便，建設工期短

跨座式單軌系統軌道梁是預應力混凝土梁，為模塊結構，大部分可在工廠生產、提前預制和現場拼裝。軌道梁的安裝施工可采用機械吊裝，以降低建設施工對地面交通的影響，同時可大幅縮短項目工期，跨座式單軌建設周期僅需2～3年。

（7）工程造價低、運維成本省

跨座式單軌交通具有以高架敷設為主、征地拆遷量少、橋梁結構簡單、系統設備少等特點，運用于城市軌道交通線路時正線平均造價為3億～5億元/km，為地鐵的1/3～1/2。

（8）適宜高架敷設

跨座單軌交通系統由于其線路適應性強、噪音振動小、橋下陰影面小，環境景觀影響較小等特點，故適宜高架敷設，可與其他路面及地下交通各行其道，互不干擾，可以有效利用城市空間和有效控制工程造價?？缱絾诬壪到y在解決交通出行的同時，因其適宜觀光、造景的特性，還能成為流動的風景線。

2.3 適用范圍

通過前文分析，單軌交通系統的適用范圍可在以下幾個方面：

（1）中等城市軌道交通干線：中心城區人口為150萬～300萬人，如韓國大邱、中國蕪湖等。

（2）地形復雜、道路資源緊張的城市交通線路：如重慶軌道交通2號線。

（3）旅游觀光線路：風景區、博覽會、游樂場等處所的短途交通運輸線或旅游觀光線，如美國迪士尼、拉斯維加斯，迪拜，中國銀川博園。

（4）大城市軌道交通加密線、覆蓋城市次要客運走廊：中心城區人口300萬人以上，延伸軌道交通服務范圍，如日本東京、中國重慶等。

3 跨座式單軌系統重慶發展實踐

重慶是全國唯一在運營跨座式單軌系統（城市公共交通類）的城市，運營里程約100 km，為全球最長；配約1 000輛跨座式單軌車輛，為全球最多；其日均客運量超100萬人次，為全球最高。同時重慶具有全球最大的單軌裝備制造基地及全球最完整的跨座式單軌系統產業鏈，形成產業規模最大的跨座式單軌系統（見表3）。

表3 重慶跨座式單軌交通發展歷程

3.1 重慶軌道交通2號線

重慶軌道交通2號線是中國西部地區第一條城市軌道交通線路，也是中國第一條跨座式單軌線路。其起于重慶市渝中區較場口，止于重慶市巴南區魚洞，跨越四個行政區，輻射九個片區，線路全長31.36 km，設車站25座，高架比例為92%。重慶軌道交通2號線采用4/6編組列車混跑的方式運營，2020年日單項高峰小時斷面客流量為2.2萬人次；日均客流量為33.4萬乘次。

3.2 重慶軌道交通3號線

重慶軌道交通3號線是全球線路最長、編組最大、客流最大、車輛最多的單軌線路。其連接魚洞組團、李家沱組團、南坪組團、渝中組團、觀音橋組團、人和組團、悅來組團、空港組團等，與機場、火車站、高鐵站、CBD形成了有效的連接。線路全長67.1 km，設站45座，高架線比例為83%。采用6/8列編組列車混跑的方式運營，2019年其最大單項高峰小時斷面客流量為3.77萬人次，日均客流為84.8萬人次。

3.3 發展成果

建設方面，重慶跨座式單軌在車輛國產化及技術創新、道岔系統國產化及創新、軌道梁預制與架設技術、新型檢修通道制造與安裝工藝創新、門型墩鋼結構橫梁制造及安裝技術、整體夾持T型匯流排鉚接技術、單軌線路上首次安裝計軸設備、自主研發軌旁設備安裝專用作業平臺、多專業綜合聯調技術等方面取得了一定的發展成果。

標準方面，經過近20年的建設運營，重慶單軌形成了設計、建設、運營維護等系列的標準規范，達到了設計、建設、運營維護的高標準化率的目標。同時牽頭建立國家及行業標準10余項，取得專利100余項，系統國產化率可達到100%。

產業鏈方面，以工程建設為依托、市場為支撐，建立了集技術研發、咨詢設計、建設管理、工程施工、車輛系統設備供應、運營維護及人才培訓于一體的綜合產業鏈及一攬子的解決方案。

技術創新方面，重慶單軌發揮多平臺支撐推廣作用，搭建了一個由重慶軌道交通產業投資有限公司、重慶大學、重慶交通大學、重慶公共交通運輸職業學院、重慶市軌道交通（集團）有限公司、國家軌道客車工程研究中心重慶單軌中心、重慶市軌道交通裝備產業技術創新聯盟、重慶市軌道交通設計研究院等單位、科研院校組成的“產學研用”深度融合的技術創新平臺。

3.4 靚麗的“城市名片”

重慶跨坐式單軌融合城市旅游及文化發展，結合具有重慶特色的線路文化、列車文化，并最終形成李子壩車站輕軌穿樓等網紅景點，讓重慶跨座式單軌成為重慶靚麗的“城市新名片”（見圖1、圖2）。

圖1 重慶軌道交通2號線沿線風景圖

圖2 重慶軌道交通3號線列車載客及沿線情況

4 跨座式單軌系統發展方向探討

我國城軌交通正處于高速發展的黃金時期，“交通強國”“新基建”等國家發展戰略的提出，為城軌交通在“十四五”期間的高質量發展帶來新的增長點和發展機遇。交通是興國之要、強國之基。今年是“十四五”開局之年，也是加快建設交通強國的開局之年，大力推進城市群都市圈交通一體化，加快城際鐵路、市域（郊）鐵路建設，構建高速公路環線系統，有序推進城市軌道交通發展等一系列政策，助推了跨座式單軌系統的發展。

4.1 技術創新

緊緊圍繞跨座式單軌中運量、高架敷設為主等系統定位及特點，未來可進一步提高跨座式單軌系統的適應性，以滿足不同線路及不同城市的發展需求，特別是旅游軌道的大市場。發展輕規模、輕投資、輕運維的“三輕”跨座式單軌系統。

輕規模是通過研發更輕量化的車輛、實現車通信系統運用、重視弱電一體化與機電一體化的發展方向，采用靈活編組形式和更經濟的梁橋結構等使得工程規模更小。

輕投資是通過降低工程投資，提高系統的經濟性，努力爭取旅游單軌建設成本控制在1.5億元/km以內，使得其工程投資更低。

輕運維是通過采用智能運維等技術，降低人工成本，同時實現關鍵設備的狀態修，優化關鍵零部件的選型設計，提高設備的使用壽命，降低日常維護工作量。通過市場化手段，引入設備廠商參與設備的維護，從而使得運營維護更省。

同時結合物聯網、大數據、云計算、人工智能、5G、衛星通信、區塊鏈等新興信息技術，對跨座式單軌的車輛、軌道梁橋、道岔三大核心系統進行重大創新，培育出新的智慧跨座式單軌交通系統。

在軌道梁橋系統方面，現有的簡支體系和連續鋼構體系各有優缺點。重慶軌道院、重慶單軌工程公司合作研發了新型無應力連續梁橋系統和裝配式軌道梁橋施工技術，結合了簡支體系和連續鋼構體系的優點，進一步提高了工程質量，降低了施工難度，壓縮了工程成本和工期，在國際上屬于首創。

在車輛設備方面，我國已經擁有全系列跨座式單軌車輛，在車輛的全自動駕駛、智能運維、行車安全、車體輕量化和牽引制動節能等方面均作了大量創新，并在車體輕量化和節能管理方面也進行了優化。

在道岔設備方面，重慶華渝、中鐵寶橋均開展了基于物聯網的智能化道岔設備創新項目，將在運營使用過程中實現道岔設備的實時狀態數據監控和故障預警。

4.2 標準化

經過近二十年的發展，我國目前是全球最大的跨座式單軌裝備制造基地。但不同車輛廠商生產的雙軸/單軸跨座式單軌車輛，其車輛尺寸、車門數量、車輛定員、軌道梁尺寸等均存在一定差異。未來我們可參照鋼輪鋼軌系統，將其產品標準化、系列化：一方面提高不同產品的共享度；另一方面便于中國跨座式單軌車輛形成自己的特色，利于“走出去”戰略的實施。

4.3 產學研用

依托現在已形成的“產學研用”深度融合的技術創新平臺，以創新資源共享、優勢互補為基礎，以合作研發、利益共享、風險共擔為原則，共同開展科技創新、推進成果轉化。

促進產學研深度融合，根本上是為了進一步優化提高跨座式單軌系統創新驅動發展的“第一動力”。緊緊圍繞產學研用創新驅動發展戰略，全面構建產學研融合創新體系，健全各類創新主體整合協同的新型體制機制，為跨座式單軌的高質量發展提供強大的動力支撐。通過深化供給側改革，激發產學研融合創新；著力增強“基礎能力、創新能力、產業能力”，服務支撐高質量發展，帶動推進跨座式單軌系統全產業的整體進步。加強關鍵核心技術的攻關和“卡脖子”環節的突破，為促進跨座式單軌系統的升級和經濟高質量發展提供技術支撐，并最終體現在前期咨詢、規劃設計、工程施工及關鍵產品生產制造等對外工作及具體運用層面。目前在中國城市軌道交通協會單軌分會和重慶（國際）單軌協會的大力支持下，我國已全面掌握了各類跨座式單軌系統核心技術，形成了跨座式單軌交通團體標準體系。

4.4 應用拓展

跨座式單軌與旅游的融合發展將是跨座式單軌系統的一個主要應用拓展。由于其具有運輸能力大、線路適應性強、環境景觀影響小、觀景效果好等特點，可大幅提升景區知名度，大大提高景區品牌價值。目前在國外已廣泛運用于各著名旅游城市、旅游景區的旅游線路（見圖3）。近年來國家出臺的《關于進一步促進旅游投資和消費的若干意見》（國辦發〔2015〕62號）《交通強國建設綱要》、交通運輸部辦公廳《關于做好交通運輸促進消費擴容提質有關工作的通知》、文化和旅游部《“十四五”文化和旅游發展規劃》等推出的一系列政策也為跨座式單軌旅游線路建設帶來了良好的發展機遇。

圖3 跨座式單軌旅游線路

“總結、提高、創新”是促進跨坐式單軌系統健康持續發展的重要手段，如何根據所在地的具體特點科學合理地選擇滿足其需求的跨坐式單軌系統，并在提升城市整體公共交通能力的基礎上充分展現跨坐式單軌系統的優勢，為城市交通的可持續發展做出貢獻是我們需要探索的方向，也是跨坐式單軌系統必將承擔的推進城市軌道交通健康發展的重要任務。