跨座式單軌作為輕軌主導模式適應性及對策研究

跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性及對策研究內容提要一、我國城市對軌道交通的需求特征分析二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性三、改進與創(chuàng)新四、促進跨座式單軌健康發(fā)展的建議一、我國城市對軌道交通的需求特征分析城市可按地域分布、人口規(guī)模、經(jīng)濟發(fā)展水平等諸多指標進行分類，其中人口規(guī)模是一個非常重要的指標，在此我們按人口規(guī)模進行分析。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（一）我國城市結構分析城市分類標準的調整1989年《城市規(guī)劃法》城市劃分新標準戶籍改革政策小城市≤20萬人≤50萬人全面放開建制鎮(zhèn)和小城市落戶限制中等城市20~50萬人50~100萬人有序放開中等城市落戶限制大城市50~100萬人100~500萬人合理確定大城市落戶條件特大城市≥100萬人≥500萬人嚴格控制特大城市人口規(guī)模我國城市20萬人口以上的城市總數(shù)為284個，300萬人口以上的城市數(shù)量為19個，僅占6.69%，而100-300萬人口的城市107個，占總數(shù)的37.68%。如果以人口在100萬以上城市作為軌道交通建設需求或潛在需求的對象，則100-300萬人的城市占近85%。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（一）我國城市結構分析人口地區(qū)0-5050-100100-150150-200200-250250-300300-350350-400400-450450-500500-550>550合計華北616511110000233東北420320101011033華東1024121312320100279華中5181231100002042華南711950201001137西南79921100001131西北1011502000000129合計491095526179321157284占比1(%)17.2538.3819.379.155.993.171.060.70.350.351.762.46100占比2(%)17.2538.3837.682.464.23100中國城市人口規(guī)模分布表

注：數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒（2012）》一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（一）我國城市結構分析國家將繼續(xù)有序發(fā)展地鐵，鼓勵發(fā)展輕軌及各種新型軌道交通技術，實現(xiàn)總量增長中的結構優(yōu)化；合理選擇系統(tǒng)制式，節(jié)約能源和資源，有效控制造價，提高投資效益。國家對輕軌的建設條件將適當放寬，市區(qū)人口條件由150萬降低到100萬。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（二）國家關于軌道交通的發(fā)展政策我國城市軌道交通建設基本條件表（81號文）建設條件地鐵輕軌城區(qū)人口≥300萬人≥150萬人國內生產(chǎn)總值≥1000億元≥600億元地方財政一般預算收入≥100億元≥60億元客流規(guī)模單向高峰小時≥3萬人單向高峰小時≥1萬人一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（三）我國城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀截止到2013年底，我國內地37個城市獲批建設城市軌道交通，已有19個城市累計開通87條城市軌道交通運營線路，總運營里程達到2746公里。據(jù)規(guī)劃，到2020年軌道交通線路將達到8000km。國內建成的城市軌道交通中，地鐵2073公里，占75.5%；而國外發(fā)達國家的地鐵比例僅占30%左右，多種軌道交通制式并存。按照城市軌道交通建設的基本條件（人口、GDP、財政收入）進行篩選，目前我國具備建設城市軌道交通的城市共有63個，主要為直轄市、省會城市、副省級城市，以及東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的部分地級市。其中符合建地鐵的城市19個，符合輕軌條件的城市44個。2020年，隨著經(jīng)濟發(fā)展和人口增長，我國新增具備建設城市軌道交通條件（輕軌）的主要城市主要有：邯鄲、包頭等16個城市。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析1.具備建設軌道交通條件的城市數(shù)量一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析2.不同等級城市的軌道交通需求特點根據(jù)前面對我國城市結構、國家政策、軌道交通發(fā)展階段特點等因素的分析，預計未來繼續(xù)有序發(fā)展高運量、大運量地鐵的同時，中運量（1-3萬人/小時）軌道交通系統(tǒng)需要大力發(fā)展。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析3.中運量軌道交通未來將需要大力發(fā)展線路運能分類ⅠⅡⅢⅣ高運量大運量中運量（鋼輪鋼軌）（鋼輪鋼軌/單軌）線路型式全封閉型部分平交道口列車最大長度(m向運能(萬人次/h)4.5～72.5～51.5～31～2適用車型AB或LbB、C、Lb及單軌C或D最高速度(km/h)80～10060～80平均站間距(km)1.2～20.8～1.5旅行速度(km/h)35～4020～30適用城市城區(qū)人口規(guī)模(萬人)≥300≥150城市軌道交通分級表一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析4.投資及運營的經(jīng)濟性城市軌道交通應可持續(xù)的發(fā)展，應考慮投資及運營的經(jīng)濟性，軌道交通若采用地面或高架敷設方式，投資顯著小于地下敷設方式。運營成本總體上與建設成本呈正相關關系，因此在一定的運能條件下，選擇建設成本較低的系統(tǒng)制式，其運營成本也將相應降低。城市軌道交通需要具有較高的運營效率和安全性，考慮國內城市人口規(guī)模普遍較歐美發(fā)達國家城市大、交通秩序有一定差距、國內城市普遍道路資源緊張等因素，軌道交通若占用既有道路資源，或與城市道路平交或混行，其運營效率和安全性將會大打折扣，因此宜采用高架形式才能保證運營的準點性及安全性，并選擇占地少的軌道交通制式。5.不增加道路壓力，具有較高的運營效率和安全性（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析一、我國城市對軌道交通的需求特征分析城市尤其是中心城區(qū)是建筑物、道路、人流高度集中的區(qū)域，醫(yī)院、學校等環(huán)境敏感點多，市民希望有一個安靜和諧的人居環(huán)境，但同時享有暢通的交通便利條件，因此在城區(qū)的軌道交通制式中宜選擇噪聲低、振動小、對城市工作居住環(huán)境影響小的方式。節(jié)能因素也是軌道交通形式選擇的重要因素。節(jié)能應綜合考慮列車運行能耗、設備運營能耗、軌道交通建設能耗等各方面，選擇綜合能耗最小或較小的方式。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析6.優(yōu)越的環(huán)保性能（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析近年來，國家環(huán)保政策越來越嚴格，國家環(huán)?？偩诸C布了一系列政策規(guī)定，對城市軌道交通的環(huán)保性能要求越來越高，因此應將環(huán)保性能作為選擇的重要考慮因素。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析6.優(yōu)越的環(huán)保性能（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析高架線路不可避免會對城市空間景觀產(chǎn)生或多或少的影響，因此應在可選制式中選擇一種對城市空間景觀影響最小的系統(tǒng)制式，這種制式的橋梁結構、車輛和車站應盡量輕盈美觀，與周邊環(huán)境盡量協(xié)調，甚至與周邊建筑融為一體。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析7.對城市空間景觀影響?。ㄋ模┪覈鞘袑壍澜煌ǖ男枨筇卣鞣治龀紤]技術的先進性、經(jīng)濟性、環(huán)保性等因素外，選擇的軌道交通制式應能夠實現(xiàn)技術和裝備的國產(chǎn)化自主化，促進就業(yè)、生產(chǎn)和出口，帶動國內相關技術和裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進經(jīng)濟增長。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析8.國內有較高的技術和產(chǎn)業(yè)基礎（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析概括起來，我國城市未來除繼續(xù)有序發(fā)展地鐵外，對中運量軌道交通的需求特征如下：需求量大；注重投資及運營的經(jīng)濟性；具有較高的運營效率和安全性；關注環(huán)保性能；城市空間景觀影響?。患夹g產(chǎn)業(yè)基礎好。一、我國城市對軌道交通的需求特征分析（四）我國城市對軌道交通的需求特征分析二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性（一）輕軌的定義現(xiàn)行《城市軌道交通工程基本術語標準》（GB/T50833-2012）對輕軌的定義，即：在全封閉或部分封閉線路上運行的中運量城市軌道交通方式，線路通常設于地面或高架橋上，也可延伸至地下結構內。根據(jù)國內城市特點，我們這里將“輕軌”簡單概括為：以高架敷設方式為主，滿足中等運量需求的城市軌道交通方式。懸掛式單軌和有軌電車運能偏小，難以滿足需求。市域快軌主要為中心城區(qū)與郊區(qū)的通勤客流服務，功能定位不同，服務范圍有限，不可能作為主導模式。根據(jù)上述要求，滿足這些要求的主要制式有：輕軌（狹義、鋼輪鋼軌）、中低速磁浮、直線電機、膠輪路軌、跨座式單軌共5種類型。下面著重對這5種類型進行對比分析。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性跨座式單軌系統(tǒng)運能最大為3萬人/小時左右，滿足中運量需求。輕軌（狹義）、中低速磁浮和直線電機也能滿足中運量的運能需求。膠輪路軌運能在2萬人/小時以下，略有不足。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性1.滿足中運量需求（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性跨座式單軌投資指標在2-3億元/km左右，較輕軌（狹義）、直線電機、膠輪路軌、中低速磁浮投資低，具有良好的投資經(jīng)濟性。由于其建設成本低，運營成本及總成本相應較低，具有良好的運營經(jīng)濟性。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性2.投資及運營的經(jīng)濟性（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性5種輕軌系統(tǒng)中均可采用高架線路，不增加既有道路壓力，通過采用先進的控制系統(tǒng)，具有較高的運營效率和安全性。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性3.不增加道路壓力，具有較高的運營效率和安全性（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性跨座式單軌、膠輪路軌采用橡膠輪胎，相比于其他軌道交通制式如輕軌、直線電機而言，噪聲振動低，具有良好的環(huán)保性能，更能適應城市中復雜苛刻的環(huán)境條件。中低速磁浮由于采用懸浮方式，同樣具有噪聲振動低的特點，但目前國內外應用案例較少，運能適應性有限，接受認可度較低，推廣應用存在較大難度。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性4.優(yōu)越的環(huán)保性能（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性單軌從商業(yè)建筑中穿過單軌從屋頂上穿過二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性4.優(yōu)越的環(huán)保性能（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性車

型高架段噪聲源強參考值（dBA）噪聲貢獻增加值A型車900.5~3.4dBAB型車92C型車840.3~2.9dBALb型車80低地板C型車80（地面）0.0~1.5dBA跨座式單軌750.0~0.3dBA中低速磁懸浮75不同軌道交通制式噪聲對比表在各種軌道交通制式中，跨座式單軌的橋梁結構簡單、造型輕盈，對城市空間景觀影響最小，同時由于其優(yōu)越的環(huán)保性能，甚至可以將車站與商業(yè)建筑結合物業(yè)開發(fā)融為一體。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性5.對城市空間景觀影響?。ǘ┛缱絾诬壸鳛檩p軌主導模式的適應性高架輕軌、磁浮、膠輪路軌、直線電機的橋梁結構跨座式單軌的橋梁結構國外許多城市將跨座式單軌應用于景觀要求高的繁華商業(yè)區(qū)和風景區(qū)，如：拉斯維加斯、迪拜棕櫚島、日本沖繩、美國迪斯尼、日本迪斯尼、新加坡圣淘沙等。國外部分著名景區(qū)還在規(guī)劃建設跨座式單軌。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性5.對城市空間景觀影響小（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性結合重慶兩條線路的實施，跨座式單軌在國內建立了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，有比較完善的產(chǎn)業(yè)基礎。自2012年以來，中鐵咨詢完成了多項科研課題，與多家軌道交通設備制造龍頭企業(yè)合作，開展了對軌道梁、道岔、車輛等關鍵裝備的合作技術研究和試制，并將隨著建設推廣進一步完善產(chǎn)業(yè)鏈，因此，跨座式單軌具有良好的技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性6.國內有較高的技術和產(chǎn)業(yè)基礎（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性6.國內有較高的技術和產(chǎn)業(yè)基礎（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性中鐵咨詢、南車浦鎮(zhèn)與龐巴迪開展戰(zhàn)略合作，即將成立合資企業(yè)，合資企業(yè)負責發(fā)展絕大多數(shù)系統(tǒng)部件的生產(chǎn)供應鏈，這些系統(tǒng)部件將來在國內生產(chǎn)，同時由中鐵咨詢實現(xiàn)軌道梁和道岔的國產(chǎn)化。龐巴迪的單軌車在全球應用廣泛，其技術上具有一定優(yōu)勢，三方合作有利于加快單軌技術國產(chǎn)化進展，促進技術進步，帶動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性運能及承載效率對比（編組長度≤100m）（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性類型編組車長m定員輸送能力（30對）等效活載kN/m上部結構重kN/m承載效率活載/恒載A型494.4012403720065.2222.429.3%B型598.6011843550060.6224.827.0%C型597.3210453130061.2218.928.0%Lb型589.1811653500063.0210.429.9%日立大型689.409622880060.661.498.7%中型797.909682900059.258.8100%龐巴迪-300897.8511463430049.054.290.4%中低速磁浮*690.008002400050.0271.2*18.4%C型低地板（模塊式）654.625041500055.6196.428.3%二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性各種輕軌系統(tǒng)對比表

交通類型條件輕軌直線電機跨座式單軌膠輪路軌中低速磁浮最大坡度（‰）3550606070最小曲線半徑（m）250100463050運能水平（萬人/小時）

滿足中運能需求1.0～3.0滿足2.5～4.0滿足0.4～3.0滿足0.3～2.0基本滿足1.5～3.0滿足軸重（t）≤1411～1310～1213.5整車35t橋梁上部結構工程量（換算）3.313.271.002.344.97承載效率27%30%100%32%18%工程實施條件工程量較大、拆遷量較大工程量大、拆遷多工程量適中、拆遷少工程量適中、拆遷少工程量大、拆遷量大一般投資指標（億元/km）

投資運營的經(jīng)濟性3～4較經(jīng)濟3～4較經(jīng)濟2～3經(jīng)濟2～4較經(jīng)濟3～6較昂貴建設周期（年）3～44～522～33～4橋墩占地寬度（m）2.32.31.42.32.3不增加道路壓力，具有較高的運營效率和安全性滿足滿足滿足滿足滿足環(huán)保性能噪音大，振動大噪音較大，振動較大噪音小、振動小噪音小、振動小噪音小、振動小，但市民接受度低對城市空間景觀影響對城市景觀影響大高架形式影響大景觀影響小高架形式影響大高架形式影響大技術產(chǎn)業(yè)基礎高中高低較高安全性高高高高待驗證（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性經(jīng)過上述對各種軌道交通制式的適應性條件分析，跨座式單軌滿足中運量水平，投資低、工期短、具有良好的經(jīng)濟性，噪聲低、振動小、具有良好的環(huán)境適應性，對城市空間景觀影響小，并具有較高的技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎，并且具有爬坡大、轉彎半徑小、地形適應能力強、占地少等優(yōu)點，適合作為輕軌（/中運量系統(tǒng)）的主導模式。二、跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性（二）跨座式單軌作為輕軌主導模式的適應性三、改進與創(chuàng)新近年來，中鐵咨詢聯(lián)合國內軌道交通研究設計機構、龍頭制造企業(yè)，針對跨座式單軌系統(tǒng)，組織開展了一系列的技術研究工作，既涵蓋如何促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展、宏觀性強的軟課題，也涉及大跨度軌道梁、新型道岔技術、車站輕量化、檢修疏散通道、低溫適應性等多項具體技術研究成果。三、改進與創(chuàng)新粉塵（dust）是指懸浮在空氣中的固體微粒。國際上將粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。根據(jù)有關研究，橡膠粉塵污染主要出現(xiàn)在橡膠品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，一般的機械磨損形成的橡膠顆粒不可能呈懸浮態(tài)，關于大氣污染因素的報道中也從未聽過汽車輪胎磨耗是污染源之一。因此，輪胎磨耗不會構成粉塵污染。隨著輪胎技術的進步，輪胎磨耗會進一步改善，使用壽命將進一步提高。三、改進與創(chuàng)新（一）幾個問題的說明1.關于輪胎磨耗與粉塵污染問題針對國內單軌應用中反映的車門數(shù)量偏少，影響上下客時間的問題，我們專門與單軌車輛專家進行了探討，將目前的每節(jié)車2門改為3門，技術上是完全可行的。根據(jù)初步測算，改為每側3門后，車內座位比例仍可達到與普通A、B型車相當?shù)乃剑铱稍黾虞d客量，總荷重仍可控制在列車軸重容許范圍。三、改進與創(chuàng)新（一）幾個問題的說明2.關于車門數(shù)量的影響目前，國內對單軌發(fā)車密度的普遍認識是最小2.5分鐘（24對車），影響發(fā)車密度的主要因素是道岔通過能力。根據(jù)我們對道岔及配線設置的研究，通過優(yōu)化配線設置和改進道岔型式，單軌發(fā)車密度達到甚至超過2分鐘（30對車）是完全可行的。隨著不同類型道岔的合理選用以及先進的信號技術，單軌系統(tǒng)的發(fā)車密度完全可以達到與常規(guī)軌道交通相同的水平。（一）幾個問題的說明三、改進與創(chuàng)新3.關于行車間隔問題基于目前國內的軌道交通發(fā)展形勢，國家發(fā)改委為了規(guī)范國內軌道交通規(guī)劃建設、引導城市合理選擇系統(tǒng)模式、制定和完善相關規(guī)范標準、實現(xiàn)技術國產(chǎn)化和自主創(chuàng)新、帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，去年委托我公司開展《輕型跨座式單軌交通系統(tǒng)作為輕軌主導模式的適應性及對策研究》科研課題，目前已經(jīng)完成。三、改進與創(chuàng)新（二）國家發(fā)改委課題去年，北京市科學技術委員會委托我公司開展《輕型跨座式單軌系統(tǒng)技術及工程化應用研究》科研課題，對軌道梁、道岔等核心關鍵技術進行自主創(chuàng)新和技術優(yōu)化，促進產(chǎn)業(yè)落地，支持工程化應用和示范工程。三、改進與創(chuàng)新（三）北京市科委課題三、改進與創(chuàng)新主要開展中型單軌大跨度等高30m簡支PC軌道梁、3x30m連續(xù)變高PC軌道梁、龐巴迪3×30m連續(xù)剛構PC軌道梁等關鍵技術研究。在理論研究和收集國內外資料的基礎上，結合具體設定條件，對關鍵設計參數(shù)、PC軌道梁線形控制、制作、運輸、架設工藝等主要內容進行研究，目前已經(jīng)有研究成果。采用大跨度橋梁、變高連續(xù)梁可降低基礎工程量、進一步提高適應性和景觀效果。（四）跨座式單軌交通的大跨度橋梁、變高連續(xù)梁研究三、改進與創(chuàng)新通過對各種跨座式單軌道岔技術的系統(tǒng)研究，已掌握了關鍵技術，可實現(xiàn)各種道岔設備國產(chǎn)化。國產(chǎn)化道岔設備與進口設備相比，價格大幅度下降，為推動跨座式單軌交道在我國的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。進一步改進思路：按照最優(yōu)的道岔系統(tǒng)布置方式，決定道岔驅動系統(tǒng)的設計；優(yōu)化道岔線形；整體式道岔的制造與應用技術