悬挂式轨道交通系统的适用性分析.pdf

第 卷第期 年月天津职业院校联合学报 悬挂式轨道交通系统的适用性分析秦武，王琳（天津铁道职业技术学院，天津 ）摘要：结合悬挂式轨道交通系统国外发展状况，阐述了空轨系统的构成要素，并从安全、经济、环保、形象等几个角度综述了其特点，对其适用性进行了分析，提出了空轨系统建设的建议。关键词：悬挂式；轨道交通；适用性中图分类号：文献标识码：文章编号：（）图普通轨道梁收稿日期：作者简介：秦武（），男，河北昌黎人，副教授，主要从事轨道交通信号自动控制技术的专业教学与研究工作。王琳（），男，天津市人，副教授，主要从事轨道交通信号自动控制技术专业教学以及教育教学管理与研究工作。一、引言悬挂式轨道交通系统又称为空轨，轨道在列车上方，由钢柱或水泥立柱支撑在空中，空中轨道列车技术诞生于德国，称为 （德语的缩写，为空中轨道之意），第一条空轨线路是德国乌帕塔尔线，其利用河道上的空间，采用单轨单轮运行，日载客量超过，人，至今已经安全运行了 年。现代意义的空轨系统定义于上个世纪 年代，由德国联邦政府提出设计要求并提供相关支持，德国西门子公司开发研制了现代 系统，具有投资少、工期短、技术成熟、安全可靠、节能环保无噪音等特点，是一种以低投入解决城市交通拥堵及污染问题的有效途径。二、空轨系统概述（一）空轨系统结构空轨系统主要由轨道梁、车站、车辆、控制系统等部分组成。轨道梁轨道梁是整个系统的高架部分，由普通轨道梁、道岔梁、墩柱和基础组成，设计使用年限一般为 年，跨度 米。轨道梁一般采用简支钢箱梁结构，轨道梁截面全部采用底部开口的箱形截面，箱梁的下翼缘兼做轨道，车辆悬挂于桥梁（轨道梁）下面，车轮支撑于开口的钢箱内；电力、通信系统安装在钢箱内部。一般情况下，轨道梁距离城市道路净高为，车辆高度 ，为了保证行车安全和满足行人视觉两个方面的要求，一般地段轨道梁下面的净高为 。通常有门型结构、倒 型结构、型结构。轨道梁结构如图、图所示：车辆车辆采用橡胶实心动力轮，寿命可达 万公里，导向轮寿命可达 万公里。列车控制技术采用列车总线和车辆总线控制模式。采用交流传动系统，每辆车中间有两个转向架，每个转向架有两个直流电动机，编组可以根据实际运量与车站设计到发线有效长度采取单节、双节、四节等编组。图道岔梁图空中列车车辆车站空轨的车站有多种形式。一种是在过街天桥处，在街中央天桥处略微加长后即可建成；空轨车站也可在商业或者办公中心建设，从而使空轨车站与建筑连在一起，便于旅客上下车；一般形式车站修建在公路一侧，修建上下扶梯（楼梯）。图空轨系统车站常见形式 控制系统空轨改变传统的地铁、轻轨设计理论，把路面、轨道、信号、通信、隔音屏等设备全部集中在一条轨道梁内，集成化程度高，采用列车自动控制系统（）、列车自动运行系统（），以及列车自动保护子系统（），可以确保列车安全准时的运行，避免人为操作的失误，以及超时、冒进、追尾等事故。（二）空轨系统主要技术参数表空轨系统主要技术参数项目参数行车速度 最小间隔时间 （一般采用 或者 ）最小间隔距离 站距 供电方式接触轨；供电电压：最小曲线半径 最大纵坡：双线间距 （加柱宽）车辆 （长、宽、高）；每侧两个门 （）（宽高）车辆定员 人节能耗 千瓦时车公里三、空轨系统应用案例分析（一）德国德国多特蒙德市分别于 年和 年建设两条运营线路，并于 年进行扩建。多特蒙德市是德国西部北莱茵威斯特法伦州的重要经济贸易中心，位于鲁尔区东部。目前共有两条线，号线始建于 年，设站；年扩建 ，设站，两列车往返运行，中间设避让线，发车间隔 。号线 年开始筹划建设，年建成。线路长度 ；单线，发车间隔 。年建成维修车间，采用无人驾驶。德国杜塞尔多夫市于 年建设了一条由机场到火车站的运营线路。杜塞尔多夫市为德国北莱茵威斯特法伦州首府，人口 万，是德国西部重要的经济、金融中心，水、陆、空交通枢纽，其中杜塞尔多夫机场为德国第三大机场。该线路每天运营 小时，乘客可以很方便地进行换乘。德国乌帕塔尔 年建成现代空中铁路，距今已有 多年的历史，该条悬挂式空中轨道线总长 公里，是当地居民主要交通工具。（二）日本日本从 年引进了空轨相关技术，已经建成并投入的线路有条：湘南线、千叶都市号线、千叶都市号线、上野动物园悬臂式游园线。其中千叶市现已建成通车号线 ，号线 ，合计 ，目前是全世界最长的新型悬挂式单轨路线。千叶规划单轨线路总长度 ，预计单向高峰小时客流量为 人次，日客流量 万人次。四、空轨系统利弊分析（一）优点 安全性空轨的安全标准是按照德国的安全标准执行的。德国的各项安全标准众所周知是世界上最为严格的，所以空轨的安全标准已超过了我国针对轨道交通安全规定的标准，在安全上是绝对有保障的。空轨的车轮是在封闭的钢制轨道梁环境中运行的，绝对不会发生出轨、脱轨等情况；同时也不会受到雨雪等恶劣天气影响；而且在空中运行，也不会像路面交通一样发生与其他物体碰撞的情况。空列的运行速度为 ，加之采用外包橡胶钢轮，使其具有优越的刹车性能，比时速 钢轨钢轮的地铁的制动距离小很多，做到小距离的安全紧急制动。德国空轨系统运行多年以来无一例交通事故，可以说空轨是世界上最安全的交通工具之一。建设成本低地铁每公里造价 亿元左右，轻轨需要亿元左右。空轨每公里只需要投入 亿元（设备国产化后，成本能大幅降低，亿），而它每小时可以运载万千人次，因此具有较高的性价比，尤其适合中小城市作为主要的轨道交通工具，不但可以满足运载需求，还可以节省不少建设成本。工期短、施工便捷地铁和轻轨的建设工期至少需要年的时间，空轨则最多需要年的时间。轨道梁、立柱可以在工厂中批量生产，因此现场施工十分简单快捷，只需要打孔，安装支柱和轨道梁就可以了，不需要使用专门的机械和设备，施工时对周围环境和市民正常生活影响较小。图轨道梁生产及安装节省空间空轨和轻轨高架轨道的不同之处是，它仅仅将轨道移至空中，将轨道、通信系统、供电系统、信号系统、隔离网等全部集中在一条轨道梁中，由单柱支起，轨道梁宽度很小，支柱结构细长，因此除了车站，其他部分基本不占用地面空间。便于拆卸迁移和扩充地铁和轻轨一旦建成就不能做任何线路上的改变，而空轨不但建设工程简单，还可以随着城市的发展，进行延伸或改线。中小城市可以先采用空轨作为主要的轨道交通系统，当客流量上升到需要建设地铁时，可将空轨线路拆卸下来改建地铁，拆卸下来的部件可以移到其他需要的地方。节能环保空轨采用全电力驱动，没有任何废气排放，不会污染环境，而且它每公里的耗电量为 千瓦时，远小于其他轨道交通的耗电量，同时轨道梁上方也可以安装太阳能板，实现太阳能辅助供电系统，如图所示。另外它的轨道是封闭在轨道梁中，轮子外侧有橡胶包裹，运行噪音非常小，经过专业的测量，在距离列车米处的噪音值仅为 分贝，对日常的工作和生活影响较小。图空轨太阳能辅助供电系统适合任何地质地形空轨的轮子采用的是外包橡胶钢轮，橡胶轮胎的摩擦系数较大，同时设计了特殊的转向架，这使它具有很强的爬坡及转向能力，可以在半径较小的地方转弯，可以适合在任何地形上建造，在路线设计上有很大的自由度。外形美观空轨的站台和列车的设计，十分简洁美观，具有高科技感和现代感。由于所有部件都是封闭在轨道梁中的，所以外形十分简洁，不会遮挡光线，也不会像轻轨高架一样给人带来沉闷感。因此建设空轨，不但不会影响城市市容，还可以融于城市美景之间，既实用又不失美观，成为城市中的一道亮丽的风景线。（二）缺点 运量较小空中轨道列车目前每节车厢定员 人，四节车厢可承运 人次小时，当客流量较大时，不能满足运输需要。运行速度低、运行里程短空中轨道交通系统中列车的速度一般可以达到到每小时 ，加上进站停车减速等因素，实际行驶平均速度为 ，略快于城市公交，而慢于轻轨、地铁。运行里程方面，从国外修建的实际远行线路来看，均属于短途运输，远不及地铁、轻轨、公交等城市轨道交通运行方式。（从德国已建成的线路来看，号线乌波塔尔线、号线多特蒙德线、号线杜塞尔多夫线的里程分别为 公里、公里、公里。）突发紧急情况无法快速处理空中列车运行突发紧急情况的时候，只能原地停留等待专用救援设备到来，不能像地铁或轻轨，一旦遇到突发情况乘客就可以打开车门或者砸开车窗逃生。市场普及率较低目前世界上各国家在城市轨道交通中主要采用的还是地铁和轻轨为主的方式，空轨系统应用尚不普遍，可吸取和借鉴的建设及运营管理经验比较少。即便已建设运营的案例运行里程也较短、运量较小，对于我国城市人口数量较大、运行里程需要延长的情况尚需进行充分论证。不利于和其它轨道交通系统资源共享对于地铁和轻轨而言，能够很容易实现线路的互通及资源共享，而空轨系统和其他交通系统不容易实现资源共享。五、对我国空轨系统建设的思考（一）技术经济性建设城市轨道交通系统，在满足基本运输要求及环境要求前提下，商业性及经济性也是必须考虑的重要因素。城市轨道交通系统建设可行性分析中，低成本高效益以及后期的维护费用等均是衡量系统合理性的重要指标。综合比较空轨、地铁、轻轨、公交系统等城市交通运输方式，空轨在投资、维护成本、节能环保、效率等方面有着其他系统不可比拟的优势。（见表）表空轨、地铁、轻轨、公交系统技术经济情况对比内容空轨地铁轻轨 运能（人次）运行速度 系统造价（亿元）车辆组数 系统维护便利困难困难便利平均站间距（）环保最好好好较好商业性较好较差较差好配套系统简单复杂复杂简单成熟性一般成熟成熟好系统扩展易难难易设备国产化进程。目前国际空列集团在我国成立了天津太平洋空铁设备技术有限公司，主要负责空中列车在我国的系统装备、部件制造和项目技术服务，已经先期开展了空中列车交通系统工程技术和车辆的技术消化与改进、创新工作，其中车辆部分由南车集团株洲九方装备有限公司负责车辆的制造，从而大幅降低了空轨系统的建设及运营成本。（二）适用范围空中轨道交通属于轻型、中速、中运量的交通运输方式，根据其优缺点以及我国国内城市特点及实际客流量分析，较适宜在以下情况下进行建设：由于中小城市地方经济难以承受高额的地铁及轻轨建设前期投入以及后期运营费用，空轨特别适宜于二三线中小城市做为城市轨道交通；空轨在客流高涨的大中城市应用范围有限，但是可以成为地铁、轻轨等轨道交通的有效补充形式，作为地铁、轻轨的延伸，连接到达市中心的商业圈及办公区，为医院、学校、住宅区提供联线等等；空轨可以作为城市商业繁华区、居民密集居住区、旅游风景区、博览会、教育园区等地的快捷交通工具，又可作为机场、地铁、火车站、长途客运站之间的中转接续工具。设计合理，也可替代地铁完成大运量交通任务；特殊地区地段。适应于地面交通趋于饱和、地下工程条件受限的特殊地区地段，如：多山丘陵地区、沟河较多地段、地下文物丰富、地下土质结构特殊、地下泉水较多等城市、转弯半径小或相对狭窄的道路、拆迁成本高的区域等。六、结语为缓解城市拥堵，年全国两会上有政协委员就提出 关于采用空中轨道交通系统缓解城市交通困难的建议，目前，浙江温州市有意向建设首条运营线路，具体的规划研究正在进行中，天津、上海、济南、合肥、洛阳和石家庄等城市也在进行相关可行性论证，由此可见空轨在国内将有很好的市场发展前景。参考文献：胡伟东城市跨座式单轨交通系统运营管理模式探析科技资讯，（）魏庆朝，王英杰空中列车及大温哥华地区综合交通系统都市快轨交通，（）张生，魏涛，彭燕长沙 系统适用性分析湖南交通科技，（）梁立升基于未来悬挂式便捷轨道交通系统的交通工具的设计研究沈阳航空工业学院，耿蕊快速公交系统的无障碍设计江南大学，（，）：，：；