跨座式单轨作为轻轨主导模式适应性及对策研究

跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性及对策研究内容提要一、我国城市对轨道交通的需求特征分析二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性三、改进与创新四、促进跨座式单轨健康发展的建议一、我国城市对轨道交通的需求特征分析城市可按地域分布、人口规模、经济发展水平等诸多指标进行分类，其中人口规模是一个非常重要的指标，在此我们按人口规模进行分析。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（一）我国城市结构分析城市分类标准的调整1989年《城市规划法》城市划分新标准户籍改革政策小城市≤20万人≤50万人全面放开建制镇和小城市落户限制中等城市20~50万人50~100万人有序放开中等城市落户限制大城市50~100万人100~500万人合理确定大城市落户条件特大城市≥100万人≥500万人严格控制特大城市人口规模我国城市20万人口以上的城市总数为284个，300万人口以上的城市数量为19个，仅占6.69%，而100-300万人口的城市107个，占总数的37.68%。如果以人口在100万以上城市作为轨道交通建设需求或潜在需求的对象，则100-300万人的城市占近85%。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（一）我国城市结构分析人口地区0-5050-100100-150150-200200-250250-300300-350350-400400-450450-500500-550>550合计华北616511110000233东北420320101011033华东1024121312320100279华中5181231100002042华南711950201001137西南79921100001131西北1011502000000129合计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中国城市人口规模分布表

注：数据来源于《中国城市统计年鉴（2012）》一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（一）我国城市结构分析国家将继续有序发展地铁，鼓励发展轻轨及各种新型轨道交通技术，实现总量增长中的结构优化；合理选择系统制式，节约能源和资源，有效控制造价，提高投资效益。国家对轻轨的建设条件将适当放宽，市区人口条件由150万降低到100万。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（二）国家关于轨道交通的发展政策我国城市轨道交通建设基本条件表（81号文）建设条件地铁轻轨城区人口≥300万人≥150万人国内生产总值≥1000亿元≥600亿元地方财政一般预算收入≥100亿元≥60亿元客流规模单向高峰小时≥3万人单向高峰小时≥1万人一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（三）我国城市轨道交通发展现状截止到2013年底，我国内地37个城市获批建设城市轨道交通，已有19个城市累计开通87条城市轨道交通运营线路，总运营里程达到2746公里。据规划，到2020年轨道交通线路将达到8000km。国内建成的城市轨道交通中，地铁2073公里，占75.5%；而国外发达国家的地铁比例仅占30%左右，多种轨道交通制式并存。按照城市轨道交通建设的基本条件（人口、GDP、财政收入）进行筛选，目前我国具备建设城市轨道交通的城市共有63个，主要为直辖市、省会城市、副省级城市，以及东部经济发达地区的部分地级市。其中符合建地铁的城市19个，符合轻轨条件的城市44个。2020年，随着经济发展和人口增长，我国新增具备建设城市轨道交通条件（轻轨）的主要城市主要有：邯郸、包头等16个城市。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析1.具备建设轨道交通条件的城市数量一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析2.不同等级城市的轨道交通需求特点根据前面对我国城市结构、国家政策、轨道交通发展阶段特点等因素的分析，预计未来继续有序发展高运量、大运量地铁的同时，中运量（1-3万人/小时）轨道交通系统需要大力发展。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析3.中运量轨道交通未来将需要大力发展线路运能分类ⅠⅡⅢⅣ高运量大运量中运量（钢轮钢轨）（钢轮钢轨/单轨）线路型式全封闭型部分平交道口列车最大长度(m向运能(万人次/h)4.5～72.5～51.5～31～2适用车型AB或LbB、C、Lb及单轨C或D最高速度(km/h)80～10060～80平均站间距(km)1.2～20.8～1.5旅行速度(km/h)35～4020～30适用城市城区人口规模(万人)≥300≥150城市轨道交通分级表一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析4.投资及运营的经济性城市轨道交通应可持续的发展，应考虑投资及运营的经济性，轨道交通若采用地面或高架敷设方式，投资显著小于地下敷设方式。运营成本总体上与建设成本呈正相关关系，因此在一定的运能条件下，选择建设成本较低的系统制式，其运营成本也将相应降低。城市轨道交通需要具有较高的运营效率和安全性，考虑国内城市人口规模普遍较欧美发达国家城市大、交通秩序有一定差距、国内城市普遍道路资源紧张等因素，轨道交通若占用既有道路资源，或与城市道路平交或混行，其运营效率和安全性将会大打折扣，因此宜采用高架形式才能保证运营的准点性及安全性，并选择占地少的轨道交通制式。5.不增加道路压力，具有较高的运营效率和安全性（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析一、我国城市对轨道交通的需求特征分析城市尤其是中心城区是建筑物、道路、人流高度集中的区域，医院、学校等环境敏感点多，市民希望有一个安静和谐的人居环境，但同时享有畅通的交通便利条件，因此在城区的轨道交通制式中宜选择噪声低、振动小、对城市工作居住环境影响小的方式。节能因素也是轨道交通形式选择的重要因素。节能应综合考虑列车运行能耗、设备运营能耗、轨道交通建设能耗等各方面，选择综合能耗最小或较小的方式。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析6.优越的环保性能（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析近年来，国家环保政策越来越严格，国家环保总局颁布了一系列政策规定，对城市轨道交通的环保性能要求越来越高，因此应将环保性能作为选择的重要考虑因素。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析6.优越的环保性能（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析高架线路不可避免会对城市空间景观产生或多或少的影响，因此应在可选制式中选择一种对城市空间景观影响最小的系统制式，这种制式的桥梁结构、车辆和车站应尽量轻盈美观，与周边环境尽量协调，甚至与周边建筑融为一体。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析7.对城市空间景观影响小（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析除考虑技术的先进性、经济性、环保性等因素外，选择的轨道交通制式应能够实现技术和装备的国产化自主化，促进就业、生产和出口，带动国内相关技术和装备产业的发展，促进经济增长。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析8.国内有较高的技术和产业基础（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析概括起来，我国城市未来除继续有序发展地铁外，对中运量轨道交通的需求特征如下：需求量大；注重投资及运营的经济性；具有较高的运营效率和安全性；关注环保性能；城市空间景观影响小；技术产业基础好。一、我国城市对轨道交通的需求特征分析（四）我国城市对轨道交通的需求特征分析二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性（一）轻轨的定义现行《城市轨道交通工程基本术语标准》（GB/T50833-2012）对轻轨的定义，即：在全封闭或部分封闭线路上运行的中运量城市轨道交通方式，线路通常设于地面或高架桥上，也可延伸至地下结构内。根据国内城市特点，我们这里将“轻轨”简单概括为：以高架敷设方式为主，满足中等运量需求的城市轨道交通方式。悬挂式单轨和有轨电车运能偏小，难以满足需求。市域快轨主要为中心城区与郊区的通勤客流服务，功能定位不同，服务范围有限，不可能作为主导模式。根据上述要求，满足这些要求的主要制式有：轻轨（狭义、钢轮钢轨）、中低速磁浮、直线电机、胶轮路轨、跨座式单轨共5种类型。下面着重对这5种类型进行对比分析。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性跨座式单轨系统运能最大为3万人/小时左右，满足中运量需求。轻轨（狭义）、中低速磁浮和直线电机也能满足中运量的运能需求。胶轮路轨运能在2万人/小时以下，略有不足。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性1.满足中运量需求（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性跨座式单轨投资指标在2-3亿元/km左右，较轻轨（狭义）、直线电机、胶轮路轨、中低速磁浮投资低，具有良好的投资经济性。由于其建设成本低，运营成本及总成本相应较低，具有良好的运营经济性。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性2.投资及运营的经济性（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性5种轻轨系统中均可采用高架线路，不增加既有道路压力，通过采用先进的控制系统，具有较高的运营效率和安全性。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性3.不增加道路压力，具有较高的运营效率和安全性（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性跨座式单轨、胶轮路轨采用橡胶轮胎，相比于其他轨道交通制式如轻轨、直线电机而言，噪声振动低，具有良好的环保性能，更能适应城市中复杂苛刻的环境条件。中低速磁浮由于采用悬浮方式，同样具有噪声振动低的特点，但目前国内外应用案例较少，运能适应性有限，接受认可度较低，推广应用存在较大难度。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性4.优越的环保性能（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性单轨从商业建筑中穿过单轨从屋顶上穿过二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性4.优越的环保性能（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性车

型高架段噪声源强参考值（dBA）噪声贡献增加值A型车900.5~3.4dBAB型车92C型车840.3~2.9dBALb型车80低地板C型车80（地面）0.0~1.5dBA跨座式单轨750.0~0.3dBA中低速磁悬浮75不同轨道交通制式噪声对比表在各种轨道交通制式中，跨座式单轨的桥梁结构简单、造型轻盈，对城市空间景观影响最小，同时由于其优越的环保性能，甚至可以将车站与商业建筑结合物业开发融为一体。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性5.对城市空间景观影响小（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性高架轻轨、磁浮、胶轮路轨、直线电机的桥梁结构跨座式单轨的桥梁结构国外许多城市将跨座式单轨应用于景观要求高的繁华商业区和风景区，如：拉斯维加斯、迪拜棕榈岛、日本冲绳、美国迪斯尼、日本迪斯尼、新加坡圣淘沙等。国外部分著名景区还在规划建设跨座式单轨。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性5.对城市空间景观影响小（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性结合重庆两条线路的实施，跨座式单轨在国内建立了完整的产业链，有比较完善的产业基础。自2012年以来，中铁咨询完成了多项科研课题，与多家轨道交通设备制造龙头企业合作，开展了对轨道梁、道岔、车辆等关键装备的合作技术研究和试制，并将随着建设推广进一步完善产业链，因此，跨座式单轨具有良好的技术和产业发展基础。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性6.国内有较高的技术和产业基础（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性6.国内有较高的技术和产业基础（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性中铁咨询、南车浦镇与庞巴迪开展战略合作，即将成立合资企业，合资企业负责发展绝大多数系统部件的生产供应链，这些系统部件将来在国内生产，同时由中铁咨询实现轨道梁和道岔的国产化。庞巴迪的单轨车在全球应用广泛，其技术上具有一定优势，三方合作有利于加快单轨技术国产化进展，促进技术进步，带动相关产业的发展。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性运能及承载效率对比（编组长度≤100m）（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性类型编组车长m定员输送能力（30对）等效活载kN/m上部结构重kN/m承载效率活载/恒载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%庞巴迪-300897.8511463430049.054.290.4%中低速磁浮*690.008002400050.0271.2*18.4%C型低地板（模块式）654.625041500055.6196.428.3%二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性各种轻轨系统对比表

交通类型条件轻轨直线电机跨座式单轨胶轮路轨中低速磁浮最大坡度（‰）3550606070最小曲线半径（m）250100463050运能水平（万人/小时）

满足中运能需求1.0～3.0满足2.5～4.0满足0.4～3.0满足0.3～2.0基本满足1.5～3.0满足轴重（t）≤1411～1310～1213.5整车35t桥梁上部结构工程量（换算）3.313.271.002.344.97承载效率27%30%100%32%18%工程实施条件工程量较大、拆迁量较大工程量大、拆迁多工程量适中、拆迁少工程量适中、拆迁少工程量大、拆迁量大一般投资指标（亿元/km）

投资运营的经济性3～4较经济3～4较经济2～3经济2～4较经济3～6较昂贵建设周期（年）3～44～522～33～4桥墩占地宽度（m）2.32.31.42.32.3不增加道路压力，具有较高的运营效率和安全性满足满足满足满足满足环保性能噪音大，振动大噪音较大，振动较大噪音小、振动小噪音小、振动小噪音小、振动小，但市民接受度低对城市空间景观影响对城市景观影响大高架形式影响大景观影响小高架形式影响大高架形式影响大技术产业基础高中高低较高安全性高高高高待验证（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性经过上述对各种轨道交通制式的适应性条件分析，跨座式单轨满足中运量水平，投资低、工期短、具有良好的经济性，噪声低、振动小、具有良好的环境适应性，对城市空间景观影响小，并具有较高的技术和产业发展基础，并且具有爬坡大、转弯半径小、地形适应能力强、占地少等优点，适合作为轻轨（/中运量系统）的主导模式。二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性（二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性三、改进与创新近年来，中铁咨询联合国内轨道交通研究设计机构、龙头制造企业，针对跨座式单轨系统，组织开展了一系列的技术研究工作，既涵盖如何促进产业发展、宏观性强的软课题，也涉及大跨度轨道梁、新型道岔技术、车站轻量化、检修疏散通道、低温适应性等多项具体技术研究成果。三、改进与创新粉尘（dust）是指悬浮在空气中的固体微粒。国际上将粒径小于75µm的固体悬浮物定义为粉尘。根据有关研究，橡胶粉尘污染主要出现在橡胶品生产环节，一般的机械磨损形成的橡胶颗粒不可能呈悬浮态，关于大气污染因素的报道中也从未听过汽车轮胎磨耗是污染源之一。因此，轮胎磨耗不会构成粉尘污染。随着轮胎技术的进步，轮胎磨耗会进一步改善，使用寿命将进一步提高。三、改进与创新（一）几个问题的说明1.关于轮胎磨耗与粉尘污染问题针对国内单轨应用中反映的车门数量偏少，影响上下客时间的问题，我们专门与单轨车辆专家进行了探讨，将目前的每节车2门改为3门，技术上是完全可行的。根据初步测算，改为每侧3门后，车内座位比例仍可达到与普通A、B型车相当的水平，且可增加载客量，总荷重仍可控制在列车轴重容许范围。三、改进与创新（一）几个问题的说明2.关于车门数量的影响目前，国内对单轨发车密度的普遍认识是最小2.5分钟（24对车），影响发车密度的主要因素是道岔通过能力。根据我们对道岔及配线设置的研究，通过优化配线设置和改进道岔型式，单轨发车密度达到甚至超过2分钟（30对车）是完全可行的。随着不同类型道岔的合理选用以及先进的信号技术，单轨系统的发车密度完全可以达到与常规轨道交通相同的水平。（一）几个问题的说明三、改进与创新3.关于行车间隔问题基于目前国内的轨道交通发展形势，国家发改委为了规范国内轨道交通规划建设、引导城市合理选择系统模式、制定和完善相关规范标准、实现技术国产化和自主创新、带动产业发展，去年委托我公司开展《轻型跨座式单轨交通系统作为轻轨主导模式的适应性及对策研究》科研课题，目前已经完成。三、改进与创新（二）国家发改委课题去年，北京市科学技术委员会委托我公司开展《轻型跨座式单轨系统技术及工程化应用研究》科研课题，对轨道梁、道岔等核心关键技术进行自主创新和技术优化，促进产业落地，支持工程化应用和示范工程。三、改进与创新（三）北京市科委课题三、改进与创新主要开展中型单轨大跨度等高30m简支PC轨道梁、3x30m连续变高PC轨道梁、庞巴迪3×30m连续刚构PC轨道梁等关键技术研究。在理论研究和收集国内外资料的基础上，结合具体设定条件，对关键设计参数、PC轨道梁线形控制、制作、运输、架设工艺等主要内容进行研究，目前已经有研究成果。采用大跨度桥梁、变高连续梁可降低基础工程量、进一步提高适应性和景观效果。（四）跨座式单轨交通的大跨度桥梁、变高连续梁研究三、改进与创新通过对各种跨座式单轨道岔技术的系统研究，已掌握了关键技术，可实现各种道岔设备国产化。国产化道岔设备与进口设备相比，价格大幅度下降，为推动跨座式单轨交道在我国的发展创造了有利条件。进一步改进思路：按照最优的道岔系统布置方式，决定道岔驱动系统的设计；优化道岔线形；整体式道岔的制造与应用技术