跨座式单轨 作为轻轨主导模式的适应性及对策研究

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1 跨座式单轨 作为轻轨主导模式的适应性及对策研究
中铁工程设计咨询集团有限公司

2 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 2 2

3 一、我国城市对轨道交通的需求特征分析

4 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。 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 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

5 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 中国城市人口规模分布表
地区 0-50 50-100 >550 合计 华北 6 16 5 1 2 33 东北 4 20 3 华东 10 24 12 13 79 华中 18 42 华南 7 11 9 37 西南 31 西北 29 49 109 55 26 17 284 占比1(%) 17.25 38.38 19.37 9.15 5.99 3.17 1.06 0.7 0.35 1.76 2.46 100 占比2(%) 37.68 4.23 注：数据来源于《中国城市统计年鉴（2012）》 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 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 万人的城市占近85%。

6 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

7 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 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。

8 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。

9 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
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。

10 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

11 3.中运量轨道交通未来将需要大力发展 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
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。 城市轨道交通分级表 线路运能分类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 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) 185 140 100 60 单向运能(万人次/h) 4.5～7 2.5～5 1.5～3 1～2 适用车型 A B或 Lb B、C、Lb 及单轨 C或D 最高速度(km/h) 80～100 60～80 平均站间距(km) 1.2～2 0.8～1.5 旅行速度(km/h) 35～40 20～30 适用城市城区人口规模(万人) ≥300 ≥150

12 4.投资及运营的经济性 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
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。

13 5.不增加道路压力，具有较高的运营效率和安全性
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 5.不增加道路压力，具有较高的运营效率和安全性 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。

14 6.优越的环保性能 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
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。

15 6.优越的环保性能 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
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。

16 7.对城市空间景观影响小 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
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。

17 8.国内有较高的技术和产业基础 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
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。

18 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
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。

19 二、跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性

20 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/T ）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。

21 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
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。

22 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 （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。

23 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 （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。

24 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 （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 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。

25 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 （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。 单轨从商业建筑中穿过 单轨从屋顶上穿过

26 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 （二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性 不同轨道交通制式噪声对比表 车 型
车 型 高架段噪声 源强参考值 （dBA） 噪声贡献 增加值 A型车 90 0.5~3.4dBA B型车 92 C型车 84 0.3~2.9dBA Lb型车 80 低地板C型车 80（地面） 0.0~1.5dBA 跨座式单轨 75 0.0~0.3dBA 中低速磁悬浮

27 高架轻轨、磁浮、胶轮路轨、直线电机的桥梁结构
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 5.对城市空间景观影响小 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。 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

28 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 （二）跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性
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。

29 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
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。

30 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
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。

31 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 运能及承载效率对比（编组长度≤100m） 类 型 编 组
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 承载效率 活载/恒载 A型 4 94.40 1240 37200 65.2 222.4 29.3% B型 5 98.60 1184 35500 60.6 224.8 27.0% C型 97.32 1045 31300 61.2 218.9 28.0% Lb型 89.18 1165 35000 63.0 210.4 29.9% 日 立 大型 6 89.40 962 28800 61.4 98.7% 中型 7 97.90 968 29000 59.2 58.8 100% 庞巴迪-300 8 97.85 1146 34300 49.0 54.2 90.4% 中低速磁浮* 90.00 800 24000 50.0 271.2* 18.4% C型低地板 （模块式） 54.62 504 15000 55.6 196.4 28.3%

32 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 （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（‰） 35 50 60 70 最小曲线半径（m） 250 100 46 30 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 0.4～3.0 0.3～2.0 基本满足 1.5～3.0 轴重（t） ≤14 11～13 10～12 13.5 整车35t 桥梁上部结构工程量（换算） 3.31 3.27 1.00 2.34 4.97 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 2～3 经济 2～4 3～6 较昂贵 建设周期（年） 4～5 2 桥墩占地宽度（m） 2.3 1.4 不增加道路压力，具有较高的运营效率和安全性 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，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 技术产业基础 高 中 低 较高 安全性 待验证

33 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
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。

34 三、改进与创新

35 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。

36 1.关于轮胎磨耗与粉尘污染问题 三、改进与创新 （一）几个问题的说明
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。

37 2.关于车门数量的影响 三、改进与创新 （一）几个问题的说明
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。

38 3.关于行车间隔问题 三、改进与创新 （一）几个问题的说明
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。

39 三、改进与创新 （二）国家发改委课题 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。

40 三、改进与创新 （三）北京市科委课题 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。

41 三、改进与创新 （四）跨座式单轨交通的大跨度桥梁、变高连续梁研究
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。

42 三、改进与创新 （五）跨座式单轨新型道岔技术研究
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。

43 三、改进与创新 （六）跨座式单轨交通检修疏散通道设置优化研究
在结合国外已有救援通道的基础上，研究设计出兼顾检修作业通道、电缆通道，方便人员快速、安全疏散的应急疏散通道。救援通道面与轨道梁走行面同高，通过栏杆扶手面实现车厢至通道的阶梯过渡，方便人员快速安全的疏散，结构本身稳定合理，有利于全线设置。

44 三、改进与创新 （七）跨座式单轨交通的低温环境适应性研究
针对国内外跨座式单轨系统不能适应-10℃以下环境的限制,研究适应中国严寒地区（-30℃）的单轨桥梁的融冰雪技术； 通过研究伴热带、加热电缆方式等不同的系统布置方案，使轨道梁表面温度保持在在2度以上，综合采用先进的防冰雪涂层技术，达到防冰雪的目的。同时研究了供电轨、道岔区的融冰雪方案，解决了跨座式单轨的低温适应性问题，拓宽了跨座式单轨的应用范围。

45 三、改进与创新 （八）车站轻量化研究 通过对单轨车站的常用型式、典型车站平面布局分析，研究典型车站结构选型，合理控制车站公共区规模、有效利用站台层以下空间、优化结构设计、合理把握车站设备配备标准及设备用房面积，尝试车站与邻近建筑的结构整合，重视车站建筑造型设计，减少单轨车站占地，节省投资，降低对城市景观的影响，与周边环境和谐共生。

46 三、改进与创新 通过上述研究成果的应用，跨座式单轨桥梁车站将更加轻盈、适应能力更强、环境影响更小、安全性能更加可靠，更加突出了跨座式单轨技术优势，更有利于推广应用。

47 四、促进跨座式单轨健康发展的建议

48 四、促进跨座式单轨健康发展的建议 （一）加强对跨座式单轨的政策引导
跨座式单轨具有诸多突出优势，应在其适应范围内大力倡导推广，建议政府主管部门制定相应政策法规，鼓励、引导和规范城市、特别是中小城市发展适合自身需求的、经济实用高效的轨道交通制式。 同时，建议加大宣传力度，消除误解。

49 四、促进跨座式单轨健康发展的建议 （二）完善跨座式单轨标准体系
基于重庆的跨座式单轨交通工程，国内已建立一套跨座式单轨的规范标准，建议结合庞巴迪单轨技术的引进，以及一些跨座式单轨试验线、示范线在一些城市的实施，对原相关规范标准进行补充、调整和完善，从而更好地指导跨座式单轨的推广和建设。

50 汇报结束 谢谢！