跨座式单轨作为中等规模城市轨道交通模式的适应性分析

武 农，雷慧锋，郭 锴

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

0 引言

近年来，我国城市轨道交通发展迅猛，超大城市、特大城市轨道交通骨干线路基本建成，并逐渐成网，建成线路以地铁为主，符合我国城市轨道交通发展的阶段特点。根据中国城市轨道交通协会的统计资料，目前在建和未来规划的城市轨道交通线网中，地铁仍然占有较大比重。根据中国城市轨道交通2014年统计分析报告，目前我国城市轨道交通运营收支比占54%，普遍呈入不敷出的状态。一些城区人口在100万～300万人的中等规模的城市逐渐加入到轨道交通建设队伍中来，但这些城市的城市规模、财政实力、人口数量和客流水平难以支撑地下敷设为主的轨道交通建设，需要寻找适宜的发展道路。

中铁二院曾于2013年编制的《新型轨道交通系统发展对策研究之一:直线电机、跨坐式单轨系统》提出:跨座式单轨系统具有经济、环保等优点，是有应用前景的，但是跨座式单轨系统的优势和劣势都较为突出，系统的应用都必须基于系统的特点，在适宜的环境条件、线路条件下，扬长避短地应用。仲建华［1］提出跨座式单轨技术成熟，具有多重优势，不仅适合重庆山水城市，在其他城市也具有十分广阔的推广应用前景。Peter E.Timan［2］提出跨座式单轨可作为一种替代昂贵的地下隧道工程、主流的高架线路选择方案，为大都市提供高运量的公共交通服务。此外，文献［3－6］对单轨的景观、安全疏散、技术特点、优缺点及应用等问题进行了探讨。文献［7－10］对各种新型轨道交通技术特点、参数进行了分析，提出在中国部分地区具有一定的适用性。目前，也有部分人士认为跨座式单轨运营成本高、高架线路影响景观，不宜大力推广，对此存在学术争议。

文章对各地城市建设以地铁为主的态势进行了分析，提出城市规模大、客流断面流量大、负荷强度高的省会以上城市，以地铁为主要交通模式是正确的，并提出未来中等规模城市交通的发展特点及下一步中小城市需要发展什么样的轨道交通。

1 我国城市对轨道交通的需求特征分析

1.1 我国城市结构分析

城市可按地域分布、人口规模和经济发展水平等诸多指标进行分类，其中人口规模和经济发展实力是非常重要的指标，按照城市人口规模和地域划分的城市人口统计见表1。

表1 中国城市人口规模分布表Table 1 Statistics of cities in China in terms of population 座

由表1可见，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100万～300万人口的中等规模城市107个，占总数的37.68%。我国城市规模分类见图1。

图1 中国城市规模分类图Fig.1 Classification of cities in China in terms of population

由表1和图1可见，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，其占中国城市总数的44.37%，其中100万～300万人的城市数量占有需求城市数量总数的近85%。

1.2 国家对轨道交通的发展政策

根据国办发［2003］81号《国务院办公厅关于加强城市快速轨道交通建设管理的通知》，我国城市轨道交通建设基本条件见表2。

表2 城市轨道交通建设基本条件Table 2 Basic requirements for cities in China to build rail tansit system

根据国家有关政策文件，国家将有序发展地铁，鼓励发展轻轨及各种新型轨道交通技术，合理选择系统制式，实现合理满足人民需要的结构优化。未来随着城市化发展，100万人口以上的城市对轨道交通需求逐渐增强，建议适当放宽轻轨建设人口条件从150万人降低到100万人。因此，以100万～300万人、具备轻轨建设条件的中等规模城市作为研究对象。

1.3 我国城市轨道交通发展现状

截至2014年底，我国内地38个城市获批建设城市轨道交通，已有22个城市累计开通101条城市轨道交通运营线路，总运营里程达到3 155 km［11］，其中，地铁占77.3%，详见图2。国外发达国家的地铁比例仅占30%左右，其他多种轨道交通制式并存。

图2 各种轨道交通制式比例图Fig.2 Proportions of different rail transit systems in China

1.4 我国城市对轨道交通的需求特征分析

1.4.1 具备建设轨道交通条件的城市数量

按照城市轨道交通建设的基本条件(人口、GDP和财政收入)进行粗略筛选，目前我国具备建设城市轨道交通的城市共有63个，其中符合修建地铁的城市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)的城市有16个。

1.4.2 不同等级城市的轨道交通需求特点

按照上述城市人口规模分布和轨道交通建设条件进行筛选的不同规模城市的轨道交通类型需求见图3。

图3 不同规模城市的轨道交通类型需求图Fig.3 Types of rail transit systems needed in cities in China with different populations

根据对吉林、邯郸和芜湖等城市的轨道交通需求分析，其中心城区人口在100万～300万人，运量基本在1万～3万人/h，属于中运量水平，适合发展轻轨。

1.4.3 中运量轨道交通未来将需要大力发展

根据对我国城市结构、国家政策和轨道交通发展阶段特点等因素的分析，预计未来中运量(1万～3万人/h)轨道交通系统需要大力发展。根据建标104—2008《城市轨道交通工程项目建设标准》［12］，城市轨道交通分级见表3。

表3 城市轨道交通分级表［1］Table 3 Classification of rail transit system［1］

由表3可见，第Ⅲ、Ⅳ级，采用B，C，Lb和D车型属于中运量等级。

1.4.4 投资及运营的经济性

城市轨道交通应可持续发展，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。中等规模城市经济实力无法与国内一些直辖市、省会城市和计划单列市相比，因此应更加注重投资及运营的经济性，大量采用地下敷设方式不可行。

1.4.5 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，考虑国内中等规模城市的经济实力、人口规模、道路资源和交通秩序等因素，以地面为主的轻轨系统或有轨电车难以适应需求，宜采用高架形式才能保证运营效率和安全性。

1.4.6 优越的环保性能

城市环境敏感度高，因此宜选择噪声低、振动小、对城市工作居住环境影响小的轨道交通制式。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。

1.4.7 对城市空间景观影响小

高架线路不可避免会对城市空间景观造成或多或少的影响，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，这种制式的高架结构、车辆和车站应尽量规模小且轻盈美观，与周边环境应尽量协调，甚至与周边建筑融为一体。

1.4.8 国内有较高的技术和产业基础

除考虑技术的先进性、经济性和环保性等因素外，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。国内有较高的技术和产业基础也能增强市场竞争，降低工程投资，适应中等规模城市对投资更高的敏感度。

综上，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要求如下:1)具备条件的城市数量多;2)更加注重投资及运营的经济性;3)具有较高的运营效率和安全性;4)关注环保性能;5)城市空间景观影响小;6)技术产业基础好。

2 跨座式单轨作为轻轨主导模式的适应性和优点

目前，悬挂式单轨和有轨电车运能偏小，难以满足需求。满足要求的主要制式有:轻轨制式钢轮钢轨(高架B型车、C型车)、直线电机、胶轮导轨、跨座式单轨和中低速磁浮共5种类型。下面着重对满足我国未来轨道交通需求特征的这5种类型进行对比分析。

2.1 满足中运量需求

跨座式单轨系统运能最大为3万人/h左右，能满足中运量需求。

2.2 投资及运营的经济性

跨座式单轨投资指标在2亿～3亿元/km，与轻轨制式钢轮钢轨(高架B型车、C型车)、直线电机和胶轮导轨相比，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。

2.3 不增加道路压力，具有较高的运营效率和安全性

可采用高架线路，不增加既有道路压力，采用先进的控制系统，具有较高的运营效率和安全性。

2.4 优越的环保性能

跨座式单轨、胶轮导轨采用橡胶轮胎，相比于其他轨道交通制式，如轻轨制式钢轮钢轨(高架B型车、C型车)、直线电机等，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。重庆单轨的实景照片见图4。

图4 跨座式单轨环保性能优越照片Fig.4 Pictures of environment-friendly straddle monorail system

2.5 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民用建筑结合物业开发融为一体。跨座式单轨与其他轨道交通高架桥梁结构对比见图5。

图5 不同轨道交通制式桥梁结构对比照片Fig.5 Bridges for different rail transit systems

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、日本迪斯尼和新加坡圣淘沙等。国外部分著名景区还在规划建设跨座式单轨。

2.6 国内有较高的技术和产业基础

结合重庆2条线路的实施，跨座式单轨在国内成功运用并建立了完整的产业链，有比较完善的产业基础。自2012年以来，为了更好地推进单轨交通的发展，特别是契合中等城市轨道交通发展需求，中铁咨询完成了多项科研课题，与国外主流跨座式单轨系统供应商合作，推进轻型单轨技术的国产化和自主化，并与国内多家轨道交通设备制造龙头企业合作，开展了轻型单轨的轨道梁、道岔和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。

各种轻轨系统的综合对比见表4。

表4 各种轻轨系统比较表Table 4 Comparison and contrast among different light rail systems

由表4可见，从地形适应性、桥梁承载效率、投资、工期、占地、环保、景观和技术产业基础等方面综合对比，跨座式单轨综合优势比较突出。

3 促进跨座式单轨健康发展的建议

1)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，特别是中等规模城市应量力而行，发展适合自身需求的、经济实用高效的轨道交通制式。

2)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，建议结合其他单轨技术的引进及国产化，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。

4 结论与体会

经过上述分析，跨座式单轨能满足中运量需求，投资低、工期短、具有良好的经济性;噪声低、振动小、景观效果好，具有良好的环境适应性;具有较高的技术和产业发展基础;还具有爬坡大、转弯半径小、地形适应能力强和占地少等优点，适合作为中等规模城市轻轨(中运量系统)的主导模式。

文章从我国城市结构、轨道交通发展阶段特点、不同制式对需求特征的满足等方面，定性加定量说明论证了跨座式单轨应具有更广阔的应用前景，希望为促进城市轨道交通的可持续发展提出良好建议。

目前，对于跨座式单轨的适应性国内还有不少学术争议，下一步需选取典型项目进行不同系统制式的技术标准、工程方案、投资估算、运营成本和经济效益等方面的全方位、全生命周期的综合比较，用科学、客观、公正、可信的数据进行论证。同时需加强对新型单轨技术的国产化、自主化和技术创新研究。

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