跨座式单轨交通的认识误区分析及发展展望

郭锴，武农

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)



跨座式单轨交通的认识误区分析及发展展望

郭锴，武农

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

摘要:跨座式单轨是一种优良的中运量轨道交通系统制式，具有环保性能好、景观效果好、地形适应能力强、投资低、建设周期短、占地少等优点，也存在冰雪天气适应能力差、牵引能耗高的缺点，部分人士对跨座式单轨在橡胶粉尘、疏散救援、运营安全、运营成本、适应范围、景观影响和土地开发等方面存在认识误区。对上述缺点及认识误区一一进行释疑，并分析跨座式单轨未获广泛推广的原因，进一步针对我国城市轨道交通发展现状、存在问题、国家政策导向进行分析，提出随着城市轨道交通发展阶段的转变，应消除对跨座式单轨的认识误区，在其适应范围内大力推广，促进我国城市轨道交通的可持续发展。

关键词:跨座式单轨;轨道交通;缺点;认识误区

跨座式单轨交通系统是一种优良的中运量轨道交通系统，具有环保性能优异、景观效果好、地形地貌适应能力强、建设周期短、投资低等优点，在我国重庆得以成功运用，目前运营良好。目前国内一些城市正在规划建设跨座式单轨，国际上一些主要的跨座式单轨系统供应商和国内轨道交通研究设计单位、装备制造企业也在积极推动国产化、自主化和技术创新工作。

同时，也有部分人士认为跨座式单轨存在运营成本高、高架线路影响景观等缺点，不宜大力推广，对此存在学术争议。笔者认为，部分学术观点不无道理，跨座式单轨有其适应范围，不必过分夸大，但也存在着一些认识误区。目前，国内已有很多文献阐述了跨座式单轨的优点，本文不再重复，而是着重对跨座式单轨的缺点及认识误区进行分析，并进一步说明未获广泛推广的原因，最后，针对我国城市轨道交通存在问题、发展阶段的转变及国家政策导向，提出了消除对跨座式单轨的认识误区，在其适应范围内大力发展的建议。

1　跨座式单轨的缺点

跨座式单轨与其他轨道交通一个显著的不同就是采用了橡胶轮胎，因此使它具备了噪声低、振动小、爬坡能力大、转弯半径小等突出优点，也决定了它具有如下主要缺点。

1.1对冰雪天气适应性差

橡胶轮胎对冰雪天气适应性略差，轨道梁上的冰雪容易导致列车打滑，日本单轨主要应用于中低纬度地区，也曾出现在极个别的恶劣天气下列车限速、晚点，甚至部分停运的情况［1］。单轨有在车头安装除雪刷、撒沙、喷洒融雪剂等除冰雪措施(图1)，具有一定的除冰雪效果，也有在轨道梁上安装伴热带、加热电缆、防雪涂层等技术方案(图2)，采取这些措施会增加除雪效果［2］，当然也会增加建设成本和运营成本。

图2　伴热带、加热电缆和防雪涂层试验

1.2列车牵引能耗高

跨座式单轨由于采用橡胶轮胎，提高了粘着系数，在获得了大爬坡能力、小转弯半径、低噪声振动优势的同时，也增加了列车的牵引能耗。根据理论计算，在相同的线路条件下，重庆单轨较B型车能耗指标(kWh/人·km)高28%，庞巴迪单轨由于采用永磁电机和轻量化车体，能耗较重庆单轨能耗低。根据重庆市轨道交通1号线(地铁6辆B型车编组)、3号线(单轨6辆编组)的数据对比，由于线路条件及满载率不同，实际牵引能耗指标(kWh/人·km)单轨较B型车高39%。

但轨道交通能耗不能仅考虑牵引能耗，还应考察辅助能耗，地下线路的环控通风能耗远大于高架线路，根据对重庆、广州等地地铁的调研，地下站辅助能耗为6 500～7 000 kWh/站·d，而高架站辅助能耗约为3 800 kWh/站·d，地下线辅助能耗较高架线约高71%。根据对某特大城市各条地铁线路能耗统计数据，辅助能耗占总能耗的50%～72%。

综合考虑牵引能耗和辅助能耗的运营总能耗指标，以高架为主的跨座式单轨总能耗低于以地下为主的B型车，重庆单轨(3号线)综合能耗指标(kWh/万人·km)较地铁(1号线)低42%［3］。由此可见，跨座式单轨采用橡胶轮胎虽然增加了牵引能耗，但由于大量采用高架敷设方式，其辅助能耗远较地铁低，运营总能耗仍大大低于地铁或地下敷设为主的“轻轨”。

因此，本项缺点只说对了一半，或者说不够全面。

2　对跨座式单轨交通的认识误区

2.1“产生橡胶粉尘污染”

橡胶粉尘是目前对跨座式单轨最多的质疑。跨座式单轨采用橡胶轮胎运行，的确会产生橡胶轮胎的磨耗，但是否会形成污染值得商榷。根据研究，列车运行时橡胶轮胎磨耗形成的橡胶颗粒硬度和容重较大，无法形成飘散型可吸收颗粒物［4］，迄今为止，没有任何一项研究资料表明橡胶轮胎颗粒成为雾霾的污染来源。

如图3所示，通过对重庆跨座式单轨2、3号线全天运行环境PM2.5监测，同时与当天的PM2.5空气质量指数进行跟踪记录，取77个样本，未发现橡胶轮胎对环境污染有影响［5］。

图3　重庆单轨橡胶粉尘测试现场照片

根据2015年4月1日环保部公布的北京等9个城市的大气颗粒物源解析工作结果，“机动车尾气、工业生产、燃煤、扬尘等是当前我国大部分城市环境空气中颗粒物的主要污染来源，占85%～90%［6］。”跨座式单轨与城市机动车驱动方式相同，如果说道路交通产生的轮胎磨耗粉尘不会形成大气污染，那么单轨交通也不会产生粉尘污染。

2.2“疏散救援困难”

早期的跨座式单轨未设置疏散通道，遇到紧急情况下，可采用横向救援、纵向救援和垂向救援等多种救援方式。救援方式如图4所示。

图4　跨座式单轨的早期救援方式

由图4可见，上述救援方式存在一定不足，在国外，如西雅图单轨、新加坡圣淘沙单轨曾经发生单轨救援不够及时影响疏散效率的情况。

近年来，随着设计理念的更新和技术的提高，跨座式单轨也可在2条轨道梁之间设置疏散通道，并兼做检修通道和电缆托架。如重庆3号线、拉斯维加斯单轨(图5)和巴西圣保罗单轨都设置了疏散通道，因此跨座式单轨的疏散救援不再成为问题，而且高架线路疏散救援效率远优于地下线路。拉斯维加斯单轨救援疏散通道如图5所示。

图5　拉斯维加斯单轨救援疏散通道

2.3“只有一根轨道，运营不安全”

跨座式单轨虽然采用一根轨道梁，但整个列车是骑跨在轨道梁上，列车较地铁更难脱轨，桥梁荷载计算要考虑各种作用力及其组合作用，因此列车运行是安全的。

自20世纪60年代以来，跨座式单轨在全球安全运营已超过50年，经历了地震(如日本大阪单轨经历的阪神大地震)、海啸、台风的考验，未发生乘客人身死亡事故。重庆跨座式单轨也安全运营超过10年，因此跨座式单轨的运营安全是经过实践验证的。

2.4“运营成本高”

相对于钢轮钢轨的高架轻轨，同种敷设方式情况下，跨座式单轨运营成本的确略高，主要是增加了牵引能耗和橡胶轮胎更换费用。如前所述，跨座式单轨牵引能耗较地铁B型车高28%，走行轮需在18万～26万km更换，导向轮和稳定轮需50万km更换［7］，而钢轮钢轨一般在80万～100万km才进行轮对更换，根据统计资料，单轨车辆维修成本较钢轮钢轨轻轨高5%～10%。

但由于环保和景观的原因，目前已经不可能在城市中心城区建设高架的钢轮钢轨系统，而跨座式单轨则可以大量采用高架方式。跨座式单轨相对于地下敷设为主的“轻轨”，由于环控通风等辅助能耗低、机电设备维护费用低，因此其运营成本较钢轮钢轨系统显著降低。

单轨列车购置费用较B型车高，目前B型车约600万元/辆，单轨车约800万元/辆。但单轨车购置费用较高与以往生产企业单一、市场规模小、研发成本摊销大等因素密切相关;目前国内已有3家以上企业能生产单轨列车，市场规模也将会大幅拓展，随着国产化推进，单轨车辆的购置费用将会逐渐降低。

由于高架线路投资低，其折旧成本和财务成本(贷款利息)也较大量采用地下敷设“轻轨”低。

以1条长30 km线路为例，单轨较B型车线路折旧成本少2.7亿元/年，还贷利息少1.6亿元/年，车辆购置费多0.5亿元/年。

因此，综合考虑建设成本、总成本(运营成本、折旧成本、财务成本)、运营期的车辆购置成本，在全生命周期内，跨座式单轨经济性显著优于地下敷设为主的钢轮钢轨系统。

2.5“只适合山城”

跨座式单轨对地形地貌良好的适应能力的确适合如重庆这样地形复杂的城市，但这并不是一个逆反命题。由于城市环境复杂，道路狭窄、建筑物密集、河流蜿蜒、桥梁起伏，控制条件多，环境敏感因素多。跨座式单轨具有较大的爬坡能力(60‰)和较小的转弯半径(46 m)，可以使其在选线时大幅度减少征地拆迁工程，节省工程投资和避免拆迁纠纷。因此跨座式单轨不仅适合山城，也适合其他丘陵平原城市。如图6所示。

2.6“高架线路影响景观”

跨座式单轨是高架线路景观影响最小的一种轨道交通制式。跨座式单轨除承担交通功能外，它自身也成为一道流动的风景线，同时，乘客在车内也可观看城市沿线风貌，具备观景功能。国外许多城市将跨座式单轨应用于景观要求很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。图7为世界著名景区跨座式单轨线路，与周围环境十分协调。

图6　跨座式单轨的地形地貌适应能力

图7　世界著名景区跨座式单轨线路

2.7“高架线路影响土地开发价值”

由于跨座式单轨环保性能显著优于传统的轨道交通方式，它更适合将车站、车辆段与商业、民用建筑结合进行物业开发，融为一体。重庆轨道交通2号线李子坝车站，车站楼上即为居民住宅，居民最初购房时曾有顾虑，后来发现既能享受轨道交通近在咫尺的便利，又无轨道交通噪声振动的困扰［8］。重庆建设单轨时曾因线路对临近建筑的环保影响，购买了临近建筑房产作为职工宿舍，后卖出大幅度升值; 2号线经过秋实花园时，曾考虑减少对其环境影响，在小区外侧设置声屏障，后小区居民反映根本就没有什么环境影响，声屏障反而挡视线影响景观，要求拆除。如图8所示。

阿联酋迪拜棕榈岛号称“世界第八大奇迹”，耗资140亿美元打造闻名于世的旅游景点。人们可以通过乘坐高架的跨座式单轨列车到达棕榈岛(图7)。棕榈岛建设了大量的高档物业，销售异常火爆，并未因高架单轨影响物业价值。

3　跨座式单轨未获广泛推广的原因

厘清上述认识误区后，可以发现，跨座式单轨实际定量的技术指标衡量，它是一个主观性很强的东西，见仁见智，一般很难形成广泛的共识。对于景观问题，建议有关部门及评审专家不必替地方政府和市民做主，把决定权交还直接牵涉方。

图8　重庆跨座式单轨实景照片

在进行轨道交通环评公示时，建设者应告诉市民跨座式单轨是一种什么样的轨道交通、环保性能如何、景观效果如何、与传统的钢轮钢轨有什么差别;并计算如果建设地铁需要花多少钱，运营每年需补贴多少钱，分摊到每个市民身上会花多少钱;如果建跨座式单轨，情况又是如何?笔者相信大多数市民会做出理性的选择。上是一种性能优良的轨道交通系统。但在国内，除了重庆市外，目前其他城市还没有一条作为公共交通的跨座式单轨线路;在国外，跨座式单轨线路与地铁、轻轨和有轨电车相比，规模也很小，原因都在哪里?笔者从国外和国内两方面进行分析。

3.1国外

跨座式单轨发源于欧洲，但在欧美建成线路较少，这主要是轨道交通发展阶段特点造成的。跨座式单轨最早起源于1888年，但现代跨座式单轨在20世纪60年代才得以成型，而且早期的跨座式单轨主要作为游乐设施，比如用于美国西雅图世博会单轨和美国加州的迪尼斯单轨。但自1863年世界第一条地铁在英国建成以来，欧洲、北美和日本主要城市在当时已基本建成较为完善的地铁、轻轨和有轨电车线网。日立公司在20世纪60年代引进ALWEG单轨技术后，自1964年建成羽田机场单轨线以来，才把它逐渐发展成为一种公共交通工具［9］。近年来，欧美城市主要是做城市轨道交通线网的完善、补足工作，且普遍存在城市规模小、人口少、道路交通秩序良好的特点，因此他们目前更适合发展现代有轨电车。简言之，在欧美和日本等发达国家，现代跨座式单轨由于成型较晚且早期作为游乐设施的定位，错过了发展的最佳窗口期，甚至在将其“发扬光大”的日本，也主要是一些城市的零散线路采用，作为整个轨道交通系统的补充和完善。

3.2国内

在国内，跨座式单轨以前未获推广的原因主要有如下方面。

(1)我国城市轨道交通发展的阶段特点决定了以往应以地铁为主要选择

目前我国总体上仍处于轨道交通发展初期阶段，以前建设轨道交通的城市主要是特大城市、大城市的骨干线路，运能需求大，跨座式单轨作为一种中运量系统，不能适应需求。截止到2014年末，全国城轨交通运营城市22个，比上年增加3个，分别是长沙、宁波和无锡［10］。这些城市基本上都是直辖市、省会城市和中东部的计划单列市、副省级城市，普遍存在经济实力雄厚、人口规模大等特点，其先期建设线路都是其骨干线路。以无锡市建成的一号线为例，其远期设计客流高峰小时最大断面流量达到3.28万人/h。最近通车的青岛地铁3号线远期设计客流高峰小时最大断面流量达到3.2万人/h。再考虑运量预测的不确定性及留有适当的运能余量，基本上超过了跨座式单轨的适应范围，采用地铁制式更合理。

(2)部分地方政府对轨道交通建设缺乏正确的认识，对跨座式单轨缺乏全面的了解

部分地方政府认为只有地铁才是真正意义的轨道交通，才是现代城市的标志，对地下线路高昂的工程投资和运营成本认识不足，认为高架形式的轨道交通制式影响景观和土地开发价值，由于缺乏专业知识，对跨座式单轨存在上述一些认识误区。

(3)轨道交通业界部分人士对跨座式单轨存有认识误区

轨道交通业界部分人士对跨座式单轨存在上述认识误区，并进而影响到地方政府的选择。

4　跨座式单轨的适应范围

跨座式单轨虽然具有诸多优点，但作为一种中运量系统，有其特定的适应范围，其适应范围如下:

(1)中等规模城市(100～300万人)的轨道交通线网干线;

(2)特大城市、大城市(300万人以上)的轨道交通非骨干线路;

(3)地形复杂、道路狭窄的城市;

(4)旅游观光城市或旅游观光线路;

(5)对环境指标要求高的大型社区、组团的内部交通线。

由此可见，跨座式单轨与地铁、有轨电车是不同层次的系统，是互补而不是替代的关系。《城市轨道交通工程基本术语标准》(GB/T 50833—2012) )对轻轨的定义为: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。因此，跨座式单轨是一种广义上的轻轨系统。跨座式单轨应在其适应范围内进行推广应用。

5　我国城市轨道交通发展现状

根据中国城市轨道交通协会统计资料，2014年末，全国22个城市共开通城市轨道交通运营线路长度3 173 km。其中，地铁2 361 km，占74.4%;我国城轨交通在建城市40个，在建线路4 073 km。其中地铁3 154 km，占77.4%［10］。由此可见，无论在建成线路和在建线路，地铁都是绝对“主力”。这与我国城市轨道交通总体上仍处于发展初期阶段这一特点密切相关。

在前些年随着关键技术装备国产化后，我国轨道交通建设成本有所下降，近年来受物价、人员成本、征地拆迁上涨等因素的影响，近年来有逐渐上升的趋势。目前国内地铁建设成本最低水平已接近7亿元/km，部分城市甚至高达13亿元～14亿元/km。

据统计，2014年全国城市轨道交通运营成本426亿元，运营收入232亿元，收支比为54%。普遍呈现入不敷出状态。平均每车公里运营成本27.9元，平均每车公里运营收入15.2元，据此测算，城轨交通行业平均每车公里亏损12.7元左右［10］。根据轨道交通的总成本构成特点，一般是运营成本占比小，而折旧成本和财务成本占比大，因此如果考虑上折旧成本和财务成本，预计财务状况将会更糟。

据调研，以国外发达国家的10个城市为例，地铁比例仅占30%左右，多种轨道交通制式并存，而我国不少城市仍热衷于建设地铁，多制式协调发展的格局尚未形成。一些中运量的轻轨项目过多采用地下敷设方式，一些有轨电车项目高架比例过大，技术经济不合理。

6　国家政策解读

近年来，中央有关部门出台了一系列政策文件，要求轨道交通建设要统筹考虑发展模式，合理选择系统制式，促进结构优化。国家鼓励各地因地制宜，量力而行，选择经济实用、环保高效的轻轨及各种新型轨道交通技术，实现轨道交通可持续发展。

《国家发展改革委关于当前更好发挥交通运输支撑引领经济社会发展作用的意见》(发改基础［2015］969号):“鼓励具备条件的城市启动编制地面或高架敷设为主的轻轨系统规划，逐步优化大城市轨道交通结构。”

《关于加强城市轨道交通规划建设管理的通知》(发改基础(2015) 49号):“坚持‘量力而行、有序发展’的方针，按照统筹衔接、经济适用、便捷高效和安全可靠的原则，科学编制规划，有序发展地铁，鼓励发展轻轨、有轨电车等高架或地面敷设的轨道交通制式。”

中国城市轨道交通协会指出:“强化引导管理，促进城轨交通多制式协调发展。”“一是北京、上海等城市经过多年的快速发展，核心城区的地铁主干网陆续趋完善，将逐步转向中低运量的补充线和快速通勤的市域快轨建设。二是中小城市和特大城市卫星城正在进入城轨交通快速发展期，而城市规模、交通需求等并不适合发展高运量的地铁，反而轻轨、单轨、有轨电车、磁浮交通等中、低运量制式是其构建交通骨干网的重要选项。三是轻轨、单轨、有轨电车、市域快轨、磁浮交通等相较地铁具有投资省、工期短等特点，更易于实施［10］。”

从这些政策文件可以看出，国家政策鼓励多制式协调发展，鼓励发展地面或高架敷设为主的轨道交通制式，从而实现轨道交通的可持续发展。

7　结论与建议

根据我国城市轨道交通的发展阶段特点，未来我国将会逐渐发展特大城市、大城市的非骨干线路、中等城市的骨干线路，继续发展地铁为主或者地下敷设为主的轨道交通已经不再适合，而地面敷设为主的轨道交通并不适合我国多数的城市特征，应大力发展高架敷设为主的中运量系统。跨座式单轨具有诸多突出优势，建议消除误解，在其适应范围内大力倡导推广应用，呼吁中等城市量力而行，发展适合自身需求的、经济适用、环保高效的轨道交通系统。

参考文献:

［1］社团法人.单轨铁路降雪对策研究报告(跨座式单轨铁路)［Z］.东京:日本单轨铁路协会，2012.

［2］中铁工程设计咨询集团有限公司.跨座式单轨低温适应性及技术解决方案研究报告［R］.北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，2014.

［3］仲建华.单轨交通在我国的应用和创新［R］.重庆:重庆市轨道交通(集团)有限公司，2015.

［4］中铁工程设计咨询集团有限公司.跨座式单轨环境影响研究报告［R］.北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，2014.

［5］何希和.跨座式单轨交通在我国城市应用关键技术的研究［R］.重庆:重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司，2014.

［6］环境保护部.北广深等城市首要污染来源是机动车［N/OL］.新京报，2015-04-02［2015-11-28］.http://www.china.com.cn/news/2015-04-02/content_35221114.htm.

［7］漆伟.重庆跨座式单轨列车的维护与管理［R］.重庆:重庆市轨道交通(集团)有限公司，2014.

［8］中央电视台.飞渡山城(走遍中国)［EB/OL］.［2014-10-10］.http://news.cntv.cn/2014/10/10/VIDE1412945287433331.shtml?url_type=1＆object_type=＆pos=1.

［9］曾超，乔昊，陈潇潇.通勤型跨座式单轨发展史与展望［J］.城市轨道交通研究，2014(2):32-34.

［10］中国城市轨道交通协会.城市轨道交通2014年度统计分析报告［EB/OL］.2015-05-13［2015-11-28］.http://www.camet.org.cn/sjtj/201505/t20150513_407677.htm.

Eliminate Misunderstanding and Promote Development of Straddle Monorail

GUO Kai，WU Nong
(China Railway Engineering Consulting Group Co.，Ltd.，Beijing 100055，China)

Abstract:Straddle monorail is a good means of urban rail transit of medium capacity.It has the advantages of environmental protection，good landscape effect，strong topography adaptability，low cost，short construction time，small coverage area，and but it also has the disadvantages of poor adaptability to ice and snow，high traction energy consumption.There remain some misunderstanding on rubber dust，evacuation and rescue，operation safety，operation cost，adaptive scope，landscape effect and real estate.This paper addresses the disadvantages and misunderstanding，analyzes the causes for low application.Furthermore，it analyzes the current status and problems involved in urban rail transit development and the national guiding policy.Finally，with the stage transformation of urban rail transit development，the misunderstanding should be eliminated and sustainable development of urban rail transit promoted.

Key words:Straddle monorail; Rail transit; Disadvantage; Misunderstanding

作者简介:郭锴(1973—)，男，教授级高级工程师，1995年毕业于长沙铁道学院铁道运输专业，工程硕士，E-mail:tsygk@ 126.com。

收稿日期:2015-11-28;修回日期:2015-12-19

文章编号:1004-2954(2016) 03-0001-06

中图分类号:U232

文献标识码:A

DOI:10.13238/j.issn.1004－2954.2016.03.0001