单轨车辆在城市交通中的应用和发展前景

杨敏杰（中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东　青岛　266000）



单轨车辆在城市交通中的应用和发展前景

杨敏杰
（中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266000）

摘 要：单轨铁路具有占地面积小、地形适应能力强、安全环保等优点，作为中等运输能力交通类型，单轨车辆与其他交通工具相比在城市规划和舒缓交通压力中具有明显优势。文章研究了单轨铁路发展历史，对跨座式和悬挂式单轨车辆特点和国内外应用情况进行介绍，分析了单轨交通在我国交通运输中的应用性和发展前景。

关键词：单轨车辆；跨座式单轨；悬挂式单轨；应用和发展

近几年来随着我国经济水平增长、国民生活水平提高，汽车作为日常交通工具，数量日益猛增。这不仅使城市交通渐渐变得不堪重负，而且对环境带来恶劣影响，成为雾霾现象的罪魁祸首。为缓解城市交通压力，改善环境质量，许多城市出台了一系列应急措施，如特殊路段强制单向行驶，市内限制车牌单双号出行等，但都未能从根本上解决问题。单轨铁路车辆作为新型运输方式，它的出现和应用可以缓解城市紧张的交通压力，避免环境污染，在城市交通中的应用中逐渐受到广泛关注。

1　单轨铁路分类及特点

现今世界上的单轨铁路主要分为两种：跨座式单轨铁路和悬挂式单轨铁路。跨座式单轨铁路中，车辆行走时骑跨在独立建设的单轨桥梁上，除了行走车轮外，跨座式车辆转向架的设计是在其左右两端增加了导向轮和稳定轮，环抱轨道行走；悬挂式单轨铁路中，车辆转向架设置于车体顶部，行走轮和导向轮悬挂于箱型轨道钢梁中，行走于轨道单梁下方。箱型轨道梁体内的铁轨可以水平移动，这种行走方式使得挂式单轨车辆实现车辆转向。

与其他类型交通工具相比，单轨铁路的特点比较明显：

（1）占地面积小。单轨车辆运行于架设在城市道路上方的独立轨道梁上，此类交通系统占地面积小并充分利用了城市立体空间，建设成本较低。

（2）地形适应能力强。单轨车辆的转向架不同于常规地铁，具有较强爬坡能力，而且转弯半径小，能够克服城市中的陡坡和急转弯等道路环境，具有较好的地形适应性，因此单轨车辆交通线路设计和架设可以更为便利，能够大幅节约工程造价。

（3）绿色无污染。单轨车辆牵引动力为电力驱动，降低了温室气体排放，而且电动机噪声小，车辆运行平稳，有利于环境保护，节约能源。

2　单轨车辆的发展历史

单轨车辆发展具有深远的历史，国际上最早的单轨车辆出现在第二次科技革命时期。这种单轨车辆由蒸汽机提供驱动力，属于跨座式单轨车辆。之后，单轨车辆相继出现在了法国、英国和美国等国家的试验线路上。由于技术层存在难题，且其他交通类型的快速发展，单轨铁路很快便淡出人们的视线，可谓是昙花一现。德国乌柏塔尔的悬挂式单轨铁路却是其中一个例外。这条铁路从1901年开通到现在，是目前运营时间最长的一条单轨铁路。乌柏塔尔铁路全线13.3公里，大部分路线沿河流悬挂于水面上空，充分利用了城市空间，它被看作是现代城市单轨铁路的活化石。

20世纪50年代，二战后世界各国经济复苏，随着人口增长和城市化加剧，陆运交通快速发展，各种问题逐渐变得突出明显。为从根本解决问题，单轨铁路的概念重新被人们所拾起。德国、法国、美国相继开发了新式跨座式单轨车辆和悬挂式单轨车辆，并建设了试验线路进行专项研究。对于土地资源贫瘠的国家，日本最渴望将单轨车辆技术应用到城市建设中去。从1960年到1965年，日本相继引入阿尔威克式、商洛克希德式和萨非基式单轨车辆技术，根据自身情况结合研制了许多形式单轨车辆，并迅速付诸实际。全长17.8公里的东京跨座式单轨交通系统在1964年9月开通运营，成为出入东京国际机场的关键交通方式之一。

3　悬挂式单轨车辆介绍

作为新型轨道交通，悬挂式单轨车辆无论从结构上还是走行方式上，都与其他轨道交通存在很大差异。悬挂式单轨车辆存在以下几个特点：

（1）悬挂式单轨交通建设成本较低，每公里的造价成本仅为地铁的三分之一；

（2）悬挂式单轨道可以采用现场拼装，因此建设难度比较底，工期较地铁也短得多；

（3）悬挂式单轨交通能够充分利用马路中间隔离带或河川上部空间，而且占地面积小，其空间适应性强。相比跨座式单轨车辆，悬挂式单轨车辆站台更低，而且可以高效利用立交桥和地面之间的空间，极大限度地减轻了城市拥堵情况。另外，悬挂式单轨车辆均采用了橡胶轮胎，增加了与轨道间的粘着力，同时在悬摆作用下使车辆通过坡道和曲线半径较小的路段，且转弯速度高于相同状况下的跨座式单轨车辆。

悬挂式单轨车辆可分为非对称悬挂钢轮钢轨型和对称悬挂胶轮轮型。非对称式悬挂钢轮钢轨最早是由德国人Longines设计，该钢轨类型又被称作浪琴型。德国乌柏塔尔悬挂式单轨交通是最典型的非对称悬挂钢轮钢轨型单轨交通的代表。乌柏塔尔单轨铁路很好地适应了该城市客运需求，巧妙地利用了当地的地形，大幅度减少占地面积，已成为该城市一个举世闻名的标志。

非对称悬挂胶轮型单轨车辆是用橡胶轮代替了钢轮，与钢轮相比不仅可以传递动力和牵引力、承载车辆重量，而且橡胶轮可以减震、降噪，作为一系悬挂系统具有明显优势。其缺点是橡胶轮与轨道接触时受法向力和切向力作用而发生变形，摩擦损失的能量转化为热能耗散造成能量损失；其次轮胎是非线性粘弹性体与轨道接触面之间具有切向变形并且在相同切向力情况下蠕滑现象比钢轮钢轨接触更明显。车辆转弯时，受轨道作用力影响轮胎出现侧偏力，侧偏角度、外倾角度和回正力矩等因素会影响车辆正常运行，需对胶轮型车辆进行动力学研究。

目前应用最广泛且发展最快的悬挂式单轨车辆是对称式悬挂胶轮单轨车辆，它又被叫做萨非基悬挂式单轨车辆，它是由行走部件、悬挂构架和车体等三部分构成。对称悬挂胶轮型车辆铁轨是底部开口的钢制箱型梁体，里边包含了为车辆提供直流电和控制信号的导轨系统。

4　跨座式单轨车辆介绍

跨座式单轨交通最早起源于二次科技革命，1888年拉里格设计的世界上第一条跨座式单轨铁路，这条铺设在爱尔兰全长15公里的单轨铁路一直运行到1924年10月，其机车是由蒸汽机提供牵引动力。二战后，科技的快速发展为跨座式单轨车辆的设计和制造技术提供了更加完善和成熟的条件，使跨座式单轨车辆得到实际应用。1952～1957年，瑞典工业家格林在德国科隆与菲林根之间设计并架设了一条跨座式单轨试验线，最终设计出ALWEG型跨座式单轨铁路，并得到普及和应用。目前，日本是跨座式单轨铁路应用最多，技术较为发达的国家。1964年，东京搭建了一条连接东京国际机场（羽田机场）到市中心的跨座式单轨铁路，其全长为17.8公里，是进出羽田机场的最为重要交通选择之一。随后几年，日本又相继铺设了大阪线，北九州线等跨座式单轨铁路。

跨座式单轨车辆编组方式一般为4辆、6辆或8辆，司机室分别处于车辆的头部和尾部。车辆采用直流供电，牵引系统和一般城轨车辆并没有太大不同。跨座式单轨车辆在结构上的特点表现为车辆采用橡胶轮胎，通过安装在转向架两侧的导向轮和稳定轮来导向和稳定车体。跨座式转向架为无摇枕特殊结构的二轴转向架，每根车轴装配两个充有氮气的橡胶行走轮胎。动车转向架驱动装置由2台交流牵引电机进行中心牵引，传递动力是通过二级减速直角齿轮，电机与齿轮箱之间使用弹性联轴节，齿轮间进行飞溅润滑，基础制动为盘形制动。跨座式构架由稳定轮组成、构架体组成、端梁组成和导向、稳定车轮的支撑架构成的钢板焊接结构，有足够的刚性和强度。转向架与车体间的悬挂装置为空气弹簧，并装有横向减振器，具备优异的动力性能并且乘坐起来很舒适。跨座式单轨车辆构造上的特点使得其行走机理、轮轨关系都和常规地铁、轻轨有很大差别。

5　单轨交通在我国的应用和发展

我国现有的城轨交通系统存在诸多困难，较为明显的表现在三个地方：高峰时间区段拥堵现象不容易解决，交通类型比较简单，严重影响大气环境。只有调整现有的交通结构才能从根本上解决这些难题。

2004年6月，重庆市开通的重庆轨道交通二号线是国内第一条单轨交通线，这是我国首次引入的世界先进单轨交通技术，通过消化、吸收、创新，实现了跨座式单轨车辆的国产化。2007年4月，重庆市又建设了第二条跨座式单轨交通线——重庆市交通三号线。2012年9 月29日，重庆轨道交通承担了历史最大客流，其中三号线客流量为54.2万次，二号线客流量约25万次。跨座式单轨铁路的建成对缓解重庆交通紧张、促进城市经济发展的意义深远。

2015年7月，深圳轨道交通展上，中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司展示了INNOVIA 300型跨座式单轨车辆。该型跨座式单轨系统是目前全球最先进的全自动单轨系统，具有无辐射、无人驾驶、编组灵活、转弯半径小、运行噪音低、车体自重轻、建设周期短等明显优势，非常适合作为中等城市的骨干线、大城市的辅助加密线、商务区及游览区等线路，在中国城市轨道交通市场有着广泛的需求。INNOVIA 300型跨座式单轨车辆正在进行国产化生存，预计2016年下半年即可下线。

为减轻吉林市交通堵塞的压力，加强城市周边地区和中心区域的连通，搭设快捷的城市交通系统，吉林市已着手推进规划以高架为主的跨座式单轨交通系统，计划将采用。吉林市共规划5条线轨道交通线路，总长共计169公里，计划将在2016年开工建设，全部工程预计在2050年前落成。该线路“三跨松花江”，落成后将成为东北三省中第一条跨座式单轨交通线路。

2015年10月8日，成都市金堂县与中建一局采用公私合营的模式（Public-Private-Partnership，简称 PPP），签约了悬挂式单轨轨道交通建设项目，这在我国实属首例。该项目线路全长6公里，在技术上将引入和吸收世界上先进的研究思路及设计理念，这将会是成都金堂的标志工程。该项目的实施，将加速金堂城市交通现代化发展，显著推进金堂县旅游业发展，同时还会促进形成畅通便利的地铁、悬挂式单轨、公交等多种形式相互衔接、互为补充的综合交通运输系统。

单轨铁路拥有占地面积少、地形适应能力强和环境污染小的自身优势，使其成为大、中型城市改善复杂交通状况的一剂良方。对于一些受地形条件限制的城市，相比其他常规交通工具，其优越性表现的就更加明显。不可否认，单轨铁路的建设和发展是解决我国城市交通难题的一个有效方法。随着社会经济进一步发展，城市化速度将越来越快，单轨交通也将迎来发展的黄金时代。

参考文献：

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作者简介：杨敏杰（1986-），男，工艺师。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.262