乌鲁木齐至南山旅游快线系统制式选择

青云毅

摘 要：系统选型是轨道交通前期设计中重要的基础性工作，需要长期深入地调查研究才能做好。功能定位对系统制式的选择有重要的指导作用。系统选型从满足功能定位角度出发，针对项目特殊外部环境，结合乌鲁木齐至南山磁浮铁路项目的前期设计实践，先分析中低速磁浮系统的特点与适应性，再将各中低运量轨道交通系统进行综合比较，最终确定项目采用中低速磁浮系统。

关键词：中低速磁浮；旅游快线；功能定位；系统选型

中图分类号：U239.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）11-0105-02

1 概述

乌鲁木齐至南山旅游快线项目线路起于中心城区南部的三屯碑综合交通枢纽，在中心城区与地铁1、3号线形成多点换乘，经城南经贸区至乌鲁木齐县南山旅游基地。正线全长38.52km，其中高架线长36.3km，低置线长2.22km，设高架车站8座，一段一场分别位于城南经贸区和乌鲁木齐县[1]。

2 项目功能定位

功能定位是轨道交通设计中的一个重要的基础性工作，对系统制式的选择有重要的指导作用[1]。明确功能定位要全面地分析上位规划对本项目的需求。本项目主要的上位规划包括国家政策、乌鲁木齐市城市总体规划、乌鲁木齐市旅游规划、乌鲁木齐市综合交通规划和轨道交通网规划。通过对上述上位规划的全面分析，以及结合本项目客流需求和特征的预测分析，乌鲁木齐至南山旅游快线项目定位为：中心城区经城南经贸区至南山国际旅游区的全天候、快捷、准点、环保、中低运量、符合南山旅游区国际级定位的高品质的公共旅游轨道交通系统。

3 系统选型

系统选型是本项目的设计难点。系统制式的选择应从“功能、安全、环境、经济”四个方面进行论证和抉择[2]，选择符合功能定位、适合城市地形和环境条件、技术先进、安全可靠的系统[3]。根据客流规模和出行特点，本项目为中低运量的公共旅游交通系统，兼顾中心城区和城南經贸区的通勤。国内目前正在推广的中低运量轨道系统有轻轨、跨座式单轨、中低速磁浮和有轨电车。限于篇幅本文重点讨论中低速磁浮系统，再将主流的中低运量轨道系统进行横向比较。

3.1 中低速磁浮交通简介

磁浮列车是一种新型的非接触式地面轨道交通运输工具求[4]。其最大特点是磁浮车辆上无传统车辆上的车轮，而是通过电磁力将列车悬浮于轨道上，以线性电动机牵引列车，实现了非粘着牵引和无接触运行。列车速度和定子线圈布置形式相关，高速磁浮属于长定子，中低速磁浮属于短定子。

我国从上世纪80年代开展磁浮有关技术研究，2016年长沙中低速磁浮线建成通车。该线是世界上最长的中低速磁浮运营线，标志着我国掌握了中低速磁浮系统的核心技术，设计、制造、安装、车辆、轨道等具备全产业链完全自主知识产权，降低了建设及运营成本。系统利用科技创新技术来实现城市轨道交通多制式、城市轨道交通网多层次[5]，特别适合作为中低运量、中速的城市轨道交通，在城市交通发展中极具潜力。

3.2 中低速磁浮系统的特点

中低速磁浮交通系统与传统轮轨制式相比，具有多种特点及优势，能最大限度地满足本项目的功能定位。

3.2.1 经济性较好

工程造价相对较低。中低速磁浮工程每公里工程造价约在2～3亿元，长沙磁浮线指标为2.2亿元/公里，本项目现阶段投资预估算为2.6亿元/公里，相比于其它轨道交通制式，具备一定的价格优势。

运营维护费用相对较低。轮轨交通的年运营维护成本约占总投资的4.4%。中低速磁浮列车运行具有无轮轨接触和震动冲击等特点，其年运营维修费约为总投资的1.2%。

3.2.2 选线灵活

中低速磁浮系统爬坡能力强，普通轮轨系统最大坡度30‰，中低速磁浮系统最大坡度可达70‰，适合南山自然坡度较大的地形。

中低速磁浮系统转弯半径小，普通轮轨系统最小曲线半径300m，磁浮系统最小可达100m，在建筑物拥挤的中心城区可减少拆迁和征地，节省工程投资。

3.2.3 速度快

本项目沿线客流点较少，站间距较大，服务对象为旅游客流，需要较高的列车运行速度，缩短旅行时间，增加客流吸引力。目前中低速磁浮列车的最高速度可达110km/h，旅行速度可达50km/h，高于大部分城市轨道交通系统。

3.2.4 性能安全可靠

安全是乌鲁木齐市民和游客最关心的问题，各级政府均高度关注，而中低速磁浮系统是轨道交通的安全典范。列车与轨道采用“抱轨”方式成为一体，是唯一可以做到运行中不发生脱轨颠覆事故的交通方式。列车运行的动力来自固定在路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不会出现多辆列车速度不同或相向运动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能[6]。即使遇到突发事件，高架线路的应急救援也非常方便。

3.2.5 绿色环保

中低速磁浮系统具备噪声低、无污染、低碳节能、绿色环保等特点。磁浮列车是城市“超静交通”的代表。磁浮列车运行时7.5米远的噪声值实测值约65dB左右，明显低于轮轨系统。磁浮列车不会在运行中产生铁粉或橡胶粉尘，有利于环境保护，适合生态环境较脆弱、环保要求高的南山。

3.2.6 发展态势好

笔者认为中低速磁浮有其一定优势，但也不必过分夸大，还有很多有待改善和创新的地方。所幸以长沙磁浮线通车运营为契机，我国中低速磁浮系统的发展呈现良好的态势，期望修建中低速磁浮系统的城市逐渐增多，各大科研单位和厂家正进行积极的技术创新。目前中低速磁浮列车的最高速度可达到110km/h，第二代磁浮列车速度将达到140-160km/h，可望进一步提升系统的竞争力。

3.3 与本项目适应性分析

在满足项目功能定位的前提下，各类系统选择和评价的基本原则是：“现在——可实施性，未来——可持续发展”[7]。每一个城市和每一条线路都有其特殊性，系统制式需要结合外部环境因地制宜选择，并从技术方案和后期运营角度分析，保证工程实施和将来的可持续发展。乌鲁木齐和南山的特殊环境对系统制式提出了以下苛刻的要求：

3.3.1 爬坡能力

南山海拔较高，由乌鲁木齐至南山地面高程由930m逐渐拔高至1645m，高差约700m，呈单面坡，全线平均自然坡度为22‰，局部起伏较大，其中后15km自然坡度达40‰。中低速磁浮系统最大坡度为70%，对地形的适应性强。本线设计纵断面坡度大于30‰的共有10处，长约6.5km，约占全线总长的17%，其中60‰的坡度用到2处。常规系统制式最大坡度仅30‰，较难适应乌鲁木齐至南山的地形。

3.3.2 雨雪天气无故障运行

乌鲁木齐市冬季长达5个月，由于天山屏障，冷空气往往滞留在盆地内，冰雪天气一直持续，道路上车辆行驶安全性受路面积雪影响较大，市民需要更为安全和准点的交通方式。同时南山国际景区大力发展冰雪运动，冬季旅游需求旺盛。因此，列车要确保在大雪天气下能无故障运行。

轮轨系统在雪天黏着系数不同程度下降，要进行限速来保证行车安全。磁浮列车不是通过摩擦力提供前进动力，不会出现雨雪天气车轮打滑无法运行或降低旅速的情况，在暴雪天气下也可正常运营。2008年雪灾时期，上海所有地面交通系统全部瘫痪，只有高速磁浮正常运营，直至无旅客乘车后才停止。

3.3.3 抗风能力

乌鲁木齐三面环山，在冷空气入侵时容易出现大风，风力强大持续时间长，例如2016年5月，乌鲁木齐城区持续刮了20多个小时的大风，极大风速达到27.1米/秒，南郊则达到35.7米/秒，平均风力6级。本项目正好经行乌市南郊风口区域，高架线路运营安全将受到大风气候的严峻考验。

轮轨系统高架及地面线路，在运营中最容易出现的安全问题是大风刮下的异物侵入导致列车出轨，或飓风引起侧翻，接触网也易出现故障造成停运。中低速磁浮列车采用“抱轨”运行方式，車与轨道成为一体，抗风能力强，不会发生脱轨和翻车事故。

3.4 中低运量轨道系统综合比较

对各中低运量轨道交通系统的主要指标以及与本项目适应性进行横向比较，见表1、表2。

综上，本项目选择快捷、经济、环保、舒适、安全和适应南山特有环境的中低速磁悬浮系统。系统能最大限度地满足项目的功能定位，工程具备可实施性，后期运营能够得到保障，其他制式均存在一定缺陷。

4 结语

系统选型要以满足项目的功能定位为基本原则，要遵循可持续发展的规律。每一个城市和每一条线路都有其特殊性，系统制式还需要结合外部环境因地制宜选择。中低速磁浮系统最大限度地满足了本项目的功能定位，系统的经济性、安全性、适应性、速度优势和绿色环保等特点均得到了全方位的应用。

参考文献

[1]中铁第一勘察设计院集团有限公司，乌鲁木齐至南山磁浮铁路可行性研究总说明[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2016.9.

[2]易思蓉.城市轨道交通线路规划与设计[M].北京：科学出版社，2013.8.

[3]沈景炎.城市轨道交通多种制式的特征与评价大纲（续）[J].城市轨道交通研究，2003，（6）：7-16.

[4]翟婉明，赵春发.磁浮车辆/轨道系统动力学（Ⅰ）——磁/轨相互作用及稳定性[J].机械工程学报，2005，（7）：1-10.

[5]施仲衡.依靠创新驱动城市轨道交通事业发展[C].北京：高速铁路与轨道交通，2016.

[6]佟力华，马沂文，胥刃佳.适用于城市交通的中低速磁悬浮技术[J].电力机车与城轨车辆，2003，（5）：4-6.

[7]刘迁，许双牛，等.我国城市轨道交通线网规划实践与思考[M].北京：人民交通出版社，2015.07.