新能源空铁优缺点及功能定位分析

孙二小

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308)

0 引 言

新能源空铁是悬挂式单轨交通系统的一种，其特征是车辆悬吊在轨道梁下方，转向架置于轨道梁内。与传统的悬挂式单轨交通系统不同，新能源空铁车辆采用车载储能受流方式，在列车上设置储能装置，区间不设置接触网(轨)和牵引变电站，通过储能装置向列车提供牵引电源，车载储能装置通过设置在车站或车辆段的充电装置进行充电，以保证列车的正常行驶。

锂离子电池系统是新能源空铁的最大亮点。新能源空铁采用动力锂离子电池系统作为电源系统，创新设计的电池小车在箱梁内随转向架同步运行，无需进行高压输变电系统布设。磷酸铁锂大容量单体电池内阻低，大电流放电性能良好，全覆盖、全过程检测电压、温度，提前预警故障；采用主动均衡技术，有效均衡电池容量，电池能源使用效率、电池组寿命、续航里程均得到提升，电池组使用安全可靠，充放电曲线平稳，能量充沛、安全稳定。

图1 采用锂离子电池系统的新能源空铁构造

我国首条新能源空铁试验线，于2016年11月在于成都市双流县黄甲镇中唐空铁科技有限公司生产基地内正式建成运行，在我国首次得以应用，空铁发展得到越来越多的关注，下面对新能源空铁与其他轨道交通制式优缺点对比、功能定位及存在问题进行详细的分析。

1 与其他轨道交通制式综合对比

目前国内城市轨道交通主要采用：地铁、跨座式单轨、有轨电车、磁悬浮等，新能源空铁作为一种新型的交通方式，下面重点对比分析新能源空铁与上述交通制式之间的优缺点。其对比结果见表1。

表1 各类交通系统技术经济标准比较

从表1中可以看出。

(1)运能方面

地铁B型车的运能明显高于其他交通制式，可满足3万人次/h以上的客流需求，直线电机制式的运能次之，一般可满足2～4万人次/h的客流需求；跨座式单轨和中低速磁浮位于第二梯队，可满足1～3万人次/h的客流需求；有轨电车的运能与列车长度关系密切，在两列重联情况下，最大运能可达到1.6万人次/h，在单列车情况下运能在0.3～0.8万人次/h；新能源空铁的运能与有轨电车接近，运能一般在1.3万人次/h以下，按最小2辆编组考虑，运能在0.4万人次/h左右。

从运能方面进行分析，与其他轨道交通相比，新能源空铁不具有运能上的竞争优势，在轨道交通层级中，新能源空铁作为中低运量等级的线路，应避免与大运量轨道交通的直接竞争，主要可作为大运量轨道交通的补充，中小城市、外围新城的骨干线。

(2)线路技术标准方面

新能源空铁的最小半径为30 m，最大坡度为104‰，对线路的适应能力仅次于有轨电车，可满足小曲线、大坡度的线路要求，在旅行速度上，新能源空铁的最高运行速度在60～80 km/h，旅行速度相对较低。

在线路技术标准上，新能源空铁相比大多数轨道交通制式具有明显的优势，可适应山地城市、道路崎岖不平等复杂条件，墩柱设置更加灵活。不过在旅速方面，新能源空铁的旅行速度相对偏低，不适合用于解决长距离的点对点客流出行需求。

(3)建设成本方面

地铁B型车、直线电机系统主要以地下敷设为主，建设成本较高，主要应用于道路资源紧张的中心城区，若有条件高架敷设，建设成本可进一步降低；有轨电车主要以地面敷设为主，建设成本较低；跨座式单轨、中低速磁浮、新能源空铁主要以高架敷设为主，其中跨座式单轨和中低速磁浮的建设成本比较接近，新能源空铁的建设成本明显低于这两种交通制式。

从单位运能建设成本考虑，在列车采用大编组的情况下，新能源空铁与有轨电车、地铁B型车接近，低于直线电机系统、跨座式单轨和中低速磁浮。在采用小编组的情况下，新能源空铁由于运能较低，其单位运能建设成本与直线电机系统、中低速磁浮相近，高于地铁B型车、有轨电车和跨座式单轨。

从建设成本考虑，新能源空铁在独立路权的轨道交通制式中具有造价上的明显优势，从单位运能建设成本考虑，小编组的新能源空铁运能偏低，单位运能建设成本较高，因此新能源空铁的编组不宜过小，以提高运营的整体效益。

(4)其他方面

在占用道路资源和路权上，地铁B型车、直线电机系统主要以地下敷设为主，对地面道路资源影响较小；跨座式单轨、中低速磁浮、新能源空铁主要以高架为主，墩柱占地面积最多的是中低速磁浮，其次是跨座式单轨，最少的是新能源空铁；有轨电车主要以地面敷设为主，沿线需占用较多的地面资源。从高架桥梁投影面宽度上，新能源空铁与跨座式单轨接近，明显优于其他轨道交通制式。

在车辆基地占地上，新能源空铁由于其车辆轻便，可实现多层车辆段，并简化咽喉区，占地面积明显由于其他轨道交通制式。

在建设周期上，地铁B型车、直线电机系统的建设周期较长，一般为4～5年；跨座式单轨、中低速磁浮的建设周期相对较短；新能源空铁与有轨电车的建设周期较短，一般在1～2年。

在能耗方面，新能源空铁相对较低，并且由于其储能供电的特殊形式，可在电费的波谷进行充电，节省运营成本。

2 新能源空铁功能定位

2.1 对于城市交通的功能定位

(1)大城市轨道交通的补充

在已建设或规划建设大运量快速轨道交通的特大或大城市，新能源空铁主要功能为补充线的功能，一是在外围新区作为轨道交通的延伸，同时兼作新区内部的骨干线；二是在中心城区作为快速轨道交通的加密与衔接，提高中心城区的轨道交通覆盖密度，有效缓解城市交通供给与交通需求之间的矛盾，为治理交通拥堵提供新的途径。

(2)中等城市公共交通干线

在许多中小城市，地面交通压力逐渐增大，但客流量达不到建设地铁或轻轨的标准，经济实力也承受不起地铁、轻轨项目的建设与运营，新能源空铁可以作为城市的骨干公交网络或与轨道交通共同形成城市的骨干公交。在离城区较远的机场、码头等对外交通枢纽，新能源空铁将是安全、快速、准点、舒适的理想交通工具和旅游消费方式。

(3)作为城市特定功能区和交通枢纽之间的联络线

新能源空铁转弯半径小、结构轻巧，可在地形复杂、道路相对狭窄、拆迁较困难、地面交通压力大的区域穿梭，作为市中心的商业繁华地带、居民密集居住区、大型住宅区、产业园区、博览园、医疗卫生教育园区等城市功能区的联络线，机场航站楼间的接驳线、高铁、城际铁路、客运站、机场、码头接驳线、地铁、轻轨、汽车站至城市中心区联络线、大型商务区、开发区、功能场馆内部交通线，能够较好地满足乘客对交通服务的高质量要求。

2.2 对于旅游景区的功能定位

(1)交通枢纽与旅游景区、旅游景区内部、景区与景区之间的线路；

我国绝大多数自然风景区的旅游交通目前仍以地面道路交通为主。为保护景区环境，减少机动车排放污染，许多著名风景区在核心景区外数公里至数十公里处设置游客集散中心，通过接驳车辆转运游客，既难以应对潮汐式客流，又存在安全隐患。新能源空铁将是一种理想的游客接驳转运工具，并与沿线景观融为一体，在解决游客集输问题的同时，提高景区交通品质，提升并扩大旅游消费的内涵和外延。

(2)特殊地质条件、特殊周边环境的交通线。

在一些特殊地区或地下工程条件受限的特殊地区地段，如：多山丘陵城市、沟河较多地段、地下文物丰富、地下土质结构特殊、地下泉水较多等城市地区，转弯半径小或相对狭窄的道路、拆迁成本高的城区等，甚至包括行人和地面行驶的交通工具不能到达的野生动物园等特殊环境，新能源空铁都具有先天的发展优势和潜力。

2.3 综合分析

(1)对于轨道交通规划完善的特大或大城市，新能源空铁主要功能为城市内部补充线，其可作为轨道交通的延伸、轨道交通的加密线、交通枢纽之间的联络线等，在城市内部不适宜大规模建设。

(2)对于缺少地铁支撑的中小城市，以及地质条件复杂不适宜建地铁的城市(如地下水特别丰富、地下保护性建筑物密集等)，新能源空铁可以大规模作为主要交通方式解决城市交通拥堵问题。

(3)对于旅游景区，新能源空铁交通可作为交通枢纽与旅游景区、旅游景区内部、景区与景区之间的联络线，但不适宜长距离的点对点的规划。结合客流需求、安全救援、乘客身体等条件，其最多不超10 km需设一座车站。此外，新能源空铁电池续航能力决定了一条线最长不宜超过120 km。

3 推广过程中的存在问题

3.1 新能源空铁相关规范的缺失

新能源空铁与传统的地铁、轻轨等城市轨道交通项目相比，具有建设周期短、投入小、占地少、复杂地形适应性强、噪音低等优点。目前德国、日本已有线路运营，国内研究尚无线路投入运营，国家设计规范正在编制中，四川省地方标准《悬挂式单轨交通设计标准》已发布，解决了项目落地而无设计标准的情况发生，扫除设计无标准的障碍。但是相应施工规范、验收标准和试运营标准尚未正式发布，目前解决的办法是参考轨道行业相关规范和规定，同时新能源空铁从业人员对相关规范也在努力编制过程中。

3.2 安全救援方式有待进一步研究

由于空铁属于新型的交通方式，同时列车是在空中运行。其安全救援是人们最关心的，目前空铁救援方式有空中救援和地面救援两大类，其中空中救援又可归纳为列车自救、联挂牵引、端部和侧面逃生四种救援方案，地面救援主要采用逃生筒和消防云梯两种救援方案，但其救援效果有待进一步论证。

4 结论和建议

新能源空铁作为一种新型的轨道交通，与其他制式相比，其桥墩轻便，透光性好，在占用道路资源和车辆段占地上具有十分明显的优势，适用于道路资源紧张的路段和土地资源紧张的城市。新建设周期短，可以减少交通导改的时间，避免对原地面交通产生较大影响。由于其储能式的供电方式，可有效避开电价波峰期充电，节约运营成本。新能源空铁已具备较好的国产化条件。

目前在我国，新能源空铁可作为大城市轨道交通的补充和中小城市内部骨干线路以及旅游景区内部的观光线路。

其要想推广，首先要解决规范缺失和安全救援两大问题，后续应注重这两方面的研究，新能源空铁作为一种绿色新型交通，其在国内是有一定的发展前景的。