新型城轨交通制式经济技术特征对比分析

杨克鉴 杨 晓

(中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300308)

1 概述

根据我国现行政策城市轨道交通系统均应纳入城市轨道交通建设规划并履行报批程序。地铁主要服务于城市中心城区和城市总体规划确定的重点地区，一些非中心城市不满足建设地铁和轻轨的政策要求，但局部地段交通压力偏大，例如连接新建高铁车站和既有铁路车站的线路、连接高铁车站和热点旅游观光区域的线路客流量非常大。为满足实际交通需要，有必要探索中小运量的新型城轨交通制式。

2 新型城市轨道交通制式概况

根据《城市公共交通分类标准》，城市轨道交通分为地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、自动导向轨道系统[1]，见表1。

表1 城市轨道交通制式分类

2.1 胶轮有轨电车系统

胶轮有轨电车系统是以胶轮作为走行轮，另设置导向轮的有轨电车系统[2]，适用于单向高峰小时最大断面客流量0.6～1.0万人次的交通走廊。线路曲线半径不小于15 m，线路坡度不大于80‰；最高运行速度不小于80 km/h，平均运行速度一般为25～35 km/h。

适用范围:车辆轻型小巧，桥梁规模小，具有较强的爬坡能力和转弯能力，可作为旅游景区专线、城市观光线、机场港口等枢纽内部接驳线，见图1。

图1 胶轮有轨电车

优点:转弯半径小、爬坡能力强，环境适应性强，电池＋储能供电，到站充电，轨道梁上无供电线缆。

缺点:运输能力较低，胶轮需定期更换；运营安全性有待进一步验证。

2.2 悬挂式单轨系统

悬挂式单轨交通系统适用于单向高峰小时最大断面客流量0.8～1.3万人次的交通走廊[3]。线路最小曲线半径为30 m，最大爬坡能力达80‰；车辆最高运行速度为80 km/h，平均运行速度20 ～35 km/h，见图2。

图2 悬挂式单轨

适用范围:能满足中低运量需求，具备较好的观光功能，可布置在旅游景区、城市观光线、公园以及大型展览会场附近。

优点:占地面积小、曲线半径小、爬坡能力强、观赏性强、与环境融入好。

缺点:救援工作相对复杂；胶轮需定期更换；行驶稳定性略差，不适于长距离商业运营。

其中跨座式单轨系统和现代有轨电车系统发展相对较早，技术较为成熟，投入运营的线路也比较多。

2.3 跨座式单轨系统

跨座式单轨交通是中运量的轨道交通系统，车辆采用橡胶轮胎跨行于梁轨合一的轨道梁。跨座式单轨系统适用于单向高峰小时最大断面客流量1.0～3.0万人次的交通走廊[4]。正线线路曲线半径不小于100 m，线路坡度不大于60‰；最高运行速度不小于80 km/h，平均运行速度一般为25～35 km/h，见图3。

图3 跨座式单轨

优点:运量较大，适应性强、噪声低、爬坡能力强；抱轨性能强、舒适、视野开阔、与环境融入好。

缺点:造价较高，约2.0～3.0亿元/km；维护成本高；施工工期相对较长；胶轮需定期更换。

2.4 现代有轨电车系统

现代有轨电车系统是在传统有轨电车的基础上全面改造升级的一种公共交通方式[5－6]，独立的路权形式，采用现代化低地板车辆，见图4。

图4 现代有轨电车

适用范围:适用于单向高峰断面客流量0.6～1.0万人次/h的轨道交通线路，线路曲线半径不小于30 m，线路坡度不大于60‰；最高运行速度不小于70 km/h，旅行速度可达15～30 km/h。

优点:适应性强、转弯半径小、爬坡能力较强；轨道结构可进行绿化铺装，轨道结构与环境融合性好，应急疏散方便。

缺点:地面敷设时占用城市道路资源较多，高架敷设时造价较高，接近于轻轨；钢轨钢轮系统降噪效果稍差。

本文重点讨论胶轮式有轨电车和悬挂式空轨两种制式的经济技术特点。

3 胶轮式有轨电车系统技术标准

3.1 线路

线路走向应符合城市总体规划和综合交通体系规划，一般采用高架线的修建方式。正线数目:双线；直线段最小线间距宜为3 m；线路最小曲线半径，正线一般不宜小于30 m，困难时不应小于15 m；线路最大坡度:正线不应大于80‰；设计速度:V≤80 km/h。

3.2 桥梁工程

车辆活载(采用4辆编组)，P≤7.0 t，见图5。

图5 胶轮有轨电车车辆荷载示意(单位:mm)

桥梁主体结构设计使用年限100年，设计洪水频率1/100。

3.3 车站建筑结构

站台有效长度34 m；车站出入口宜设置垂直电梯，当出入口提升高度大于10 m时宜设置自动扶梯。高架车站主体结构按100年使用年限进行设计。

3.4 车辆系统

车辆基本参数[7]见表2。

在大数据计算分析平台，基于绿通通行数据、假绿通通行数据、黑名单历史数据和绿通车通行路径数据等多维度数据，利用绿通治理模式对人、车进行疑似假绿通通行行为分析，并将疑似存在假绿通通行行为的车辆或人员的数据信息反馈至绿通治理云平台，辅助绿通治理工作人员查验假绿通行为。在系统内部形成数据闭环，充分利用大数据技术提升绿通治理的成效和降低绿通治理的管理成本。

表2 胶轮式有轨电车车辆主要尺寸参数 mm

定员载客量70人(站位6人/m2)，超员载客量100人(站位9人/m2)。

3.5 供电

外部电源供电采用10 kV分散供电方式，车载蓄电池充电采用充电桩方式，交流输入电压AC380V/50 Hz，三相五线制。中压供电网络采用10 kV电压等级。

4 悬挂式空轨系统技术标准

4.1 线路

线路走向应符合城市总体规划和综合交通体系规划，采用高架线的修建方式。正线数目:双线；直线段最小线间距:5.1 m；最小曲线半径:一般情况下为300 m，困难时不宜小于50 m；线路最大纵坡:正线不应大于60‰；设计速度:V≤80 km/h。

4.2 桥梁工程

车辆活载(采用三节车编组)，P≤5.0 t，见图6。

图6 悬挂式空轨车辆荷载示意(单位:m)

桥梁主体结构设计使用年限100年，桥梁设计洪水频率1/100。

4.3 车站建筑结构

车站站台有效长度36 m；站台宽度按车站乘降量计算；车站出入口宜设置垂直电梯，当出入口提升高度大于10 m时宜设置自动扶梯。高架车站主体结构按100年使用年限进行设计。

4.4 车辆系统

车辆主要参数见表3。

表3 悬挂式空轨车辆主要尺寸参数 mm

定员无司机室94人、单司机室85人(6人/m2)；超员无司机室130人、单司机室119人(9人/m2)。

4.5 供电

外部电源供电采用10 kV分散供电方式，牵引供电制式采用DC750V接触轨，接触轨馈电与回流装置分别安装于轨道梁内壁两侧。中压供电网络采用10 kV电压等级，单环网接线方案。

5 胶轮有轨电车和悬挂式单轨制式比较

5.1 客流适应性对比分析

在站立标准6人/m2的情况下，胶轮有轨电车4辆编组定员为280人/列，悬挂式单轨3辆编组定员为264人/列。系统能力按30对/h计算，两种制式运输能力分别可达8 400、7 920人次/h。不同制式的客流适应性见表4。

表4 不同制式客流适应性

5.2 与城市环境协调性对比分析

两种系统均可采用先进、前卫的车辆，对提升城市综合面貌均有一定提升作用。对于乘客来说，悬挂式单轨车体位于轨道梁下方，可观赏性更强。

相比胶轮有轨电车系统，由于悬挂式单轨系统轨道梁位于车辆上方，轨道梁和桥墩的规模相对较大，上跨既有市政工程处为满足净空要求，悬挂式单轨轨道梁底较胶轮有轨电车轨道梁底需高约4 m。

5.3 环境保护对比分析

在速度为60 km/h时，胶轮有轨电车系统车外噪声约为72 dB，悬挂式单轨系统车外噪声约为75 dB。悬挂式单轨系统噪声略大于胶轮有轨电车，但二者均远远低于主要干道道路交通噪声。

胶轮有轨电车系统和悬挂式单轨系统采用胶轮系统，均会产生一定粉尘污染，其中悬挂式单轨系统的轨道梁将走行轮包裹在内，粉尘传播相对较少。

5.4 寒冷环境适应性对比分析

寒冷天气下胶轮有轨电车的轨道梁存在结冰等现象，胶轮容易出现打滑；悬挂式单轨轨面位于轨道梁内部，不易出现打滑。

5.5 工程投资对比分析

经过对两种制式工程投资初步分析，胶轮有轨电车与悬挂式单轨工程投资在车站、道岔、通信、信号、运营控制中心、车辆基地等方面差异不大，主要差异体现在区间结构、供电、车辆购置费三方面。

5.5.1 区间桥梁结构

两种制式轨道梁横断面见图7、图8。

图7 胶轮有轨电车轨道梁横断面(单位:mm)

图8 悬挂式单轨轨道梁桥横断面(单位:mm)

胶轮有轨电车与悬挂式单轨区间及轨道梁工程数量计算见表5、表6[8]。

表5 胶轮有轨电车区间及轨道梁工程量(正线双延米)

表6 悬挂式单轨区间及轨道梁工程量(正线双延米)

悬挂式单轨较胶轮有轨电车轨道梁钢材重，且由于悬挂式单轨车辆悬吊于轨道梁之下，满足同样净空要求前提下，悬挂式单轨桥墩较胶轮有轨电车桥墩高约4 m；单位区间桥梁工程量较胶轮有轨电车多，每公里工程费用高出约819万元。

5.5.2 供电制式

胶轮有轨电车采用车载储能电池驱动模式，一般在车辆基地和首末站设置充电装置；悬挂式单轨系统采用接触轨供电。参照国内建设项目，两种制式每公里供电投资分别约为870万元、2 010万元。

5.5.3 车辆购置费

在满足相同的载客量情况下，胶轮有轨电车、悬挂式单轨列车编组分别为4辆、3辆，则每列车车辆购置费统计见表7。

表7 胶轮有轨电车与悬挂式单轨车辆购置费对比

5.5.4 综合比较

胶轮有轨电车与悬挂式单轨工程投资对比分析见表8。

表8 胶轮有轨电车与悬挂式单轨工程投资主要差异

综合以上分析，胶轮有轨电车工程费用合计约11 215万元/正线公里，悬挂式单轨工程费用合计约13 938万元/正线公里，后者比前者工程费用增加约25%。

根据上述分析，两种系统制式主要区别见表9[9－10]。

表9 胶轮有轨电车与悬挂式单轨制式综合比较

6 结论

胶轮有轨电车和悬挂式单轨等新型城轨交通线路适应性强、无轨道结构，且车辆轻型小巧，桥梁结构简洁轻盈美观，结构重量轻；列车编组短，车站规模小，胶轮有轨电车和悬挂式单轨系统工程投资都大大低于地铁和轻轨，胶轮有轨电车和悬挂式单轨制式将成为非中心城市交通拥堵线路或旅游线路较为理想的轨道交通形式。