跨座式單軌作為中等規(guī)模城市軌道交通模式的適應(yīng)性分析

武 農(nóng)，雷慧鋒，郭 鍇

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅猛，超大城市、特大城市軌道交通骨干線路基本建成，并逐漸成網(wǎng)，建成線路以地鐵為主，符合我國(guó)城市軌道交通發(fā)展的階段特點(diǎn)。根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)資料，目前在建和未來(lái)規(guī)劃的城市軌道交通線網(wǎng)中，地鐵仍然占有較大比重。根據(jù)中國(guó)城市軌道交通2014年統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告，目前我國(guó)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)收支比占54%，普遍呈入不敷出的狀態(tài)。一些城區(qū)人口在100萬(wàn)～300萬(wàn)人的中等規(guī)模的城市逐漸加入到軌道交通建設(shè)隊(duì)伍中來(lái)，但這些城市的城市規(guī)模、財(cái)政實(shí)力、人口數(shù)量和客流水平難以支撐地下敷設(shè)為主的軌道交通建設(shè)，需要尋找適宜的發(fā)展道路。

中鐵二院曾于2013年編制的《新型軌道交通系統(tǒng)發(fā)展對(duì)策研究之一:直線電機(jī)、跨坐式單軌系統(tǒng)》提出:跨座式單軌系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是有應(yīng)用前景的，但是跨座式單軌系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)都較為突出，系統(tǒng)的應(yīng)用都必須基于系統(tǒng)的特點(diǎn)，在適宜的環(huán)境條件、線路條件下，揚(yáng)長(zhǎng)避短地應(yīng)用。仲建華［1］提出跨座式單軌技術(shù)成熟，具有多重優(yōu)勢(shì)，不僅適合重慶山水城市，在其他城市也具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。Peter E.Timan［2］提出跨座式單軌可作為一種替代昂貴的地下隧道工程、主流的高架線路選擇方案，為大都市提供高運(yùn)量的公共交通服務(wù)。此外，文獻(xiàn)［3－6］對(duì)單軌的景觀、安全疏散、技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用等問題進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)［7－10］對(duì)各種新型軌道交通技術(shù)特點(diǎn)、參數(shù)進(jìn)行了分析，提出在中國(guó)部分地區(qū)具有一定的適用性。目前，也有部分人士認(rèn)為跨座式單軌運(yùn)營(yíng)成本高、高架線路影響景觀，不宜大力推廣，對(duì)此存在學(xué)術(shù)爭(zhēng)議。

文章對(duì)各地城市建設(shè)以地鐵為主的態(tài)勢(shì)進(jìn)行了分析，提出城市規(guī)模大、客流斷面流量大、負(fù)荷強(qiáng)度高的省會(huì)以上城市，以地鐵為主要交通模式是正確的，并提出未來(lái)中等規(guī)模城市交通的發(fā)展特點(diǎn)及下一步中小城市需要發(fā)展什么樣的軌道交通。

1 我國(guó)城市對(duì)軌道交通的需求特征分析

1.1 我國(guó)城市結(jié)構(gòu)分析

城市可按地域分布、人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等諸多指標(biāo)進(jìn)行分類，其中人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)力是非常重要的指標(biāo)，按照城市人口規(guī)模和地域劃分的城市人口統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 中國(guó)城市人口規(guī)模分布表Table 1 Statistics of cities in China in terms of population 座

由表1可見，我國(guó)城市20萬(wàn)人口以上的城市總數(shù)為284個(gè)，300萬(wàn)人口以上的城市數(shù)量為19個(gè)，僅占6.69%，而100萬(wàn)～300萬(wàn)人口的中等規(guī)模城市107個(gè)，占總數(shù)的37.68%。我國(guó)城市規(guī)模分類見圖1。

圖1 中國(guó)城市規(guī)模分類圖Fig.1 Classification of cities in China in terms of population

由表1和圖1可見，如果以人口在100萬(wàn)以上城市作為軌道交通建設(shè)需求或潛在需求的對(duì)象，其占中國(guó)城市總數(shù)的44.37%，其中100萬(wàn)～300萬(wàn)人的城市數(shù)量占有需求城市數(shù)量總數(shù)的近85%。

1.2 國(guó)家對(duì)軌道交通的發(fā)展政策

根據(jù)國(guó)辦發(fā)［2003］81號(hào)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市快速軌道交通建設(shè)管理的通知》，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)基本條件見表2。

表2 城市軌道交通建設(shè)基本條件Table 2 Basic requirements for cities in China to build rail tansit system

根據(jù)國(guó)家有關(guān)政策文件，國(guó)家將有序發(fā)展地鐵，鼓勵(lì)發(fā)展輕軌及各種新型軌道交通技術(shù)，合理選擇系統(tǒng)制式，實(shí)現(xiàn)合理滿足人民需要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。未來(lái)隨著城市化發(fā)展，100萬(wàn)人口以上的城市對(duì)軌道交通需求逐漸增強(qiáng)，建議適當(dāng)放寬輕軌建設(shè)人口條件從150萬(wàn)人降低到100萬(wàn)人。因此，以100萬(wàn)～300萬(wàn)人、具備輕軌建設(shè)條件的中等規(guī)模城市作為研究對(duì)象。

1.3 我國(guó)城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

截至2014年底，我國(guó)內(nèi)地38個(gè)城市獲批建設(shè)城市軌道交通，已有22個(gè)城市累計(jì)開通101條城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路，總運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到3 155 km［11］，其中，地鐵占77.3%，詳見圖2。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的地鐵比例僅占30%左右，其他多種軌道交通制式并存。

圖2 各種軌道交通制式比例圖Fig.2 Proportions of different rail transit systems in China

1.4 我國(guó)城市對(duì)軌道交通的需求特征分析

1.4.1 具備建設(shè)軌道交通條件的城市數(shù)量

按照城市軌道交通建設(shè)的基本條件(人口、GDP和財(cái)政收入)進(jìn)行粗略篩選，目前我國(guó)具備建設(shè)城市軌道交通的城市共有63個(gè)，其中符合修建地鐵的城市19個(gè)，符合輕軌條件的城市44個(gè)。

2020年，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，我國(guó)新增具備建設(shè)城市軌道交通條件(輕軌)的城市有16個(gè)。

1.4.2 不同等級(jí)城市的軌道交通需求特點(diǎn)

按照上述城市人口規(guī)模分布和軌道交通建設(shè)條件進(jìn)行篩選的不同規(guī)模城市的軌道交通類型需求見圖3。

圖3 不同規(guī)模城市的軌道交通類型需求圖Fig.3 Types of rail transit systems needed in cities in China with different populations

根據(jù)對(duì)吉林、邯鄲和蕪湖等城市的軌道交通需求分析，其中心城區(qū)人口在100萬(wàn)～300萬(wàn)人，運(yùn)量基本在1萬(wàn)～3萬(wàn)人/h，屬于中運(yùn)量水平，適合發(fā)展輕軌。

1.4.3 中運(yùn)量軌道交通未來(lái)將需要大力發(fā)展

根據(jù)對(duì)我國(guó)城市結(jié)構(gòu)、國(guó)家政策和軌道交通發(fā)展階段特點(diǎn)等因素的分析，預(yù)計(jì)未來(lái)中運(yùn)量(1萬(wàn)～3萬(wàn)人/h)軌道交通系統(tǒng)需要大力發(fā)展。根據(jù)建標(biāo)104—2008《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》［12］，城市軌道交通分級(jí)見表3。

表3 城市軌道交通分級(jí)表［1］Table 3 Classification of rail transit system［1］

由表3可見，第Ⅲ、Ⅳ級(jí)，采用B，C，Lb和D車型屬于中運(yùn)量等級(jí)。

1.4.4 投資及運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性

城市軌道交通應(yīng)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)考慮投資及運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，軌道交通若采用地面或高架敷設(shè)方式，投資顯著小于地下敷設(shè)方式。運(yùn)營(yíng)成本總體上與建設(shè)成本呈正相關(guān)關(guān)系，因此在一定的運(yùn)能條件下，選擇建設(shè)成本較低的系統(tǒng)制式，其運(yùn)營(yíng)成本也將相應(yīng)降低。中等規(guī)模城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力無(wú)法與國(guó)內(nèi)一些直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市相比，因此應(yīng)更加注重投資及運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，大量采用地下敷設(shè)方式不可行。

1.4.5 不增加道路壓力，具有較高的運(yùn)營(yíng)效率和安全性

城市軌道交通需要具有較高的運(yùn)營(yíng)效率和安全性，考慮國(guó)內(nèi)中等規(guī)模城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、人口規(guī)模、道路資源和交通秩序等因素，以地面為主的輕軌系統(tǒng)或有軌電車難以適應(yīng)需求，宜采用高架形式才能保證運(yùn)營(yíng)效率和安全性。

1.4.6 優(yōu)越的環(huán)保性能

城市環(huán)境敏感度高，因此宜選擇噪聲低、振動(dòng)小、對(duì)城市工作居住環(huán)境影響小的軌道交通制式。近年來(lái)，國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格，國(guó)家環(huán)?？偩诸C布了一系列政策規(guī)定，對(duì)城市軌道交通的環(huán)保性能要求越來(lái)越高，因此應(yīng)將環(huán)保性能作為選擇的重要考慮因素。

1.4.7 對(duì)城市空間景觀影響小

高架線路不可避免會(huì)對(duì)城市空間景觀造成或多或少的影響，因此應(yīng)在可選制式中選擇一種對(duì)城市空間景觀影響最小的系統(tǒng)制式，這種制式的高架結(jié)構(gòu)、車輛和車站應(yīng)盡量規(guī)模小且輕盈美觀，與周邊環(huán)境應(yīng)盡量協(xié)調(diào)，甚至與周邊建筑融為一體。

1.4.8 國(guó)內(nèi)有較高的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

除考慮技術(shù)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等因素外，選擇的軌道交通制式應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)和裝備的國(guó)產(chǎn)化、自主化，促進(jìn)就業(yè)、生產(chǎn)和出口，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)和裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)有較高的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)也能增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，降低工程投資，適應(yīng)中等規(guī)模城市對(duì)投資更高的敏感度。

綜上，概括起來(lái)，我國(guó)城市未來(lái)除繼續(xù)有序發(fā)展地鐵外，對(duì)中運(yùn)量軌道交通的需求特征要求如下:1)具備條件的城市數(shù)量多;2)更加注重投資及運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性;3)具有較高的運(yùn)營(yíng)效率和安全性;4)關(guān)注環(huán)保性能;5)城市空間景觀影響小;6)技術(shù)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好。

2 跨座式單軌作為輕軌主導(dǎo)模式的適應(yīng)性和優(yōu)點(diǎn)

目前，懸掛式單軌和有軌電車運(yùn)能偏小，難以滿足需求。滿足要求的主要制式有:輕軌制式鋼輪鋼軌(高架B型車、C型車)、直線電機(jī)、膠輪導(dǎo)軌、跨座式單軌和中低速磁浮共5種類型。下面著重對(duì)滿足我國(guó)未來(lái)軌道交通需求特征的這5種類型進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 滿足中運(yùn)量需求

跨座式單軌系統(tǒng)運(yùn)能最大為3萬(wàn)人/h左右，能滿足中運(yùn)量需求。

2.2 投資及運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性

跨座式單軌投資指標(biāo)在2億～3億元/km，與輕軌制式鋼輪鋼軌(高架B型車、C型車)、直線電機(jī)和膠輪導(dǎo)軌相比，具有良好的投資經(jīng)濟(jì)性。由于其建設(shè)成本低，運(yùn)營(yíng)成本及總成本相應(yīng)較低，具有良好的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。

2.3 不增加道路壓力，具有較高的運(yùn)營(yíng)效率和安全性

可采用高架線路，不增加既有道路壓力，采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，具有較高的運(yùn)營(yíng)效率和安全性。

2.4 優(yōu)越的環(huán)保性能

跨座式單軌、膠輪導(dǎo)軌采用橡膠輪胎，相比于其他軌道交通制式，如輕軌制式鋼輪鋼軌(高架B型車、C型車)、直線電機(jī)等，噪聲振動(dòng)低，具有良好的環(huán)保性能，更能適應(yīng)城市中復(fù)雜苛刻的環(huán)境條件。重慶單軌的實(shí)景照片見圖4。

圖4 跨座式單軌環(huán)保性能優(yōu)越照片F(xiàn)ig.4 Pictures of environment-friendly straddle monorail system

2.5 對(duì)城市空間景觀影響小

在各種軌道交通制式中，跨座式單軌的橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造型輕盈，對(duì)城市空間景觀影響最小。同時(shí)由于其優(yōu)越的環(huán)保性能，甚至可以將車站與商業(yè)民用建筑結(jié)合物業(yè)開發(fā)融為一體?？缱絾诬壟c其他軌道交通高架橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)比見圖5。

圖5 不同軌道交通制式橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)比照片F(xiàn)ig.5 Bridges for different rail transit systems

國(guó)外許多城市將跨座式單軌應(yīng)用于景觀要求高的繁華商業(yè)區(qū)和風(fēng)景區(qū)，如:拉斯維加斯、迪拜棕櫚島、日本沖繩、美國(guó)迪斯尼、日本迪斯尼和新加坡圣淘沙等。國(guó)外部分著名景區(qū)還在規(guī)劃建設(shè)跨座式單軌。

2.6 國(guó)內(nèi)有較高的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

結(jié)合重慶2條線路的實(shí)施，跨座式單軌在國(guó)內(nèi)成功運(yùn)用并建立了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，有比較完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。自2012年以來(lái)，為了更好地推進(jìn)單軌交通的發(fā)展，特別是契合中等城市軌道交通發(fā)展需求，中鐵咨詢完成了多項(xiàng)科研課題，與國(guó)外主流跨座式單軌系統(tǒng)供應(yīng)商合作，推進(jìn)輕型單軌技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化和自主化，并與國(guó)內(nèi)多家軌道交通設(shè)備制造龍頭企業(yè)合作，開展了輕型單軌的軌道梁、道岔和車輛等關(guān)鍵裝備的合作技術(shù)研究和試制，并將隨著建設(shè)推廣進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)鏈。

各種輕軌系統(tǒng)的綜合對(duì)比見表4。

表4 各種輕軌系統(tǒng)比較表Table 4 Comparison and contrast among different light rail systems

由表4可見，從地形適應(yīng)性、橋梁承載效率、投資、工期、占地、環(huán)保、景觀和技術(shù)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)等方面綜合對(duì)比，跨座式單軌綜合優(yōu)勢(shì)比較突出。

3 促進(jìn)跨座式單軌健康發(fā)展的建議

1)加強(qiáng)對(duì)跨座式單軌的政策引導(dǎo)?？缱絾诬壘哂兄T多突出優(yōu)勢(shì)，應(yīng)在其適應(yīng)范圍內(nèi)大力倡導(dǎo)推廣，建議政府主管部門制定相應(yīng)政策法規(guī)，鼓勵(lì)、引導(dǎo)和規(guī)范城市，特別是中等規(guī)模城市應(yīng)量力而行，發(fā)展適合自身需求的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用高效的軌道交通制式。

2)完善跨座式單軌標(biāo)準(zhǔn)體系。基于重慶的跨座式單軌交通工程，國(guó)內(nèi)已建立一套跨座式單軌的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，建議結(jié)合其他單軌技術(shù)的引進(jìn)及國(guó)產(chǎn)化，對(duì)原相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充、調(diào)整和完善，從而更好地指導(dǎo)跨座式單軌的推廣和建設(shè)。

4 結(jié)論與體會(huì)

經(jīng)過上述分析，跨座式單軌能滿足中運(yùn)量需求，投資低、工期短、具有良好的經(jīng)濟(jì)性;噪聲低、振動(dòng)小、景觀效果好，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性;具有較高的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ);還具有爬坡大、轉(zhuǎn)彎半徑小、地形適應(yīng)能力強(qiáng)和占地少等優(yōu)點(diǎn)，適合作為中等規(guī)模城市輕軌(中運(yùn)量系統(tǒng))的主導(dǎo)模式。

文章從我國(guó)城市結(jié)構(gòu)、軌道交通發(fā)展階段特點(diǎn)、不同制式對(duì)需求特征的滿足等方面，定性加定量說明論證了跨座式單軌應(yīng)具有更廣闊的應(yīng)用前景，希望為促進(jìn)城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展提出良好建議。

目前，對(duì)于跨座式單軌的適應(yīng)性國(guó)內(nèi)還有不少學(xué)術(shù)爭(zhēng)議，下一步需選取典型項(xiàng)目進(jìn)行不同系統(tǒng)制式的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程方案、投資估算、運(yùn)營(yíng)成本和經(jīng)濟(jì)效益等方面的全方位、全生命周期的綜合比較，用科學(xué)、客觀、公正、可信的數(shù)據(jù)進(jìn)行論證。同時(shí)需加強(qiáng)對(duì)新型單軌技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化、自主化和技術(shù)創(chuàng)新研究。

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