賀 觀

(重慶市軌道交通(集團)有限公司,400051,重慶∥高級工程師)

跨坐式獨軌交通的特點及其局限性

賀 觀

(重慶市軌道交通(集團)有限公司,400051,重慶∥高級工程師)

結(jié)合重慶跨坐式獨軌交通2號線運營經(jīng)驗,論述了跨坐式獨軌交通系統(tǒng)的特點。從運能、道岔技術(shù)及成本、車輛國產(chǎn)化、運營成本及耗電量等方面對跨坐式獨軌交通系統(tǒng)在我國的發(fā)展和局限進行了分析。

跨坐式獨軌;工程特點;局限

Author's addressChongqing Rail Transit(Group)Co.,Ltd.,400051,Chongqing,China

跨坐式獨軌交通具有噪聲小、爬坡能力強,轉(zhuǎn)彎半徑小等特點,已在日本以及歐美的許多城市應(yīng)用并有多年的成功運營業(yè)績。重慶結(jié)合主城區(qū)地勢起伏、道路曲折、坡陡狹窄、兩江環(huán)抱、地下施工條件不利的特點,選擇采用跨坐式獨軌交通型式,通過數(shù)年的建設(shè)以及隨后的運營,積累了許多寶貴的經(jīng)驗,同時也帶來一些思考。擁有許多優(yōu)勢和特點的跨坐式獨軌交通為何未能成為國內(nèi)外城市軌道交通系統(tǒng)的首選,是否是緣自這種交通型式具有的一些局限的影響。本文對此略作探討。

1 跨座式獨軌交通的特點

1.1 軌道梁橋系統(tǒng)的特點

軌道梁既是承重構(gòu)件又是獨軌列車運行的軌道,承擔(dān)著走行、導(dǎo)向的作用。在用模板工廠化制作的標(biāo)準(zhǔn)跨度的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土(PC)軌道梁上,可以預(yù)設(shè)、預(yù)埋各種結(jié)構(gòu)件以及供電、信號系統(tǒng)的部分相關(guān)設(shè)施,與板式結(jié)構(gòu)比,具有體量輕巧、結(jié)構(gòu)緊湊、對沿途景觀影響小等特點。大跨度梁采用鋼制結(jié)構(gòu),可以相對容易地跨越較大跨度的困難地段,以滿足復(fù)雜地形地貌對系統(tǒng)的要求。由于上述特點,獨軌交通系統(tǒng)線路占地面積小,僅為其他高架線路的1/2,高架橋梁僅為其他高架橋梁的1/5;且采光好,有利于地面機動車的尾氣排放。

1.2 道岔系統(tǒng)的特點

跨坐式獨軌交通道岔按其結(jié)構(gòu)和線型可分為關(guān)節(jié)型道岔和關(guān)節(jié)可撓型道岔。前者造價相對較低,適用于車輛基地、輔助線或正線個別線段;后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能和安全性要求高,一般在正線上用于載客列車運行線段,以保證列車運行平穩(wěn)、舒適,但其造價較關(guān)節(jié)型道岔高得多。獨軌道岔較其他道岔復(fù)雜得多,是由道岔梁等機械裝置、驅(qū)動裝置和控制裝置等多個子系統(tǒng)組成的集合體,精度要求高,安裝較特殊;其可靠性、安全性和復(fù)合性要求嚴(yán)格,是技術(shù)密集型和機電一體化的典型產(chǎn)品(見圖1)。

圖1 獨軌線路的道岔

1.3 獨軌車輛的特點

跨坐式獨軌車輛的走行系統(tǒng)與地鐵車輛差異較大,尤其是獨軌車輛轉(zhuǎn)向架較為獨特。其轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由橫梁、側(cè)梁、端梁,以及下伸的導(dǎo)向、穩(wěn)定車輪的支承架等構(gòu)成;走行輪胎安裝在輪輞上,輪心通過軸承支承在空心軸套上并通過懸臂軸固定在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上;每個輪軸上裝有兩個填充氮氣的子午線鋼芯橡膠走行輪。由于采用橡膠輪胎,獨軌車輛運行噪聲較小,實測約為60 dB,且摩擦系數(shù)較大,車輛爬坡能力較強(最大可達60‰);其走行輪軸距較短(9.6 m),故車輛可通過的平曲線半徑較小,僅為50 m。因此,獨軌車輛特別適用于坡陡彎多、地形地貌復(fù)雜的城市既有道路的線路。

2 跨坐式獨軌交通的局限

2.1 載客量較少

由于跨坐式獨軌系統(tǒng)的軌道梁結(jié)構(gòu)和承重的限制,獨軌系統(tǒng)屬中等運量的城市軌道交通系統(tǒng),運載乘客數(shù)與地鐵相比較少。表1所列是獨軌車與地鐵B型車的載客量比較。其中,正常載客按6人/m2計,超員時按跨坐式9人/m2、地鐵8人/m2計。

從表1可以看出,在列車發(fā)車間隔相同的情形下,獨軌交通系統(tǒng)的乘客輸送量不到地鐵B型車的一半。雖然重慶輕軌2號線2.6億元/km的造價較地鐵系統(tǒng)低,但作為以輸送乘客為目的的城市交通系統(tǒng),在需要配備大致相等的運營輔助人員的情況下,運能相對較少也將導(dǎo)致運營成本較高。如果按同等運量比較,跨坐式獨軌系統(tǒng)的每公里造價就會顯得略高一些。

表1 獨軌車與地鐵B型車載客量比較

2.2 道岔系統(tǒng)造價高

數(shù)節(jié)鋼制軌道梁依次鉸接組合成一種軌道轉(zhuǎn)轍設(shè)備,由臺車支撐,采用電力驅(qū)動,道岔一端固定;轉(zhuǎn)轍時道岔梁整體繞固定端按規(guī)定距離轉(zhuǎn)動,到位后鎖定裝置鎖定,梁體活動端部與線路軌道梁銜接形成岔道,轉(zhuǎn)換列車行駛線路。轉(zhuǎn)轍后,道岔梁成折線狀態(tài)的稱為關(guān)節(jié)型道岔,道岔梁兩側(cè)的導(dǎo)向面板和穩(wěn)定面板在撓曲裝置作用下成設(shè)定的曲線面狀態(tài)的稱為可撓型道岔。

總體比較,跨坐式獨軌交通道岔造價要遠高于鋼輪鋼軌系統(tǒng)道岔。由于關(guān)節(jié)道岔近千元、可撓型道岔2000多萬元一套的造價,因此選線和布設(shè)時就不得不考慮可撓型道岔尚不能國產(chǎn)化、采購費用居高不下的問題。在滿足運營功能的前提下,力求盡可能減少道岔冗余的思路,將導(dǎo)致獨軌系統(tǒng)設(shè)置道岔時為將來可能的改變預(yù)留的備用量縮減。例如:為了避免車場出入段線瓶頸擁塞而設(shè)置車場備用出入線和第二出口的想法;為應(yīng)對運營中可能出現(xiàn)的高峰客流變化帶來的運營交路變化而預(yù)設(shè)的備用線和道岔預(yù)留的思路,在獨軌系統(tǒng)是不能考慮的。因為除了受價格因素限制外,獨軌道岔龐大承重基礎(chǔ)的建造也是預(yù)留冗余獨軌道岔要慎之又慎的因素。

2.3 國產(chǎn)化率較低

由于獨軌系統(tǒng)在我國是首次采用,國內(nèi)沒有獨軌車輛的制造經(jīng)驗。重慶軌道交通2號線一期工程最終確定了國產(chǎn)化四步走、整個21列車(計84輛)分四階段實現(xiàn)獨軌車輛國產(chǎn)化進程的方案。

第一階段:從日立公司引進2列共8輛整車。

第二階段:轉(zhuǎn)向架和牽引控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等關(guān)鍵部件由日立提供,車體材料及車體制造、裙板、司機室設(shè)備、車內(nèi)設(shè)備、空調(diào)機組等實現(xiàn)國產(chǎn)化,客室和司機室內(nèi)裝也由國內(nèi)廠家完成。共生產(chǎn)10列。

第三階段:從第13列車開始采用長春客車廠生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架,共5列。

第四階段:最后的4列車牽引控制系統(tǒng)由國內(nèi)企業(yè)承擔(dān)配套,但核心部件仍由日立公司提供。

表2為按照重慶輕軌2號線車輛數(shù)據(jù)計算出的上述各階段的國產(chǎn)化情況。在車輛制造實施過程中,第三、四階段由于轉(zhuǎn)向架國產(chǎn)化進展不理想,9列共18個轉(zhuǎn)向架仍從日本購入。第四階段由于電力牽引系統(tǒng)關(guān)鍵的核心部件仍由日本購入,號稱承擔(dān)電力牽引系統(tǒng)國產(chǎn)化的企業(yè)僅生產(chǎn)了牽引控制系統(tǒng)外殼,而核心部件的購入成本大大高于成套系統(tǒng)的銷售價格,導(dǎo)致該企業(yè)虧損嚴(yán)重。由表2可看出,跨坐式獨軌車輛的總體國產(chǎn)化率不高,若考慮上述實際實施情況,國產(chǎn)化率則更低。

2.4 獨軌車輛運營成本和運營線路耗電量高

跨坐式獨軌車輛噪聲小、爬坡能力強的優(yōu)點應(yīng)歸功于其獨特的走行系統(tǒng)使用了橡膠輪胎。這種無內(nèi)胎子午線輪胎內(nèi)充氮氣,承重較大(5.5 t)。正常情況下,獨軌車輛走行輪胎的壽命約為10萬km,非正常情況則更短,且要考慮同軸成對更換等因素。按目前運營狀況,每列車每年走行10余萬km,故獨軌車輛走行輪胎更換周期約為1年。

表2 重慶獨軌車輛的國產(chǎn)化情況 百萬日元

走行輪胎是獨軌車輛重要的消耗材。每個轉(zhuǎn)向架上有4只走行輪胎,每列共32只。進口輪胎價格昂貴,每只約為7000～8000元。這樣算下來,重慶輕軌2號線21列車每年僅走行輪胎就要多支出400萬～500萬元,導(dǎo)致運營成本有較大增加。同時,由于關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化率不高,導(dǎo)致部分使用數(shù)量少、保存期有限的備件配件必須進口。例如,制動系統(tǒng)的部配件因進口規(guī)格型號與國內(nèi)不配套,國內(nèi)采購不到,而國外采購價格奇高且到貨周期要十幾個月,嚴(yán)重時甚至已經(jīng)影響到維修車輛的上線運行。

其次,獨軌車輛換輪過程相對困難、復(fù)雜、耗時較長,導(dǎo)致?lián)Q輪列車停駛時間較長,因此需要增加備車的數(shù)量以滿足正常運營要求。增備一列4輛編組的獨軌列車,購車成本將隨之增加4000萬～5000萬元,而且隨著運營線路里程和開行密度的增加,備車的數(shù)量也需相應(yīng)增加。

此外,選線時為了充分發(fā)揮獨軌車輛爬坡能力強及適應(yīng)地形地貌特點的思路,會使大坡度的線路增多,這樣牽引耗電量會相應(yīng)增加。根據(jù)運營統(tǒng)計,跨坐式獨軌交通系統(tǒng)中,牽引耗電占總耗電55%以上;而輪軌交通系統(tǒng)中,牽引耗電占總耗電50%以上。牽引耗電增加的同時,總耗電量也相對增加。

3 結(jié)語

由于跨坐式獨軌交通型式的鮮明特點,因此特別適用于地勢起伏、地下開掘條件不好、城市既有道路通道狹窄等不適合進行地鐵建設(shè)的中運量地面交通型式。重慶軌道交通3號線也選擇跨坐式獨軌交通型式。雖然其運量偏緊,但2號線的建設(shè)及運營積累了跨坐式獨軌交通設(shè)計、施工、運營、管理等方面的經(jīng)驗,從地貌特征、線路條件、資源共享的角度看,這無疑是較好的選擇。然而,后期隨著南坪段、加州段線路變架空行走為地下運行,3號線主城段線路在地下行駛的距離大大增加。3號線一期線路20 km線路中除兩江橋外,能發(fā)揮其噪聲小特點的地面線路距離減少;在線路上除去上天入地的區(qū)段利用了跨坐式獨軌爬坡能力強特點外,真正特別需要發(fā)揮獨軌系統(tǒng)優(yōu)勢的區(qū)段不多。

重慶獨軌交通2號線通過幾年來的運營,積累了不少成功經(jīng)驗,也為跨坐式獨軌交通在其他城市的推廣奠定了良好基礎(chǔ)。通過技術(shù)咨詢的方式,我們已經(jīng)為韓國大邱、巴西里約熱內(nèi)盧提供了相關(guān)的技術(shù)服務(wù)。國內(nèi)也有城市開始建設(shè)跨坐式獨軌交通線路,并與重慶軌道交通設(shè)計院相關(guān)專業(yè)進行過深入的交流?？梢钥闯?跨坐式獨軌交通作為輪軌交通的互補型式,仍具備一定的應(yīng)用前景。

[1]仲建華.重慶跨座式單軌交通[J].都市快軌交通,2004,17(5):17.

[2]趙菊靜.跨座式單軌列車國產(chǎn)化探析[J].中國鐵路,2000(6):23.

[3]周慶瑞,金鋒.新型城市軌道交通[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

Development and Limitation of Straddle-type Monorail Transit in China

He Guan

Based on the operationalexperience of Chongqing straddle-type monorail transit Line 2,this paper expounds the different characteristics between straddle-type monorail—a new type of rail transit— and the conventional wheel transit,analyzes the development and limitation of straddle-type monorail in Chinese cities.

straddle-type monorail;engineering feature;limitation

U 232

2010-06-12)