劉 俊 武 農(nóng) 郭子煜

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

1 概述

標(biāo)準(zhǔn)是人類(lèi)文明進(jìn)步的成果。從中國(guó)古代的“車(chē)同軌、書(shū)同文”,到現(xiàn)代工業(yè)規(guī)?；a(chǎn),都是標(biāo)準(zhǔn)化的生動(dòng)實(shí)踐。積極實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略,以標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)城軌行業(yè)創(chuàng)新,規(guī)定技術(shù)底線,規(guī)范行業(yè)秩序,保障建設(shè)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量,對(duì)中國(guó)城市軌道交通高質(zhì)量創(chuàng)新發(fā)展具有極其重要的意義。

1965 年,中國(guó)第一條地鐵(北京地鐵1 號(hào)線)開(kāi)始建設(shè),至今已有五十余年的發(fā)展歷史,截止2020 年底,地鐵通車(chē)?yán)锍踢_(dá)6280km,已發(fā)布超過(guò)250 項(xiàng)與城市軌道交通相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1-2],形成較為完備的標(biāo)準(zhǔn)體系,標(biāo)準(zhǔn)為城市軌道交通的建設(shè)運(yùn)營(yíng)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)[3-6]。

2000 年,重慶單軌交通2 號(hào)線作為國(guó)內(nèi)第一條跨座式單軌開(kāi)始建設(shè),在總結(jié)重慶單軌建設(shè)運(yùn)營(yíng)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3 項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6 項(xiàng),為指導(dǎo)單軌交通的建設(shè)運(yùn)營(yíng)作出積極貢獻(xiàn)。近年來(lái),跨座式單軌技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展[7-11],隨著蕪湖單軌即將試運(yùn)行,輕型跨座式單軌實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用,集成化、輕量化等關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新成果具備了上升為標(biāo)準(zhǔn)的條件。而目前在編的跨座式單軌交通標(biāo)準(zhǔn)僅9 項(xiàng),且覆蓋面不全,亟需構(gòu)建完整的跨座式單軌標(biāo)準(zhǔn)體系,以指導(dǎo)今后跨座式單軌設(shè)計(jì)工作。

目前,國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有針對(duì)跨座式單軌系統(tǒng)制定標(biāo)準(zhǔn)體系的相關(guān)研究,僅在《城市軌道交通產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系》中包含跨座式單軌標(biāo)準(zhǔn)的框架,但未針對(duì)跨座式單軌系統(tǒng)獨(dú)有的技術(shù)特點(diǎn)給出具體建議。

2019 年,中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)搭建了城市軌道交通團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系,該體系主要基于鋼輪鋼軌走行方式的地鐵、輕軌和有軌電車(chē)制式。如何在標(biāo)準(zhǔn)體系中體現(xiàn)膠輪走行方式的跨座式單軌獨(dú)特關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建單軌交通標(biāo)準(zhǔn)體系框架,是本文研究的重點(diǎn)。

2 跨座式單軌交通關(guān)鍵技術(shù)研究

跨座式單軌交通是一種車(chē)輛跨行于梁軌合一軌道梁上行駛的城市軌道交通制式,屬于膠輪走行系統(tǒng)。與鋼輪鋼軌走行系統(tǒng)的差異主要體現(xiàn)在車(chē)輛系統(tǒng)、軌道梁橋系統(tǒng)、道岔系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。這4 方面的差異,也體現(xiàn)跨座式單軌最核心的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 車(chē)輛系統(tǒng)

跨座式單軌車(chē)輛與鋼輪鋼軌車(chē)輛的差異主要表現(xiàn)在車(chē)輛走行機(jī)理不同,以及轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)不同(見(jiàn)圖1)。鋼輪鋼軌車(chē)輛的走行是鋼輪鋼軌耦合黏著驅(qū)動(dòng)形式,跨座式單軌車(chē)輛的走行是輪胎與混凝土軌道面(少量會(huì)用到鋼結(jié)構(gòu)軌道面)之間的胎軌耦合附著驅(qū)動(dòng)形式。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的不同表現(xiàn)在,鋼輪鋼軌轉(zhuǎn)向架一般是單走行輪系(四走行輪)結(jié)構(gòu),跨座式單軌轉(zhuǎn)向架一般是三輪系(走行輪系、導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪系)結(jié)構(gòu)。故獨(dú)特騎跨式膠輪走行的轉(zhuǎn)向架是跨座式單軌的關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖1 跨座式單軌與地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架

2.2 軌道梁橋系統(tǒng)

跨座式單軌軌道梁橋系統(tǒng)與鋼輪鋼軌軌道系統(tǒng)的差異主要表現(xiàn)在軌道結(jié)構(gòu)形式的不同(見(jiàn)圖2)?？缱絾诬壊捎密壍懒簶蚪Y(jié)構(gòu),車(chē)體騎跨于軌道梁上,軌道梁不僅是承重結(jié)構(gòu),也是車(chē)輛走行的軌道,結(jié)構(gòu)精度為厘米級(jí),軌道精度為毫米級(jí),軌道梁的平順性直接決定車(chē)輛運(yùn)行的舒適度,故跨座式單軌軌道梁橋的線性控制十分重要。

圖2 跨座式單軌軌道梁橋與地鐵軌道系統(tǒng)

另外,接觸軌、通信信號(hào)電纜等設(shè)施也敷設(shè)于軌道梁上,跨座式單軌軌道梁橋系統(tǒng)集成多種功能于一身;對(duì)于鋼輪鋼軌系統(tǒng),鋼軌敷設(shè)于橋梁結(jié)構(gòu)或路基之上,供電、通信信號(hào)等設(shè)施均獨(dú)立敷設(shè)。

2.3 道岔系統(tǒng)

跨座式單軌道岔與鋼輪鋼軌系統(tǒng)道岔在結(jié)構(gòu)形式上完全不同(見(jiàn)圖3),跨座式單軌道岔由機(jī)械裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和控制裝置組成,其機(jī)電一體化設(shè)備可驅(qū)動(dòng)整體或數(shù)節(jié)道岔梁。鋼輪鋼軌系統(tǒng)道岔由轉(zhuǎn)轍器、尖軌、轍叉、護(hù)軌及連接部分組成,兩者差異巨大。

圖3 跨座式單軌與地鐵系統(tǒng)道岔

2.4 供電系統(tǒng)

跨座式單軌供電與鋼輪鋼軌走行系統(tǒng)的差異主要表現(xiàn)在軌道形式、受流方式、回流方式等方面。單軌交通接觸軌通常設(shè)置在軌道梁兩側(cè),車(chē)輛上的受流器滑塊與接觸軌接觸,將電流引入列車(chē)牽引電機(jī),與鋼輪鋼軌系統(tǒng)常用的接觸網(wǎng)供電和三軌供電存在較大差異。

3 跨座式單軌交通標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及分析

3.1 已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)

截止2020 年,已發(fā)布單軌交通標(biāo)準(zhǔn)24 項(xiàng),其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3 項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6 項(xiàng),團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1 項(xiàng)、地方標(biāo)準(zhǔn)14 項(xiàng)(見(jiàn)表1～表4)。

表1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

表3 團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

表4 地方標(biāo)準(zhǔn)

已發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均基于重慶大型單軌實(shí)踐,包括3 項(xiàng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和6 項(xiàng)裝備標(biāo)準(zhǔn),為指導(dǎo)單軌交通的建設(shè)運(yùn)營(yíng)作出了積極的貢獻(xiàn)。

已發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《輕型跨座式單軌交通設(shè)計(jì)導(dǎo)則》是中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司等多家單位為滿足越來(lái)越多城市特別是Ⅱ型大城市對(duì)軌道交通的需求,在充分總結(jié)重慶單軌經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)輕型跨座式單軌技術(shù)開(kāi)展系統(tǒng)集成創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新,進(jìn)一步的輕量化研究,降低建筑體量和景觀影響、增強(qiáng)其適應(yīng)能力,降低工程造價(jià),并成功應(yīng)用于蕪湖工程實(shí)踐中,可用于指導(dǎo)輕型跨座式單軌的設(shè)計(jì)和建設(shè)。

3.2 在編標(biāo)準(zhǔn)

目前,在編的跨座式單軌交通專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)9 項(xiàng),其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2 項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)7 項(xiàng)(見(jiàn)表5)。

表5 在編標(biāo)準(zhǔn)

近年來(lái),為適應(yīng)市場(chǎng)需求,國(guó)內(nèi)單軌技術(shù)在重慶大型單軌的基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展,更加注重經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、集成。正在編制的7 項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)均由蕪湖單軌的創(chuàng)新實(shí)踐上升而來(lái),而已修編完成的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》也已將輕型跨座式單軌創(chuàng)新成果納入其中,即將批準(zhǔn)發(fā)布。這些在編的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)主要集中在跨座式單軌交通與城市軌道交通其他制式存在較大專(zhuān)業(yè)技術(shù)差異領(lǐng)域,但數(shù)量仍然較少。

4 跨座式單軌交通標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建建議

中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系,以基礎(chǔ)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與開(kāi)發(fā)、裝備等4 個(gè)板塊為主維度,城市軌道交通系統(tǒng)制式為輔維度,整個(gè)框架體系以鋼輪鋼軌為主、兼顧其他制式。因此,單軌交通需從自身角度出發(fā),梳理形成反映單軌專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)體系框架。重點(diǎn)對(duì)跨座式單軌交通車(chē)輛系統(tǒng)、軌道梁橋系統(tǒng)、道岔系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等差異較大的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面研究,形成符合跨座式單軌建設(shè)和專(zhuān)業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系。按照中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系,軌道梁橋系統(tǒng)與設(shè)計(jì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可歸于建設(shè)板塊,與產(chǎn)品相關(guān)的可歸于裝備板塊,其他的車(chē)輛系統(tǒng)、道岔系統(tǒng)、供電系統(tǒng)可歸于裝備板塊。

4.1 車(chē)輛系統(tǒng)

現(xiàn)有鋼輪鋼軌系統(tǒng)成熟的車(chē)輛設(shè)計(jì)理論不能簡(jiǎn)單套用在跨座式單軌車(chē)輛的設(shè)計(jì)上,有必要在更深層次的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)理論、設(shè)計(jì)方法、試驗(yàn)驗(yàn)證方法上研究。

根據(jù)專(zhuān)業(yè)和功能不同,跨座式單軌車(chē)輛系統(tǒng)可劃分為車(chē)體及其內(nèi)裝、車(chē)端連接系統(tǒng)、車(chē)門(mén)系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、供風(fēng)及制動(dòng)系統(tǒng)、牽引輔助系統(tǒng)、受流設(shè)備、空調(diào)/采暖和通風(fēng)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、列車(chē)控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、應(yīng)急救援裝置、專(zhuān)用類(lèi)生產(chǎn)和維護(hù)裝備。

根據(jù)車(chē)輛系統(tǒng)的分類(lèi),跨座式單軌車(chē)輛系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)應(yīng)在動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)驗(yàn)證、單軌車(chē)輛通用技術(shù)條件、組裝后的單軌車(chē)輛檢查與試驗(yàn)、單軌車(chē)輛轉(zhuǎn)向架通用技術(shù)條件、單軌車(chē)輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證、單軌車(chē)輛輪胎技術(shù)、單軌輪輞強(qiáng)度試驗(yàn)方法、單軌車(chē)輛受電弓系統(tǒng)、單軌車(chē)輛GR 接地保護(hù)、單軌交通車(chē)輛動(dòng)力電池技術(shù)條件、單軌車(chē)載救援設(shè)備配置及設(shè)備技術(shù)等方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)與研究。

4.2 軌道梁橋系統(tǒng)

根據(jù)跨座式單軌軌道梁橋結(jié)構(gòu)形式的不同,可分為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系和連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)體系。在日本、韓國(guó)和中國(guó)重慶,采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系,其標(biāo)準(zhǔn)跨度為22～30 m;在美國(guó)、巴西和中國(guó)蕪湖,采用連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)體系,其標(biāo)準(zhǔn)跨度為30～35 m。根據(jù)車(chē)輛轉(zhuǎn)向架的不同,軌道梁截面寬度分為690、700、800、850 mm。針對(duì)跨座式單軌軌道梁尺寸及結(jié)構(gòu)形式的多樣化,應(yīng)在軌道梁的制作、安裝、線性調(diào)整方面制定相應(yīng)專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn),并制定與之配套的模板系統(tǒng)、運(yùn)架梁裝備等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。隨著新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料、新檢測(cè)方法在跨座式單軌區(qū)間和車(chē)站結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的應(yīng)用,應(yīng)將技術(shù)成熟、安全可靠并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的計(jì)算方法和控制指標(biāo)形成標(biāo)準(zhǔn)并納入建設(shè)板塊。

軌道梁還是各種設(shè)備的集成品,例如鑄鋼拉力支座、梁端伸縮縫、絕緣子支撐螺栓護(hù)套、供電環(huán)網(wǎng)電纜橋架、車(chē)體接地板固定套管、饋線電纜保護(hù)管、避雷器電纜保護(hù)管、計(jì)軸(信號(hào))電纜保護(hù)管等均需集成在軌道梁上,需針對(duì)上述軌道梁橋系統(tǒng)中包含的支座及附屬品、疏散平臺(tái)、裝配化產(chǎn)品、專(zhuān)用類(lèi)生產(chǎn)、維護(hù)以及架設(shè)設(shè)備等形成相應(yīng)的制造、安裝和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),并納入裝備板塊。

作為高架系統(tǒng)的跨座式單軌,人員疏散及檢修通道設(shè)置難度較大,需針對(duì)緊急情況下人員疏散方式和檢修通道設(shè)置方式進(jìn)行研究,并制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 道岔系統(tǒng)

目前,已發(fā)布的關(guān)于跨座式單軌道岔的標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37531—2019《跨座式單軌交通單開(kāi)道岔》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 1220—2018《跨座式單軌道岔設(shè)備維護(hù)與更新技術(shù)規(guī)范》。隨著技術(shù)發(fā)展和研究的深入,過(guò)岔速度快、線路適應(yīng)強(qiáng)的各種新型道岔不斷出現(xiàn),需對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充或完善。

跨座式單軌道岔體系根據(jù)跨座式單軌交通類(lèi)別可分為道岔、專(zhuān)用類(lèi)生產(chǎn)和維護(hù)設(shè)備兩個(gè)方面。道岔體系包括目前市場(chǎng)上各類(lèi)型單軌所采用的各類(lèi)道岔的設(shè)計(jì)、制造、安裝、測(cè)試等內(nèi)容。專(zhuān)用類(lèi)生產(chǎn)和維護(hù)設(shè)備體系包括在線診斷和檢測(cè)系統(tǒng)、車(chē)輛基地內(nèi)道岔的智能運(yùn)維系統(tǒng)。

跨座式單軌交通正在不斷發(fā)展創(chuàng)新,不斷有新型道岔研發(fā)出來(lái)并應(yīng)用于工程實(shí)際中,從最初的跨座式單軌交通關(guān)節(jié)型和關(guān)節(jié)可撓型道岔,增加了平移型道岔、換梁型道岔、樞軸型道岔等,以后可能還有其他新型道岔被研發(fā)出來(lái)。同時(shí),為適用于不同線路的軌寬等條件,又增加了多種道岔型號(hào)。因此,跨座式單軌道岔的標(biāo)準(zhǔn)需要不斷更新和完善。

4.4 供電系統(tǒng)

跨座式單軌車(chē)輛走行部與鋼輪鋼軌系統(tǒng)車(chē)輛不同,導(dǎo)致兩者受電形式也完全不同,需要深入研究供電系統(tǒng)相關(guān)的電氣理論、設(shè)計(jì)方法、試驗(yàn)方法等,并重點(diǎn)在供電系統(tǒng)接地保護(hù)技術(shù)、供電系統(tǒng)接地保護(hù)裝置技術(shù)條件、供電系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)和安全評(píng)價(jià)、接觸網(wǎng)、施工檢修專(zhuān)用工具、接觸網(wǎng)靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià)、智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、接觸網(wǎng)作業(yè)車(chē)和專(zhuān)用施工機(jī)具、防雷接地和新型能源類(lèi)應(yīng)用等專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)方面開(kāi)展研究工作。

在裝備類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)方面,應(yīng)重點(diǎn)研究接觸軌及其零部件的技術(shù)要求;在運(yùn)營(yíng)維護(hù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)方面,應(yīng)重點(diǎn)研究接觸軌安裝施工專(zhuān)用工器具、檢測(cè)檢修專(zhuān)用作業(yè)車(chē)輛等。

4.5 其他

裝配式施工是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),在跨座式單軌建設(shè)方面,梁橋系統(tǒng)與高架車(chē)站必將成為推行重點(diǎn),由此衍生出以建筑裝配式為主的裝備,需要更多的標(biāo)準(zhǔn)化支撐。

隨著《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》的發(fā)布,以新興信息技術(shù)與城軌交通深度融合為主線,發(fā)展智能系統(tǒng),建設(shè)智慧城軌是今后的創(chuàng)新發(fā)展方向?？缱絾诬壸鳛槌鞘熊壍澜煌ǖ闹匾M成部分,未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向?yàn)樾屡d信息技術(shù)與跨座式單軌交通深度融合,應(yīng)不斷加大創(chuàng)新研究,迭代發(fā)展,并不斷補(bǔ)充完善相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

另外,“碳達(dá)峰”“碳中和”作為我國(guó)“十四五”污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要目標(biāo),被首次寫(xiě)入經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的五年規(guī)劃。隨著國(guó)家對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能環(huán)保的要求,建議結(jié)合跨座式單軌交通采用高架車(chē)站的特點(diǎn),加快新能源在跨座式單軌的創(chuàng)新研究和應(yīng)用,并制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前,跨座式單軌領(lǐng)域相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋尚不全面,團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)剛剛起步,隨著跨座式單軌交通技術(shù)的不斷發(fā)展,應(yīng)將輕型跨座式單軌的各項(xiàng)成果上升為標(biāo)準(zhǔn),重點(diǎn)在跨座式單軌獨(dú)有的車(chē)輛、軌道梁橋、道岔、供電系統(tǒng)等4 個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究與建設(shè)。應(yīng)落實(shí)國(guó)務(wù)院《深化標(biāo)準(zhǔn)化工作改革》的要求,引領(lǐng)我國(guó)跨座式單軌交通行業(yè)向更高水平發(fā)展,全面提高跨座式單軌交通標(biāo)準(zhǔn)化工作水平。