文：陳玉江，周小華丨武漢光谷交通建設(shè)有限公司

王洪剛丨中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

懸掛式單軌在我國城市軌道交通尚屬新系統(tǒng)，具有占地少、交通環(huán)境影響低、建造快、綠色節(jié)能、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)。武漢光谷空軌旅游線即采用懸掛式單軌車輛，目前已進(jìn)入試運(yùn)行階段，預(yù)計(jì)將于2023年下半年通車試運(yùn)營，將成為國內(nèi)首條商業(yè)運(yùn)營的懸掛式單軌項(xiàng)目。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)建造過程中，積極開展多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)研究工作，形成一系列創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用成果，可為后續(xù)類似的項(xiàng)目提供參考。

近年來，懸掛式單軌系統(tǒng)作為大城市軌道交通接駁線、中小城市軌道交通骨干線及旅游景區(qū)的旅游專線，以其占地少、交通環(huán)境影響低、建造快、綠色節(jié)能、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)備受青睞，國內(nèi)多省市有意向發(fā)展懸掛式單軌制式，其后續(xù)有望成為新型城軌交通重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

一、懸掛式單軌制式概況

懸掛式單軌也稱空軌，是一種車體懸掛于軌道梁下方的中低運(yùn)能城市軌道交通系統(tǒng)，其顛覆了傳統(tǒng)軌道交通中車輛與橋梁結(jié)構(gòu)的位置之間相互關(guān)系，形成了軌道在上、車輛在下的結(jié)構(gòu)形式。懸掛式單軌車輛目前主要為對稱懸掛膠輪型（SAFEGE型），橡膠走行輪行駛于鋼制軌道梁內(nèi)部，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)對稱特點(diǎn)（圖1）。

圖1 懸掛式單軌車輛與軌道的結(jié)構(gòu)關(guān)系

懸掛式單軌起源于1901年的德國，目前主要在日本和德國得到應(yīng)用和推廣，懸掛式單軌在德國和日本的功能定位、使用環(huán)境存在較大的差異。其中德國主要用于校園內(nèi)部線路和樞紐間的聯(lián)絡(luò)線，而日本則主要承擔(dān)城市公共客運(yùn)交通功能，均屬于中低運(yùn)能范疇，其主要的線路情況見表1。

表1 懸掛式單軌系統(tǒng)線路一覽表

國內(nèi)對于懸掛式單軌的研究起于20世紀(jì)90年代；2010年以來，我國眾多單位在各自領(lǐng)域內(nèi)開展了懸掛式單軌相關(guān)技術(shù)的研究工作，在充分消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造，并從現(xiàn)實(shí)的國情出發(fā)加以運(yùn)用和創(chuàng)新，初步形成了適用于中國發(fā)展特色的懸掛式單軌技術(shù)和產(chǎn)品。近年來全國多地開展了懸掛式單軌交通線路的規(guī)劃研究工作，總體來看前期規(guī)劃研究居多，但實(shí)際落地項(xiàng)目有限，截止目前尚無通車商業(yè)運(yùn)營線路。據(jù)了解，國內(nèi)有四家車輛廠在設(shè)計(jì)、制造懸掛式單軌，主要包括中車系各車輛廠以及中鐵科工集團(tuán)有限公司。

懸掛式單軌制式特點(diǎn)：

一是安全可靠，適應(yīng)能力強(qiáng)。轉(zhuǎn)向架和運(yùn)行軌道置于箱形軌道梁內(nèi)，不易脫軌、安全可靠。采用橡膠輪胎，運(yùn)行噪音低，環(huán)境適應(yīng)性好。

二是橋梁截面尺寸小，占地少。橋梁截面尺寸小，橋墩寬約1.5 米，可在狹窄的道路面上“立足”，最大程度利用現(xiàn)有空間和道路資源。

三是施工方便，環(huán)境影響小。橋梁體量小，預(yù)制軌道梁現(xiàn)場吊裝，施工圍擋少，施工期間對周邊環(huán)境的影響相對較小。

四是投資節(jié)省，建設(shè)周期短。懸掛式單軌直接工程費(fèi)用約2 億元/公里。建設(shè)周期約1年至2年。

五是極端條件適應(yīng)性好。懸掛式單軌制式的平縱條件適應(yīng)性好，最小曲線半徑30 米，最大坡度6%-8%。轉(zhuǎn)向架、軌道和供電系統(tǒng)等均集成于箱形軌道梁內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行不受雨雪、冰凍等極端天氣影響。

六是車輛通透美觀，乘坐舒適度高，打造美麗風(fēng)景線。懸掛式單軌列車伴沿途風(fēng)景，可與自然景觀相得益彰。采用大玻璃車窗設(shè)計(jì)，乘坐環(huán)境變得敞亮舒適，憑高欣賞高空景色，成為一道美麗的風(fēng)景線。

二、武漢光谷空軌旅游線項(xiàng)目概況

武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)（簡稱光谷）是我國首批國家級高新區(qū)，光谷于2019年提出了圍繞“一芯驅(qū)動(dòng)”戰(zhàn)略，打造南北向生態(tài)大走廊與東西向科創(chuàng)大走廊交匯的世界級黃金“十字軸”，光谷生態(tài)大走廊旅游配套設(shè)施——旅游專線一期項(xiàng)目（簡稱光谷空軌旅游線）作為重要旅游配套設(shè)施沿南北向生態(tài)大走廊布設(shè)，串聯(lián)了生態(tài)大走廊內(nèi)山、水、文化區(qū)等特色區(qū)域，為景區(qū)引導(dǎo)客流，同時(shí)可打造為城市上空流動(dòng)的風(fēng)景線。

武漢光谷空軌旅游線一期工程起于光谷四路森林動(dòng)物園附近，經(jīng)由光谷四路、豹子溪公園、綜保區(qū)、止于龍泉山，串連了九峰山風(fēng)景區(qū)、豹子溪國際商務(wù)區(qū)、綜保區(qū)、龍泉山風(fēng)景區(qū)，其走向示意圖如圖2 所示。線路全長約10.5 公里，設(shè)站6 座，全線高架敷設(shè)，平均站間距1983 米，選用懸掛式單軌車輛，速度目標(biāo)值60 公里/小時(shí)，初、近期采用2 輛編組，遠(yuǎn)期采用3 輛編組，采取分散供電，設(shè)車輛基地1 座。

圖2 武漢光谷空軌旅游線一期線路示意圖

武漢光谷空軌旅游線位于生態(tài)大走廊內(nèi)，是生態(tài)大走廊旅游配套基礎(chǔ)設(shè)施之一，沿線旅游資源豐富，兩端尤為集中，功能定位為旅游休閑線路；光谷空軌與慢行綠道一起構(gòu)筑起生態(tài)大走廊內(nèi)的立體交通，與生態(tài)景觀、觀光結(jié)合緊密，串聯(lián)花山、九峰山、豹子溪、龍泉山、牛山湖景觀，支撐打造光谷生態(tài)大走廊，為建設(shè)國際化創(chuàng)新光谷、現(xiàn)代化富強(qiáng)光谷、生態(tài)化美麗光谷的戰(zhàn)略目標(biāo)提供了重要的支撐。

三、武漢光谷空軌旅游線創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

武漢光谷空軌旅游線采用懸掛式單軌制式，目前國內(nèi)尚無商業(yè)運(yùn)營線路，缺乏相關(guān)技術(shù)積累，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)建造過程中，充分開展多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新研究，并積極將新興技術(shù)與本項(xiàng)目相融合，力爭將本項(xiàng)目打造成精品工程、示范工程、創(chuàng)新工程。武漢光谷空軌旅游線所采用的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用主要有以下幾點(diǎn)：

一是全自動(dòng)運(yùn)行無人駕駛技術(shù)。信號系統(tǒng)按照全自動(dòng)運(yùn)行GOA3 等級設(shè)計(jì)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車在正線無需人工干預(yù)的載客運(yùn)行，相對于傳統(tǒng)列控方式，可以增加10%運(yùn)能和節(jié)約15%至20%能耗。

二是超融合大數(shù)據(jù)云平臺技術(shù)。通信、售檢票、綜合調(diào)度指揮等弱電系統(tǒng)采用云平臺架構(gòu)統(tǒng)一承載。在保證了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可靠性前提下，可動(dòng)態(tài)調(diào)配IT 基礎(chǔ)設(shè)施資源，節(jié)約能源，有助于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和懸掛式空軌智慧業(yè)務(wù)部署及演進(jìn)。

三是多元化出行智慧安檢技術(shù)。安檢票檢系統(tǒng)利用人臉識別、分級安檢、無感支付等多種方式，提高售檢票、安檢、乘車智能化水平。其中，智慧安檢門模塊設(shè)置在自動(dòng)檢票機(jī)的前端，可識別乘客攜帶的正常金屬物品與違禁金屬物品，誤識率低于5%，智慧安檢門安裝有一組人臉攝像機(jī)，安檢門通過人臉識別對乘客身份進(jìn)行判別。

四是空氣彈簧等系統(tǒng)減振技術(shù)。武漢光谷空軌旅游線采用三級減振系統(tǒng)，有效降低垂向方向的振動(dòng)，提高空軌車輛的平穩(wěn)性和舒適性。車輛采用充氣橡膠輪胎降低輪軌沖擊，采用人字橡膠簧降低振動(dòng)傳遞給構(gòu)架，采用空氣彈簧及垂向減振器實(shí)現(xiàn)減振，避免高頻振動(dòng)的傳輸。

五是高效節(jié)能永磁電機(jī)牽引技術(shù)。永磁電機(jī)具有效率高、能耗低、重量輕、噪音小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可取代傳統(tǒng)異步電機(jī)，是下一代列車牽引系統(tǒng)的發(fā)展方向。武漢光谷空軌旅游線采用了世界上最先進(jìn)的永磁牽引電機(jī)技術(shù)，有效降低了整車重量，減少了列車牽引能耗。

六是綠色環(huán)保生態(tài)節(jié)能技術(shù)。車輛應(yīng)用高擠壓性能的輕量化鋁合金材料及輕量化隔音隔熱材料（成熟應(yīng)用于高鐵、動(dòng)車等車型），有效實(shí)現(xiàn)車體輕量化；同時(shí)設(shè)置飛輪儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的再生和利用，達(dá)到了節(jié)能減排與穩(wěn)壓平順兼顧的效果，全線配備8臺飛輪儲(chǔ)能裝置，可實(shí)現(xiàn)牽引能耗節(jié)約15%。

七是車輛動(dòng)力學(xué)橋梁工程學(xué)等多學(xué)科車橋耦合技術(shù)。車橋耦合技術(shù)對保障橋梁動(dòng)力性能和行駛車輛的舒適性、安全性具有重要意義。武漢光谷空軌旅游線基于車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)及車輛各階模態(tài)，開展懸掛式單軌軌道梁橋和車輛特性的車橋耦合動(dòng)力仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果，車輛平穩(wěn)性及舒適性達(dá)到優(yōu)級（≤2.5）要求。

八是建筑裝配式技術(shù)。全線采用裝配式結(jié)構(gòu)，車站均為橋建分離裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)，橋墩、軌道梁均采為工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝，加工、制造及安裝過程安全、精準(zhǔn)、綠色環(huán)保、噪音小、對周邊環(huán)境破壞小。

九是全過程BIM 技術(shù)。武漢光谷空軌旅游線采用數(shù)字化設(shè)計(jì)，通過BIM 建模實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的“可視化”與“透明化”，最大限度輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了“降本增效”的效果。同時(shí)利用BIM 技術(shù)建立3D 模型，在施工方案和交底中大量應(yīng)用BIM 模型和可視動(dòng)畫，直觀表達(dá)施工工序和現(xiàn)場實(shí)際管線走向，有效提高施工效率。

目前，武漢光谷空軌旅游線項(xiàng)目已進(jìn)入試運(yùn)行階段，預(yù)計(jì)將于2023年下半年通車試運(yùn)營。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)建造過程中，積極開展多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)研究，力爭將本項(xiàng)目打造成精品工程、示范工程、創(chuàng)新工程，引領(lǐng)國內(nèi)懸掛式單軌領(lǐng)域的快速發(fā)展。

四、對懸掛式單軌系統(tǒng)發(fā)展的建議

懸掛式單軌系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于大城市主要交通干線的支線，客流量適中、經(jīng)濟(jì)能力有限的中小型城市，客流密集的循環(huán)路線（如機(jī)場環(huán)線），地形復(fù)雜的山地城市以及旅游景點(diǎn)等。針對懸掛式單軌系統(tǒng)的發(fā)展建議如下：

一是針對不同項(xiàng)目，懸掛式單軌功能定位存在城市交通線或旅游景區(qū)旅游專線兩種情況，其對項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面存在較大影響，建議在開展項(xiàng)目研究時(shí)盡早確定項(xiàng)目功能定位，并以此為基礎(chǔ)開展后續(xù)工作研究。

二是在開展懸掛式單軌項(xiàng)目研究時(shí)，建議充分考慮項(xiàng)目投資效益，開展降低項(xiàng)目造價(jià)研究，并統(tǒng)籌考慮沿線資源開發(fā)，實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)，以更好地將懸掛式單軌系統(tǒng)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

三是對于大客流車站，建議設(shè)計(jì)時(shí)對車站規(guī)模與布局進(jìn)行重點(diǎn)研究，優(yōu)化客流流線，適當(dāng)提升車站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在運(yùn)營時(shí)做好突發(fā)大客流應(yīng)急措施，確保引導(dǎo)客流有序進(jìn)出站。