周甘来

重庆市轨道交通（集团）有限公司

1 跨座式单轨系统发展历程

1.1 国外发展情况

世界上第一条跨座式单轨铁路线诞生于1888年，是由法国人Charle Larligue设计，在爱尔兰铺设的，线路长约15 km，由蒸汽机车牵引，最高速度43 km/h，旅行速度29 km/h。在第二次世界大战以后，随着科学技术的进步，跨座式单轨铁路技术才受到各方重视，逐渐完善和成熟起来。到20世纪60年代，瑞典人建设了第一条ALWEG式（阿尔威克式）跨坐式单轨车，为现代跨座式单轨交通的发展奠定了基础，也标志着跨座式单轨系统基本成型。20世纪70～80年代为跨座式单轨的发展阶段，ALWEG跨座式单轨专利统一了单轨类型、制定设计标准。20世纪90年代后，跨座式单轨在日本、美国、马来西亚、俄罗斯、巴西、中国等国家的部分城市开始成熟运用。国外目前在运营跨座式单轨线路约220 km，约67%位于亚洲城市范围，其中日本运营里程占40%左右。

1.2 国内发展情况

20世纪90年代我国开始启动跨座式单轨系统相关研究工作，1999年我国第一条跨座式单轨线路开通建设；2004年我国第一条跨座式单轨线路开通旅游观光运营（2005年6月正式开通运营）；2008年国家标准《跨座式单轨交通设计规范》（GB 50458—2008）等一系列标准发布实施；2011年世界上最长的跨座式单轨交通线路重庆轨道交通3号线建成通车；2011年至今，庞巴迪、比亚迪、中车四方、株洲等跨座式单轨车辆下线并陆续投用，国家标准《跨座式单轨交通设计标准》编制实施。

截止目前，国内运营线路里程有104 km，在建线路约77 km，规划线路约288 km，其中重庆运营线路98.45 km，分别为重庆轨道交通2号线和重庆轨道交通3号线。

2 跨座式单轨系统技术特点

根据《城市公共交通分类标准》（CJJ/T 114—2007）、《跨座式单轨交通设计规范》（GB 50458—2008）及《城市轨道交通工程项目建设标准》（建标104—2008）我们可分析出各类线路的相关技术特征。

目前全球主要的跨座式单轨模式主要有日立模式、庞巴迪模式、史格米模式及Von Roll模式。其中重庆、长客及四方主要采用日立模式，芜湖、拉斯维加斯及圣保罗主要采用庞巴迪模式，吉隆坡、孟买采用史格米模式，深圳欢乐谷、悉尼、莫斯科等旅游观光特性的采用Von Roll模式。但不管何种模式，其关键技术相较于普通钢轮钢轨均有一定的差异性（见表1、表2 ）。

表1 各线路型式相关技术特征

表2 各系统主要标准及特征表

2.1 关键技术

跨座式单轨交通作为城市轨道交通七种制式之一，与其它城市轨道交通制式基本相同，均由线路、车辆系统、车辆段等部分组成。但跨座式单轨交通在线路和车辆系统的关键技术上与既有城市轨道交通车辆（普通钢轮钢轨）有较大差异，也形成了跨座式单轨车辆、道岔、轨道梁桥这三大关键技术。

（1）车辆

①车体

车辆上部的车厢部分与传统城市轨道交通车辆的构造基本相同，只是根据客运量要求选定的尺寸大小有些细微的区别，跨座式单轨车辆长约10～15 m（普通钢轮钢轨车长约19～25 m）。跨座式单轨车辆采用充气橡胶车轮，对车体轻量化要求较高，车体一般采用铝合金焊接结构（普通钢轮钢轨车体一般采用不锈钢或铝合金）。

②车辆转向架

车辆下部为支撑车体的走行部分，与传统城市轨道交通车辆差异较大。按其结构型式的不同主要分为单轴转向架与双轴转向架，其中走行轮、稳定轮及导向轮均采用充气橡胶车轮，而普通钢轮钢轨则主要由钢轮及空气弹簧组成，无其他充气橡胶车轮。

③受电弓

跨座式单轨车辆一般采用PC梁两侧刚性接触轨授电，而传统城市轨道交通车辆一般采用架空接触网授电。

（2）道岔

道岔是实现线路安全平稳运行有序的重要设备，广泛存在于各类轨道线路上。它既支承车体的结构，又起到导向及转向的作用，保障车辆在平换线工况下稳定、顺利地完成转辙。单轨道岔因为需要承受车辆较大运行载荷的反复作用，如扭曲力、冲击力等，所以还要保证具有一定的强度、刚度和疲劳强度，故在设计及工艺上须满足有较高的承载能力需求。线路中使用的道岔，由道岔梁总成、转辙驱动系统、台车及锁定装置和电气控制系统等部分组成。按结构的不同一般可分为关节型、关节可挠型、平移式、枢轴式等，按功能的不同可分为单开、三开、四开、五开、单渡线、双渡线、交叉渡线等型式。

（3）轨道梁

跨座式单轨与普通钢轮钢轨显著特征差异正是其轨道梁的不同。跨座式单轨的轨道梁主要采用预应力混凝土，由轨道梁、指型板、支座、垫石、锚箱、盖梁、桥墩组成。轨道梁主要承担承载及导向作用，梁宽690～850 mm，梁高1 500～2 000 mm。轨道梁本身可在工厂预制或现场拼装。跨座式单轨交通轨道梁按照其结构形式可分为：简支轨道梁、连续轨道梁和简支连续轨道梁。

2.2 技术特点

（1）中运量交通系统

跨座式单轨车辆长10～15 m、宽约3 m，其车辆定员为100～165人/辆，常用编组为2～8辆编组，适宜的单向高峰小时断面客运量为1.0万～3.0万人次（重庆轨道交通3号线最大高峰小时断面客流量达到3.8万人次，采用6、8编组混跑方式），属于中运量交通系统。

（2）爬坡能力强，转弯半径小，工程适应性强

跨座式单轨系统因其车辆长度较短、车辆定距小，且车辆轴距小（或采用单轴形式）以及特殊的架构形式，使其曲线通过能力较好，其理论线路最小平面曲线半径可达30 m；同时因使用橡胶轮胎，并使用PC梁的结构，其拥有较高的黏着系数，具有较强的爬坡能力，理论最大纵坡可达100‰。在实际运用中，考虑限速影响、经济性等因素，正线最小平面曲线半径为100 m、最大纵坡为60‰。

（3）噪音、震动低，环境影响小

跨座式单轨系统采用充气橡胶车轮、裙板和空气弹簧，使其运行期间的噪声与振动均能较好地满足环境要求。根据《较新线（重庆轨道交通2号线）验收报告》，轨道交通2号线一期工程中轨道交通环境噪声排放监测点的监测结果显示：车辆运行速度约44～48 km，距外轨中心线8 m、轨面以上1.5 m的监测结果仅有63.0 dB。

（4）无架空接触网、遮光面积小，高架线路景观影响小

跨座式单轨系统车辆采用PC梁钢性接触网授电，无需设置架空接触网等，极大地降低了对沿线景观的影响。同时采用梁轨合一的高架结构形式，高架区间断面小、墩柱占地面积较小，对高架线路景观影响较小。

（5）车体更宽、更高，乘客视线无遮挡，乘坐舒适

跨座式单轨系统车辆噪音小，无需设置声屏障，乘客视线无遮挡，适宜观光；同时采用高架线建设，更宽、更高的车体对造价影响不大。

（6）施工简便，建设工期短

跨座式单轨系统轨道梁是预应力混凝土梁，为模块结构，大部分可在工厂生产、提前预制和现场拼装。轨道梁的安装施工可采用机械吊装，以降低建设施工对地面交通的影响，同时可大幅缩短项目工期，跨座式单轨建设周期仅需2～3年。

（7）工程造价低、运维成本省

跨座式单轨交通具有以高架敷设为主、征地拆迁量少、桥梁结构简单、系统设备少等特点，运用于城市轨道交通线路时正线平均造价为3亿～5亿元/km，为地铁的1/3～1/2。

（8）适宜高架敷设

跨座单轨交通系统由于其线路适应性强、噪音振动小、桥下阴影面小，环境景观影响较小等特点，故适宜高架敷设，可与其他路面及地下交通各行其道，互不干扰，可以有效利用城市空间和有效控制工程造价。跨座式单轨系统在解决交通出行的同时，因其适宜观光、造景的特性，还能成为流动的风景线。

2.3 适用范围

通过前文分析，单轨交通系统的适用范围可在以下几个方面：

（1）中等城市轨道交通干线：中心城区人口为150万～300万人，如韩国大邱、中国芜湖等。

（2）地形复杂、道路资源紧张的城市交通线路：如重庆轨道交通2号线。

（3）旅游观光线路：风景区、博览会、游乐场等处所的短途交通运输线或旅游观光线，如美国迪士尼、拉斯维加斯，迪拜，中国银川博园。

（4）大城市轨道交通加密线、覆盖城市次要客运走廊：中心城区人口300万人以上，延伸轨道交通服务范围，如日本东京、中国重庆等。

3 跨座式单轨系统重庆发展实践

重庆是全国唯一在运营跨座式单轨系统（城市公共交通类）的城市，运营里程约100 km，为全球最长；配约1 000辆跨座式单轨车辆，为全球最多；其日均客运量超100万人次，为全球最高。同时重庆具有全球最大的单轨装备制造基地及全球最完整的跨座式单轨系统产业链，形成产业规模最大的跨座式单轨系统（见表3）。

表3 重庆跨座式单轨交通发展历程

3.1 重庆轨道交通2号线

重庆轨道交通2号线是中国西部地区第一条城市轨道交通线路，也是中国第一条跨座式单轨线路。其起于重庆市渝中区较场口，止于重庆市巴南区鱼洞，跨越四个行政区，辐射九个片区，线路全长31.36 km，设车站25座，高架比例为92%。重庆轨道交通2号线采用4/6编组列车混跑的方式运营，2020年日单项高峰小时断面客流量为2.2万人次；日均客流量为33.4万乘次。

3.2 重庆轨道交通3号线

重庆轨道交通3号线是全球线路最长、编组最大、客流最大、车辆最多的单轨线路。其连接鱼洞组团、李家沱组团、南坪组团、渝中组团、观音桥组团、人和组团、悦来组团、空港组团等，与机场、火车站、高铁站、CBD形成了有效的连接。线路全长67.1 km，设站45座，高架线比例为83%。采用6/8列编组列车混跑的方式运营，2019年其最大单项高峰小时断面客流量为3.77万人次，日均客流为84.8万人次。

3.3 发展成果

建设方面，重庆跨座式单轨在车辆国产化及技术创新、道岔系统国产化及创新、轨道梁预制与架设技术、新型检修通道制造与安装工艺创新、门型墩钢结构横梁制造及安装技术、整体夹持T型汇流排铆接技术、单轨线路上首次安装计轴设备、自主研发轨旁设备安装专用作业平台、多专业综合联调技术等方面取得了一定的发展成果。

标准方面，经过近20年的建设运营，重庆单轨形成了设计、建设、运营维护等系列的标准规范，达到了设计、建设、运营维护的高标准化率的目标。同时牵头建立国家及行业标准10余项，取得专利100余项，系统国产化率可达到100%。

产业链方面，以工程建设为依托、市场为支撑，建立了集技术研发、咨询设计、建设管理、工程施工、车辆系统设备供应、运营维护及人才培训于一体的综合产业链及一揽子的解决方案。

技术创新方面，重庆单轨发挥多平台支撑推广作用，搭建了一个由重庆轨道交通产业投资有限公司、重庆大学、重庆交通大学、重庆公共交通运输职业学院、重庆市轨道交通（集团）有限公司、国家轨道客车工程研究中心重庆单轨中心、重庆市轨道交通装备产业技术创新联盟、重庆市轨道交通设计研究院等单位、科研院校组成的“产学研用”深度融合的技术创新平台。

3.4 靓丽的“城市名片”

重庆跨坐式单轨融合城市旅游及文化发展，结合具有重庆特色的线路文化、列车文化，并最终形成李子坝车站轻轨穿楼等网红景点，让重庆跨座式单轨成为重庆靓丽的“城市新名片”（见图1、图2）。

图1 重庆轨道交通2号线沿线风景图

图2 重庆轨道交通3号线列车载客及沿线情况

4 跨座式单轨系统发展方向探讨

我国城轨交通正处于高速发展的黄金时期，“交通强国”“新基建”等国家发展战略的提出，为城轨交通在“十四五”期间的高质量发展带来新的增长点和发展机遇。交通是兴国之要、强国之基。今年是“十四五”开局之年，也是加快建设交通强国的开局之年，大力推进城市群都市圈交通一体化，加快城际铁路、市域（郊）铁路建设，构建高速公路环线系统，有序推进城市轨道交通发展等一系列政策，助推了跨座式单轨系统的发展。

4.1 技术创新

紧紧围绕跨座式单轨中运量、高架敷设为主等系统定位及特点，未来可进一步提高跨座式单轨系统的适应性，以满足不同线路及不同城市的发展需求，特别是旅游轨道的大市场。发展轻规模、轻投资、轻运维的“三轻”跨座式单轨系统。

轻规模是通过研发更轻量化的车辆、实现车通信系统运用、重视弱电一体化与机电一体化的发展方向，采用灵活编组形式和更经济的梁桥结构等使得工程规模更小。

轻投资是通过降低工程投资，提高系统的经济性，努力争取旅游单轨建设成本控制在1.5亿元/km以内，使得其工程投资更低。

轻运维是通过采用智能运维等技术，降低人工成本，同时实现关键设备的状态修，优化关键零部件的选型设计，提高设备的使用寿命，降低日常维护工作量。通过市场化手段，引入设备厂商参与设备的维护，从而使得运营维护更省。

同时结合物联网、大数据、云计算、人工智能、5G、卫星通信、区块链等新兴信息技术，对跨座式单轨的车辆、轨道梁桥、道岔三大核心系统进行重大创新，培育出新的智慧跨座式单轨交通系统。

在轨道梁桥系统方面，现有的简支体系和连续钢构体系各有优缺点。重庆轨道院、重庆单轨工程公司合作研发了新型无应力连续梁桥系统和装配式轨道梁桥施工技术，结合了简支体系和连续钢构体系的优点，进一步提高了工程质量，降低了施工难度，压缩了工程成本和工期，在国际上属于首创。

在车辆设备方面，我国已经拥有全系列跨座式单轨车辆，在车辆的全自动驾驶、智能运维、行车安全、车体轻量化和牵引制动节能等方面均作了大量创新，并在车体轻量化和节能管理方面也进行了优化。

在道岔设备方面，重庆华渝、中铁宝桥均开展了基于物联网的智能化道岔设备创新项目，将在运营使用过程中实现道岔设备的实时状态数据监控和故障预警。

4.2 标准化

经过近二十年的发展，我国目前是全球最大的跨座式单轨装备制造基地。但不同车辆厂商生产的双轴/单轴跨座式单轨车辆，其车辆尺寸、车门数量、车辆定员、轨道梁尺寸等均存在一定差异。未来我们可参照钢轮钢轨系统，将其产品标准化、系列化：一方面提高不同产品的共享度；另一方面便于中国跨座式单轨车辆形成自己的特色，利于“走出去”战略的实施。

4.3 产学研用

依托现在已形成的“产学研用”深度融合的技术创新平台，以创新资源共享、优势互补为基础，以合作研发、利益共享、风险共担为原则，共同开展科技创新、推进成果转化。

促进产学研深度融合，根本上是为了进一步优化提高跨座式单轨系统创新驱动发展的“第一动力”。紧紧围绕产学研用创新驱动发展战略，全面构建产学研融合创新体系，健全各类创新主体整合协同的新型体制机制，为跨座式单轨的高质量发展提供强大的动力支撑。通过深化供给侧改革，激发产学研融合创新；着力增强“基础能力、创新能力、产业能力”，服务支撑高质量发展，带动推进跨座式单轨系统全产业的整体进步。加强关键核心技术的攻关和“卡脖子”环节的突破，为促进跨座式单轨系统的升级和经济高质量发展提供技术支撑，并最终体现在前期咨询、规划设计、工程施工及关键产品生产制造等对外工作及具体运用层面。目前在中国城市轨道交通协会单轨分会和重庆（国际）单轨协会的大力支持下，我国已全面掌握了各类跨座式单轨系统核心技术，形成了跨座式单轨交通团体标准体系。

4.4 应用拓展

跨座式单轨与旅游的融合发展将是跨座式单轨系统的一个主要应用拓展。由于其具有运输能力大、线路适应性强、环境景观影响小、观景效果好等特点，可大幅提升景区知名度，大大提高景区品牌价值。目前在国外已广泛运用于各著名旅游城市、旅游景区的旅游线路（见图3）。近年来国家出台的《关于进一步促进旅游投资和消费的若干意见》（国办发〔2015〕62号）《交通强国建设纲要》、交通运输部办公厅《关于做好交通运输促进消费扩容提质有关工作的通知》、文化和旅游部《“十四五”文化和旅游发展规划》等推出的一系列政策也为跨座式单轨旅游线路建设带来了良好的发展机遇。

图3 跨座式单轨旅游线路

“总结、提高、创新”是促进跨坐式单轨系统健康持续发展的重要手段，如何根据所在地的具体特点科学合理地选择满足其需求的跨坐式单轨系统，并在提升城市整体公共交通能力的基础上充分展现跨坐式单轨系统的优势，为城市交通的可持续发展做出贡献是我们需要探索的方向，也是跨坐式单轨系统必将承担的推进城市轨道交通健康发展的重要任务。