魏家蓉 董斌杰 张哲宁

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055； 2.北京交通发展研究院，北京 100073)

1 概述

随着国家发改委下放地铁审批权限，并鼓励城市轨道交通多制式协调发展，跨座式单轨凭借中运量城轨交通的特性，以及地形适应能力强、建设成本低等优势，逐渐在轨道交通市场中占据了一定的份额。近年来，单轨交通技术及产业链逐渐成熟和完善，“智慧化”浪潮也对城轨技术的发展产生推动。为更好辅助政府领导决策，亟需对跨座式单轨交通的发展基础、发展要求、未来发展方向等进行研究。

已有部分学者对跨座式单轨交通的特点及前景进行探索。仲建华以重庆为例，分析跨座式单轨的特点、优势和技术创新，提出应始终贯彻科技提升品质、创新促进发展的理念[1]；郭锴等对跨座式单轨在运营、适用范围、景观影响、土地开发等方面存在的认识误区进行解释，并从国家政策、适用范围方面对其应用进行展望[2]；陈学峰等认为跨座式单轨交通对中等规模城市产城融合发展具有促进作用[3]；张维驿基于轮轨、悬挂式单轨分析跨座式单轨列车的优缺点[4]；赵小文认为中低运量轨道交通是未来一段时间内城市轨道交通的重要发展方向，但在法规、标准、立项审批方面还需完善[5]。

相关学者对跨座式单轨的特点、优势及应用前景均有探索，但针对其现阶段的发展要求及未来发展方向研究有待深入。在前人研究基础上，从国家新颁发政策、城市发展、城轨制式协调发展以及 “一带一路”倡议4方面着手，提出跨座式单轨交通的发展要求，并借新时代新技术、新机遇新使命发展之势分析其发展方向。

2 跨座式单轨发展历程

跨座式单轨是通过单根轨道支持、稳定和导向，车体采用橡胶轮胎骑在轨道梁上运行的轨道交通制式。起源于19世纪初的货运系统及旅游设施，随着技术体系不断发展成熟，逐渐应用于城市客运系统。

2.1 国外发展历程

(1)起源

世界上第一条跨座式单轨铁路线诞生于1888年，由法国人CharleLarligue设计[4]。线路总长度约15 km，建设于爱尔兰，牵引机车为蒸汽机车，线路最高运行速度为43 km/h，平均旅行速度为29 km/h。

(2)探索

随着二战结束及机电技术的发展，跨座式单轨交通技术开始受到各国重视。1957年，德国建造了科隆—菲林根单轨试验线；1959年，美国开通加州迪士尼单轨线(见图1)，1962年，开通西雅图中央线(见图2)，这两条线路至今仍在运营。

(3)发展

1960年，ALWEG与日本日立株式会社实现技术共享，日本将德国技术改良并应用于观光游览线。随后日本对单轨交通进行深入探究，并使其受到政府的重视和鼓励，还建立了补贴制度。目前，日本共有10条跨座式单轨线路，总营业里程达110.2 km，图3和图4分别为东京和大阪的单轨线路。表1列出了世界各地单轨交通的发展概况，在28条单轨线路中，有21条是跨座式单轨，其应用较悬挂式单轨更为广泛。

图3 东京单轨羽田机场线

图4 大阪单轨电车

表1 世界各地单轨交通发展概况[6]

2.2 国内发展历程

2001年，我国从日本引入跨座式单轨车辆技术，随后开展自主研发，已形成具有自主知识产权的跨座式单轨交通体系。

(1)重庆单轨技术

作为中国首条跨座式单轨交通线，国家西部大开发的重点工程，重庆市轨道交通2号线和3号线分别于2004年和2011年开通，截至2019年底，重庆市跨座式单轨运营里程达98.45 km。

跨座式单轨交通的优势在重庆得到了充分的发挥。重庆地形条件极其复杂，需突破山地、江河等复杂地形，单轨梁、桥和地下空间结构建造等技术极为关键。以重庆轨道交通2号线为依托，对跨座式单轨交通预制梁、道岔、车辆转向架等系统的多项关键技术开展了国产化研究攻关，并获得多项国家级奖项。

(2)比亚迪云轨系统

在重庆单轨技术的基础上，2011年比亚迪公司自主研发了新型跨座式单轨系统——“云轨”系统。采用车体轻量化设计、无人驾驶、能量回馈系统、永磁轮边直驱电机等先进技术。

目前，已竣工的云轨项目有：深圳坪山新区空中巴士“云轨”，总里程4.4 km，时速可达80 km；宁夏银川“云轨”一号线花博园段，总里程5.67 km，是全球第一条商业运营的云轨线路；以及四川广安市云轨项目等。

(3)中车庞巴迪系统

可提供交通运输系统解决方案[7]。其研制的跨座式单轨交通系统已成功应用于芜湖轨道交通1号线和2号线建设，长46.27 km，于2021年开通运营，图5为建成的芜湖轨道交通。

图5 建成的芜湖轨道交通

近年来，国家及地方主管部门陆续发布相关政策文件及技术规范，以支持城轨发展，涉及规划设计、施工验收、运营管理等方面(见表2)。

表2 关于跨座式单轨交通的政策性文件及标准规范

3 跨座式单轨技术特征及适用性

3.1 技术特征

(1)可充分适应多种地形特点

重庆跨座式单轨线路高程为180～430 m的地段，6 km内相对高差250 m(见图6)。重庆跨单系统采用橡胶轮胎，爬坡能力达60‰～80‰，最小曲线半径100 m，能充分适应重庆地形特点[8]。

图6 重庆单轨高海拔段

(2)节能环保、对城市景观影响小

重庆单轨主要服务为城市客运，采用胶轮及混凝土轨道，轮轨接触面相对较宽，减少与轮轨之间的冲撞力，运行时产生的噪声远低于钢轮钢轨，也低于城市汽车产生的道路噪声(见图7)。

图7 重庆单轨经过人口密集区

高架运行的跨座式单轨与钢轮钢轨系统噪声比较情况见表3。从表3中可以看出，采用钢轮钢轨系统的北京地铁和上海莘闵线在运行时的噪声值较重庆跨单高10%～20%。

表3 高架运行的跨座式单轨与钢轮钢轨系统噪声比较(距离外轨水平距离10 m) db

(3)建设成本相对较低

跨座式单轨系统的建设投资为地铁系统的1/3～1/2，若采用钢轮系统，则需要在车站埋深、环保设施、通道设施以及消防安全方面投入额外资金，增加项目投资。

3.2 制式类比

根据GB/T 50833—2012《城市轨道交通工程基本术语标准》，从运能、地形适应性、建设成本、环保要求等方面，类比分析跨座式单轨与其他中低运量轨道制式的经济技术指标。同时，也将地铁制式考虑在内。

中低运量轨道交通制式有：轻轨交通、单轨系统、有轨电车、磁浮、自动导向轨道系统[9]。其中，轻轨交通、单轨系统、有轨电车、中低速磁浮均以地面或高架敷设为主。各中运量轨道制式技术标准对比见表4。

表4 中运量轨道交通系统制式技术标准分析[9-10]

(1)运能方面

跨座式单轨运能为1～3万人次/h，属于中运量轨道交通。跨座式单轨与轻轨、中低速磁浮均为中等规模城市的首选。根据运能，跨座式单轨可用于中等城市(100～300万人)的轨道交通干线，特大、大城市(300万人以上)的市郊居民区与市区间联络线。

(2)适应城市地形方面

跨座式单轨以高架敷设为主，最大爬坡能力为60‰，最小曲线半径45 m，占用道路空间小，相较于地铁、轻轨，能够充分适应山地地形。

(3)建设成本方面

跨座式单轨建设成本为(1.5～2.5)亿元/km，与有轨电车均属于低成本制式，工程量和拆迁量均较少。考虑城市经济发展水平以及财政能力，跨座式单轨应用于经济规模相对较小，但城市自身发展需求较大的城市。

(4)环保要求方面

跨座式单轨能耗较低、景观效果较好，满足此条件的还有中低速磁浮和自动导轨系统，但跨单同时具有低噪声的优势。交通运输部、国家旅游局等6个部门联合提出了“开发适合旅游特点的特种观光列车等措施”。相较而言，跨座式单轨更适用于旅游城市以及连接旅游景区与市区的线路。

3.3 适用范围

(1)中等规模城市(100～300万人)的轨道交通干线，特大、大城市(300万人以上)市郊住宅区与市区间的联络线。

(2)旅游城市或城市旅游观光线路。

(3)地形条件复杂或道路空间狭窄的城市。

(4)对城市环保要求较高的线路。

4 发展要求分析

4.1 国家政策支持

2015年以来，国家发布了一系列政策支持城市轨道交通发展，尤其鼓励发展高架或地面敷设的轨道交通制式。《2020年国务院政府工作报告》提出：重点支持“两新一重”建设。城市轨道交通作为“新基建”的内容之一，对于建立现代化经济体系具有重要意义。

由此看来，在未来较长一段时间内，我国城市轨道交通发展仍会持续，考虑政府财政压力，应因地制宜、量力而行，选择造价更低、工期更短的轨道制式。跨座式单轨作为中运量轨道制式高架敷设的典型代表，对于二三线城市具有良好的适用性。

4.2 城市发展需要

我国特大、大城市的轨道交通已经基本成网，骨干线网络基本成形，而中运量的轨道交通作为补充线路将会是发展的重点。审批条件决定了城市是否可以发展轨道交通。根据52号文中对申报条件的规定，目前有29个城市符合轻轨审批条件而不符合地铁审批条件。

在满足轻轨审批条件的城市中，珠海市、衡阳市、济宁市、惠州市、保定市、临沂市、汕头市拥堵较为严重，各城市拥堵指数及排名见表5。以上城市在解决日益严重的城市交通问题方面有迫切需求，而跨座式单轨系统作为中运量城市轨道系统，对不满足建设地铁条件的城市来说，是一种较为适用的解决方案。

表5 2019年城市拥堵排名

4.3 多制式城轨发展需要

我国现行轨道交通层次单一、制式较少的现象比较严重。根据城市轨道交通协会统计，至2020年12月31日，中国内地累计有45个城市开通城轨交通运营线路7 978.19 km，其中，地铁制式仍然占主导地位，占所有制式的79%，单轨仅占1.23%[11]，相较于2016年，地铁占比有所增加(见图8、图9)。以国外发达国家的10个城市为例，地铁比例仅占30%左右[12]。因此，而我国多制式协调发展的格局尚未形成。

图8 2016年中国内地城市轨道交通运营线路制式结构

图9 2019年中国内地城市轨道交通运营线路制式结构

4.4 响应“一带一路”倡议

近年来，跨座式单轨产业链的形成和完善，使单轨具备了全面发展的条件。随着国家“一带一路”倡议的提出，跨座式单轨技术也具备了走出国门的机遇。韩国、巴西、印尼、泰国、印度、伊朗等多个国家的代表团来我国考察和调研，并有意与我国合作。其中，重庆与韩国大邱已经展开合作；2018年5月比亚迪中标巴西圣保罗和萨尔瓦多云轨项目；比亚迪还与菲律宾、埃及、柬埔寨和摩洛哥等国家签订了战略合作协议[13]。

5 发展方向分析

5.1 智慧创新驱动发展

(1)发展智慧单轨

《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》对智慧城轨建设的发展战略、建设目标、重点任务、实施路径、体制机制和保障措施等进行统筹规划和顶层设计，为城轨行业的智慧发展提供了指导[14]。跨座式单轨交通作为轻轨制式之一，在技术方面应紧跟新发展理念，以智慧单轨建设为手段，构建中运量轨道交通高效运行与服务新型架构体系，力争打造成为智慧创新驱动发展引领、推动智慧城轨高质量发展的全国样板，推动行业创新发展。

(2)数字化转型

智慧城轨是发展趋势，也是未来必然[15]。“智慧化”浪潮为城轨发展模式转变和产业转型升级提供了契机和有效手段。在此背景下，作为“新基建”重点建设领域之一的轨道交通，加快与新一代智能技术的融合，支撑单轨交通向数字化、信息化和智能化转型发展成为新时代发展要求，智慧单轨发展势在必行。必须实施创新驱动，着力强化理念创新、技术创新，用新思想新理念引领新行动，强化技术发展战略需求导向，推进新一代智能技术与跨单的深度融合，建立“北斗+5G+智慧单轨”运营管理新模式，进一步实现“创新型城轨”建设。

5.2 新机遇新使命

(1)支撑交通强国建设

新时代城市轨道交通发展不仅要缓解城市交通拥堵，增强城市环境保护，优化城市空间形态，提升城市生活品质，更要落实城轨高质量发展的定位，推进轨道“四网融合”发展，助力城镇化、都市圈和城市群协同发展。同时，通过政企合作，积极参与国内外建设与技术支持，服务行业发展，助力交通强国建设。

(2)满足新时代美好出行的愿景

新时代轨道交通要以乘客的服务需求、乘客与企业的共享共治为工作出发点，积极创新服务模式与内容，构建智慧服务新模式，提升服务品质，实现“轨道上的都市生活”，满足乘客新时代美好出行愿景。

6 结论

目前，我国已经形成具有自主知识产权的跨座式单轨交通技术。未来针对特大城市、大城市的非骨干线路、中等规模城市的骨干线路，以地下敷设为主的地铁制式已不再适用，以高架敷设为主的中运量轨道交通系统将会得到发展。跨座式单轨交通因其地形适应能力强、建设成本低、环保等优点在中运量轨道交通系统中优势明显。当前在国家政策、城市发展、多制式城轨发展以及响应“一带一路”倡议方面，跨座式单轨交通需适应新的发展要求。作为“新基建”重点建设领域之一的轨道交通，智慧化、数字化将是推动跨座式单轨交通高质量发展的方向，从而助力交通强国建设。