蔡 明

(深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心股份有限公司，深圳 518057)

0 引言

懸掛式單軌交通是車輛懸掛于帶形梁體軌道之下的中低運(yùn)量交通系統(tǒng)[1]，具有橋墩占地面積少、總體和單位運(yùn)能造價(jià)低、平面轉(zhuǎn)彎半徑小、縱向爬坡能力強(qiáng)等特點(diǎn)，最早于1825年運(yùn)營，誕生于英國切森特[2]. 截至目前，國外懸掛式單軌運(yùn)營總里程約38.2 km，分布在德國、日本等國家，國內(nèi)無建成運(yùn)營實(shí)例，成都雙流建成1.4 km的懸掛式單軌(新能源空鐵)試驗(yàn)線，陜西韓城、貴州黃果樹在建懸掛式單軌，項(xiàng)目線路長(zhǎng)度分別10.7、6.5 km.

山地區(qū)域遼闊，約占全國陸地總面積的69%，是具有一定海拔高度和坡度的地貌類型，廣義包含丘陵、山地和高原. 主要分布于上述地貌的城市稱之為山地城市，與平原城市相比，形成鮮明差異的形態(tài)和不同的生境[3]. 重慶、攀枝花、承德等山地城市受地形地貌和環(huán)境的限制，用地緊張且分散在各處，發(fā)展為“多中心多組團(tuán)”，路網(wǎng)以分層網(wǎng)格自由式為主，橋隧控制物多，道路紅線狹窄，交通壓力大. 研究適合山地城市空間布局的新型軌道交通制式有利于城市快速發(fā)展. 筆者以攀枝花為例，探討懸掛式單軌在山地城市的適應(yīng)性.

1 攀枝花城市特點(diǎn)

1.1 城市空間格局

攀枝花是全國唯一以花命名的地級(jí)市，是川滇交界毗鄰地區(qū)區(qū)域性中心城市，也是典型的山地城市. 《攀枝花市城市總體規(guī)劃(2011—2030)》指出攀枝花市呈現(xiàn)特色鮮明的“都市環(huán)+放射組團(tuán)”的“陽光型”城市結(jié)構(gòu). 中心城區(qū)由江南片區(qū)、江北片區(qū)、城東片區(qū)和城西片區(qū)組成. 城市中心區(qū)設(shè)置在江南片區(qū)[4].

圖1 攀枝花市組團(tuán)功能結(jié)構(gòu)

1.2 軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃與客流預(yù)測(cè)

攀枝花市遠(yuǎn)期城市軌道交通線網(wǎng)由6條線路組成，線網(wǎng)全長(zhǎng)94.8 km，中心城區(qū)建設(shè)用地范圍內(nèi)，城市軌道交通線網(wǎng)密度為0.79 (km·km-2). 線網(wǎng)共設(shè)站98座，其中換乘站8座，平均站間距1.03 km.

遠(yuǎn)期各線路客流預(yù)測(cè)指標(biāo)摘要見表1.

圖2 攀枝花市遠(yuǎn)期城市軌道交通線網(wǎng)

表1 攀枝花遠(yuǎn)期各線路客流預(yù)測(cè)結(jié)果

2 山地城市軌道制式選型難點(diǎn)

2.1 地勢(shì)復(fù)雜

山地城市山水分割，地形起伏大，溝谷縱橫. 地勢(shì)復(fù)雜主要表現(xiàn)在2方面：①地面海拔高度高低懸殊，坡度大；②地勢(shì)變化急劇，地面標(biāo)高差變化大.

攀枝花中心城區(qū)城市建設(shè)域豎向跨度大，高程從海拔1 050 m到了1 400 m，部分成片建設(shè)區(qū)域坡度甚至到了35%.

圖3 攀枝花市中心城區(qū)高程分析

圖4 攀枝花市中心城區(qū)坡度分析

2.2 建設(shè)用地稀缺

發(fā)展城市用地主要受地形條件、地貌條件、地質(zhì)條件、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)條件、生態(tài)環(huán)境條件、行政區(qū)劃限制等方面因素影響. 山地城市特殊的地形地貌、地質(zhì)條件影響，可建設(shè)用地緊張，人均建設(shè)用地相比平原城市少10.38%[5]，建設(shè)成本高. 其土地分布零散，大多沿河流、鐵路、高速等交通要道或地形變化帶呈“邊緣集聚”分布，較少分布孤立的山區(qū)，完整的城市體系在廣大山區(qū)尚未形成. 且地形一般比較狹窄，大量的城市建筑集中在有限的臺(tái)地和平坦的大壩上，因此發(fā)展組團(tuán)式特別明顯[6].

攀枝花市現(xiàn)狀城市建成區(qū)用地位于河谷臺(tái)地上，其海拔990～1 300 m. 建成區(qū)面積79.21 km2，城市聚集人口約77萬人. 受多種因素如地形地貌變化、資源分布不均等的限制，攀枝花城市用地布局是沿金沙江兩岸成帶狀組團(tuán)分布，東西部長(zhǎng)度約為60 km，城市各功能分區(qū)之間距離過遠(yuǎn)、規(guī)模過小，人口、資源和資本的聚集度較差，城市功能不能得到充分體現(xiàn).

2.3 道路坡陡彎急紅線窄

山地城市道路起伏變化快，存在許多大坡段道路，其坡度超過5%[7]. 攀枝花作為典型的山地城市，城區(qū)道路坡度大于3%以上的道路占比80%以上，還有組團(tuán)超過7%坡度的道路，如炳草崗.

圖5 攀枝花市中心城區(qū)現(xiàn)狀分區(qū)示意圖

山地城市在地形地貌等環(huán)境影響下道路彎道超多，曲線半徑偏小. 攀枝花城市主干路炳仁路三線博物館附近軌道選線最小曲線半徑50 m. 坡度和轉(zhuǎn)彎半徑極大的限制了軌道制式的選擇.

攀枝花市道路平均寬度11.3 m，紅線狹窄，主干道單向多為2車道，較少進(jìn)行展寬，有限的道路資源供給極大的限制了居民出行. 軌道交通一期工程線路所經(jīng)道路紅線寬度在17～50 m之間，且多為已建成道路[8]，現(xiàn)狀與規(guī)劃情況如表2所示，高架敷設(shè)要求軌道橋墩占地少，地下敷設(shè)投資高.

表2 攀枝花軌道1期工程沿線道路情況

3 懸掛式單軌適應(yīng)性分析

3.1 懸掛式單軌特點(diǎn)

按走行部結(jié)構(gòu)型式，懸掛式單軌車主要分為非對(duì)稱懸掛鋼輪鋼軌型、“工”字軌道梁懸掛型、SAFEGE型、非對(duì)稱懸掛膠輪型4種，其中以SAFEGE型最先進(jìn)，目前應(yīng)用最廣泛.

圖6 懸掛式單軌走行原理

城市軌道交通常用的分類是依據(jù)住建部行標(biāo)《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 114—2007)，共分為地鐵、輕軌、單軌等7種制式[9]，但已不適應(yīng)新型軌道制式的發(fā)展，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)根據(jù)新的制式發(fā)展需要組織相關(guān)單位編制了團(tuán)標(biāo)《城市軌道交通分類》(T/CAMET 00001—2020)，分為地鐵系統(tǒng)、市域快軌系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、中低速磁浮交通系統(tǒng)、跨座式單軌系統(tǒng)、懸掛式單軌系統(tǒng)、有軌電車系統(tǒng)、自導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)、電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)共10類[10]. 相比其他軌道交通制式，懸掛式單軌優(yōu)點(diǎn)如下：

1)適應(yīng)能力強(qiáng)

轉(zhuǎn)向架和運(yùn)行軌道置于軌道梁內(nèi)，不易脫軌、安全可靠、運(yùn)行噪音低、環(huán)境適應(yīng)性好. 平面最小曲線半徑小到30 m，爬坡能力強(qiáng)，最大可至100‰，實(shí)施條件要求低.

2)建設(shè)周期短

懸掛單軌施工簡(jiǎn)單，占地極少，只需現(xiàn)場(chǎng)澆筑基礎(chǔ)，軌道梁和支柱均可通過工廠預(yù)制，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝即可，施工干擾最少，建設(shè)速度快，同時(shí)具有后期可改線，支撐柱和軌道梁可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn).

3)單位運(yùn)能造價(jià)低

國內(nèi)新建地鐵線路造價(jià)約為6～12億元/km，按最大運(yùn)能7萬人次/h計(jì)，地鐵單位運(yùn)能(每1 h/km)建設(shè)成本約為1.3億元. 同理，輕軌約為1.5億元，跨座式單軌約1.4億元，懸掛式單軌約0.9億元，有軌電車約1.0億元，中低速磁浮約1.0億元，自動(dòng)導(dǎo)向軌道約1.2億元，導(dǎo)軌式膠輪約1.8億元，電子導(dǎo)向膠輪約0.8億元. 因此，單位運(yùn)能懸掛式單軌造價(jià)較低.

4)占地少

軌道梁一般采用標(biāo)準(zhǔn)跨度為20～30 m的鋼箱截面簡(jiǎn)支軌道梁，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)尺寸凈寬0.78 m×凈高1.1 m，下翼緣鋼板厚度30 mm，兼做軌道，能最大程度的適應(yīng)現(xiàn)有局限的空間和有限的道路資源.

5)美觀舒適度高

列車隨山巒起伏，伴沿途風(fēng)景，使軌道交通與自然景觀相得益彰. 車窗采用大玻璃設(shè)計(jì)，能使乘坐環(huán)境敞亮，體驗(yàn)舒適，憑高欣賞高空景色.

當(dāng)然，懸掛式單軌也有自身的缺陷，它使用橡膠輪胎，噪音低但磨耗較大，經(jīng)常需要更換，并存在粉塵污染；復(fù)雜的道岔結(jié)構(gòu)對(duì)運(yùn)營也有一定的困擾；出現(xiàn)事故后逃生、救援存在一定的難度. 各制式對(duì)比見表3.

3.2 對(duì)山地城市的適應(yīng)性分析

3.2.1 地形空間適應(yīng)性

山地城市地形起伏大，且有復(fù)雜的地勢(shì)，道路彎多，坡度多在3%以上，有些甚至5%以上，懸掛式單軌10%爬坡能力、平面曲線半徑最小30 m能較強(qiáng)地適應(yīng). 而且，懸掛式單軌軌道梁體積小，占用道路寬僅1.5 m左右，對(duì)比常用軌道交通制式對(duì)地面道路影響小(見表3)，適合山地城市道路紅線狹窄的特點(diǎn).

3.2.2 運(yùn)能經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性

山地城市除重慶、青島、蘭州等為大城市規(guī)模以上外，大部分為中等城市及以下規(guī)模，城區(qū)常住人口低于100萬，地方GDP和財(cái)政一般公共預(yù)算收入有限，難以支撐中運(yùn)量規(guī)模以上的軌道交通制式. 懸掛式單軌作為一種世界范圍內(nèi)運(yùn)營已久的中低運(yùn)量軌道制式，造價(jià)約1.2～1.5(億元·km-1)，運(yùn)能約0.5～1.5(萬人·h-1)，對(duì)中等山地城市的運(yùn)能經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性較強(qiáng)，可作為中等山地城市軌道骨干線制式，也可作為大型山地城市的軌道輔助線制式.

3.2.3 環(huán)境景觀適應(yīng)性

懸掛式單軌噪音低，距列車6.5 m處為65 dB(A)，振動(dòng)小，能有效利用城市空間，環(huán)境效應(yīng)優(yōu)越. 同時(shí)，結(jié)構(gòu)輕盈對(duì)景觀影響小. 山地城市獨(dú)特的自然山水環(huán)境加上懸掛式單軌的特點(diǎn)可打造特殊的視覺盛宴，新增旅游亮點(diǎn).

3.2.4 客流適應(yīng)性

中等及以下山地城市高峰小時(shí)客流斷面不大，通常位于中低運(yùn)量范圍(1.0～3.0萬人次/h)，如攀枝花遠(yuǎn)期6條線高峰小時(shí)斷面均低于1.0萬人次/h，懸掛式單軌能很好的適應(yīng)該市客流.

3.2.5 其他適應(yīng)性

懸掛式單軌軌道梁等可加工預(yù)制，是眾多軌道交通制式中工期較短的，施工后通常3 a內(nèi)可建成運(yùn)營.

3.2.6 小結(jié)

針對(duì)以上地形空間、運(yùn)能經(jīng)濟(jì)、環(huán)境景觀、客流、其他條件5方面適應(yīng)性比較，結(jié)合山地城市特點(diǎn)，確定各方面適應(yīng)性推薦制式情況. 最優(yōu)表示為★，次之為△，最后為○，結(jié)果表明懸掛式單軌能很好地適應(yīng)山地城市，如表4所示.

表3 常用軌道交通制式主要特點(diǎn)對(duì)比表

表4 各軌道制式在山地城市的適應(yīng)性比較

4 結(jié)束語

懸掛式單軌適應(yīng)能力強(qiáng)、建設(shè)周期短、單位運(yùn)能造價(jià)低、占地少、美觀舒適度高，在世界上已有上百年應(yīng)用歷史，但在我國尚無商業(yè)應(yīng)用案例，對(duì)山地城市的應(yīng)用研究較少. 筆者通過對(duì)攀枝花軌道一期工程項(xiàng)目的研究，提出懸掛式單軌對(duì)山地城市地形空間、運(yùn)能經(jīng)濟(jì)、環(huán)境景觀、客流等適應(yīng)性強(qiáng)，具有較廣闊的應(yīng)用前景.

目前，國內(nèi)首部懸掛式單軌行業(yè)規(guī)范《懸掛式單軌交通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》已通過專家審查，這對(duì)完善我國城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)體系和發(fā)展懸掛式單軌具有重要的現(xiàn)實(shí)和指導(dǎo)意義. 與此同時(shí)，多個(gè)城市旅游懸掛式單軌線路在建，一些中小城市正在積極開展旅游懸掛式單軌規(guī)劃前期工作，相信不久的將來，懸掛式單軌會(huì)在山地城市大放異彩.