文：賀 鵬｜北京交通大學(xué)，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司

黃 磊，李松松，梁青槐｜北京交通大學(xué)

在對中小城市交通需求特征以及既有城市軌道交通中低運(yùn)能系統(tǒng)局限性分析的基礎(chǔ)上，提出一種兼具導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)和電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)特點(diǎn)的新型城市軌道交通中低運(yùn)能系統(tǒng)制式—智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)制式線路在城市商業(yè)、社區(qū)等區(qū)域采用地面線，解決“最后一公里”問題；在城市主廊道上采用具有獨(dú)立路權(quán)的高架線，以提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率；信號系統(tǒng)采用車-路-云協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛虛擬連掛，可靈活編組匹配客流；車站采用弱電一體化集成技術(shù)減少機(jī)電設(shè)備占地，壓縮車站土建規(guī)模。系統(tǒng)造價(jià)低、運(yùn)營組織靈活，為中小城市軌道交通制式選擇提供了新思路。

隨著國家新型城鎮(zhèn)化的推進(jìn)、中小城市規(guī)模的擴(kuò)張，交通系統(tǒng)的壓力與日俱增，傳統(tǒng)公交受運(yùn)輸能力限制不再能滿足城市高峰客流的需求，道路擁堵顯現(xiàn)并愈發(fā)嚴(yán)重，發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)勢在必行。與大型城市相比，中小城市人口規(guī)模較小，財(cái)政能力有限，城市軌道交通大運(yùn)能系統(tǒng)如地鐵、輕軌系統(tǒng)并不適合，為了以較低的成本促進(jìn)居民集約化出行，城市軌道交通中低運(yùn)能系統(tǒng)（以下簡稱“中低運(yùn)能系統(tǒng)”）才是最佳選擇。

既有的中低運(yùn)能系統(tǒng)制式多受“固定軌道”的限制，無法通達(dá)小巷，“最后一公里問題”仍是短板；擺脫“固定軌道”束縛的智軌交通系統(tǒng)，雖然線路選擇有了較大的靈活性，但受道路交通的影響，線路旅行速度與普通公交相比并沒有質(zhì)的提升。如何平衡這些問題，找到最適合中小城市交通需求和特點(diǎn)的新的城市軌道交通系統(tǒng)是值得研究并亟待解決的問題。本文在分析中小城市交通特征及既有中低運(yùn)能系統(tǒng)局限性的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的中低運(yùn)能系統(tǒng)制式——智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)，為解決中小城市交通問題提供了新的思路。

一、中小城市交通系統(tǒng)特征分析

（一）交通需求：速度快、可直達(dá)、零換乘

中小城市居民出行距離短，全方式平均出行距離多為3 公里內(nèi)，遠(yuǎn)低于超大、特大城市8 公里至10 公里的平均出行距離；而出行頻率卻要高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，超大、特大城市日出行次數(shù)在2.16 次至2.42 次之間，中等城市的居民日出行次數(shù)在2.25次至2.51 次之間，而小城市的日均出行次數(shù)則在2.63 次至3.04 次之間。

高頻、短距的出行特征使中小城市居民擁有更多出行方式選擇，公共交通受到電動(dòng)車、摩托車等非機(jī)動(dòng)化出行的競爭壓力，人們希望出門就能快速上車并且迅速直達(dá)目的地，所以，公共交通系統(tǒng)是否快速高效、能否有效解決“最后一公里”問題、可否實(shí)現(xiàn)零換乘將直接決定其對居民的吸引力。

（二）占地少

中小城市城區(qū)面積小，大多城市建成區(qū)面積小于100 平方公里，土地資源有限。新建的軌道交通線路一般選擇城市主干道，道路周邊商業(yè)、娛樂、文教等建筑設(shè)施密集，可用空間較少，而街區(qū)小巷多為住宅、店鋪，建筑布局粗放，用地效率低下，無法滿足大規(guī)模的交通用地，所以，為降低軌道交通建設(shè)難度，減少對周邊建筑的影響，軌道交通的占地越小越好。

（三）造價(jià)低

根據(jù)《中國中小城市發(fā)展報(bào)告（2022）》數(shù)據(jù)顯示，我國廣義上的中小城市個(gè)數(shù)已達(dá)2634 個(gè)，大多數(shù)中小城市的GDP 低于500 億元。同年住建部發(fā)布的城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒中指出，所有建制市中，中小城市的公共基礎(chǔ)設(shè)施投資額多在10 億以下。因此，對于財(cái)政有限的中小城市，造價(jià)低的交通系統(tǒng)更具吸引力。

二、既有中低運(yùn)能系統(tǒng)局限性分析

（一）難以兼顧高速與靈活的需求

常見中低運(yùn)能系統(tǒng)制式，如跨座式單軌、懸掛式單軌、有軌電車、導(dǎo)軌式膠輪、中低速磁浮等交通系統(tǒng)，運(yùn)行速度快，運(yùn)營效率高，平均旅行速度可達(dá)30 公里/ 小時(shí)至40 公里/ 小時(shí)，但受限于固定軌道，運(yùn)營線路固定，不能深入街區(qū)吸引客流實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對到點(diǎn)運(yùn)輸。電子導(dǎo)向膠輪和有軌電車系統(tǒng)雖然擺脫了軌道的束縛，運(yùn)行線路相對靈活，但受道路交通混行制約，平均旅行速度僅為15 公里/ 小時(shí)至20 公里/ 小時(shí)。

（二）占地大

除電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)外，中低運(yùn)能系統(tǒng)的車站和車輛基地對用地的需求都比較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有軌電車系統(tǒng)，線路車站及車輛基地占地平均1.1 萬平米/ 公里至1.3 萬平米/ 公里。中小城市面積規(guī)模小、用地緊湊，如何將車站嵌入建成區(qū)并“找出”配套的車輛基地一直是棘手的問題。

（三）投資大

既有中低運(yùn)能系統(tǒng)，即使是現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)，其工程造價(jià)也達(dá)1 億元/公里至1.5 億元/公里，一條線路總投資動(dòng)輒幾十億元，對于中小城市來說，財(cái)政壓力較大。

三、智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)

智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)吸取了導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)與電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。車輛采用虛擬軌道與機(jī)械導(dǎo)軌相結(jié)合的膠輪系統(tǒng)；線路采用地面和高架相結(jié)合的敷設(shè)方式，在社區(qū)為地面線，便于集散客流，在城市主廊道上為具有獨(dú)立路權(quán)的高架線，以提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。它面向中小城市，旨在提高運(yùn)輸能力和運(yùn)營效率，提升線路靈活性和可達(dá)性，同時(shí)降低工程造價(jià)、減少土地占用。

（一）系統(tǒng)組成

智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)主要由帶導(dǎo)軌車輛（圖1）、車站、高架軌道專用線路、車路云信號控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)等組成。列車車輛采用膠輪系統(tǒng)，在導(dǎo)軌式膠輪與電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，對車輛尺寸進(jìn)行壓縮，使其在城市街道運(yùn)行更靈活，更易收集客流，智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)與導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)車輛參數(shù)見表1。

表1 智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)與導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)車輛參數(shù)

圖1 車輛尺寸對比

（二）系統(tǒng)運(yùn)營方式

智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)的車輛配備機(jī)械導(dǎo)輪，采用膠輪側(cè)導(dǎo)向技術(shù)，見圖2。

圖2 膠輪側(cè)導(dǎo)向技術(shù)

列車車輛在高架段導(dǎo)輪伸出，列車享有獨(dú)立路權(quán)，車輛平穩(wěn)高速運(yùn)行；在普通路段導(dǎo)輪收回，列車與道路交通混行，車輛可深入社區(qū)收集客流，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)輸。雙路權(quán)段的無縫銜接使系統(tǒng)在保證運(yùn)營效率的同時(shí)解決了“最后一公里”問題。

（三）系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1. 車- 路- 云協(xié)同技術(shù)靈活調(diào)配運(yùn)力

列車采用車- 路- 云協(xié)同技術(shù)，通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，保障行車安全，實(shí)現(xiàn)虛擬連掛，運(yùn)力靈活配置（圖3）。在獨(dú)立路權(quán)段，云中心統(tǒng)一行車指揮控制，實(shí)現(xiàn)有司機(jī)值守的自動(dòng)駕駛和車隊(duì)追蹤，列車可進(jìn)行虛擬連掛，靈活的進(jìn)行聯(lián)編解編，根據(jù)客流匹配運(yùn)力；在混合路權(quán)段，車載設(shè)備與星云互聯(lián)設(shè)備接口，依托V2X 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)列車與路邊設(shè)備的車路協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)人工優(yōu)先的輔助駕駛模式。

圖3 車- 路-云協(xié)同技術(shù)

2. 弱電一體化集成技術(shù)壓縮用地

弱電一體化集成技術(shù)減少車站建筑規(guī)模、無軌化敷設(shè)減少段場占地，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)降本增效。弱電一體化系統(tǒng)是在車站邊緣側(cè)進(jìn)行核心業(yè)務(wù)深度融合，通過架構(gòu)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)將中心算力下沉邊緣，由邊緣智能一體機(jī)整合多專業(yè)系統(tǒng)，達(dá)到去中心化的目的。基于“邊邊協(xié)同”理念，在保障系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上壓縮車站土建規(guī)模，降低投資并節(jié)省運(yùn)維成本。該系統(tǒng)將打破常規(guī)軌道交通系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輕量中心，極簡車站，高密度追蹤運(yùn)行。

四、系統(tǒng)優(yōu)勢分析

一是編組靈活。系統(tǒng)單車定員180 人，可通過虛擬連掛實(shí)現(xiàn)車輛靈活組合（圖4）。

圖4 智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)靈活的編組形式

高峰時(shí)車輛聯(lián)編提高運(yùn)能，斷面流量最高可達(dá)2 萬人/小時(shí)；平峰時(shí)車輛解編采用小編組運(yùn)營，降低成本。

二是旅行速度較快。系統(tǒng)采用雙路權(quán)模式運(yùn)營，在混合路權(quán)段車輛旅行速度與電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)、有軌電車系統(tǒng)持平，在獨(dú)立路權(quán)段車輛接受導(dǎo)輪輔助，最高速度可達(dá)100 公里/ 小時(shí)，綜合平均旅行速度可達(dá)到30 公里/ 小時(shí)至40 公里/小時(shí)。

三是節(jié)約用地。智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)吸取了電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)的長處，車輛段采用無軌化設(shè)計(jì)，車輛收輪即可落地，不需要出入段線和咽喉區(qū)，選址靈活，與導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)車輛段用地比較見圖5。車輛基地規(guī)模大幅縮減，每列車可節(jié)省用地600 平方米，較傳統(tǒng)制式節(jié)約用地40%以上。

圖5 智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)與導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)車輛段對比

四是造價(jià)低。系統(tǒng)綜合公里造價(jià)約1 億/ 公里，車輛采用輕量化設(shè)計(jì)，采購價(jià)約700 萬/ 輛。車站、段場采用集成化設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)制式相比造價(jià)降低了33%，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢突出。相較中低速磁浮交通系統(tǒng)、跨座式單軌系統(tǒng)等既有中低運(yùn)能系統(tǒng)，智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)造價(jià)、運(yùn)營投資及養(yǎng)護(hù)成本更低。另外，智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)可結(jié)合城市道路新改擴(kuò)建一并建設(shè)，利用新建或改擴(kuò)建快速路的機(jī)會(huì)就可以建設(shè)軌道交通；項(xiàng)目施工方便快捷，降低系統(tǒng)建設(shè)成本，縮短建設(shè)周期。

五是適應(yīng)性更加靈活、運(yùn)行效率更高。該系統(tǒng)制式車輛長度更短，轉(zhuǎn)彎半徑更小，線路在城市商業(yè)、社區(qū)等區(qū)域可以在地面深入社區(qū)、與城市道路無縫銜接、方便集散客流，解決好乘客出行“最后一公里”問題；在城市主廊道上，線路采用高架敷設(shè)方式，車輛伸出側(cè)向?qū)л?，運(yùn)行在具有獨(dú)立路權(quán)的高架線上，顯著地提高交通系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。

五、結(jié)語

本文提出了一種兼具導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)和電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)特點(diǎn)的新型中低運(yùn)能系統(tǒng)制式——智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)制式占地面積少、建設(shè)周期短、對城市環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可與城市道路及其它基礎(chǔ)設(shè)施融合建設(shè)，實(shí)現(xiàn)建快速路等于建軌道線路。該制式系統(tǒng)采用AB 雙路權(quán)運(yùn)營模式，能靈活適應(yīng)城市發(fā)展需要，同時(shí)降低中低運(yùn)能系統(tǒng)線路建設(shè)成本。在A 路權(quán)段，通過車- 路- 云協(xié)同技術(shù)可實(shí)現(xiàn)虛擬連掛，提高線路運(yùn)營速度及穩(wěn)定性；在B路權(quán)段，車隊(duì)解編，車輛短小靈活，可伸入街區(qū)，解決居民出行“最后一公里”的問題，更便于收集客流。

目前城市軌道交通系統(tǒng)領(lǐng)域尚無能進(jìn)行AB路權(quán)靈活轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)制式，智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)制式彌補(bǔ)了這一空白。智能導(dǎo)向捷運(yùn)系統(tǒng)，適用范圍廣，可推廣性強(qiáng)，為解決中小城市交通問題提供了新的選擇。