中國單軌交通工程奪得全球優秀工程項目獎

重慶市3號線跨座式單軌交通工程更是從60多個國家的上百個項目中脫穎而出，一舉奪得FIDIC（國際諮詢工程師聯合會）全球優秀工程項目獎。

圖：重慶軌道交通3號線

單軌交通究竟是怎樣的存在？它和我們日常看到的地鐵有什麼區別？重慶的單軌系統有何過人之處？我們一一了解。

（一）山多坡陡的重慶，地鐵就像坐過山車

重慶又稱山城，整個城市建在山地丘陵之上，主城區沿長江、嘉陵江呈組團式分布格局，人口密度大、道路高低起伏、彎道極多，這樣的地理條件，對於軌道交通建設來說無疑是巨大的考驗。因此，20多年前，業內專家曾斷言，重慶「建軌道交通幾乎不可能」。

圖：重慶地形圖

不過，重慶並沒有因此而放棄，經過對不同制式軌道交通的長期調研，重慶選定了跨座式單軌。

我們日常見到的軌道交通一般都有兩條平衡路軌，而單軌鐵路，顧名思義，就是只有一條軌道的鐵路系統。其中，跨座式單軌，是軌道為一條帶形梁體，車輛跨坐於其上行駛的交通系統。

它通過豎向的行走輪和水平的導向輪、穩定輪行駛在軌道樑上。與傳統的地鐵列車相比，它佔地小、轉彎半徑小、噪音低、爬坡能力強、造價低，很好地適應了重慶這一類山城的自然條件。而實現這一目標的，首先就是單軌列車特殊的轉向架。

（二）轉向架：「上天入地」最靈活

轉向架是軌道車輛的走行部，相當於人的「腿腳」，是軌道車輛最核心的部件之一。轉向架由電機牽引，通過齒輪傳動裝置驅動。

跨座式單軌列車的結構與普通鐵路列車及地鐵列車相比，主要的區別就是轉向架結構和所依據的力學原理的不同。

圖：普通鐵路列車與單軌列車比較

普通鐵道車輛一般為鋼輪雙軌制式，車輛重心始終處於兩個車輪之間，只要作用於轉向架的合力落在雙輪間距1493毫米之內，車輛運行就是穩定的。因此，屬於「隨遇穩定」模式。

而跨座式單軌的轉向架，兩輪間距僅為400毫米左右，這就很容易失穩，屬於「隨遇不穩定」模式。那麼，如何才能保證列車行駛的穩定性呢？

重慶跨座式單軌採用雙軸轉向架，軌道樑上方為行走輪胎和導向輪胎，側邊設置水平穩定輪胎，行走輪、導向輪、穩定輪都分別配有輔助車輪，因此，每個轉向架的輪胎共有10個之多，保證了列車不會側翻。

圖：重慶單軌採用的雙軸轉向架

單軌列車不同於普通鐵道車輛的鋼製車輪，採用的是橡膠輪胎，行駛過程中噪音更低，爬坡能力更強。例如2號線正線最大限坡60‰，總高程落差達115米，創下世界城市軌道交通之最。

經過國產化攻關的轉向架能使列車最小平面轉彎半徑可達到100米，能夠顯著提高線路設計靈活性，減少沿線拆遷、降低項目投資。

圖：重慶跨座式單軌轉向架構件

（三）軌道梁和道岔：鋪就堅實的「道路」

在單軌系統中，軌道梁系統是三大核心之一。項目團隊通過多年努力，最終實現PC軌道梁系統關鍵技術自主創新並獲得多項國家專利，該項技術可使軌道梁振動、噪音更小，乘客舒適度顯著提高，其整體技術已輸出國外，先後承接了韓國、印尼等單軌項目。

國外的PC軌道梁的架設 , 一般採用汽車吊裝方式 。重慶地理環境複雜 , 不全適合汽車吊架設 , 而且汽車吊架設對城市交通影響較大 。2號線PC軌道梁一般跨度20~22米 、最重梁片約62噸 、曲線半徑最小R =75米 、最大縱坡為6% 、最大橫坡為12% , 且大多數線路在城市既有道路的上方 , 其施工難度國內外少見。

經過研究比選，最終2號線採用了自行研製的JQ60型架橋機和YL60型運梁車架設安裝PC軌道梁，在架設好的PC軌道樑上運輸和架設下一片梁，按此順序依次向前推進，可解決地面交通問題，也不受地面場地影響。架設順序採用單機單架，即架橋機和運梁車沿左線或右線架設，架設一定區段後再換到另一條線上架設，能夠大大提高架設效率。

採用特製的架橋機和運梁車架設PC梁，借鑒了鐵路橋樑架設中的架運技術，為國內外的PC軌道梁的架設提供了新的模式。

圖：採用架橋機架設跨嘉陵江軌道梁

跨座式單軌道岔系統是一種梁軌合一的道岔系統，即道岔既是車輛運行的軌道，也是車輛轉線的道岔，因此製造工藝要求高。

重慶3號線已開通里程67.09公里，是全世界最長的單軌線路。因為運營里程過長，3號線採取了多個大小交路運營：魚洞~江北機場T2航站樓、九公里~龍頭寺、四公里~江北機場T2航站樓和魚洞~龍頭寺，這就對軌道道岔提出了極高的要求。

2016年3月，重慶市自主研發生產的全國首台跨座式單軌交通平移式渡線道岔設備下線，並在3號線碧津站安裝。平移式渡線道岔設備可以道岔梁與需要的相鄰軌道梁銜接形成岔道、轉換列車的行駛線路，能使列車以較高速度平穩通過道岔。

圖：平移式渡線道岔

圖：3號線碧津站衛星圖

這是目前世界上體量最大的跨座式單軌交通平移式渡線道岔，重達220噸。針對雙島四線的碧津站研發生產的這台軌道轉線設備，由四節直線梁和兩節曲線梁組成，道岔沿固定方向平行移動，使道岔梁與需要對接的軌道梁銜接而形成道岔，實現列車行駛線路轉換。別看它又大又重，但銜接誤差在正負3毫米內。正因為靈活精準的道岔，才實現了各個大小交路之間的靈活轉換，滿足了不同目的地乘客的需求，提高了運營組織水平。

（四）CBTC控制系統：「最強大腦」保障運營安全

如果說轉向架是單軌的「腳」，軌道梁（道岔）是單軌的「路」，那麼控制系統則可以說是單軌的「大腦」了。

重慶單軌雖然源起於日本，但日本國內和重慶2號線的信號系統均採用基於TD（Train Detect）環線的列車控制系統，而重慶3號線信號系統採用了目前在鋼輪鋼軌制式中廣泛採用的基於通信的列車控制系統（CBTC），在跨座式單軌線路中採用該系統為全球首創。

CBTC的主要特點為：一是列車定位技術不依賴於軌道電路，二是適用於連續的、大容量的列車軌旁雙向數據通信技術。

CBTC在單軌交通制式中的應用原理與鋼輪鋼軌的控制原理完全一致，功能需求也基本相同。但單軌交通制式與鋼輪鋼軌制式的車輛及軌旁環境完全不同，大多數在鋼輪鋼軌制式中廣泛應用的信號設備在單軌制式中都不能直接應用，或者根本不能應用，比如軌道電路。因此，CBTC在單軌應用中主要面對的是車載、軌旁設備選型及安裝等工程應用方面的問題。

鋼輪鋼軌中一般採用計軸作為列車輔助位置檢測設備，因此還沒有適用於單軌制式的計軸產品。在研究了各種檢測方式後，對計軸進行了再開發改造，採用固定支架將發送磁頭安裝於軌道梁下部，利用預埋固定套筒將接收磁頭安裝於軌道梁中部凹面的斜面上，跨座式單軌車輛的穩定輪的應急鋼輪在此間運行來切割磁力線，使磁場的相位發生改變，以達到檢測目標。

圖：計軸的安裝位置及實際安裝部位

其中，無線子系統是CBTC的重要組成部分。重慶3號線單軌CBTC無線系統主要作用是在各個子系統之間傳輸ATC報文，而這些子系統大部分是移動的。無線系統對於報文傳送是完全透明的。整個系統為雙網結構，在5個設備集中站(二塘站、四公里站、兩路口站、鄭家院子站和龍頭寺站)，每個設備集中站安裝兩個AP主單元和兩台網路交換機。地面的每個點有兩台AP（接入點）。

圖：CBTC子系統無線系統網路結構

CBTC系統在防止列車超速或追尾、縮小行車間隔方面有極大的作用。將CBTC系統引入跨座式單軌之後，大大提高了運營在可靠性、安全性、可用性、可維護性、運行間隔、精確定點停車和可擴展性等方面的性能。目前3號線日均客流量已突破80萬乘次，最小發車間隔縮短至2分30秒，高峰時段定員運能可達到2.7萬人次／小時，超員運能則可達到3.7萬人次／小時，已成為世界上運量最大的單軌線路。

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