不同功能定位的跨座式單軌建設(shè)運營特征研究

周 琪，毛保華，黃俊生，劉 頌

（1. 北京交通大學(xué)綜合交通運輸大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)交通運輸行業(yè)重點實驗室，北京 100044；2. 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

跨座式單軌是通過單根軌道梁來支承、穩(wěn)定和導(dǎo)向，車體騎跨在軌道梁上運行[1]的城市軌道交通系統(tǒng)。在政府財政壓力加大、難以支撐地鐵建設(shè)的背景下，造價低、運量適中的跨座式單軌無疑給不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和客流基礎(chǔ)的城市提供了一種新的路徑選擇。

截至目前，中國重慶、蕪湖將跨座式單軌作為城市公共交通[2]，深圳、銀川僅將跨座式單軌作為景區(qū)游玩設(shè)施。另有佛山、中山、柳州、濰坊等40多個城市規(guī)劃了以跨座式單軌為推薦制式的軌道交通線網(wǎng)，總里程超過3 000 km[3]。因此，為了促進(jìn)我國跨座式單軌的科學(xué)發(fā)展，需全面調(diào)研全球跨座式單軌的應(yīng)用情況并研究其建設(shè)運營特征。

1 全球應(yīng)用概況

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2020年12月全球共12個國家運營跨座式單軌，建設(shè)、運營線路共33條。表1為全球跨座式單軌應(yīng)用情況，統(tǒng)計線路不包含公園、商場等內(nèi)部小型跨座式單軌?？芍壳翱缱絾诬壊⑽慈〉靡?guī)模性應(yīng)用，甚至存在停運、拆除的現(xiàn)象。

表1 全球跨座式單軌應(yīng)用情況Table 1 Global straddle monorail applications

在建的跨座式單軌線路概況如表2所示。由表可知超過一半的線路采用龐巴迪的技術(shù)。從功能定位來看，越來越多的跨座式單軌開始承擔(dān)起城市交通的功能。

表2 在建的跨座式單軌線路概況Table 2 Overview of straddle monorail lines under construction

在運營的跨座式單軌線路車輛制造廠商占比如圖1所示，可知日本日立和加拿大龐巴迪的占比較大，兩者皆由德國全抱式ALWEG跨座式單軌改良設(shè)計[4]而來。

圖1 在運營跨座式單軌線路車輛制造廠商分布Figure 1 Manufacturers of Straddle Monorail Vehicles

我國部分廠家現(xiàn)已具備自主化生產(chǎn)跨座式單軌的能力，但由于技術(shù)尚未標(biāo)準(zhǔn)化，各廠家產(chǎn)品存在明顯差異且互不兼容，技術(shù)參數(shù)如表3所示。因此，城市在選擇車輛的同時，也選定了日后運維、增購的廠家，城市可能陷入被動局面；另外，我國投運與在建的跨座式單軌線路規(guī)模較小，市場容量有限，不同廠家各自占有一定市場。根據(jù)邊際成本的原理可知，單件產(chǎn)品的制作生產(chǎn)成本必然高于規(guī)?；a(chǎn)出來的產(chǎn)品價格，而規(guī)?；那疤嶂痪褪且獙崿F(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格的統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化。因此，在尚未規(guī)?；瘧?yīng)用、尚未標(biāo)準(zhǔn)化的背景下，采用跨座式單軌可能存在邊際成本高的問題。

表3 跨座式單軌車輛技術(shù)參數(shù)Table 3 Technical parameters of straddle monorail vehicles

跨座式單軌自身的技術(shù)特點決定其具有多樣化的功能定位。本文根據(jù)線路的功能定位和運行地理環(huán)境特征，將跨座式單軌線路分為觀光旅游類、銜接類、加密類、骨干類4種功能類型，圖2為不同類型跨座式單軌的線網(wǎng)位置示意圖。

圖2 不同類型跨座式單軌的線網(wǎng)位置Figure 2 Network position of different types of Straddle Monorail

統(tǒng)計運營的23條跨座式單軌線路，得到4種功能類型線路的占比分別為：48%、12%、24%、16%?？芍^光旅游線是全球應(yīng)用最廣泛的跨座式單軌線路類型，主要承擔(dān)景區(qū)、游樂園內(nèi)的游玩功能；銜接線是指銜接機(jī)場、車站等大型交通樞紐，承擔(dān)客流集散和換乘功能的線路；加密線是指在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中輔助地鐵、市郊鐵路等大運量軌道交通，為城市中心區(qū)、外圍城鎮(zhèn)或地鐵空白區(qū)域提供運輸服務(wù)的線路；骨干線是指位于大城市外圍新城或中小城市，服務(wù)通勤等日常出行客流的線路。下文對不同功能類型線路的建設(shè)運營特征進(jìn)行分析。

2 不同類型線路特征分析

2.1 觀光旅游線路

觀光旅游線路大多修建在景區(qū)或游樂園內(nèi)部，線路敷設(shè)方式為高架，獨特的造型能夠為景區(qū)提供良好的視覺效果[5]。表4為部分觀光旅游線的建設(shè)運營特征，可知線路長度一般不超過10 km，列車編組較為靈活，在2～6輛不等。線路最大斷面運能低于1萬人次/h，平均造價在 3.7億元/km左右，線路平均旅行速度為22.4 km/h，遠(yuǎn)低于普通地鐵的旅行速度。

用投資效率來反映線路單位里程投資下所能提供的運能水平。由表4可知，觀光旅游類線路的平均投資效率為2.4萬人次/億元，表明每千米線路投資1億元能夠獲得2.4萬人次的日運能水平。

表4 部分觀光旅游類線路特征[6]Table 4 Characteristics of some tourist routes

從發(fā)車間隔和日均客流來看，修建在大型樂園和景區(qū)內(nèi)部的線路高峰期發(fā)車間隔低于 5 min，其余線路的發(fā)車間隔較大。莫斯科單軌的發(fā)車間隔甚至達(dá)到30 min，也正是由于速度低和客流效益不佳，莫斯科單軌正面臨停運拆除的風(fēng)險。觀光旅游類線路的主要服務(wù)對象是游客，日均客運量較小，平均能力利用率僅為 20.7%。這樣的運營特征反映了這種類型的單軌更傾向于考慮旅游觀光的舒適性而非出行的時效性。

2.2 銜接類線路

銜接類線路主要承擔(dān)城市內(nèi)、外部重要交通樞紐的客運集散功能，乘客出行目的地較為集中，對時效性要求較高。該類線路不僅銜接城市內(nèi)外的機(jī)場和火車站，同時也提供與其他軌道交通方式的換乘。例如：日本羽田機(jī)場單軌的 4個車站位于機(jī)場內(nèi)部，通過單軌可快速到達(dá)濱松町火車站換乘JR等線路，沿線車站也與京急線、東京臨海高速鐵道等線路銜接；日本大阪單軌分為本線和支線(彩都線)，銜接了大阪國際機(jī)場，本線的5個換乘站可換乘至多條私鐵線路，有效促進(jìn)跨座式單軌線路與城市綜合交通網(wǎng)絡(luò)的融合。

表5為銜接類線路特征，與觀光旅游類線路不同，該類線路最大斷面運能均在1萬人次/h以上，平均造價為2.97億元/km，平均投資效率為9.8萬人次/億元，高于觀光旅游類線路。由于銜接類線路不僅服務(wù)進(jìn)出港客流，同時服務(wù)沿線的通勤、游玩等客流，發(fā)車間隔較小，平均能力利用率為36.0%。

表5 銜接類線路特征Table 5 Characteristics of connecting lines

由表5可知日本兩條線路的旅行速度均在35 km/h以上，羽田機(jī)場單軌旅行速度甚至達(dá)到了59.3 km/h，主要由于其采用快慢車模式。圖3為羽田機(jī)場單軌開行方案示意圖，通過開行機(jī)場快速、區(qū)間快速、普速3種類型列車，滿足了沿線乘客的多樣化出行需求。

圖3 日本羽田機(jī)場單軌開行方案Figure 3 Monorail operation plan of Haneda Airport in Japan

2.3 加密類線路

部分城市為了完善交通網(wǎng)絡(luò)，通過單軌來填補線網(wǎng)中的空缺部分，承擔(dān)起中心城區(qū)或郊區(qū)的運輸功能，與大運量交通制式形成優(yōu)勢互補，線路特征如表6。整體來看，該類線路的平均能力利用率為31.0%，平均造價為 5.1億元/km，平均投資效率為6.0萬人次/億元。根據(jù)線路所處地理環(huán)境，可進(jìn)一步分為兩種類型。

表6 加密類線路特征Table 6 Characteristics of encrypted lines

一類在大都市圈中輔助地鐵或市郊鐵路，服務(wù)郊區(qū)或新城的出行。該類線路長度較長，單方向運能在1萬人次/h以上，平均旅行速度為24.8 km/h，日均客流較大。例如：位于東京都市圈新城的多摩線，連接了多摩南區(qū)和北區(qū)；圣保羅15號線在線網(wǎng)中的位置如圖 4所示，作為地鐵 2號線的延長線，連接了郊區(qū)和市中心，并在Vila Prudente和Oratorio車站旁邊設(shè)置了專門的自行車停車場；孟買單軌位于無市郊鐵路和地鐵覆蓋的東部地區(qū)，有效填補了地鐵服務(wù)空白區(qū)域。

圖4 圣保羅單軌的線網(wǎng)位置Figure 4 Location of Sao Paulo line 15 network

另一類是在城市中承擔(dān)某個區(qū)域內(nèi)部的交通循環(huán)功能，這主要得益于跨座式單軌對陡坡道和急曲線有良好的適應(yīng)性[7]。該類線路長度較短，運能較小，沿線客流的通勤屬性不強，平均旅行速度僅為22.9 km/h。例如吉隆坡單軌，如圖5所示，連接了市中心的南部和北部，平均站間距為0.86 km，主要為中央商務(wù)區(qū)的乘客提供“最后一公里”的接駁服務(wù)；美國的杰克遜維爾單軌，主要服務(wù)市中心南岸和北岸客流，提供沿線商業(yè)、政府和娛樂場所的便捷通道，并在 Jefferson和Kings Avenue車站附近設(shè)置了Park-n-Ride(P+R)停車場，為乘客進(jìn)出核心區(qū)提供了停車的便利。

圖5 吉隆坡單軌的線網(wǎng)位置Figure 5 Location of line network of Kuala Lumpur Monorail

2.4 骨干類線路

由于地形條件、經(jīng)濟(jì)狀況等因素，部分城市更傾向于修建成本低、工期短、運量適中的跨座式單軌，并將其作為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的骨干線路。目前這類線路在世界范圍內(nèi)應(yīng)用較少，大多應(yīng)用于21世紀(jì)以后的中等城市。

各地修建跨座式單軌的原因不盡相同。日本沖繩縣主要為了改善由于汽車數(shù)量增加造成的道路擁堵問題；重慶2、3號線的修建，與重慶獨特的地形地貌有重要關(guān)系[8]。同時，跨座式單軌具有良好的環(huán)保性能，每人公里碳排放比汽車少174.4 g[9]，骨干類線路的建設(shè)運營特征如表7所示。

表7 骨干類線路特征Table 7 Characteristics of backbone lines

由表7可知，骨干類線路呈現(xiàn)出線路長、車站多、能力大、客運量大的特點，因此平均能力利用率較高，達(dá)到68.3%。由于該類線路修建時間較晚，技術(shù)發(fā)展成熟，平均造價為2.85億元/km，加上能力較大，該類線路的平均投資效率為11.1萬人次/億元，是所有類型的跨座式單軌線路中最高的。

骨干類線路的平均站間距為1.15 km，沿線站點的接駁方式主要有公交車、私家車等。例如：沖繩線在沿線8個車站設(shè)有自行車、私家車停車場和出租車、客車車站，保證重要交通節(jié)點的接駁。重慶2、3號線沿線站點主要通過公交車銜接，每個站點周邊300 m范圍內(nèi)平均約有2個公交站點以及9條公交線路經(jīng)過。

骨干類線路的旅行速度為30.2 km/h，同樣是4種類型線路中最高的。日客流量明顯高于其他類型線路，發(fā)車間隔具備與工作日、周末客流匹配的早晚高峰特征，體現(xiàn)了服務(wù)通勤的功能特征。我國重慶3號線最小發(fā)車間隔為2.5 min，是世界上跨座式單軌線路中實際發(fā)車間隔最小的線路，運輸能力甚至達(dá)到地鐵水平。

3 結(jié)論

跨座式單軌作為一種新型軌道交通系統(tǒng)，為城市發(fā)展多層次軌道交通網(wǎng)絡(luò)提供了新的選擇。因此，本文研究了不同功能類型跨座式單軌的建設(shè)運營特征，得到以下結(jié)論；

1) 跨座式單軌在運能方面雖不及地鐵等大運量軌道交通制式，但從建設(shè)及投資效率來看，承擔(dān)城市主要交通功能的骨干類跨座式單軌造價為2億～4億元/km，平均投資效率為11.08萬人次/億元。與一條6B編組、造價6億～8億元/km、投資效率為8.64萬～11.52萬人次/億元的地鐵線路相比，跨座式單軌展示出良好的投資效率。

2) 從功能定位來看，跨座式單軌具備不同的適用性：大城市軌道交通線網(wǎng)加密線與交通樞紐銜接線；中小城市或特殊地形城市骨干線；旅游城市觀光線等。

3) 從運營模式來看，國外的銜接類跨座式單軌與國內(nèi)單一的專用型或復(fù)合型[10]機(jī)場線不同，不僅開行多種類型的列車滿足多樣化的出行需求，同時通過樞紐為乘客換乘至其他交通方式提供便利；部分骨干類與加密類線路通過在車站設(shè)置專門的汽車或自行車停車場，促進(jìn)跨座式單軌與其他交通方式的便捷換乘。

4 建議

對我國發(fā)展跨座式單軌提出以下建議：

1) 跨座式單軌目前尚未得到規(guī)模性應(yīng)用，甚至存在被拆除的案例或爭議，主要由于線路客流需求與系統(tǒng)能力供給不匹配而導(dǎo)致的成本效益不佳。因此，在前期規(guī)劃階段應(yīng)充分深化跨座式單軌系統(tǒng)與通道客流的適應(yīng)性研究，避免開通運營后出現(xiàn)因供需不匹配而導(dǎo)致的能力利用率低、客流效益差的情況。

2) 目前國內(nèi)外暫無跨座式單軌與其他制式互聯(lián)互通的案例，經(jīng)驗表明：可通過接入樞紐的形式促進(jìn)跨座式單軌與城市綜合交通網(wǎng)絡(luò)的融合，為乘客在不同交通方式之間提供無縫換乘服務(wù)；同時，結(jié)合功能定位，以滿足客流多樣化需求為導(dǎo)向運用運輸組織模式，為出行者提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

3) 近年來，我國通過“引進(jìn)、消化、吸收”建立起一套跨座式單軌的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[11]，同時實現(xiàn)了跨座式單軌技術(shù)自主化。但由于車輛技術(shù)尚未標(biāo)準(zhǔn)化，各廠家產(chǎn)品互不兼容。在跨座式單軌尚未規(guī)模化應(yīng)用且尚未標(biāo)準(zhǔn)化的背景下需要注意邊際成本過高的問題。