中國單軌蛟龍

　　地下鐵道，簡稱地鐵，亦簡稱為地下鐵，狹義上專指在地下運(yùn)行為主的城市鐵路系統(tǒng)或捷運(yùn)系統(tǒng)；但廣義上，由于許多此類的系統(tǒng)為了配合修筑的環(huán)境，可能也會(huì)有地面化的路段存在，因此通常涵蓋了都會(huì)地區(qū)各種地下與地面上的高密度交通運(yùn)輸系統(tǒng)。

　　隨著中國城市的發(fā)展，一些大中型城市已開通或正在建設(shè)地鐵和輕軌，普通民眾由于對城市軌道交通系統(tǒng)接觸較少，認(rèn)識(shí)時(shí)間較晚，概念上有些誤區(qū)。有人認(rèn)為城市軌道交通中，在地面以下行駛的叫地鐵，在地面或高架上行駛的就是輕軌；還有人認(rèn)為輕軌的鋼軌重量比地鐵輕，這兩種認(rèn)識(shí)都是錯(cuò)誤的。城市軌道交通分為地鐵和輕軌兩種制式，地鐵和輕軌都可以建在地下、地面或高架上。為了增強(qiáng)軌道的穩(wěn)定性，減少養(yǎng)護(hù)和維修的工作量，增大回流斷面和減少雜散電流，地鐵和輕軌都選用軌距為1435毫米的國際標(biāo)準(zhǔn)雙軌作為列車軌道，與國鐵列車選用的軌道規(guī)格相同，并沒有所謂的鋼軌重量輕重之分。大連輕軌劃分兩者區(qū)別的依據(jù)是所選用列車的規(guī)格。按照國際標(biāo)準(zhǔn)，城市軌道交通列車可分為A、B、C三種型號(hào)，分別對應(yīng)3米、2.8米、2.6米的列車寬度。凡是選用A型或B型列車的軌道交通線路稱為地鐵，采用5~8節(jié)編組列車；選用C型列車的軌道交通線路稱為輕軌（上海軌道交通8號(hào)線除外），采用2~4節(jié)編組列車，列車的車型和編組決定了車軸重量和站臺(tái)長度。

　　與一般的軌道交通相比，跨座式單軌交通有很大的特殊性，除供電方式、通信、信號(hào)系統(tǒng)與一般軌道交通有所區(qū)別外，主要反映在車輛、軌道和道岔等方面。跨座式單軌交通的車輛要騎跨在單軌上快速運(yùn)行（設(shè)計(jì)速度可達(dá) 80 km/h），而又不影響乘客的安全性和舒適感，突出的問題是要解決車輛運(yùn)行時(shí)的平衡和穩(wěn)定性。為滿足車輛運(yùn)行的安全、平穩(wěn)、舒適要求，除車輛本身的技術(shù)外，還應(yīng)解決運(yùn)行軌道的安全和線形問題。單軌交通系統(tǒng)的軌道采用梁式軌道，目前多數(shù)采用預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁（簡稱 PC 軌道梁），使預(yù)應(yīng)力混凝土梁在線形上滿足列車快速運(yùn)行的要求，其難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼軌軌道。與軌道相類似，跨座式單軌的道岔也應(yīng)是梁式結(jié)構(gòu)，如何保證梁式道岔的承載、線形、移動(dòng)、鎖定和信息反饋，滿足列車運(yùn)行的要求也是需要研究解決的技術(shù)關(guān)鍵。因此，車輛、PC 軌道梁和道岔并稱為跨座式軌道交通的三大關(guān)鍵技術(shù)。

表1:普通輕軌與單軌地鐵的對比

　　重慶軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃由"九線一環(huán)"共10條線組成。線網(wǎng)布設(shè)以主客流方向?yàn)橹鳎ㄟ^城區(qū)或從城區(qū)出發(fā)。9條放射線，可滿足城區(qū)發(fā)展對軌道交通的需求，同時(shí)能滿足城區(qū)與外圍組團(tuán)交通聯(lián)系的需要。軌道交通1、2、3號(hào)線為骨干線，在城區(qū)形成"大"字形線網(wǎng)骨架，3條線總長146 km.根據(jù)重慶市目前的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和相關(guān)條件，在建項(xiàng)目適宜采用造價(jià)相對低廉的地面高架型式。鑒于"山城"地形條件，軌道線路會(huì)有許多陡坡急彎，選用的交通制式性能必須與之相適應(yīng)，且對城市景觀和環(huán)境影響較小。為此，在充分論證的基礎(chǔ)上，重慶市決定首建的2號(hào)線采用跨座式單軌交通。

　　邁出步的艱辛

　　當(dāng)然領(lǐng)跑于全中國的重慶地鐵，面臨的困難也是前所未有的。當(dāng)時(shí)跨座式單軌交通建設(shè)在我國尚屬首次，世界上只有美國、日本、馬來西亞等少數(shù)國家擁有高架單軌這種交通工具和生產(chǎn)技術(shù)。預(yù)制混凝土單軌線路與通常的"鋼軌"線路在施工工藝及其裝備上完全不同，差異極大。特別是三維空間受力的PC軌道梁制造及架設(shè)安裝、軌梁一體的道岔和轉(zhuǎn)轍電控系統(tǒng)、車輛對轉(zhuǎn)向架輕量化結(jié)構(gòu)的要求，被稱為重慶單軌的三大技術(shù)關(guān)鍵，也是三大攻堅(jiān)難題。

　　以早落成的重慶輕軌2號(hào)線為例，東起市區(qū)商業(yè)中心較場口，西至大渡口區(qū)鋼鐵基地新山村，全長19 km（高架16.5 km,地下2.5 km），設(shè)18座車站（地下車站3座）。整個(gè)線路的縱斷面起伏很大，有10處大于40‰的坡度（其中5處接近50‰），全線30‰以上的坡道長度占線路總長35%.此外，一期工程的綜合造價(jià)只有2.47億元/km,全線平均綜合造價(jià)約2.3億元/km,僅為我國地鐵造價(jià)的1/2~1/3.

表2:重慶跨座式單軌交通系統(tǒng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

　　其中，預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌道梁（簡稱PC軌道梁）是跨座式單軌交通系統(tǒng)中三項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)裝備之首，不僅對保障系統(tǒng)安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響，而且技術(shù)復(fù)雜、制作難度大。它不僅是承受列車荷載的承重結(jié)構(gòu)，也是車輛走行的軌道，同時(shí)又是供電、信號(hào)、通信等纜線的載體。梁體內(nèi)外需預(yù)埋或附裝各種功能的纜線及梁體的連接構(gòu)件，構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜。為保證行車安全和乘客舒適，軌道梁的制作質(zhì)量和要求都十分高。然而中國人的學(xué)習(xí)速度和創(chuàng)新速度從來都不輸于人。

　　經(jīng)過10年的風(fēng)雨無阻、孜孜以求，國內(nèi)50多家科研、設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)和企業(yè)單位的參與，近千名資深和工程技術(shù)人員的努力，重慶地鐵終于走完了國產(chǎn)化之路，將成果全部轉(zhuǎn)化到重慶2號(hào)線地鐵工程之中。現(xiàn)在2號(hào)線已經(jīng)建成，1、3號(hào)線正在緊張施工中。預(yù)計(jì)2011年左右，由1、2、3號(hào)線組成的"大"字形線網(wǎng)骨架將會(huì)落成，運(yùn)營里程可達(dá)70 km,初步緩解城區(qū)交通擁擠狀況。

　　為解決地鐵2號(hào)線現(xiàn)場大跨度（30-40m）軌道梁的需要，重慶市軌道交通總公司采用了"高預(yù)應(yīng)力混凝土軌道曲梁現(xiàn)場現(xiàn)澆制造綜合技術(shù)",其大跨度、小半徑軌道梁高線性控制技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，建設(shè)高達(dá)3‰，完全滿足高架主體結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo)。此外，長春客車廠通過技術(shù)引進(jìn)，已經(jīng)基本掌握了單軌車輛的生產(chǎn)技術(shù)。除日本進(jìn)口2列（8輛）樣車外，其余車輛全部由國內(nèi)生產(chǎn)。這也促使世界的地鐵格局發(fā)生根本性的變化，重慶成功跨越了過去的技術(shù)壁壘，有實(shí)力融入性的競爭和角逐。

　　BAS和FAS系統(tǒng)的集成

　　現(xiàn)代城市中，地鐵是人流為密集的公共場所，其單向每小時(shí)可運(yùn)送4萬至6萬人次。在地鐵發(fā)展的100多年時(shí)間里，每幾年亞洲國家就有重大的意外發(fā)生。在這鋼筋水泥的迷宮中，機(jī)電設(shè)備復(fù)雜、繁多，而且位置分散，其可靠運(yùn)行是地鐵安全運(yùn)營的前提條件。況且能源作為地鐵經(jīng)營中的重要成本，節(jié)能問題直接影響到地鐵經(jīng)營的效果。把這些機(jī)電設(shè)備納入統(tǒng)一的BAS系統(tǒng)進(jìn)行智能化的管理，是保障其可靠、綠色的有效的方法。

　　BAS系統(tǒng)（Building Automation System），即"環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)",主要是調(diào)節(jié)車站的環(huán)境參數(shù)，為乘客提供一個(gè)安全舒適的乘車環(huán)境，同時(shí)，滿足緊急狀態(tài)下的報(bào)警、防災(zāi)等的控制需求，是車站自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要組成部分和控制部分。BAS系統(tǒng)主要是監(jiān)控車站環(huán)境下的照明設(shè)備、通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、自動(dòng)電扶梯設(shè)備、防煙防火設(shè)備等，并使這些設(shè)備自動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。由于地鐵系統(tǒng)規(guī)模一般非常的大，采用成熟且可靠的技術(shù)可以減少整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高總體安全性，因此重慶地鐵2、3號(hào)線中西門子產(chǎn)品作為控制，掌控重慶地鐵的BAS"方程式".并且，重慶單軌嘗試將FAS（防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）和BAS兩系統(tǒng)在車站級通過WinCC進(jìn)行集成，創(chuàng)造性的利用成熟技術(shù)，在系統(tǒng)整合方面進(jìn)行創(chuàng)新。這樣便于信息的傳遞和共享，增加系統(tǒng)的實(shí)用性，更加滿足運(yùn)營的需求。

　　例如，重慶輕軌2號(hào)線采用西門子公司的PLC-WinCC系統(tǒng)對地下站環(huán)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對車站的給排水設(shè)備、應(yīng)急電源、屏蔽門系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)視控制。車站級BAS系統(tǒng)，在兩端各配置了1套西門子的冗余PLC 414H作為車站BAS系統(tǒng)的控制器，選用了ET200M遠(yuǎn)程I/O作為BAS系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備，冗余PLC通過Profibus雙總線與ET200M實(shí)現(xiàn)連接。冗余PLC實(shí)現(xiàn)車站BAS的總體控制、模式控制。在每個(gè)車站另外配置了若干個(gè)從控制器，選用的PLC是西門子的S7 313C,主要監(jiān)控小系統(tǒng)設(shè)備和其它如冷水機(jī)組、事故照明、普通照明等設(shè)備。

　　地鐵線路BAS系統(tǒng)以車站作為基本單位的，即每個(gè)車站構(gòu)成一個(gè)相對獨(dú)立的控制系統(tǒng)用于監(jiān)控本車站的相關(guān)機(jī)電設(shè)備，車站BAS主要完成對站內(nèi)機(jī)電設(shè)備的點(diǎn)動(dòng)控制、設(shè)備聯(lián)動(dòng)連鎖控制、系統(tǒng)級控制、時(shí)間表控制等功能。同時(shí)，車站BAS系統(tǒng)自身具有實(shí)時(shí)監(jiān)視、操作和報(bào)警記錄、定期歸檔和報(bào)表等基本功能。此外，站級BAS系統(tǒng)通過全線骨干網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與控制中心（OCC,Operate Control Center）的數(shù)據(jù)交換，上傳相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)接受控制中心下發(fā)的控制指令、時(shí)間表、控制全線。防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）按中央級與車站級2級監(jiān)控管理。該系統(tǒng)在全線車站級（含18個(gè)車站、控制中心大樓、車輛段）設(shè)置。FAS系統(tǒng)除承擔(dān)火災(zāi)報(bào)警任務(wù)外，還對自動(dòng)扶梯運(yùn)行及故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對照明系統(tǒng)（高架站）8個(gè)回路的開、關(guān)進(jìn)行控制和監(jiān)視。

　　車站BAS系統(tǒng)的控制方式主要包括正常運(yùn)行狀態(tài)下的電動(dòng)控制、時(shí)間表控制，兩種控制方式彼此獨(dú)立，優(yōu)先級不同。通常情況下系統(tǒng)按照時(shí)間表模式自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，BAS系統(tǒng)自動(dòng)切換到對應(yīng)的火災(zāi)模式運(yùn)行，相應(yīng)的火災(zāi)模式根據(jù)FAS發(fā)來的相關(guān)火災(zāi)信息進(jìn)行自動(dòng)控制。西門子的工程師們在深入全面的了解地鐵內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備如何工作的前提下，通過自動(dòng)化系統(tǒng)對這些設(shè)備進(jìn)行科學(xué)高效的監(jiān)控管理，成為了確保地鐵安全的關(guān)鍵因素。在發(fā)生火災(zāi)事故或列車阻塞時(shí)，地鐵的智能化的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)地獲取事故信息，并且指揮機(jī)電設(shè)備做出迅速的反應(yīng)，根據(jù)著火點(diǎn)位置或列車阻塞位置自動(dòng)調(diào)度，進(jìn)行通風(fēng)排煙，引導(dǎo)人員疏散，極大地提高地鐵運(yùn)營的智能化和安全性。

　　集成之后的BAS與FAS系統(tǒng)滿足了更高的要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)以提高地鐵運(yùn)營的安全性，改進(jìn)了系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)，提高了應(yīng)急處理能力，避免發(fā)生不必要的操作錯(cuò)誤，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。考慮到設(shè)備種類繁多，BAS系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的Profibus通訊協(xié)議，既易于工程化實(shí)施，又便于維護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)選用統(tǒng)一的、優(yōu)化的和無比"扎實(shí)"的西門子硬件平臺(tái)，維修及維護(hù)成本顯著降低。重慶地鐵BAS系統(tǒng)真正做到了集中管理、集中維護(hù)、方便擴(kuò)充，達(dá)到了地鐵的運(yùn)行管理控制決策水平和事故應(yīng)變能力得以提升這個(gè)夢寐以求的高度。

　　我國大中城市現(xiàn)代化改造為發(fā)展單軌交通創(chuàng)造了良機(jī)，目前，幾乎所有的大城市都在重新審定城市總體規(guī)劃，以中心城市為，發(fā)展分散組團(tuán)式的城市布局已成趨勢。為此，不僅需要解決中心城的交通問題，還要解決中心城與邊緣集團(tuán)及衛(wèi)星城間、衛(wèi)星城與衛(wèi)星城間的交通，這就為單軌交通的發(fā)展提供了客觀需求。重慶市單軌交通系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營，擴(kuò)大了我國城市軌道交通建設(shè)在交通制式上的選擇范圍，為我國的單軌交通系統(tǒng)建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。