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行為主的城市鐵路系統(tǒng)或捷運系統(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，可能也會有地面化的路段存在，因此通常涵蓋了都會地區(qū)各種地下與地面上的高密度交通運輸系統(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，認識時間較晚，概念上有些誤區(qū)。有人認為城市軌道交通中，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；還有人認為輕軌的鋼軌重量比地鐵輕，這兩種認識都是錯誤的。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。為了增強軌道的穩(wěn)定性，減少養(yǎng)護和維修的工作量，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毫米的國際標準雙軌作為列車軌道，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。按照國際標準，城市軌道交通列車可分為A、B、C三種型號，分別對應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?？缱絾诬壗煌ǖ能囕v要騎跨在單軌上快速運行（設計速度可達 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行時的平衡和穩(wěn)定性。為滿足車輛運行的安全、平穩(wěn)、舒適要求，除車輛本身的技術外，還應解決運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)采用預應力混凝土軌道梁（簡稱 PC 軌道梁），使預應力混凝土梁在線形上滿足列車快速運行的要求，其難度遠遠大于鋼軌軌道。與軌道相類似，跨座式單軌的道岔也應是梁式結構，如何保證梁式道岔的承載、線形、移動、鎖定和信息反饋，滿足列車運行的要求也是需要研究解決的技術關鍵。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鍵技術。

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)布設以主客流方向為主，均通過城區(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，同時能滿足城區(qū)與外圍組團交通聯(lián)系的需要。軌道交通1、2、3號線為骨干線，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)濟實力和相關條件，在建項目適宜采用造價相對低廉的地面高架型式。鑒于"山城"地形條件，軌道線路會有許多陡坡急彎，選用的交通制式性能必須與之相適應，且對城市景觀和環(huán)境影響較小。為此，在充分論證的基礎上，重慶市決定首建的2號線采用跨座式單軌交通。

　　邁出步的艱辛

　　當然領跑于全中國的重慶地鐵，面臨的困難也是前所未有的。當時跨座式單軌交通建設在我國尚屬首次，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技術。預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軌道梁制造及架設安裝、軌梁一體的道岔和轉轍電控系統(tǒng)、車輛對轉向架輕量化結構的要求，被稱為重慶單軌的三大技術關鍵，也是三大攻堅難題。

　　以早落成的重慶輕軌2號線為例，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18座車站（地下車站3座）。整個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只有2.47億元/km,全線平均綜合造價約2.3億元/km,僅為我國地鐵造價的1/2~1/3.

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

　　其中，預制預應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)中三項關鍵性技術裝備之首，不僅對保障系統(tǒng)安全運行有著至關重要的影響，而且技術復雜、制作難度大。它不僅是承受列車荷載的承重結構，也是車輛走行的軌道，同時又是供電、信號、通信等纜線的載體。梁體內外需預埋或附裝各種功能的纜線及梁體的連接構件，構造相當復雜。為保證行車安全和乘客舒適，軌道梁的制作質量和要求都十分高。然而中國人的學習速度和創(chuàng)新速度從來都不輸于人。

　　經(jīng)過10年的風雨無阻、孜孜以求，國內50多家科研、設計、技術開發(fā)和企業(yè)單位的參與，近千名資深和工程技術人員的努力，重慶地鐵終于走完了國產化之路，將成果全部轉化到重慶2號線地鐵工程之中?，F(xiàn)在2號線已經(jīng)建成，1、3號線正在緊張施工中。預計2011年左右，由1、2、3號線組成的"大"字形線網(wǎng)骨架將會落成，運營里程可達70 km,初步緩解城區(qū)交通擁擠狀況。

　　為解決地鐵2號線現(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"高預應力混凝土軌道曲梁現(xiàn)場現(xiàn)澆制造綜合技術",其大跨度、小半徑軌道梁高線性控制技術達到了國際先進水平，建設高達3‰，完全滿足高架主體結構的技術指標。此外，長春客車廠通過技術引進，已經(jīng)基本掌握了單軌車輛的生產技術。除日本進口2列（8輛）樣車外，其余車輛全部由國內生產。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壁壘，有實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，其單向每小時可運送4萬至6萬人次。在地鐵發(fā)展的100多年時間里，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，機電設備復雜、繁多，而且位置分散，其可靠運行是地鐵安全運營的前提條件。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。把這些機電設備納入統(tǒng)一的BAS系統(tǒng)進行智能化的管理，是保障其可靠、綠色的有效的方法。

　　BAS系統(tǒng)（Building Automation System），即"環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)",主要是調節(jié)車站的環(huán)境參數(shù)，為乘客提供一個安全舒適的乘車環(huán)境，同時，滿足緊急狀態(tài)下的報警、防災等的控制需求，是車站自動化系統(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)境下的照明設備、通風空調設備、給排水設備、自動電扶梯設備、防煙防火設備等，并使這些設備自動協(xié)調運行。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可以減少整個系統(tǒng)的風險，提高總體安全性，因此重慶地鐵2、3號線中西門子產品作為控制，掌控重慶地鐵的BAS"方程式".并且，重慶單軌嘗試將FAS（防災報警系統(tǒng)）和BAS兩系統(tǒng)在車站級通過WinCC進行集成，創(chuàng)造性的利用成熟技術，在系統(tǒng)整合方面進行創(chuàng)新。這樣便于信息的傳遞和共享，增加系統(tǒng)的實用性，更加滿足運營的需求。

　　例如，重慶輕軌2號線采用西門子公司的PLC-WinCC系統(tǒng)對地下站環(huán)控系統(tǒng)進行監(jiān)控，實現(xiàn)對車站的給排水設備、應急電源、屏蔽門系統(tǒng)等進行監(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遠程I/O作為BAS系統(tǒng)的現(xiàn)場設備，冗余PLC通過Profibus雙總線與ET200M實現(xiàn)連接。冗余PLC實現(xiàn)車站BAS的總體控制、模式控制。在每個車站另外配置了若干個從控制器，選用的PLC是西門子的S7 313C,主要監(jiān)控小系統(tǒng)設備和其它如冷水機組、事故照明、普通照明等設備。

　　地鐵線路BAS系統(tǒng)以車站作為基本單位的，即每個車站構成一個相對獨立的控制系統(tǒng)用于監(jiān)控本車站的相關機電設備，車站BAS主要完成對站內機電設備的點動控制、設備聯(lián)動連鎖控制、系統(tǒng)級控制、時間表控制等功能。同時，車站BAS系統(tǒng)自身具有實時監(jiān)視、操作和報警記錄、定期歸檔和報表等基本功能。此外，站級BAS系統(tǒng)通過全線骨干網(wǎng)絡實現(xiàn)與控制中心（OCC,Operate Control Center）的數(shù)據(jù)交換，上傳相關監(jiān)控數(shù)據(jù)，同時接受控制中心下發(fā)的控制指令、時間表、控制全線。防災報警系統(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個車站、控制中心大樓、車輛段）設置。FAS系統(tǒng)除承擔火災報警任務外，還對自動扶梯運行及故障狀態(tài)進行監(jiān)視，對照明系統(tǒng)（高架站）8個回路的開、關進行控制和監(jiān)視。

　　車站BAS系統(tǒng)的控制方式主要包括正常運行狀態(tài)下的電動控制、時間表控制，兩種控制方式彼此獨立，優(yōu)先級不同。通常情況下系統(tǒng)按照時間表模式自動運行，當發(fā)生火災時，BAS系統(tǒng)自動切換到對應的火災模式運行，相應的火災模式根據(jù)FAS發(fā)來的相關火災信息進行自動控制。西門子的工程師們在深入全面的了解地鐵內各種機電設備如何工作的前提下，通過自動化系統(tǒng)對這些設備進行科學高效的監(jiān)控管理，成為了確保地鐵安全的關鍵因素。在發(fā)生火災事故或列車阻塞時，地鐵的智能化的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時地獲取事故信息，并且指揮機電設備做出迅速的反應，根據(jù)著火點位置或列車阻塞位置自動調度，進行通風排煙，引導人員疏散，極大地提高地鐵運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，實現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動以提高地鐵運營的安全性，改進了系統(tǒng)之間的協(xié)調，提高了應急處理能力，避免發(fā)生不必要的操作錯誤，降低了勞動強度。考慮到設備種類繁多，BAS系統(tǒng)采用標準的、開放的Profibus通訊協(xié)議，既易于工程化實施，又便于維護。整個系統(tǒng)選用統(tǒng)一的、優(yōu)化的和無比"扎實"的西門子硬件平臺，維修及維護成本顯著降低。重慶地鐵BAS系統(tǒng)真正做到了集中管理、集中維護、方便擴充，達到了地鐵的運行管理控制決策水平和事故應變能力得以提升這個夢寐以求的高度。

　　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，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)的建設和運營，擴大了我國城市軌道交通建設在交通制式上的選擇范圍，為我國的單軌交通系統(tǒng)建設積累了寶貴的經(jīng)驗。