刘俊 · 中铁工程设计咨询集团有限公司单轨中心主任
北京市院士专家工作站成果交流专场｜2023年 北京
大家好，我是刘俊，今天想讲讲我们在城市轨道交通这一块的一些思考。城市轨道交通大家都很了解，它能够解决城市的交通拥堵，能够带动沿线的物业开发，能够拓展我们城市格局等等，好处多多。近几年，我们国家平均每年在城轨领域的投资是多少？5000亿。所以，城市轨道交通也是我们国家基础建设里面非常重要的组成部分。从20世纪60年代北京开始建第一条城轨，随着我国城镇化进程的加快，一直到现在，城轨的运营里程已经达到1万公里，全世界排第一，是当之无愧的城轨大国。大家可以看表格里面，中国城轨里地铁的占比是多少呢？80%。我可以告诉大家，全世界地铁占比多少？40%。为什么我们要高出一倍？这就是今天我重点想跟大家分享的。我们国家目前地铁占比高，是因为在我国城镇化的进程中，轨道交通主要是在超大城市、特大城市和I型大城市这种运量需求比较大的地方建设，所以选择的制式都是以地下敷设为主的地铁系统。地铁大家都知道，建起来是属于比较烧钱的。像北上广深这些城市，建设地铁大概一公里的花费是十几亿，省会城市大概一公里是在8亿左右。拿北京地铁来说，目前运营里程800公里，按保守的10亿每公里来算的话，也就是说北京市现在投资了8000亿在建设地铁方面。2022年北京地铁运营成本 | 基于唐俊（界面新闻）修改， 数据来源各家公司官网
那运营要花多少钱呢？现在地铁每公里每年的运营费大概是在1000多万。根据2022年的数据来看，北京地铁的运营成本是170亿，乘坐人次是12亿，平均下来以后，乘客坐一趟的运营成本是多少钱？14块钱。但是，现在我们平常坐一趟北京地铁的花销大概是5块钱左右。建设期不仅要掏大把的钱，在运营期还要投入补贴。这就面临着什么呢？在需求端，政府希望让老百姓更加绿色、便捷地出行；而在供给端，政府又需要承受这么大的财政压力。这个矛盾怎么来解决？实际上，这个就是我们一直在思考的问题。
在我们工程界有一个大致的概念：1公里的隧道可以修3公里的桥；1公里的桥可以修3公里的路基。因此如果要减投资，那就要把地下敷设射方式改成用桥架起来，变成高架的敷设方式。这也是国家一系列的政策所鼓励的，叫因地制宜、量力而行。所以现在的原则是，如果地铁满足架桥的条件，就架起来。轻轨尽量架桥，不要走地下。实际上核心的逻辑就在这里。左：地下敷设 | 中：高架敷设 | 右：地面敷设
那么我们要问了，为什么现在我们看见城市里面在建的大部分还都是地铁？两方面原因：第一，地铁虽贵，但地铁确实好。怎么说？地铁充分利用了地下的空间，把整个地面以上留给城市自由地发展。那高架便宜为什么不用？说明高架有它不好的地方。那高架不好又在哪里？我们总结在三方面：景观差、噪声大、振动大，比如北京的高架地铁，八通线、13号线，大家都有切身的感触。造成这些最根本的原因是什么？是因为它的走行方式是钢的轮子在钢的轨道上行走，属于铁碰铁，它必然振动大、噪音大。所以高架建起来以后，就需要在桥的两边设置一个1米多到2米的声屏障，来阻隔噪声振动对老百姓的影响。设置声屏障以后，再加上结构本身的高度，从远处看整个就像一面墙，景观不好。包括为了保证供电，还需要在上面梳个“小辫子”。所以说这就导致当变成桥梁以后，老百姓都不愿意。轨道交通前期在审批的时候，有一个前置的手续叫公参（环境影响评价和社会稳定风险评价公参）。公参是什么？就是我得沿线征求一下老百姓的意见，他们要投票表态同意不同意。一般老百姓一听，在我家门前修个桥？反对，不同意。所以说政府很难，既要让老百姓便捷地出行，还要去满足沿线百姓的要求，得用上比较贵的制式。所以要怎么解决这个问题办呢？我们想，一定要改变高架系统的走行方式。现在全世界走行方式分哪几种呢？第一个就是钢轮钢轨，也就是目前我们的高铁、地铁，包括有轨电车主要用的。第二种走行方式是胶轮，就是橡胶轮胎走在混凝土的桥面或者说钢结构的桥面上，大家可以想象成是大一号的汽车在空中走。第三种走行方式就是磁浮系统，通过磁力把列车抬起来大概8毫米左右。从走行方式大家就能知道，像胶轮系统跟磁浮系统必然噪声要小、震动要小。对于胶轮系统，它的供电系统是在车辆跟桥梁之间挡着的，平时看不见，所以说结构上也比较美观。正是因为这样，我们把目标锁定在了胶轮走行系统，也就是单轨系统。实际上，刚才跟大家分享的，也是2013年国家发改委委托我们做的一个课题——轻轨适应性研究。因为国家已经意识到，城轨要可持续发展，如果继续花这么大代价去做的话，确实对于各个城市来讲压力太大了。再简单地跟大家介绍一下什么是单轨。这种制式是20世纪20年代的时候由英国人先发明并锁定专利的，甚至那个时候的动力还是用马来拉的。到60年代，欧洲、日本把单轨用到了城市轨道交通当中。截至目前，我们整个单轨的技术体系都是在那个时候建立的。
单轨有三大核心技术：第一就是车辆，我们是给车修路的，所以说车必然是核心。第二个就是轨道梁桥。为什么轨道梁桥是核心？因为它不仅仅作为承重结构，同时它还是车辆运行的轨道。承重结构的精度控制是厘米级，而轨道的精度控制要求是毫米级。大家想一想，要把一个混凝土结构做到毫米级的精度控制，这个就是难度所在。第3个核心技术就是道岔。这个道岔跟普通的钢轮钢轨的道岔完全不一样，实际上它也是梁，是一个机电一体化的设备。我们国家单轨的创新分两个阶段，第一个阶段就是在重庆打造的我国第一个单轨城市。重庆当时引进日本日立的技术，在那个技术的基础上消化、吸收、再创新。当时重庆轨道集团的董事长仲建华带领着我们克服了种种难关。这里跟大家举几个小例子。比如说车辆，当时日本卖给我们一节车多少钱？1000多万。我们中车长客厂的同仁们最终国产化以后，给它降到了1000万以下一节。然后看这个轨道梁，当时日本的专家来跟我们说这个梁的制造方法的时候，那都是一脸的自豪，满心觉得我们是做不出毫米级精度控制的。但是我们不仅做出来了，还提出了优化方案。当时我们集团副总工雷慧峰去跟日本专家交流我们的优化方案时，他们一开始一脸不屑，不相信我们还能够去优化他们的方案。但是最终汇报交流完以后，日本人竖起大拇指，承认我们优化过的方案比他们的方案要好。再说这个道岔，日本人一开始卖给我们道岔多少钱一组？2800多万，将近3000万。最终我们国产化以后，降到了1000多万一组。所以说中国制造的强大就在于我们引进消化吸收再创新的能力很强，能够把很多在国外卖的很贵的设备，以便宜的价格做出来，满足我们生产生活的需要。重庆现在已经运营了20年，效果很好，零投诉。并且作为单轨系统，获得了国家环保部颁发的轨道交通系统里面唯一一个环境友好奖。正是因为重庆的成功实践，以及我们做完国家发改委的课题后，发现确实要给城市提供一个高架的解决方案。因此，我们集团成立了单轨中心，成立了院士专家工作站，集中力量来做这件事。怎么样能够在重庆实践的基础上，把景观做得更好，把投资做得更低？目前能够看得见的可改进的地方有车辆、车站，以及区间的这些轨道梁桥。先说车辆，这是我们引进的另外一套加拿大庞巴迪技术体系，在这个基础上，中车浦镇厂的同仁们进行了消化、吸收再创新。车辆整体加了流线型的设计，更加轻盈、简洁，真正地将轨道交通打造成一个移动的风景线，让老百姓感觉它既是轨道交通，又是一个美观的、跟城市融于一体的交通设施。然后是车站，老百姓嫌弃高架的一个原因就是它的车站。车站体量都很大，并且现在的结构方式是三排柱子，架在路中、路侧的绿化带，上面再来两层车站，开车从下面走的时候很压抑。同时上面隔着一块板，离得远了看像是一块大疙瘩，很不美观。我们正是基于这些原因，跟清华大学聂建国院士团队一起合作，探索如何将钢混组合体系应用于车站设计。我们研发了两三年，成功地把三排柱子减到了一排柱子，使得整个结构轻盈了很多，这样跟城市的景观融合性也更好。同时，我们的装配化率还提高到80%多。这样提高的好处是什么？现在正常情况下车站施工，围挡一围都要围个四五年，给老百姓带来极大不便。提高后，一两年就可以干完了，更快地把马路释放出来供大家使用。
第三个创新点就在桥梁。重庆22米的简支梁，我们给它改成了3×30米的连续钢构。为什么要改？在城市的高架系统中，从景观来看，一般桥墩的高度是8到10米，其最好看的跨度是30米，所以说我们选择了30米。那为什么体系从简支体系变成连续钢构？变成连续钢构以后，3×30米，也就是90米才有一个缝。老百姓在乘坐的时候，列车90米才过一个缝，大大提高了舒适度。同时，这种结构体系把投资又20%-30%。再说道岔。刚刚我说了，之前重庆的道岔在国产化后降到了1000多万。因为我们一直想着降投资，于是又研发了一种新的结构体系，现在降到了多少呢？价格直接降到了300万一组。所有的这些创新，最终用到了芜湖的跨座式单轨中。目前运行了2年，可以跟大家汇报一下整个的成本。它的基本建设费加车辆购置费是2亿，整个的综合成本全部算下来是2.8亿，还不到3亿。运营成本大概也就每公里五六百万元。所以，这就给城市轨道交通发展又提供了一个新的选择。第一个方向，智慧。新一代的信息技术，正在深刻地影响着我们的生产和生活方式。所以现在我们各行各业要想的，不仅仅是拥抱新一代信息技术，而是要怎么样助力我们国家在第四次工业革命中超车。中国城市轨道交通协会在2020年的时候发布了智慧城轨发展纲要，指导整个城市轨道交通怎么跟新一代信息技术来跨界融合。第二个方向就是绿色。实际上，“双碳”是我国对全世界的郑重承诺，各个行业都需要去践行它，对于城轨行业也是一样。中国城市轨道交通协会在2022年发布了绿色城轨的行动指南。实际上对于城轨来说，它本身这种公共交通就已经是一种绿色出行的方式。所以我们现在要考虑的是什么？从规划、建设到运营的全生命周期里面，怎么样能够在各个环节减少碳排放量。在这里我就不展开了。智慧跟绿色，肯定不是某一个行业、某一个单位能够做出来的，而是各个行业、各个单位一起跨界融合才能做出来。在此也感谢北京市科学技术协会这个平台，能够给我们各个企业搭建技术交流的平台和桥梁，让我们能够一同携手创新！
来源：格致论道讲坛
编辑：余荫铠
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