文：冯爱军，梁帅文丨北京城建设计发展集团股份有限公司
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通过多年来对我国城市轨道交通中低运能系统的探索，本文分析了有轨电车、导轨式胶轮系统、电子导向胶轮系统等低运能系统在各系统技术创新方面的研究与发展脉络，以及其在引导城市发展、公交融合、技术创新等方面的积极作用。在绿色低碳国家战略背景下，城市轨道交通低运能系统应明晰其公益事业特征，发挥其低碳排优势，通过科学规划、合理选型、低碳建造、技术创新措施，实现低运能轨道交通降本增效、可持续健康发展。
20世纪80年代起，我国相关单位一直在研究、探索一种适合中国国情的经济适用型城市轨道交通系统。我国城市轨道交通中低运能系统的研究始于轻轨，而作为低运能轻轨系统的现代有轨电车（以下简称有轨电车）项目在近二十年得以在多地建设，继而出现导轨胶轮式胶轮系统、电子导向胶轮系统、中低速磁浮交通和新一代悬挂式单轨系统的应用实践，技术创新贯穿了城市轨道交通低运能系统（以下简称：低运能系统）的发展。
目前，低运能系统按照“运输”方面的研究也会被称为低运量系统。据《城市公共交通工程术语标准》（CJJ/T119-2008）将运量分级为：常规公交(<1.0万人次/小时)、中运量公交(1万人次/小时至3万人次/小时)和大运量公交(>3万人次/小时)。经研究核算，有轨电车、导轨式胶轮系统的运能可达到12000人次/小时。因此，本文所研究的低运能系统是介于常规公交和中运量公交之间、运量在5000人次/小时至12000人次/小时的一种公共交通系统。
一、持续技术研发伴随低运能系统的发展
1983年，国家“四部一委”（建设部、交通部、机械部、公安部、国家计委）在长春召开“全国城市交通发展战略研讨会”，会上第一次提出了“轻轨”的概念，意在研究一种介于普通公交和地铁之间的新型轨道交通系统，并确定长春为试点城市之一。
“七五”期间，国家设立了“城市轻轨交通系统成套技术”的研究课题，为统一技术和装备标准，编制了《城市轻轨交通工程设计指南》。
1995年，北京城建设计研究院与艾波比集团公司和德国汉堡咨询公司共同开展了关于集成化立体轻轨交通-ILRT（Integrated Light Rail Transit）的研究，意在研究推广一种运量在10000人次/小时至30000人次/小时的见效快、造价低的经济适用型中低运能系统，以解决当时面临的修建地铁造价高、建设资金筹集困难问题，编制并发布了《中国城市ILRT系统标准研究报告》。
“九五”期间，70%低地板轻轨车辆的关键技术列为“九五”国家科技计划的重点攻关项目，由湘潭电机厂研制成功。
2006年起，“十一五”国家科技支撑计划重点项目“新型城市轨道交通技术”（2006BAG02B00）是首个系统研究城市轨道交通关键技术的国家级课题，由施仲衡院士和黄卫院士领衔，北京城建设计研究总院牵头、139个单位参研，在规划、标准及装备方面对轻轨系统进行了研究，项目成果包括发布了《轻轨交通设计标准》（GB/T51263-2017），并研制成功第一列国产100%低地板轻轨车（此车型随后被称为“有轨电车”）。
上述这些课题的理念和研究成果率先在大连有轨电车202路改造项目和长春轻轨3号线上得到应用。这一研究与技术积累为后来现代有轨电车等低运能系统在我国的发展打下了基础。
二、创新技术在低运能系统中应用与实践
2013年，沈阳浑南“一次成网”的有轨电车开通运营，开启了我国低运能系统的建设高潮，截至2022年12月31日，包括有轨电车、电子导向胶轮系统、导轨式胶轮系统、中低速磁浮的运营里程738公里，其中占比最大的有轨电车占79%，其次是近年发展较快的电子导向胶轮系统占13%，中低速磁浮占5%，导轨式胶轮系统占3%。
低运能系统经过十余年的发展，积累了丰富、宝贵的建设和运营经验，无论是车辆、设备等“硬件”还是运营管理这样的“软件”都在不断突破，一些成功的案例值得借鉴和推广。
（一）地面专用道为主、部分混行，客流强度大的大连有轨电车202路
1999年，大连有轨电车202路在原有轨电车线路上进行现代化改造，线路全长12.5公里，2002年开通运营。该线以地面专用道为主，混行段约占全线的20%，运营车辆是DL6WA型三模块70%低地板有轨电车。经过现代化改造后服务水平显著提高，保持着高客流吸引力。据统计，2018年202路日均客运量达到4.5万人次，客运强度为3600人次/公里·日。
（二）自主研发的六轴铰接式70%低地板车在长春轻轨3号线应用
长春轻轨3号线一期工程于2000年开工建设，2002年10月30日开通运营。线路长14.6公里，利用既有铁路线路以地面敷设为主，设8处与道路的平面交叉口，轻轨车辆可借助信号优先设置快速通过，其余路段为专用道，全线采用自主研发的3模块六轴铰接式70%低地板轻轨车辆，平均工程造价为1亿元/公里。后来的二期、三期工程（4号线）都采用了全封闭线路，2019年时3号线全线日均客运量15.54万人次，客运强度达到4500人次/公里·日，客流效果显著。
（三）一次成网建成，首次采用100%低地板车的沈阳浑南有轨电车
浑南有轨电车是全国首个一次性建成成网的有轨电车项目，目前线网规模为68.9公里，运营里程103公里，共开行6条线路，复线系数为1.49，其中两线共线区段5处，三线共线区段2处，线网最高日客运量5.1万人次。该项目在国内首次采用100%低地板车辆，采用多线路共线运营模式，灵活选择运营交路，真正形成网络化运营格局，充分发挥了线网的运输潜力。
（四）自主研发的超级电容供电方式在深圳龙华新区有轨电车等项目应用
深圳龙华新区有轨电车示范线作为地铁4号线的延伸线，初期主要承担龙华新区大中运量交通未覆盖区域的主要客运走廊上的公交服务。2019年日均客运强度为2500人次/公里，位居全国前列。据统计，线路早晚高峰客流占比为46%，通勤功能显著，线路客流中约40%的乘客换乘地铁4号线，体现了有轨电车作为对地铁客流喂给的作用。全线23个路口均可实现有轨电车主动优先，旅行速度可达到20.4公里/小时。供电系统采用自主研发、国际首创的无网超级电容供电方式，可满足快启快停、大功率充放电、安全环保的使用要求。广州海珠线是世界首条全线采用超级电容的有轨电车线路，标志着我国率先将超级电容技术应用于有轨电车工程。经多年的运营实践，验证了超级电容的可靠性。截至2022年底，我国采用超级电容供电的线路已经超过300公里，尤其是2010年后新建的线路中，75%采用超级电容。该技术同时推广到国外。
（五）智能控制运营监控系统深度集成首次在青岛城阳有轨电车应用
青岛城阳有轨电车示范线线路全长8.77公里，设站12座，全部为地面线，采用EPC工程总承包模式建设，首次采用了深度集成的智能控制运营监控系统。该系统对原运营监控各系统功能深度集成、精简设备，降低设备投入，缩短建设周期，优化运营管理流程，精简操作界面，提高管理效率，减少运营维护人员，减少维护时间，降低运营成本。目前该工程的建设和运营成本在有轨电车项目中最低。
（六）全自动驾驶在有轨电车的探索及在导轨式胶轮系统的应用
2019年6月，中国城市轨道交通协会开展《现代有轨电车自动驾驶技术研究》专项课题研究，并在江苏省交通厅设立科技与成果转化示范项目，由淮安有轨电车运营有限公司牵头，多家单位参与，进行了系统开发和试验车辆改造，并上线试跑，对多项功能进行测试，以验证自动驾驶技术的可行性。导轨式胶轮系统采用自主研发的自动驾驶技术、道岔装备及控制技术，已成功应用于重庆璧山和长沙大王山云巴运营线路上。
（七）地面虚拟导向技术在电子导向胶轮系统应用
近年发展较快的电子导向胶轮系统采用了地面虚拟导向技术，即不依靠钢轨或轨道梁的实体轨道结构，而是通过非接触式的电子导向方式控制车辆沿着预定路径行驶，根据导向原理的不同，可分为光学导向和磁导航两种。光学导向系统的原理在于，车头的光学摄像头识别涂在路面上的标识线组成的连续轨迹，车载控制系统自动控制车辆沿标识线行驶，无需司机转向操作。在磁导航模式下，磁钉沿车辆预定行驶路径埋设于路面下，安装于车辆下方的磁感应器的不同位置识别到的磁场强度不同，据此判断车辆相对于磁钉的偏移距离，从而调整车辆行驶方向，引导车辆沿预定路径行驶。
（八）氢能源在城市轨道交通车辆上首次应用
氢能源具有“零排放”、无污染等优势，德国、日本、美国、西班牙等国家已开展将氢能源应用于轨道交通的研究与实践，我国首条商业运营的氢能源有轨电车线路于2019年在佛山市高明区开通，共配车5列。截至2022年底，车辆已累计运行120多万公里，运营状态良好，对氢能源在城市轨道交通的应用进行了有益的探索。除此之外，氢能源还在电子导向胶轮系统中得到应用，上海临港中运量T2线采用了氢能源数字轨道车辆。
三、绿色低碳是低运能系统的优势和发展出路
在国家“双碳”战略的背景下，如何发挥低运能系统的优势，提高公共交通服务品质、缓解地面交通拥堵、建设高质量可持续发展的低运能系统，是行业应思考的紧迫问题。
（一）政策支持，明确公益属性
低运能系统是具有公益属性的公共交通系统，是实现公交优先战略的载体之一，需各级政府加强城市公共交通优先发展理念的引导和政策落实。2022年7月29日，住房和城乡建设部、国家发展改革委联合发布《“十四五”全国城市基础设施建设规划》（建城〔2022〕57号），明确提出分类推进城市轨道交通建设。其中，I型大城市（300万≤城区常住人口＜500万）应结合实际推进轨道交通主骨架网络建设，并研究利用中低运量轨道交通系统适度加强网络覆盖，尽快形成网络化运营效益；符合条件的II型大城市（100万≤城区常住人口＜300万）结合城市交通需求，因地制宜推动中低运能轨道交通系统规划建设。国家发展改革委2023年2号令《固定资产投资项目节能审查办法》要求国家发展改革委审批的项目，建设单位应编制节能报告；应在节能报告中分析项目实施对所在地完成节能目标任务的影响，核算碳排放量、碳排放强度指标，提出降碳措施，分析项目碳排放情况对所在地完成降碳目标任务的影响。近期国家发展改革委出台的《政府投资项目可行性研究报告大纲》要求，预测并核算项目年度碳排放总量、主要产品碳排放强度，提出项目碳排放控制方案，明确拟采取减少碳排放的路径与方式，分析项目对所在地区碳达峰碳中和目标实现的影响。低运能系统以地面和高架敷设方式为主，地面、高架、地下的综合造价对比约为1:3:10。另外建设快，三者建设期时间对比约为1:3:5。同时低运能系统安全事故少，安全救援方便。在国家“双碳”战略背景下，低运能系统在安全、经济、节能减碳方面具有天然的优势。
（二）发挥低运能系统在碳减排方面的天然优势
据《气候变化绿皮书—新型基础设施建设对重点行业碳排放影响评估》测算，“十四五”新型基础设施建设中，城际高铁和城际轨道交通由于建设新增二氧化碳排放将达到7.15亿吨。随着上游能源行业的低碳发展，未来城市轨道交通运营碳排放将不断降低，而建设期“碳投入”占比将愈加显著。据粗略统计，在建筑全生命周期碳排放中建造阶段的碳排放相当于30年运营期的碳排放。而建材生产的CO2排放量（钢筋混凝土）占建造阶段的80%。根据相关研究资料，地铁建设与地面系统的碳排放对比为：地铁车站平均4tCO2eq./m2，区间10t-15tCO2eq./m2；而低运能系统地面车站平均0.5tCO2eq./m2，仅为地下车站的12.5%；地面线区间2t-5tCO2eq./m2，区间碳排放仅为地铁的20%- 30%。因此，要充分发挥低运能系统在建设和运营过程中的低碳特点。
（三）科学规划、合理选型
各城市应积极开展中低运能轨道交通的线网规划工作，做好城市轨道交通、常规公交等多层次公共交通体系的融合规划，倡导规模化、网络化运营，充分发挥网络效应。低运能规划过程中，应选择公共交通客流走廊，与常规公交协调互补，共同培育客流，形成地面公交优先网络系统。在制式选择时，要因地制宜，结合当地的城市规划、交通现状与经济水平等，从城市条件、各制式的适用性及经济性、产业需求出发，探寻能够适应城市发展的低运能轨道交通制式，避免盲目引进国外不成熟或过时的技术。
（四）绿色建造、降本增效
一是低碳设计。采用节能、节地、节材的低碳设计方案；推广轨道与路基一体化设计；选择经济合理车型，模块化灵活编组；车站和车辆基地优化布局和工艺流程；优化供电系统设计；采用弱电集成控制系统等。有效控制工程投资。
二是优化车辆、轨道路基和车辆基地设计。例如有轨电车，车辆基地和区间轨道与路基在直接工程费用构成中占比较大，且车辆购置费约占工程投资的15%（直接工程费不包含车辆，见图1），而这三部分也是建设和运营期的碳排放的主要来源。
图1 有轨电车直接工程费用构成比例图
三是绿色建造。采用优化设计施工方案实现建材减量；采取可循环可周转环保型临时设施；采用机械化、模块化、装配式等绿色施工工艺；采用废弃建筑垃圾资源化利用等措施减少碳排放。
四是提高建设和运营管理水平。聘用专业团队实施EPC、全过程咨询工作，提高建设管理质量和效率；根据客流规律灵活组织运营；与当地公交公司一体化运营管理，精简运营管理人员，降低运营成本。
五是在工程实施过程中，应重点关注居民支持率、业主影响力、宣传策略等方面，在地方层面合理引导项目的建设和运营。
六是承载地方文旅特色。探索旅游轨道等多元功能融合；深入城市街区，靠近旅游景点等客流集散点，方便乘客搭乘，提高客流吸引力；打造“有轨电车+步行区”的模式，为行人创造良好的步行环境以及公共交通接驳环境；承载地方文化与产业特色，开展资源开发，提升项目自身造血能力。
（五）开展项目后评价，推出示范工程和创新推广技术
根据《城市轨道交通运营管理规定》要求，城市轨道交通线路初期运营期满一年，运营单位应当向城市轨道交通运营主管部门报送初期运营报告，并由城市轨道交通运营主管部门组织正式运营前安全评估。目前，除三亚有轨电车外，开通满一年的低运能系统均未开展正式运营前的安全评估，运营满三年的也未开展运营期的评估。同时根据国家发改委1302号文件要求，运营三年后客流强度不达标的线路要组织专题评估。因此，建议行业主管部门和行业协会出台低运能系统的评估办法和标准，组织指导各城市开展相关评估工作。同时，选择经济和社会效益较好的项目开展后评估，推出示范工程。鼓励低运量系统制式和专业技术创新、管理创新，提升技术管理与服务水平。
（六）完善低运能系统标准体系，搭建全国统一的数据平台
针对低运能系统制式多样、城市分散的特点，建议行业协会加大统一协调管理的力度。一是搭建统一数据平台，实时采集低运能线路的客流数据；二是对全国低运能系统线路的单公里运营成本进行实时统计（包括人员成本、能耗成本、设备维护成本三大块）；三是统一关键设备系统标准，纳入行业主管部门装备名录；四是完善低运能系统各种制式标准体系；五是结合实际数据，分析客流强度、运营成本的影响因素，建立科学的评价指标体系，指导行业健康发展。
综上所述，行业对低运能系统的探索和实践一直在进行，低运能系统也是技术自主创新的载体。在绿色低碳国家战略的背景下，应大力构建层次清晰结构合理的公共交通体系，使低运能系统在多层次城市轨道交通体系中有一席之地，充分利用其自身特点，发挥优势，共同促进城市轨道交通高质量可持续健康发展。