跨侧一体三线共轨超导磁浮空中列车

一、   一、发明背景

当今中国，城市化进程加快，社会高速发展，城市人口密度也急剧上升。人力大量的集中促进了产业的聚集与经济的发展，但也对城市与区域交通带来诸多挑战：道路拥堵、空气污染、出行效率低下，不仅浪费能源，更影响人民大众的工作热情和生活质量。

作为城市公共交通系统的主力运输形式，轨道交通无论在客运量上，还是在通勤距离方面，都占据公共交通较大的比例。城市轨道交通（包括地铁、轻轨、有轨电车等）作为现代城市公共交通的骨干，虽然具有运量大、速度快、污染小等优势，但仍然面临诸多问题与挑战。

1.大城市轨道交通耗资巨大

地铁，作为现代城市公共交通的重要方式，具有运量大、速度快、准时性高、缓解地面交通压力等一系列优点。但是，地铁也存在着建设成本过高、灵活性差、地质条件要求高、能源消耗大、运营维护费用高等固有缺陷，由于地铁建设投资巨大,运营与维护的成本也不断上涨，导致部分城市政府财政不堪重负。

2.中小城市不具备建设地铁的资质

我国许多城市的城区人口密度大，城区常住人口接近或已超过300万人，但财力有限，‌GDP总量未达到3000亿元‌，一般公共预算收入也未达到300亿元‌，不符合《国务院关于加强城市快速轨道交通建设管理的通知》的规定，不具备建设地铁的申报条件。

3.轨道交通需求持续增长

分析当今我国城市轨道交通现状：一方面，地铁建设与运维成本高居不下；另一方面，人口密集地区的交通拥堵问题无法有效解决。然而，城市对轨道交通的需求不断增长，市场依然旺盛。在后地铁时代，城市公共交通如何接续发展？值得轨道交通行业从业者们深度思考。

二、   二、创新思路与方案

针对我国城市轨道交通建设与维护过程的主要特点，综合考虑城市交通的现状，推动公共交通的多元化、智能化和可持续化发展，构建高效、便捷、经济的城市交通体系，发明一种全新的公共交通系统，具有优于现有交通系统的运用优势，又可避免地铁、轻轨、有轨电车的既有缺陷，是未来城市公共交通系统发展的一条可行途径。

1.发明全新的轨道交通系统

空轨交通（又名空中轨道交通系统），作为现代轨道交通制式之一，在部分城市有所应用。空轨交通分为跨座式与侧挂式两类，跨座式空轨在我国部分城市有大量应用，如重庆市区；而侧挂式空轨在我国尚未有运营或试验线路。空轨交通列车依靠空中轨道，将地面交通移至空中，在无需扩展城市现有交通设施的基础上缓解城市交通拥堵，是一种轻型、便捷的运输工具。

将跨座式与侧挂式轨道交通系统集成，同时应用先进的工程材料与制造工艺，结合自动驾驶、人工智能等前沿技术，构筑复合“共享轨道”式公共交通系统，打造全新概念的运输系统——跨侧一体三线共轨空中列车。高度集约化、共享式的轨道线路，以及高稳定性、简控化、轻量化的列车，加持灵活机动、兼容高效的交通运行模式，可有效降低城市轨道交通的建设成本，也可给民众带来方便、快捷、优质的出行体验。

2.运能量级“从大到小”全覆盖

类型众多、形式各异的轨道交通仍未有效解决城市交通的固有问题，更导致了运营与管理难度的增加，检修与维护程度的复杂。

发明一种可全覆盖各个运能量级的轨道交通 ，通过灵活调整车辆编组，智能控制运行密度，合理设计运营模式，实现从 小、中运量到大运量（甚至超过大运量） 的“全级+弹性”范围覆盖，满足不同时段、区域的旅客运输，提供高效、便捷的公共交通服务，以满足不同的运输需求和城市发展需要，是未来轨道交通的发展方向。

3.“按需分配”的智慧调度运营 

依托逐渐成熟的大数据、物联网和人工智能技术，通过实时感知客流需求动态，实时采集站台拥挤度、车厢满载率和乘客预约数据，由中央AI大脑进行决策调整运力：在早、晚高峰加密列车班次至60秒间隔、并灵活编组的8节车厢，平峰时段自动缩减为2～4节编组，低谷时段允许单车（一辆车）运行；同时试行“大、小交路”，实现“人车同步”的精准预判前置；为特殊需求乘客提供可预约的“商务快车”或“无障碍车厢”服务；同时，夜间可利用空闲轨道开行“物流专列”运输城市快递，实现“路尽其能、车尽其用”。

智营系统应可预测重要节日、大型活动或特殊天气时的瞬时超大客流(小时单向运能超过7.5万人次)，提前调配备用列车，实现“不拒载、不封站”地正常运营。基于实时客流数据（而非固定时刻表）调度列车，“需求定义供给”的运营方式，可提升轨道运能利用率，缩短乘客平均候车时间，同时降低能源消耗，动态调整运力资源，实现从固定时刻表向“弹性服务体系”的革命性转变。

跨侧一体三线共轨空中列车可适用于大、中、小城市的市内公共交通，也可接驳于城际、乡镇交通，适用性强；既可以作为城市商业区、居民区、风景旅游区的交通工具，又可作为机场、长途客运站之间的中转接续工具，用途广泛。

三、   三、结构组成

跨侧一体三线共轨空中列车系统基于共轨式交通系统硬件，辅以智营控制模式与先进算法联合打造，共轨式交通系统主要由单列立柱、三线轨道、适当间隔的车站、可全时段共享轨道的上、侧方列车（跨座式、侧挂式）、运行控制系统、供电系统等组成。

跨侧一体三线共轨空中列车不但采用了技术先进的空轨技术，而且应用了磁悬浮技术代替轮轨装置，以满足民众追求“新质”出行的乘坐体验。磁浮列车通过电磁技术实现列车与轨道之间的无接触悬浮和导向，再利用电机产生的推力驱动列车运行。与传统的轮轨交通技术对比，磁悬浮列车由无接触的磁力支承、导向和线性驱动系统组成，同时具有低排放、低噪音、速度快、品质优等特点。

1.车站

车站采用双层站台结构，用于乘客进出列车。

车站主要包括上层站台、侧方站台与站台立柱。车站主体结构为单列站台立柱支撑的双层站台，截面呈现双“品”字形结构，站台宽度为2～10m，侧方站台底面高度距地面不低于5m，上、下两层站台之间的高度间隔为3～5m。

2.立柱

立柱主要包括轨道立柱与站台立柱两种形式。

立柱的截面呈“I”字形结构，用于支撑站台与轨道。立柱为钢质结构件，内部为中空结构，可设置信号与通信装置。轨道立柱两侧设置连接装置，可与轨道连接组装为一体。

3.轨道

轨道以钢质结构组件为基础，并结合其它辅助装置组合制成。轨道的横截面采用“工”字形中空结构，作为共轨式交通系统的关键结构，可实现不同形式的列车“全时共享轨道”运输。轨道内、外均设置了与列车运行相关的设备，并全线路连续铺设。

轨道包括轨道梁、防护磁轨、外供电装置、外磁轨、外电机定子、外运控装置、内磁轨、内运控装置、内电机初级、内供电装置等。轨道梁为钢质结构组件，横截面采用“工”字形结构，三面封闭、侧方开口，全线路连续铺设，作为其它装置的安装基础。轨道横截面的高度、宽度尺寸均在1～2m范围之内。

  4.跨座式列车

跨座式列车由上层端车、中间车组成。

上层端车与上层中间车均由上层车体、上层车间连接器与跨座式磁浮转向架组成。上层车体用于承载乘客或装载货物，并将两套跨座式磁浮转向架连接为一体。上层车间连接器可将上层端车、上层中间车连接为列车。

5.侧挂式列车

侧挂式列车由端车、中间车组成。

侧方端车与侧方中间车均由侧方车体、侧方车间连接器与侧挂式磁浮转向架组成。侧方车体用于运送乘客或承载货物，并将两套侧挂式转向架连接为一体。侧方车间连接器可将侧方端车、侧方中间车连接为列车编组运行。

另外，环境控制系统、安全防灾系统等沿线路设置于相应位置，保障系统应用安全、运用可靠。

四、   四、发明创新点

系统采用单列立柱排布、支撑三线轨道，每条轨道的上、侧方均可同时开行列车，具有大运力、灵活运用、效率高、性价比高等发明创新性：

1.具备大运量能力、运量等级全覆盖

共轨式交通一轨两用，同一车站可同时容纳三列空轨列车，分别在两条线路上、侧方运行，车站单向每小时运力可达到9万人次，较目前运能最高的地铁A型车的运力还高出8%，可更大程度地满足城区高峰时段的客流运输需求，缓解交通压力。

跨侧一体三线共轨空中列车所具备大运力、高运能的功能与特点，为共轨式交通“挑战”、“战胜”现有公共交通工具奠定了坚实的基础。

2.高效灵活、适用范围广

跨侧一体三线共轨空中列车独具的单轨三通道、共轨运行的运营模式可使公共交通系统得以高效、灵活运用。

系统可根据实际需求调整列车运行间隔和频率，尤其可缩短客流高峰期的最小行车间隔，有助于优化列车运行计划，提高整体运营效率。通过改变共轨式交通列车的配置与运行参数应对各量级运输需求。

三通道的共轨式交通可双向独立调度，减少列车干扰，最小行车间隔可压缩至 1分钟以内（单轨系统快速启停），超越地铁的行车密度。

跨侧一体三线共轨空中列车的单向高峰小时运能 0.05～9万人次，可完美匹配大、中、小城市的公共交通需求，避免地铁运能过剩（上座率不足）、有轨电车运能过小的情况。

3.性价比高、适应性强

与地铁相比，空轨交通系统无需挖掘隧道，无需建设地下车站，其采用的地面施工建设成本更低；无需大量拆迁，隐性成本低；立柱与轨道在工厂制作完成后，运输至施工现场即可快速搭建，减少时间成本。

共轨式交通系统的设施形式、基本尺寸、性能参数与跨座式轻轨相当，所以其建设成本预估为2亿元/公里，单位成本仅为地铁的1/4；如改造既有空轨线路，利用既有建筑设施，则费用更少；采用集成化的系统，维护成本低。

跨侧一体三线共轨空中列车的发明是全方位、立体式的，是现代科技的系统工程，是轨道交通技术的集中创新。

五、   五、关键技术

将共轨技术引入空轨交通，打造 “共享轨道”、“高度集成”、“简控模式”的全量级智慧运营交通系统，技术关键如下：

1.高兼容性的轨道与列车技术

轨道采用模块化设计，轨道截面呈中空结构，立体化轨道布局，供上、侧方列车全时段共轨通行，可支持多种轨距（如上方列车应用标准轨1435mm轨距、侧方列车应用窄轨500mm轨距），实现不同制式、不同速度的列车在同一轨道上安全高效运行。供电系统集成多模式受电，包括第三轨、架空接触网，满足不同客源量级需求。轨道结构采用复合强化材料（如高锰钢+强化碳纤维），提升耐腐蚀性以承受不同量级列车的混合载荷，延长系统整体寿命。

上方列车与侧方列车分别采用统一轨距，统一横截面尺寸（宽度与高度尺寸），兼容不同长度的车型，方便不同长度的车辆固定或混合编组，并可随时解编，满足不同的运输需求。

2.多样化的智能运行控制技术

共轨式交通系统具有高度集成的共享轨道模式，可统、可分的列车运行模式。

实施高密度信号控制，升级移动闭塞（CBTC），最小追踪间隔60秒。建立全自动协同调度平台、AI动态时刻表，实时优化列车交路，规避交差区段冲突。

共轨式交通作为创新性的新系统，在设计和实施过程中应坚持“以人为本”的原则，充分考虑乘客多元化、个性化的出行需求，以确保系统安全、可靠、智慧、高效、经济地应用。

3.基于可靠性设计的系统安全技术

共轨式交通系统的立柱、轨道所构成的固定设施，均采用高强度钢材制作，轨道梁与立柱采用焊接或铆接互连，连接可靠。为保证共轨式交通系统的运用安全，根据列车运行过程中作用在轨道上的载荷，采用有限单元法，应用有限单元分析软件对轨道进行结构强度与刚度分析计算。

4.超导磁悬浮技术

共轨式交通系统采用高温超导技术，超导磁悬浮装置可实现自稳定的悬浮以及自复位的导向功能，无轮轨磨耗、无电磁噪音。

将超导磁悬浮技术，与空轨线路的两种形式，同时有机结合，构筑复合式的超导磁悬浮空中共轨交通，打造全新概念的交通系统。

5.列车轻量化技术

共轨式交通的设施应用了自重较轻的钢结构高架，列车也采用了更为轻质的铝合金与增强型碳纤维材料，以大幅降低车身重量。

车辆的框架结构采用铝合金，质轻、强度高，同时具有优良的加工性能，可以通过挤压、压铸和铸造等方式制造出复杂形状的车身部件。

应用碳纤维材料的列车，具有优异的耐腐蚀性，能够适应各种恶劣的使用环境。全面应用轻量化技术的列车较既有地铁车辆更节能、平稳、安全，且使用寿命更长。

跨侧一体三线共轨空中列车的关键技术核心在于高集成性、全兼容性、智能性和协同性；未来，随着技术进一步升级，共轨系统有望成为城市轨道交通的“标配”解决方案。

六、   六、主要技术指标

1.车辆尺寸与性能参数

跨侧一体三线共轨空中列车的列车，不论是跨座式或侧挂式，均由端部车辆与中部车辆组成，一组列车包括位于首、尾各1辆端部车辆，组成短编列车，还可与1～6辆中部车辆组成长编列车。

车辆（包括端部车辆或中部车辆）主要由车体、车内设施、走行车架、车间连接装置、牵引与制动、以及控制装置等组成。

2.系统主要技术指标

车辆可设置坐席50个（全坐席）或32个（最大超员载客240人）。

6辆编组的列车如全坐席设置，即可实现900余人同站换乘；8辆编组列车如全坐席设置，可实现1200余人同站换乘。如减少坐席、增加超员数，6辆编组列车可实现4320人同站换乘；8辆编组列车可实现5760人同站换乘。

七、   七、科学性与先进性

跨侧一体三线共轨空中列车采用“共轨模式”的空轨结构，创意独特；应用“全系统”的轻量化技术，减重增效；采用“单支+三线”的构造，结构集约；应用“统分联合”的智能运控系统，根据客流与需求，精准计算，智慧运营。本创新系统所集成的五大关键技术充分体现了其科学性与先进性：

1.独立路权、高安全性

跨侧一体三线共轨空中列车具有独立路权，不受其他交通工具和行人干扰，具有较高的安全性。创新系统安全可靠、安静舒适、绿色环保，作为未来轨道交通低碳出行的首选交通工具，具有显著的功能优势与工程意义。

2.中空结构的轨道梁设计

将轨道梁设计为方形截面且中空结构，通过轨道承载、稳定与导向，实现“一轨两用”功能，列车沿着轨道梁顺向或反向运行，可同行也可相对向行。相对于既有地铁混凝土结构的高架桥墩与轨道，共轨式交通的设施结构更科学，工艺更先进，更节约建筑材料。

3.集约化节能设计

系统线路采用“单支+三线”的结构，高度集成化，极致集约化，设计理念先进。应用铝合金与碳纤维作为轨道车辆材料，在轻量化与节能方面均可展现出显著优势。针对结构复杂、系统冗余的地铁，共轨式交通的集成技术与简约设计，更符合现代工程的设计理念。

4.统分结合的智能运控设计

共轨式交通系统采用全自动驾驶系统，信号系统采用集成联锁设置，响应时间短，支持在线自动调整运营模式，缩短发车间隔，方便扩展线路运能。系统的上、侧方列车运行可单独控制，也可通过运行控制中心集中指挥，实现“统-分”结合的智慧运行方式，最大程度地提高列车运营效率，尤其在客流较少的非高峰时段，编组数量少、总长度较短的共轨式列车较固定编组的地铁列车，运营成本更低，经济性更优。

5.全域适用、推广潜力大

空轨交通系统的列车可适应转弯半径小、坡度较大的复杂地形；同时，空轨交通系统建设投资少、周期短、工程实用性强；共轨式交通系统可单独设计规划建设线路，也可修筑于现有公路交通的绿化带或隔离带上，较少占用地面空间，适用性较地铁更佳。

当前，世界各国都在积极推动绿色交通和智能交通的发展，共轨式交通系统符合未来城市公共交通的发展潮流和趋势，满足人们多样式与个性化的出行需求，市场潜力巨大，极具推广价值。

科技发展，社会进步，随着人们对出行效率、舒适度和体验感的要求不断提高，共轨式交通系统将吸引更多的乘客从地下转移至地上，从穿梭于隧道转变为俯瞰城市。

八、  八、作品特点和优势

以“共轨、共容、共赢”为设计理念的跨侧一体三线共轨空中列车技术先进、集成度高，优势突出、特点鲜明：

1.创意独特、理念先进

系统设计符合集约化、简控化的现代工程理念，把传统轨道交通的“水平平面”双轨升级为“竖直立体”双轨，供列车同向或反向、往返运行，实现“轨道共享、一轨双用”，最大程度地提高线路的利用率。同时，将复杂的运行控制系统简化，方便装备制造与工程施工。

2.集约精简、兼容性好

轨道集约共用，列车集中共轨，智驾集成控制，同时具有较强的兼容性，可实现小、中、大运量运能全覆盖，能够形成对城市主干交通系统的补充，也可独立作为城市交通的中坚力量，完成运输功能，一机多用。

3.通用性强，应用价值高

系统所采用的集约设计理念、灵活的列车编组方式，可解决城市市区、人口密集区公共交通系统通勤的需求，也适用于市域、城郊、旅游景区等，应用环境范围广。同时，列车转弯半径小，爬坡能力强，先进的技术优势确保自身具有极强的适应能力，方便自身的成长壮大，极具推广价值。

4.节能低碳、绿色生态

共轨式交通系统采用电力驱动，而用电少、能耗低；无机械磨损的磁悬浮交通更是被誉为“绿色交通”的践行者。列车与轨道大量采用非金属材料，不但自重轻，也大大减少了检修保养工作量，降低了设备设施维护成本。系统既可以建立可持续发展的“交通生态”，也可扩展城市公共交通系统的“绿色生态”。

5.“多、快、省、好”

跨侧一体三线共轨空中列车载客量多、高运能，施工速度快、周期短，建设与运营成本低、能源消耗量少，创新优势显著，易于本系统的应用与推广。

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