空悬一体式磁浮共轨交通系统

一、设计背景

随着全球经济飞速发展与城市化进程加快，城市人口密度急剧上升，交通拥堵已经成为困扰大多数都市的严峻问题。长时间交通拥堵不仅浪费能源、污染空气，更严重地影响着市民日常生活质量和工作效率。为改善城市交通现状，世界各国纷纷加大对智能交通系统的研发，期望通过科技创新手段解决交通问题，实现城市可持续发展。

许多大型城市在快速发展过程中，城市规划与交通规划未能有效衔接，导致交通设施滞后于城市发展，无法满足日益增长的交通需求。随着城市化进程的加速，大量人口涌入城市，公路车辆数量也急剧增加，超出了现有交通设施的承载能力。部分城市的公共交通设施不完善，线路覆盖面有限，班次少、间隔长，无法满足市民的出行需求，制约经济发展。交通拥堵也影响物流效率，增加企业运营成本，制约城市的经济发展。同时，大量的地面交通工具滞留在城区，也极大地加剧了城市的环境污染。

轨道交通作为公共交通的主干线、生命线，直接关系到人们的出行、工作和生活。轨道交通是世界公认的低能耗、无污染“绿色交通”。 轨道交通列车的应用与发展有利于提高大众出行效率，节省时间，改善生活品质，同时，城市轨道交通对于实现未来人居与出行的可持续发展具有重要意义。

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，在部分城市广泛应用。空轨交通分为跨座式与悬挂式两类，跨座式空轨在我国某城市有大量应用，如重庆市区；悬挂式空轨在我国只有武汉开通了一条长约10km的线路。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。空轨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、地铁、长途客运站之间的中转接续工具。然而，目前我国的空轨仍沿用传统的轮轨支撑与运行方式，技术落后，且列车运行噪音大、速度慢、乘客体验感较差。

磁悬浮交通，是现代运输技术中最先进的交通模式，在部分城市有所应用，如上海市、长沙市。磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它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、速度快等特点。

超导磁悬浮技术是目前世界最先进的磁悬浮技术，这种技术具有无源自稳定悬浮、导向的特性。与传统磁悬浮技术比较，超导磁悬浮列车的结构更为简单可靠，自稳定的悬浮与导向技术将给磁悬浮交通带来革命性的优势。

二、创新创意方案

（一）技术挑战

跨座式与悬挂式作为空轨交通的两种不同形式，它们具有各自的特点和适用场景，目前，全球并未有将跨座式与悬挂式直接“二合一”的复合交通系统。将这两种不同形式的空轨交通系统“整合”到同一轨道上运行，必须克服以下挑战：

1、技术兼容性：设计特殊结构的轨道，同时支持跨座式和悬挂式两种列车，要求轨道本身具有极高的兼容性和灵活性。

2、列车运行效率：复合式的交通系统，需设计高效的列车运行控制系统，以保证交通流的顺畅，避免因共享轨道而造成时间成本的上升。

3、技术经济性：建设共轨的交通线路，在既有线路上进行少量的改造与升级即可，兼顾多种类型轨道与列车的成本效益比。

鉴于上述挑战，目前未有现成的案例可参考，只有面对挑战、依靠科技创意、开拓创新，探索出一条全新的可行路径。

（二）迎接挑战

将磁悬浮技术引入空轨交通，并采用目前世界最先进的超导磁悬浮技术将跨座式与悬挂式空轨有机融通，创造全新的“空悬一体”、“超导磁浮”、“共享轨道”的交通系统，总体方案如下：

1、引入超导磁悬浮技术

采用超导磁悬浮装置取代传统的车轮，将轨道升级为永磁轨道。轨道梁采用中空设计结构，梁的外部为跨座式列车骑跨的区域，梁的内部为悬挂式列车走行的运行通道；同时，提高轨道梁架的结构强度、刚度与可靠性，设计完善的运行控制系统，以及安全措施和故障检测机制，确保一体化系统的安全运行。

2、同轨不同线

通过模块化设计，使共轨的跨座式和悬挂式空轨系统 “上下分离，内外不扰”，二者“同轨不同线”，可“并行共进”，也可“反向独行”。

3、智能化控制

利用先进的智能运行控制技术，实现对跨座式和悬挂式单轨系统的自动控制和远程监控，提高系统的运行效率。

空悬一体式共轨交通是一项独具创新性的新系统，在设计和实施过程中需要充分考虑各种因素，以确保系统的安全、可靠、智慧、高效、经济地应用，使民众切身地体验与科技共同出行的优越性。

三、结构说明

与列车运行管理相关的运行控制装置、供配电装置、通信信号装置等均设置在支柱的内部，这样设计，使系统的外观更显整体、简洁、美观。

跨座式磁悬浮列车整体配色采用 “天空蓝”，悬挂式磁悬浮列车采用“大地红”，颜色鲜明，充分体现系统自然美与工业美、科技感的结合，以此模板为未来世界的交通生态打造“中国方案”。

四、设计原理与方案

空悬一体式磁浮共轨交通系统采用空轨结构，稳定可靠；应用兼具悬浮与导向特性的超导磁悬浮技术，安全舒适；采用直线驱动电机提供牵引力与制动力，动力充沛；应用“统-分联合”的智能运控系统，根据客流与需求，精准计算，智慧运输。本创新交通所集成的四大关键技术体现了系统的高科技与先进性。

1、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，通过单根轨道支撑、稳定和导向，列车沿着轨道梁顺向或反向运行。

空轨适应性强，适合转弯半径小、爬度较大的复杂地形；同时，空轨交通系统建设投资少、周期短、占地面积小，工程实用性强。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。

2、兼具悬浮与导向的超导磁悬浮技术

3、直线电机驱动技术

 驱动系统主要由安装在车架上的车载直线电机次级与轨道顶面的直线电机初级组成。车载驱动设备与轨道驱动装置相互作用，为磁悬浮车辆提供所需的驱动力以及制动力。

 由于无摩擦的列车运行阻力小，可采用体积小、重量轻的车载驱动设备，完全满足超导磁悬浮列车的运行需求。同时，超导磁悬浮列车采用电制动与再生制动组合的方式；电制动时，列车动能转换为电能，再通过电流逆变装置回送至供配电网，供其他车辆利用，最大限度地提高能源使用率，减少碳排放。

4、统分结合的智能运控技术

共轨交通系统采用全自动驾驶系统，将运行控制系统、信号系统和各相关机电设备高度集成，信号系统采用集成联锁设置，响应时间短，同时具有故障自检模式，支持在线自动调整运营模式，缩短发车间隔，以实现高度灵活的运营服务，方便扩展线路运能。系统的上、下方列车运行可单独控制、互不干扰，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。

五、系统的使用说明

空悬一体式磁浮共轨交通系统全自动智能驾驶系统包括列车自动执行系统、列车自动保护分系统与列车自动监控分系统，各分系统均由车载部分与轨道部分组成，并一一对应作用。

1、集中控制的自动驾驶列车

系统的操控采用自动驾驶模式，即列车的启动、加速、达速、减速、制动、驻车等均由联网的计算机集中控制。

2、双通道安全保护的运行模式

列车采用保护优先的无线通信传输信息，同时采用轨道电气回路智能闭合方式检查列车运行控制，双通信通道，以确保列车通信信号畅通与安全。

3、基于客流预测的智能运营控制

全面的数据收集系统，包括传感器、摄像头，再将数据汇入统一的数据库中，运用独立算法进行深度学习，从海量数据中挖掘有价值的信息，创建预测模型，预测未来客流及需求变化，结合实时数据与预测结果生成动态列车运营方案，反馈循环与持续改进，不断调整模型参数和策略，形成闭环的、智慧的列车运营控制过程。

4、“统-分”结合的列车智慧运行方式

4.1统筹规划

依托先进的通信技术和大数据平台，搭建列车运输数据中心，汇聚多方实时信息，构建全面感知网。同时，运用合理的算法模型进行智能分析，预测客流分布、车次匹配最优化，极致提升运输效能。基于分析结果，中央控制系统快速做出列车调整决策，如增加高峰时列车数量、动态调整停靠站顺序，以缓解拥堵状况，保障旅客出行顺畅。

4.2分立自治

轨道上方、下方可采用分立自治决策运行模式，配备独立的运行控制模块，针对客流需求、局部变化，甚至突发事件，分立自治的系统具有现场处置权限，无需逐级上报即可采取行动，缩短应急响应周期，提高运行或救援效率。

4.3联动、对接、扩展

应用一体化票务系统，乘客只需一张电子卡或手机APP即可完成购票、验票全流程，简化手续；此外，空轨可实现与其他公共交通工具换乘便捷衔接，进一步提升通勤效率，扩展城市公共交通生态。

六、技术创新与产品特点

以“共轨、共享、共赢”为设计理念的空悬一体式磁浮共轨交通系统技术先进、集成度高，特点鲜明，具体如下：

1、 高度集成化、兼容性强

系统高度集成化，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，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。

2、 独立路权、高安全性

空悬一体式磁浮共轨交通系统具有独立的路权，不受其他交通工具和行人干扰，具有较高的安全性。列车可以根据客流需求进行灵活编组，提高运输效率。创新系统安全可靠、安静舒适、绿色环保、节能高效，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。

3、工程理念先进

系统设计符合集约化、简控化的现代工程理念，把传统轨道交通列车的双轨集成为单轨，单轨同向或反向、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，采用先进的超导磁悬浮技术，将复杂的运行控制系统简化，方便装备制造与工程施工。

4、投资少、成本低、易于推广

空悬一体式磁浮共轨交通系统应用于城市市区、人口密集区，上方列车运行速度80～120km/h，下方列车运行速度30～80km/h，速度从低速到高速全覆盖；列车编组数量为2～5辆，每列车载客量200～600人（全座位），列车载客量可根据客流灵活调整，工程建设量小，耗时短，建设成本低，资金投入量小，系统易于推广。

5、适用范围广

空悬一体式磁浮共轨交通系统所采用的集约设计理念、灵活的列车编组方式，也适用于市域、城郊道路、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。

6、静音节能、绿色生态

七、系统的可行性

1、技术可行性

空悬一体式磁浮共轨交通系统通过单根轨道支撑、稳定和导向。上方列车骑跨在轨道梁上运行，下方列车悬挂于轨道中运行。从技术角度来看，两者在构造上有一定的差异，但可通过将两者的轨道统一为钢质、中空结构的轨道梁支撑在空中，以实现共用一条轨道梁而分别运行的目的。

轨道上方、下方的车辆在结构上存在差异，需要对车辆在尺寸、重量方面进行均衡设计，匹配与轨道梁的运动与动力模式，以确保其能够适应共轨系统的技术要求。

共轨的智慧列车控制系统可实时监控列车的运行状态，包括位置、速度、状态等，并采取统一的运行图，且具备高度的稳定性和可靠性，以确保列车的安全、准时、高效运行。

2、经济可行性

空轨的建设与维护成本总体相对较低。若要实现共轨运行，只需在现有一种线路的基础上进行少量的改造和升级，增加少量的建设成本，即可实现翻倍的效益。

将共轨列车的运控系统、信号系统、通信系统等集中统一、资源共享，可降低维护费用、节省能源消耗与人工费用等，优化维护成本和提高管理效率，经济效益明显。

3、社会与环境影响

共轨交通系统可以充分利用城市空间，减少土地占用。与传统的轨道交通相比，共轨系统具有更高的资源利用效率。与新建独立的轨道交通系统相比，共轨系统可以节省大部分建设成本，并提高城市空间利用率。

空轨交通可有效分流地面与地下客流，缓解交通拥堵，提高交通同行效率。同时，对列车运行调度进行合理安排，以确保交通效率的最大化。

共轨交通系统具有较低的噪声，对居民生活的影响较小。磁悬浮技术主导的空轨交通可以进一步降低运行振动水平，提高城市环境的舒适度与可持续发展度。

八、总结与展望

在未来的城市上层空间，空悬一体式磁浮共轨交通系统穿梭于高楼大厦之间，跃过桥梁与河流之上，以前所未有的科技姿态，重新定义着城市的交通脉动与生活节奏。

身处空悬一体式磁浮共轨交通系统中，乘客仿佛置身于时空隧道，既能感受到跨座式单轨的忙碌，又能体验悬挂式单轨的悠然。磁悬浮共轨交通系统不仅仅是一种交通工具的革新，更是对城市生活美学的深刻诠释。在“超导悬浮”、“共享空轨”系统的引领下，城市的喧嚣与繁忙被悄然化解，取而代之的是一份宁静与从容。

展望未来，空悬一体式磁浮共轨交通系统将成为城市的一道亮丽风景线，引领着人们走向更加便捷、舒适、环保的出行新时代。在这个“创意无垠，创新无限”时代里，城市不再只是钢筋水泥的丛林，而是充满了科技感与想象力的空间，每一次出行，都将是一次全新的体验。