城市軌道交通創新制式-新能源空鐵

（一）目前我國城市交通存在的問題和面臨的挑戰

隨著我國經濟的發展和城市化進程的加快，城市人口快速增長，城市建設規模急劇擴大。在我國城市快速發展的進程中，特大型城市和大中型城市相繼出現交通擁堵、環境污染和資源浪費等“大城市病”。城市建設規模的急劇擴大，致使城市土地利用與耕地保護、地面道路容量與道路交通需求之間的矛盾日益突出，生態環境趨于惡化，地面交通資源供給嚴重不足，傳統的地面交通方式已無法滿足城市發展的要求。城市人口的快速增長，致使城市住宅郊區化和職住空間相分離，居民出行大量乘用小汽車，帶來了更為嚴重的空氣污染、資源消耗、交通擁堵、交通事故頻發等問題，傳統的交通方式已無法適應大中城市尤其是特大城市不斷增長的出行需求。我國城市交通正面臨嚴峻的挑戰。要改變我國城市交通擁堵和環境污染等境況，必須大力發展公共交通，尤其是多種形式的軌道交通，使更多的人選擇公共交通而不是選擇小汽車作為其主要出行方式，保障城市的健康有序發展。

（二）發展多種制式的城市公共交通勢在必行

《城市公共交通常用名詞術語》將城市軌道交通定義為：“通常以電能為動力，采取輪軌運轉方式的快速大運量公共交通之總稱”。目前國際普遍采用的公共軌道交通有地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車以及磁懸浮列車等多種類型。大力發展多種制式的公共軌道交通，對于緩解城市擁堵，改善城市環境質量，落實節能減排政策，促進經濟社會發展，充分發揮城市功能均具有十分重要的意義。

目前我國城市公共交通制式較為單一，交通供給結構與需求結構不相匹配，迫切需要建立不同層次、多種制式的公共交通體系，構建多功能、一體化的公共交通網絡系統。從世界范圍內解決大城市交通問題的實踐來看，在地面交通資源受限或土地供給約束情況下，充分利用地下和地上空間資源提供交通解決方案成為主要途徑。地鐵和輕軌因其充分利用地上、地下空間資源，運量大，安全準時，是世界上大多數大城市采用的軌道交通方式，具有廣泛而成熟的運營實踐。但地鐵和輕軌的造價高，占地多，拆遷難，在資金投入和土地占用上不堪重負，同時無論在總量上還是在結構上都滿足不了城市日益增長的交通需求。根據我國城市公共交通發展的客觀要求，進行軌道交通技術創新，發展多種制式的城市公共交通勢在必行。

（三）新能源空鐵是我國首創的新型軌道交通制式

中唐空鐵集團在消化吸收國外懸掛式新能源空鐵技術的基礎上，在西南交大和中車、中鐵等央企的大力支持下，經過多年技術研發，綜合采用動力電池技術、軌道交通技術和新材料、新工藝進行集成創新，在國際上率先開發出了一種新型的軌道交通制式——新能源懸掛式空中軌道交通系統。（簡稱為“新能源空鐵”）

1、新能源空鐵交通系統研發階段

目前世界各國，無論地鐵、地面軌道還是既有的懸掛式軌道交通，均采用外接電力作為動力源驅動列車運行。新能源空鐵不同于目前世界各國軌道交通采用外接電力驅動的方式，而是采用自主創新開發的超級鋰電池能量包作為動力源，是我國首創的技術領先、經濟適用的一種新型城市軌道交通制式。它吸收了既有軌道交通方式安全可靠、正點準時、全天候、無污染等優點，又具有占用土地少、投資成本低、工程周期短、適用范圍廣、節能環保等優勢，是軌道交通技術集成創新的成果。

⑴、2009年下半年開始進行動力電池技術及其產品的研發；

⑵、2012年起，在研發動力電池技術取得階段性成果的基礎上，同時進行懸掛式新能源空鐵的技術研發和市場調研；

⑶、2015年，結合動力電池技術的研發成果和懸掛式新能源空鐵技術的研發成果，進行創新集成，形成新能源空鐵系統的總體設計方案，并開展技術和市場論證；

⑷、2016年初，在前期技術研發投入的基礎上，投資建設新能源空鐵試驗線，并聯合產、學、研等各方力量集中進行技術攻關。

該新能源空鐵試驗線項目由中科院院士、西南交大教授翟婉明擔任總設計師，參與該試驗線工程建設的協作單位主要有：西南交大牽引動力國家重點實驗室、中車浦鎮機車公司、中車資陽機車公司、中鐵寶橋公司、中鐵六院、中鐵二院、攀鋼集團、上海富欣智控公司、華為技術公司和四川鑫唐新能源科技公司等10家單位和一千六百多名專家工程技術人員(附表:參加新能源空鐵項目主要研發人員名單).經過團隊各單位的共同努力，新能源空鐵試驗線于2016年9月30日完成列車掛線并進行直線段試運行，于2016年11月21日進行全線試運行。

2、新能源空鐵交通試驗線試驗驗證階段

⑴、經過8000余公里的新能源空鐵試驗線的運行檢驗，全面測試了新能源空鐵交通系統的軌道梁橋、車輛、信號系統及動力鋰離子電池系統的性能。

⑵、通過基于新能源空鐵的車橋耦合動力學模型，全面優化了新能源空鐵交通系統的性能，技術指標達到了設計要求。

⑶、通過試驗線復雜工況的全面測試，檢驗并驗證了新能源空鐵交通系統的安全性、穩定性和可靠性。

⑷、通過試驗線試運行，初步確立了新能源空鐵運行維護的基本模型，對部分運營維護數據進行了初步測算。

3、鑒定評價及標準制定階段

2017年3月18日，四川省科技廳委托四川省科技技術信息研究所，邀請全國范圍內的知名專家，對新能源空鐵交通系統進行了嚴格的評審。專家評審意見如下：

2017年3月18日，四川省科學技術信息研究所和四川省科技情報學會在成都組織科技成果評審會，對中唐空鐵集團有限公司、西南交通大學、中車南京浦鎮車輛有限公司、中鐵第六勘察設計研究院集團有限公司、中鐵寶橋集團有限公司、上海富欣智能交通控制有限公司、四川大唐能源投資集團等單位共同完成的“新能源空鐵關鍵技術和試驗線工程”項目進行了專家評審。專家組認真聽取了成果完成單位的研究報告，審閱了相關技術文件，實地考察了新能源空鐵試驗線及列車運行性能，經過認真討論，形成評審意見如下：

⑴、所提供的技術資料齊全，符合評審要求。

⑵、成果完成單位自主研發了以鋰離子電池作為動力的懸掛式單軌交通系統。該系統無需進行高壓輸變電系統布設，具有智能化、綠色化、輕量化、投資少及運維費用低等特點。在研制動力鋰離子電池、車輛、軌道梁及道岔、信號控制系統的基礎上，完成了試驗線建設、系統性能測試。主要技術創新點如下：

■研制了鋰離子電池包置于軌道梁內的新能源空鐵車輛，開發了帶自鎖式懸吊機構及差速膠輪的新型轉向架、中空鋁型材骨架加復合蒙皮的輕量化車體。車輛動態性能測試表明，該新能源空鐵車輛綜合性能優良。

■研制了整體平移式道岔梁，實現了道岔梁整體懸掛、平移、鎖定及連接，結構緊湊、鎖定可靠、車輛過岔接縫連續過渡，保證了車輛平穩安全運行。

        ■信號控制系統采用ATO智能動態多模式控車算法與電池管理系統（BMS)實時交互技術，實現了電池供電效率最大化；采用以軌旁ATP和聯鎖一體化設計，設備房和軌旁設備配置簡潔，節省投資。

■開發的懸掛式新能源空鐵列車-軌道梁橋空間耦合動力學仿真分析平臺，為軌道梁橋結構參數及車輛懸掛動力學參數的優化提供了理論依據。

⑶、建成了國內第一條新能源空鐵試驗線，累計進行了近8000km的行車試驗，完成了電池組電性能、可靠性、安全性和適應性等84項電池性能測試；車輛應力、動力學、噪音、能耗等180余項車輛性能測試；同時完成了車橋耦合振動、道岔可靠性及可維護性、信號系統ATO、ATP、ATS等測試。在此基礎上開展了《新能源空鐵交通設計暫行規定》、《懸掛式單軌交通車輛通用技術條件（暫行）》等6項標準的研究，為后續的工程示范和產業化提供了技術依據。

   綜上所述，專家組認為，新能源空鐵作為一種中等運量的城市軌道交通新制式，綜合優勢顯著，屬國內外首創，整體技術達到國際先進水平。其中，大容量鋰電池動力牽引應用技術和新能源空鐵列車-軌道梁橋耦合動力分析技術居國際領先水平。

四川省科技廳對新能源空鐵交通系統項目進行了嚴格的審查審核，結論如下：

本成果在完成動力鋰離子電池、車輛、軌道梁及道岔、信號控制系統研制的基礎上，建成了國內第一條新能源空鐵試驗線，累計進行了近8000km的行車試驗，完成了電池組電性能、可靠性、安全性和適應性等84項電池性能測試；車輛應力、動力學、噪音、能耗等180余項車輛性能測試；同時完成了車橋耦合振動、道岔可靠性及可維護性、信號系統ATO、ATP、ATS等測試，在此基礎上開展了《新能源空鐵交通設計暫行規定》、《懸掛式單軌交通車輛通用技術條件（暫行）》等6項標準的研究，可為后續的工程示范和產業化提供技術依據，整體技術就緒水平為TRL7級。建議進一步梳理完善新能源空鐵相關技術和標準，加快推進運營示范線工程的建設。

在試驗線試驗驗證的基礎上，擬制了新能源空鐵交通技術標準（草案），包括《新能源空鐵交通設計暫行規定》 、《 懸掛式單軌交通車輛通用技術條件(暫行)》 、《 軌道梁及墩柱施工驗收標準》、《 道岔梁施工驗收標準》、《新能源空鐵用動力鋰離子電池系統暫行規定》、《 懸掛式單軌交通工程概算定額（試行）》等6項標準的研究，經四川省住建廳立項，對上述標準進行補充或修改，形成地方標準和企業標準，為后續的工程示范和產業化提供技術依據。