胶轮导轨自动捷运系统(APM)技术特点及适用性

1 引 言

胶轮导轨自动捷运系统(Automated People Mover System，以下简称APM)，也称为自动导向交通系统(Automated Guideway Transit，AGT)，是一种采用橡胶车轮，通过导轨引导方向，在专用路面或轨道上全自动控制运行的新型快速轨道交通客运系统。

APM最初由美国进行研究开发并实际应用，随后，英国、法国、德国等欧洲国家也进行了开发，日本也是最初开发该系统的国家之一。目前，APM在全世界许多国家的机场捷运系统和城市轨道交通系统中有所应用，全球超过50个机场采用胶轮导向APM系统承担机场内部旅客自动运输功能。在城市轨道交通系统中，APM系统多应用于中运量轨道交通骨干线或大运量地铁轻轨系统的延伸线、补充线，如法国里尔1号线和2号线、意大利都灵1号线、新加坡武吉班让线、台北内湖线、澳门轻轨等。

APM系统我国内地城市轨道交通中应用较少，目前仅有广州珠江新城集运线以及上海市轨道交通8号线三期(沈杜公路站-汇臻路站)暨集运系统A线工程两条运营线路。本文结合APM系统的技术特点及与其他中运量轨道交通系统的比较，对APM系统在城市轨道交通中的适用性进行简要分析。

2 APM系统技术特点

2.1 车辆系统

APM车辆系统由车体、转向架(包括走行导向系统、驱动系统、摩擦系统和悬挂系统)、电传动系统、制动系统、空调与通风、列车控制诊断系统、乘客信息系统等几大部分组成。车辆系统主要技术指标见表1。

APM车辆与其他轨道交通车辆最基本的区别在于其走行装置，车体支承在两个单轴转向架上，由转向架上的电动机驱动走行轮，并以特设的水平导向轮导向，运行在混凝土专用轨道上。并且根据导向轮的安装方式，APM系统可分为中央导向式和侧导向式两种导向模式。

表1 车辆系统主要技术指标

2.2 胶轮导轨轨道结构

APM轨道结构与常规轨道交通有本质区别，其由走行面、导向轨、道岔以及附属设施(如车档、线路、信号标志等)等结构组成，如图2-1所示。

走行面是一种在坚实基底上直接浇筑混凝土以取代传统道砟、钢轨、轨枕的结构形式，位于轨道结构两侧，承受列车荷载。其整体性强，稳定性好，轨道几何形位易于保持，从而养护维修量少。

转向架上的一对导向轨共同作用，引导车辆运行。对于中央导向的APM，导向轨设于轨道中心，导向车轮左右夹持于导向轨腹板或翼缘；对于侧导向方式的APM，导向轨设于轨道两侧，左右导向车轮分别接触导向轨的腹板或翼缘。

APM采用的道岔与常规轮轨有很大区别，并且根据导向方式的不同采用不同的结构形式。中央导向的APM道岔系统有枢轴式道岔、Y型道岔、转盘式道岔，侧导向的APM道岔系统主要为枢轴式。中央导向系统的转盘式道岔相当于钢轨菱形交叉，具有线路空间要求小的优点，在上海轨道交通8号线三期工程有所应用；但由于道岔联锁机构复杂，故障率高，因此APM系统主要推荐采用枢轴式道岔，即对线路设计提出了通过单渡线代替交叉渡线的特殊要求。

2.3 牵引供电系统

APM系统的牵引供电系统主要由中压供电网络、牵引变电所、牵引网、电力监控系统及防雷与接地系统等组成。

主流的APM系统采用750V直流电或600V三相交流电通过牵引网输送给车辆上的驱动电动机，牵引列车行驶。降压变电所将中压电源降低为AC380/220V后，供轨道交通动力、照明设备使用。

APM车辆采用集电靴通过供电轨受电。供电轨一般与导向轨集成。侧导向的APM系统一般利用两侧导轨做正负极导电轨，即一侧馈电，一侧回流，电动机的功率一般为1 000 kW左右，基本都采用750直流电源。中央导向的APM系统一般采用供电轨供电，中央导轨回流。采用第三轨供电方式时，在道床的一侧尚设有三轨和支架。导向轨还同时兼有第三轨供电系统的回流轨作用。因此，中央导向APM供电系统相比其他轨道交通最大的特点就是通过导向轨接地实现了无杂散电流。

2.4 全自动运行信号系统

APM系统全部采用全自动运行，能够实现UITP规定的GoA4等级的无人值守的全自动运行模式。其信号系统一般由ATC系统(ATP、ATO、ATS子系统)、联锁系统构成，目前主要采用基于通信的移动闭塞式ATC系统(如庞巴迪公司的广州珠江新城APM信号系统)，最小行车间隔可达90 s。APM信号系统具体设备包括位于控制中心的ATS子系统的中央设备、车站(含车辆基地)及轨旁设备、车载设备等，具备无人驾驶(FAO)、ATO驾驶、ATP驾驶(正常运行模式)，限制人工驾驶模式和非限制人工驾驶模式(非正常运行模式)五种列车驾驶模式，采用ATS自动监控模式，即正常情况下ATS系统自动监控在线列车的运行，自动向联锁设备下达列车进路命令，列车在ATP的安全保护下由车载ATC按ATS指令驾驶列车运行。控制中心仅需监督列车和设备的运行状况。

APM信号系统设计时必须遵守无人驾驶全自动运行系统的“故障-安全”原则，并尽可能简化系统架构、集中设置中央级控制、减少轨旁设施、缩小车站规模，降低工程造价。

3 APM与其他中运量轨道交通系统的比较

中低运量轨道交通系统主要有APM、单轨、现代有轨电车、中低速磁悬浮等几种制式，相比传统的大运量地铁、轻轨而言，中运量轨道系统的优点是线路适应性强(小半径、大坡度)，运营环境好，振动噪声低，建设成本低。大多数系统采用独立路权，运营速度与地铁相当，可根据客流需求采用合理的编组方式。各种中运量系统制式的技术参数比较如表2所示。

表2 中运量轨道交通系统制式比选

APM系统的车辆、胶轮导轨轨道结构、供电、牵引系统等组成，各个系统的特点决定了APM相比于其他中运量轨道交通制式具有如下显著优点：

(1)行驶速度高，与独立路权的轨道交通系统相当。车辆可灵活编组，运能适应性好。

(2)噪声小，舒适度高。由于使用橡胶轮胎在混凝土轨道上行走，减少了常规钢轮钢轨走行结构的刚性接触，从而降低车辆运行时噪声和振动，无需采用其他减振措施。

(3)线路适应性好。APM系统在中运量轨道系统中转弯半径最小，可达22 m，可减少用地面积，适应局促的城市空间，降低工程造价；由于橡胶车轮与走行面黏着力大，爬坡能力强，最大纵向坡度(不含折减)可达60‰，保证了线路可以顺利通过城市困难地段。

(4)运营效率高。APM系统基于现代计算机技术实现全自动运行无人驾驶，且启动、制动加减速度大，运营效率高，具有较高的服务水平。

4 APM系统的适用性分析

4.1 客流适应性——中低运量，灵活编组，服务水平高

与传统的地铁、轻轨相比，APM系统采用较短的车身、灵活编组的形式，能够适用于断面客流0.8～3万人/h的运输需求，可以实现较大的客流适应范围，适应性较好，尤其适合在轨道交通骨干线网基本建设成型的条件下，进一步建设断面客流需求低于3万人/h的中运量线路，主要为线网的延伸、饲喂、加密线，以及商业区、核心区、建筑密集区的短途接驳线路等。

APM系统采用胶轮路轨，设计时速与地铁相同，可达80 km/h，在中运量系统中速度最快，与地铁相当，相比现代有轨电车、悬挂式单轨有明显的优势。其发车间隔可缩短至1.5分钟，运输效率高，可以实现“小编组、高密度”运营组织，具有极高的服务水平。

4.2 线路适应性——小半径、大纵坡适应性好

APM采用胶轮系统，具有“小半径、大纵坡”的特点，能够适应复杂城市道路、建筑物较密集区域、复杂地形地貌的线路敷设；其最小半径可达22 m，最大纵坡可达6%，是所有中运量系统中半径最小，爬坡能力较强，线路适应性最好的，能够适用于各种复杂的城市空间。

4.3 环境适应性——低噪声，小体量，影响小

胶轮系统相比传统的钢轮钢轨系统，其振动噪声都显著降低；根据实测数据，高架APM系统距轨道8m处的噪声实测值约62dB，比传统的钢轮钢轨系统减少10-12dB，与同为胶轮技术的跨座式单轨噪声水平相当。

中运量系统多采用地面及高架敷设，APM相比有轨电车，采用高架独立路权，区间桥梁下部结构占宽可控制在2.5m内，占用道路空间少；APM车辆车身短，车站规模小，4节编组站台有效长50m，6节编组站台有效长75m，远远小于常规地铁轻轨，能够极大的减少车站占地。

4.4 工程建设适应性——施工简便，建设周期短

APM系统的胶轮路轨系统核心部件可在工厂预制，现场拼装，高架桥梁也在上海成功应用了预制拼装的U梁结构，可以较大程度的实现装配式施工，施工简便，建设周期短，仅为传统地铁工期的一半。

4.5 运营安全适应性——安全可靠度高，疏散条件好

APM系统采用全自动驾驶技术，是世界上较为成熟的全自动驾驶轨道系统，相比其他中运量系统，APM主流产品的全自动驾驶系统应用经验最丰富，在行车安全和系统可靠性上有完善的解决方案和高度可靠的冗余方案，符合当前我国轨道交通行业向全自动驾驶方向发展的需求和趋势。

APM系统高架线路采用传统的箱梁或U梁，走行面也可做成较平整的混凝土路轨，具备一定道床面疏散条件，相比单轨、磁悬浮等高架中运量系统，APM系统的应急疏散条件优势明显，在紧急情况下能够提供安全可靠的疏散逃生方案。

4.6 全寿命周期经济性——建设投资低，运营成本低

APM系统在中运量轨道交通系统中，投资水平较同为独立路权、高架敷设为主的单轨、磁悬浮略低，有一定价格优势；与近两年大城市的主城区建设的轨道交通工程投资相比，APM系统的工程投资约为传统轻轨的50%～60%，约为传统地铁的20%～30%，但能够提供与轻轨相当，约为地铁30%～50%的旅客运输能力，因此具有显著的工程经济效益。

APM系统采用全自动驾驶，无人值守，极大的降低了运营组织定员；车辆及供电系统采用较为成熟的制动回馈和超级电容储能装置，可以节约运行能耗约30%，极大的降低牵引电耗；因此，APM系统相比传统地铁、轻轨，可减少运营成本中最主要的人工和电费成本，具有显著的低成本优势。

5 结 论

APM系统具有安全、舒适、高速度等城市轨道交通的共同特点，相对于其他轨道交通方式，具有编组灵活、运行噪声低、环保性能好、曲线半径小、爬坡能力强、能够实现无人驾驶，运营效率更高等优点，加之土建工程相对简单，规模大小可控，因此目前在短途、低运量的接驳、补充、收集等线路上得到了广泛的应用。

随着我国新型城镇化的快速发展，城市轨道交通已经成为目前解决城市交通拥堵的最主要的方式之一，作为国家战略新兴产业之一，会得到大力的发展。高运量、大运量的运输主要依赖于地铁、轻轨等轨道交通，对于中低运量的城市来说，APM系统在技术上的适应性和经济上的优越性使其完全能够满足中低客运量城市公共交通的要求，具有广泛的应用前景。