基于建筑物的空中列车轨道及空中列车的制作方法

本发明涉及交通工具技术领域，具体涉及一种基于建筑物的空中列车轨道及空中列车。

背景技术：

空中列车，也称悬挂式空中单轨交通系统，其包括轨道和列车车辆，通过将轨道固定至地面以上的物体(如立柱)，然后列车车辆(包括车厢)沿轨道行驶，从而达到运输目的。

如果在轨道的规划路线上有障碍物(如山、建筑物等)时或者高度落差较大的路段，只能采用绕行的方法修建。然而绕行，势必会造成水平方向上轨道线路的延长，从而导致占用土地面积增加、拆迁量增加，从而增加了施工成本；同时，轨道线路周边受影响的居民区、商业区的面积增大，造成了较大的噪声、光线等影响，恶化了生活、工作环境。因此，需要一种基于建筑物的空中列车轨道和空中列车，以解决或至少减轻上述问题的发生。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决跨越障碍物或提升轨道标高难题解决绕行方案造成的施工成本高、施工周期长、占地面积大和对轨道线路周边环境造成的噪声、光线等影响的问题，本发明实施例第一方面提供了一种基于建筑物的空中列车轨道，包括：

悬臂，所述悬臂固定于建筑物的承重结构并横向延伸；以及

轨道，所述轨道装设于所述悬臂，所述轨道环绕所述建筑物，列车车辆沿所述轨道行驶，所述轨道上各处的转弯半径均≥所述列车车辆设计的最小转弯限制半径，所述轨道上各处的坡角均≤所述列车车辆行驶的最大爬坡限制坡角。

在一些优选实施例中，所述基于建筑物的空中列车轨道还包括所述建筑物，所述建筑物包括框架结构的外部框架，所述悬臂固定于所述外部框架。

在一些优选实施例中，所述外部框架包括多个竖直设置的外部柱和至少两个水平设置的外部梁，其中：

所述多个外部柱沿在水平面内周向均匀布置；

所述至少两个外部梁沿所述建筑物的高度方向布置。

在一些优选实施例中，所述悬臂通过连接件固定于所述外部柱/或外部梁。

在一些优选实施例中，所述轨道包括沿所述轨道的长度方向依次连接的多个轨道梁，所述多个轨道梁中的至少两个相邻的所述轨道梁之间设置有轨道接缝连接装置，以适应该至少两个相邻的所述轨道梁沿所述轨道的长度方向的伸缩。

在一些优选实施例中，所述建筑物还包括位于所述外部框架内、呈笼状结构的内部框架，所述内部框架包括多个竖直设置的内部柱和至少两个水平设置的内部梁，其中：

所述多个内部柱在水平面内周向均匀布置；

所述至少两个内部梁沿所述建筑物的高度方向布置。

在一些优选实施例中，所述建筑物的内部腔室中设置有多个楼层，任意两个相邻的所述楼层之间均设置有电梯和/或步梯。

在一些优选实施例中，还包括疏散平台，所述疏散平台的第一端连接至所述轨道，所述疏散平台的第二端连接至所述建筑物内

在一些优选实施例中，

所述轨道在对应所述疏散平台的位置高度不变，并且与所述疏散平台保持便于乘客上下列车车辆的高度差；或者，

所述轨道螺旋上升，所述疏散平台与所述站台之间设置有台阶和/或斜坡。

在一些优选实施例中，所述轨道为至少两个，每个所述轨道分别通过不同的所述悬臂装设，竖直方向上任意两个相邻的所述轨道之间的距离大于所述列车车辆的高度。

本发明实施例第二方面公开了一种空中列车，所述空中列车包括任一上述的基于建筑物的空中列车轨道和列车车辆。

本发明的有益效果为：

轨道环绕建筑物设置，使得轨道在竖直方向上延伸，从而，水平方向上占地少，避免或减少了拆迁工作，减少了对轨道路线穿过的周边区域造成噪声、光线影响；通过悬臂将轨道固定至建筑物，结构简单、节约了施工成本；轨道通过悬臂与建筑物固定为一体结构，建筑物本身的刚度、强度大，能够为轨道和列车车辆提供稳定的支撑，防止轨道的变形甚至被破坏，尤其是能够抵抗列车车辆沿螺旋形轨道行驶时的离心力，为空中列车的平稳、可靠运行提供了有力保障。

附图说明

图1是基于建筑物的空中列车轨道的一实施例第一视角的立体结构示意图；

图2是图1第二视角的立体结构示意图；

图3是图1中区域z的局部放大图；

图4是停车挡板和停车导向轮一实施例横向(垂直于轨道延伸方向)结构示意图；

图5是图4中区域y的局部放大图；

图6是停车挡板和停车导向轮一实施例的俯视图；

图7是轨道接缝连接装置一实施例的立体结构示意图；

图8是图7的爆炸视图。

附图标记及说明：

1、建筑物；11、建筑物本体；12、外部框架；121、外部柱；122、外部梁；13、内部框架；131、内部柱；132、内部梁；1321、第一内部梁；1322、第二内部梁；

2、悬臂；

3、轨道；31、顶板；32、侧板；33、行走板；34、悬吊槽；35、加强筋；

4、车厢；

5、疏散平台；51、疏散平台的起始端；52、疏散平台的末端；

61、停车挡板；611、停车挡板的第一侧；62、停车导向轮；63、连接板；64、加强肋板；

7、轨道接缝连接装置；710、第一对接板；711、对接端；712、第一安装檐；713、滑动构件；720、第二对接板；722、第二安装檐；730、连接板；731、第一侧部；732、第二侧部；733、滑道。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明实施例第一方面公开了一种基于建筑物的空中列车轨道，参见图1，基于建筑物的空中列车轨道包括悬臂2和轨道3，其中，悬臂固定于建筑物1的承重结构并横向延伸；轨道装设于悬臂，轨道环绕建筑物设置，列车车辆沿轨道行驶，轨道上各处的转弯半径≥列车车辆设计的最小转弯限制半径，轨道上各处的坡角均≤列车车辆行驶的最大爬坡限制坡角。

轨道环绕建筑物，使得轨道在竖直方向上延伸，从而，水平方向上占地少，避免或减少了拆迁工作，减少了对轨道路线穿过的周边区域造成噪声、光线影响；同时，只要将轨道通过悬臂固定至建筑物即可，可借助于现有建筑物或新建建筑物进行轨道的安装，结构简单、节约了施工成本；同时，轨道通过悬臂与建筑物固定为一体结构，建筑物本身的刚度、强度大，能够为轨道和列车车辆提供稳定的支撑，防止轨道的变形甚至被破坏，尤其是能够抵抗列车车辆沿螺旋形轨道行驶时的离心力，为空中列车的平稳、可靠运行提供了有力保障。

需要说明的是，从建筑物的建造时间上讲，建筑物可以为轨道的线路上已经存在的楼宇等建筑物，也可以是为了安装轨道而专门建造的建筑物。从建筑物的结构类型上讲，可以为钢结构建筑物，也可以为钢筋混凝土浇筑的框架结构的建筑物。进一步需要说明的是，悬臂可以通过法兰等连接件固定至建筑物，当建筑物是上述的钢筋混凝土浇筑的框架结构的建筑物时，也可以将悬臂直接预埋至其框架结构中。

轨道环绕建筑物设置，在竖直方向上，轨道可保持持续上升，如图1和图2所示，也可高度不变；轨道可环绕建筑物至少一周(如图1和图2所示)，也可环绕建筑物一部分；在水平方向上轨道到建筑物之间的距离可以保持不变(如图1和图2所示)，轨道、轨道所固定在的建筑物的外轮廓保持一致的形状(如图1和图2所示的圆形)，也可以根据实际需要进行灵活设置，如轨道设置为椭圆形等其他曲线形状，其也可以为多边形，只是为了使列车车辆能够顺利通过多边形的顶角，顶角位置应当为圆角，轨道，本领域技术人员可以理解的是，根据实际的施工需要，轨道可以为大于360°(即大于一圈)的螺旋，也可为小于360°(小于一圈)的螺旋，图1中示出了其大于360°的情形。需要进一步说明的是，轨道在其底部、顶部可以水平延伸，也可以沿一定斜率(相对于水平面倾斜)延伸。

列车车辆悬挂于轨道下方，空中列车包括车厢、动力装置(如伺服电机及变速箱)和行走机构(通常为能够在轨道内行走的胶轮)，动力装置驱动行走机构，使得空中列车沿轨道行驶，从而起到运输的作用。另外，轨道的设置应当满足条件：轨道上各处的转弯半径≥空中列车设计的最小转弯限制半径，轨道上各处的坡角均≤空中列车行驶的最大爬坡限制坡角，从而保证列车车辆的正常行驶。其中，上述的最小转弯限制半径rmin与列车车辆的运动参数有关。下面以一种简单运动模型为例来确定最小转弯半径值，具体分析过程为：

由于空中列车为单轨道悬挂，当列车车辆横向摆动角度最大时具有最大的横向加速度amax，如果加速度继续增大则会造成超出amax，即，列车车辆所受离心力过大，可能导致列车车辆横向摆动幅度过大造成两辆列车车辆之间的碰撞、列车车辆与建筑物发生碰撞、列车车辆与周边其他物体(如站台)发生碰撞的可能性，因此，以该状态下的力学模型分析，具体为：

由圆周运动的加速度公式amax＝v²max/rmin①

由该状态下的力学分析可知tanαmax＝mamax/mg②

综合式①和式②可得出：rmin＝v²max/g.tanαmax。从而得出列车车辆的最小转弯限制半径rmin，将轨道上的各点的转弯半径均≥空中列车设计的最小转弯限制半径即可。

其中：vmax为列车车辆的最大行驶速度，αmax为列车车辆允许的最大横向摆动角度。

同理，为保证列车车辆的正常行驶，还应当满足坡角的要求，此时，空中列车的最大爬坡限制坡角由设计时确定，通过悬臂、轨道的施工使得满足坡角要求。

另外，轨道的一种具体结构，参照图3，轨道包括上方的顶板31、左右两侧的侧板32和底部的两个行走板33，两个行走板之间留有悬吊槽34，列车车辆的转向架通过悬吊槽后安装于轨道内，列车车辆的转向架上的驱动轮在行走板上可滚动地设置。行走板下方还设有加强筋35，该加强筋的方向与轨道的长度方向一致，以提高行走板在轨道的长度方向上的刚度和强度，以减小受列车车辆的重力而引起的弯曲。

如上所述，建筑物可以为轨道的线路上已有的建筑物，也可是为了固定轨道而专门建造的建筑物，当为后者时，该建筑物为基于建筑物的空中列车轨道的一部分，建筑物包括建筑物本体11和位于建筑物本体内、呈框架结构的外部框架12，悬臂固定于外部框架。圆柱形建筑物适合螺旋形的轨道的布置。建筑物的一种具体结构为钢筋混凝土建筑的框架结构，悬臂可预埋至框架内，或者，通过法兰等连接件固定至框架结构。

需要说明的是，外部框架的一种具体结构为：其包括多个竖直设置的外部柱121和至少两个水平设置的外部梁122，多个外部柱沿建筑物本体的周向均匀布置，以形成周向的稳定支撑，至少两个外部梁上下布置，使得外部支撑柱与外部梁形成框架结构，以提供稳定的支撑。

如上所述，悬臂可以采用预埋方式固定至建筑物的承重结构也可以使用连接件固定，当为后者时，连接件的一种方式为法兰，当然，本领域技术人员可知的是，连接件还可以采用其他方式，不再一一列举。

轨道包括沿轨道的长度方向依次连接的多个轨道梁，多个轨道梁中的至少两个相邻的轨道梁之间设置有轨道接缝连接装置，以适应该至少两个相邻的轨道梁沿轨道的长度方向的伸缩。从而当受热胀冷缩、受力变形等导致两个相邻的轨道梁之间彼此靠近或远离时，仍能通过接缝连接装置进行连接，第一方面保证了轨道能够正常连接以保证列车车辆的正常行驶；第二方面，避免两个相邻的轨道梁之间彼此远离产生的缝隙，使得转向架滚动到该两个相邻的轨道梁之间后无振动、噪音(无缝隙，使得竖直方向上没有高度落差)；施工时在该两个相邻的轨道梁之间预留收缩间隙，避免两个相邻的轨道梁之间彼此靠近产生挤压而造成的轨道梁受较大的压应力，该压应力甚至会造成将轨道梁的扭曲(轨道梁偏离轨道的轴线)，从而保证列车车辆的正常行驶和轨道保持在安装状态。

轨道接缝连接装置7的一种具体结构，参见图7和图8，其包括彼此对接的第一对接板710和第二对接板720以及可移动设置于(第一、第二)对接板的对接端711之间的连接板730，该轨道接缝连接装置在使用时，第一对接板和第二对接板固定安装于相邻设置的两个轨道的端部，第一对接板和第二对接板上板面的一部分区域为悬挂式空中列车车轮的行驶区域(如图中虚线所示的带状区域)，在考虑到相邻设置的两个轨道由于热胀/冷缩的因素会导致两个对接的第一对接板和第二对接板之间出现互相挤压/拉伸的现象，在加工及安装第一对接板和第二对接板时，(第一、第二)对接板的对接端之间预留一定的缝隙，即在相邻设置的两个轨道热胀时，第一对接板和第二对接板之间的缝隙变小，在相邻设置的两个轨道冷缩时第一对接板和第二对接板之间的缝隙变大，通过这样的设置即可保证第一对接板和第二对接板不会由于热胀冷缩原因出现彼此挤压/拉伸的现象。但是，由于缝隙的设置，当悬挂式空中列车的车轮通过第一对接板和第二对接板之间的缝隙时，会产生明显的颠簸，从而造成悬挂式空中列车出现振动及噪声现象，严重影响乘客乘坐的舒适性。为了减少第一对接板和第二对接板之间的缝隙对悬挂式空中列车的乘坐舒适度影响，本发明在(第一、第二)对接板的对接端之间设置有连接板，当相邻设置的两个轨道由于热胀冷缩的原因导致第一对接板与第二对接板沿轨道的长度方向相向或反向运动时，连接板能够以沿(第一、第二)对接板的对接端的长度方向运动，从而使连接板仍能够作为悬挂式空中列车驶过(第一、第二)对接板的对接端之间缝隙时的垫板，同时能够维持连接板运动时与第一对接板和第二对接板之间缝隙基本不变，以减小悬挂式空中列车通过第一对接板、第二对接板和连接板时引起的振动和噪音。第一对接板和第二对接板上分别设置有如滑槽结构的滑动构件713，两个滑动构件的右下角(面向图7的自然方向)和左下角分别设置有第一安装檐712和第二安装檐722，连接板朝向第一对接板、第二对接板的侧面设置滑道733，滑动构件沿滑道733可滑动，并且滑道与轨道梁的长度方向之间保持夹角即可实现：滑动构件沿滑道滑动时第一对接板、第二对接板之间的长度可变，相应地，该两者分别固定于的两个轨道梁之间的距离可变。另外，如图所示的连接板大体为三角形，其具有第一侧部731和第二侧部732，第一侧部、第二侧部沿设置在第一对接板、第二对接板上凸起可滑动，以起到导向作用。当然，本领域技术人员可知的是，轨道接缝连接装置还可采用其他结构，不再一一赘述。

需要说明的是，建筑物还包括位于建筑物本体所围成的内部腔室内、呈笼状结构的内部框架13，参见图2，内部框架包括多个竖直设置的内部柱131和至少两个水平设置的内部梁132，其中：

多个内部柱沿建筑物本体的周向均匀布置，以沿建筑物周向提供稳定、可靠的支撑；

至少两个内部梁沿建筑物本体的高度方向布置，使得横向上内部框架连接为一体结构，从而提高了建筑物自身的刚度和强度，以进一步克服列车车辆沿轨道行驶的离心力。

需要进一步说明的是，内部梁包括环形的第一内部梁1321和线性的第二内部梁1322，内部柱均匀固定于第一内部梁的周侧，第一内部梁为多个，并且多个第一内部梁自上而下布置，第二内部梁的第一端固定至第一内部梁或内部柱，第二内部梁的第二端固定至外部柱或外部梁，从而将内部框架、外部框架和建筑物本体共同固定为一体结构，以提高用于安装轨道的建筑物的承重结构的刚度和强度，进一步利于列车车辆的可靠、稳定的行驶。

需要说明的是，建筑物本体所围成的内部腔室内设置有多个楼层(图中未示出)，任意两个相邻的楼层之间均设置有电梯和/或步梯(图中未示出)。该多个楼层可根据实际需要进行布置车站、站台，甚至还可布置购物中心等。可通过电梯和/或步梯到达不同楼层，使用方便。

另外，基于建筑物的空中列车轨道还包括疏散平台，疏散平台的第一端连接至轨道，疏散平台的第二端连接至建筑物内的站台，从而使得该基于建筑物的空中列车轨道的站台布置在该建筑物内，充分利用了建筑物的空间，避免新建车站的成本和缩短了施工周期。列车车辆停止后，该疏散平台的第一端的上表面与列车车辆的车厢内底板高度大体相等，从而方便乘客上下车。由此可知，疏散平台沿轨道的螺旋方向延伸，亦即，疏散平台与轨道平行，也就是说，疏散平台不是“平台”而是与轨道平行的曲面台(疏散平台的上表面的高度沿轨道的螺旋方向逐渐增大)，而建筑物内的楼层、站台应当是水平的，此时，会导致站台与疏散平台之间有高度差，基于此，发明人在二者之间设置台阶或斜坡过渡，以减缓该高度差带来的不适，从而便于乘客上下列车车辆。

为了使得疏散平台与停止后的列车车辆内底板的高度大体相等，亦即，即使存在高度差(如1cm内)该高度差不会影响乘客的上下车，发明人还可通过以下设置来实现：轨道在对应疏散平台的位置高度不变，即在竖直方向上，对应疏散平台的位置轨道即不上升又不下降，保持水平或大体水平(由于制造、装配等误差的存在不会绝对水平)，从而使得悬吊于轨道下方的列车车辆水平，最终保证疏散平台、停靠在该疏散平台的列车车辆内底板也保持水平或大体水平的姿态，从而方便上下车。发明人发现，在该设置下轨道在该水平段(对应疏散平台的位置，或略大于疏散平台的长度上)与上升段或下降段之间有死角，该死角的存在势必会影响列车车辆行驶的稳定，甚至会造成起步阶段转向架的驱动轮的卡死后不能沿行走板滚动只空转的情形，因此，在水平段与上升段之间、水平段与下降段之间可通过设置圆滑过渡，以防止上述情形的发生。

另外，由于轨道环绕建筑物设置，当轨道在水平面内弯曲时受离心力作用列车车辆的车厢而横向摆动，具体为向外(背离建筑物的方向)摆动，当列车车辆停靠在疏散平台5前不仅需要考虑列车车辆沿轨道方向的行驶速度，还要考虑列车车辆的车厢向外摆动的恢复(完全恢复后列车车辆的车厢大体上为竖直状态)，因为如果列车车辆停靠后仍具有向外一定程度的向外摆动量，会使得停靠后车厢横向上往复摆动，影响乘坐体验、对悬吊列车车辆的部件和转向架形成交变应力，加速该部件和转向架的疲劳，影响列车车辆的正常行驶及运行的安全性。基于该考虑，设置停车挡板61和停车导向轮62，参照图4、图5和图6，停车导向轮可转动地安装于车厢的外侧面(背离建筑物的侧面)，另外，停车挡板竖直设置并且与轨道平行，并且使得停车导向轮随车厢4运动时在高度上始终位于停车挡板的上边缘与下边缘之间，停车挡板的第一侧延伸至疏散平台的起始端51(或略超出疏散平台的起始端)，停车挡板的第一侧的相反侧沿延伸至疏散平台的末端52(或超出疏散平台的末端)，并且水平方向上停车挡板到轨道的距离沿列车车辆的行驶方向(在图6中为逆时针方向)而逐渐减小，直至最终车厢的中轴线与轨道的中轴线重合(车厢的运行轨迹为图6中的虚线所示出的轨迹)，并且列车车辆自然悬吊于轨道时停车挡板的第一侧611与车厢之间保持微小的间隙(如5mm)，以提供车厢的微小摆动空间。需要说明的是，该停车挡板可固定在悬臂上，也可固定在轨道上，还可固定在建筑物上，只要使用连接件进行连接即可。停车挡板通过连接板63固定至建筑物的受力结构上，为了避免停车挡板与连接板连接处的应力集中，在该二者之间的拐角处通过设置加强肋板64。通过该设置使得车厢的横向摆动在短时间内快速削弱或消除，减小了列车车辆的制动距离。当然，本领域技术人员可知的是，出于减小或消除车厢的横向摆动目的还可作出其他设置，不在此一一列举。

进一步需要说明的是，轨道为至少两个，并且至少两个轨道平行布置，使得至少有一个轨道上的列车车辆可上行(螺旋上升)，至少有一个列车车辆上的列车车辆可下行(螺旋下降)，增大了运客量的同时又提高了建筑物高度上的空间利用率。此处，需要注意的是，任意两个相邻的轨道之间的(竖直方向上)距离大于列车车辆的高度，即，为列车车辆正常行驶提供足够的竖直方向的空间。

另外，基于建筑物的空中列车轨道还包括设置在轨道内的授电轨，授电轨电性连接至建筑物内的电源，即由建筑物内的电源供电，从而解决了列车车辆行驶所需要的电力供应问题，就近取电，可缩短电力传输距离，节约供电线路建设费用和缩短施工周期；同时电源距离供电轨距离近，降低了供电线路上的电量消耗，符合当前节能减排的需要。

需要说明的是，空铁列车轨道还包括照明装置，照明装置布置在轨道和/或建筑物本体的内部腔室，以为列车车辆的行驶提供照明、信号控制、为建筑物内的楼层提供照明，甚至照明装置布置在建筑物本体外，具备一定的装饰作用。

另外，建筑物本体的顶部、外立墙设有防水层，以保证雨水、潮湿环境下的正常工作。同时，建筑物本体上还可以安装窗户和/或观光平台，以提供视野，使得乘客可观光。

本发明实施例第二方面公开了一种空中列车，该空中列车包括任一上述的基于建筑物的空中列车轨道和列车车辆。当然，本领域技术人员可知的是，该空中列车配合车站、通讯信号控制系统、动力驱动系统、票务系统和安保系统等即可构成空中列车系统，以分别保证空中列车的正常运行。本领域技术人员可以理解的是，车站与现有的车站一样，用于上车前、下车后人流的疏导、休息等；通讯信号控制系统，用于控制不同的列车车辆的发车间隔、驶速度等；动力驱动系统驱动列车车辆沿轨道行驶，其可以为伺服电机；照明系统为车站、列车车辆内部和列车车辆的前方提供照明；票务系统用于乘客购买、改签、退换车票；安保系统为空中列车系统的运行提供安全保障，安保系统可包括对人所携带的物品的安检(如安检门)和对行李物品的安检(如行李安检机)。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。