中國城市軌道交通系統(tǒng)多制式發(fā)展綜述

韓寶明，金天鳳，方恒堃，魯 放

中國城市軌道交通經(jīng)過60年的發(fā)展，1在發(fā)展速度和建設(shè)規(guī)模上已經(jīng)成為世界第一。我國目前擁有軌道交通系統(tǒng)制式的全部形式，在中低速磁懸浮、中低運量跨座式單軌等新興制式領(lǐng)域也有長足進步。隨著大城市路網(wǎng)規(guī)模的進一步擴大和大量中小城市的參與，為了滿足不同的需求，軌道交通制式問題重新成為關(guān)注的重點之一。前一段時間，“智軌”、“云軌”、“巴鐵”等一些新概念也吸引了較為廣泛的社會關(guān)注。因此有必要專門討論一下我國城市軌道交通多制式發(fā)展問題。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 多制式線路統(tǒng)計

截至2016年末，中國大陸地區(qū)共30座城市開通城軌交通運營，共計開通城軌交通運營線路133條，總長度4 152.8 km。其中，地鐵3 168.7 km，占76.3%；其他6種制式（包括輕軌、單軌、市域快軌、現(xiàn)代有軌電車、磁浮交通、APM等）共計984.1 km，占23.7%：輕軌占5.6%；單軌占2.4%；市域快軌占9.9%；現(xiàn)代有軌電車占4.5%；磁浮交通占1.2%；APM占0.1%[1]。制式構(gòu)成見圖1。

圖1 2016年中國大陸地區(qū)城軌交通運營線路制式結(jié)構(gòu)Fig. 1 The structure of urban rail transit system in China in 2016

截至2016年末，在建線路中，地鐵4 925 km，輕軌13.4 km，單軌33.4 km，市域快軌300.7 km，現(xiàn)代有軌電車328.6 km，磁浮交通28.8 km，APM 6.6 km，7種制式同時在建。

1.2 發(fā)展軌道交通多制式的優(yōu)勢和意義

1.2.1 經(jīng)濟發(fā)展和人口規(guī)模提供了難得的機遇

我國具有國土面積大、人口多、城市化進程快、經(jīng)濟發(fā)展迅速、地區(qū)發(fā)展不均衡等特點，為不同制式軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展提供了難得的機遇。

交通擁堵、環(huán)境惡化已經(jīng)影響到了二、三線城市，這些城市也已經(jīng)啟動軌道交通系統(tǒng)研究工作。根據(jù)《國家發(fā)展改革委關(guān)于加強城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的通知》[12]，進一步放寬了軌道交通建設(shè)的要求。但這些城市軌道交通客流斷面相對較小，傳統(tǒng)輪軌A、B型車不再適應(yīng)新的發(fā)展需求。

1.2.2 能滿足不同城市和不同區(qū)域的個性化需求

我國城市數(shù)量大，城市人口眾多，不同城市以及大城市的不同區(qū)域的交通需求存在差異性，不同的軌道交通制式能滿足不同城市和不同區(qū)域的個性化交通需求。特別是不同城市的地理特性和城市結(jié)構(gòu)多樣，為各種制式的發(fā)展都提供了空間。

1.2.3 能加強我國城市軌道交通產(chǎn)業(yè)的全面性

我國已經(jīng)是全球城市軌道交通最大的市場，在軌道交通建設(shè)、運營、裝備制造方面都具有強大的實力，并且已經(jīng)具備了完整的軌道交通產(chǎn)業(yè)體系，幾乎具備所有常用制式軌道交通系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)能力和實踐經(jīng)驗，可以為世界其他國家提供全面和多樣性的產(chǎn)業(yè)服務(wù)。

1.3 不同制式的優(yōu)缺點及適用地區(qū)

目前，《城市公共交通分類標準》將城市軌道交通分為地鐵、輕軌、有軌電車、單軌、APM、磁懸浮和市域快軌共7類。城市軌道交通系統(tǒng)制式的優(yōu)點、缺點及適用地區(qū)對比見表1。

表1 城市軌道交通系統(tǒng)制式優(yōu)缺點及適用地區(qū)對比Tab. 1 The advantages and disadvantages of urban rail transit system and its applicable area

1.4 多制式特色線路

除傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌地鐵和輕軌系統(tǒng)制式外，中國內(nèi)地城市軌道交通多制式的特色線路主要總結(jié)如下。

1.4.1 輕軌系統(tǒng)

輕軌是城市軌道交通中運量系統(tǒng)中的鋼輪鋼軌系列，它以新型有軌電車街面敷設(shè)方式為工程基本元素，吸取了地鐵線路和信號的先進技術(shù)要素，提高了車輛速度、發(fā)車密度和運量等級，是介于地鐵與有軌電車之間的軌道交通中運量系統(tǒng)。

長春輕軌是中國較早建設(shè)和具有較大規(guī)模的輕軌系統(tǒng)，采用 70%和 100%低地板車運營，主要采用高架和地面線路敷設(shè)形式，能滿足中等運量客流需求，其車輛見圖2。

圖2 長春輕軌車輛Fig. 2 Changchun light rail vehicle

1.4.2 現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)

由于造價低、審批相對容易等優(yōu)勢，現(xiàn)代有軌電車在我國中小城市和大城市的郊區(qū)得到迅速發(fā)展，目前在沈陽、廣州、南京、蘇州、武漢、北京、深圳以及淮安等城市先后建成運營[3]。其中沈陽渾南新區(qū)一次性建成4條線路長達60 km的有軌電車系統(tǒng)，實現(xiàn)了跨線運營。此外，北京西郊線已經(jīng)于2017年12月30日通車正式運營。其車輛分別見圖3、圖4。

圖3 沈陽渾南新區(qū)有軌電車Fig. 3 Hunnan modern tram

圖4 北京西郊線有軌電車 Fig. 4 Western suburban tram

1.4.3 單軌系統(tǒng)

1）跨座式單軌系統(tǒng)?？缱絾诬壗煌ㄜ囕v采用橡膠車輪跨行于梁軌合一的軌道梁上（見圖5）。車輛除走行輪外，在轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)尚有導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪，夾行于軌道梁的兩側(cè)，保證車輛沿軌道安全平穩(wěn)地行駛。

重慶引進了日本日立的跨座式單軌系統(tǒng)，建設(shè)了2、3號線等幾條線路，并實現(xiàn)了全部關(guān)鍵技術(shù)的自主化，運營里程達100 km，是世界上運營單軌里程最長的城市。蕪湖市軌道交通1、2號線采用浦鎮(zhèn)車輛廠引進的龐巴迪跨座式單軌技術(shù)，已經(jīng)開工建設(shè)。此外，比亞迪推出了名為“云軌”的中低運量跨座式單軌系統(tǒng)，并在銀川花博園建設(shè)運營了一條試驗觀光線路，目前全國有20多個城市計劃修建單軌交通。

2）懸掛式單軌系統(tǒng)。懸掛式單軌，其運行軌道位于列車上方，是列車懸掛在半空中運行的一種中運量軌道交通系統(tǒng)（見圖6）。車輛除走行輪外，在轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)尚有導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪，始終在箱形軌道內(nèi)部，保證車輛沿軌道安全平穩(wěn)地行駛。

圖5 重慶跨座式單軌車輛Fig. 5 Chongqing straddletype monorail vehicle

圖6 青島四方廠內(nèi)試驗線Fig. 6 Suspended monorail test line in Sifang locomotive and rolling stock works

目前國內(nèi)尚沒有正式運營項目，陜西韓城計劃采用青島四方懸掛式單軌技術(shù)建設(shè)第一條線；此外，在四川雙流，使用中車浦鎮(zhèn)車輛建設(shè)了試驗線。

1.4.4 APM（旅客自動輸送）系統(tǒng)

中國最早的APM系統(tǒng)是北京首都機場T3航站樓內(nèi)部的系統(tǒng)，俗稱“小火車”（見圖 7），主要用于替代擺渡車解決機場內(nèi)部不同區(qū)域的乘客輸送問題，完全采用國外技術(shù)。真正服務(wù)于城市交通的第一條APM系統(tǒng)是廣州珠江新城的APM，僅有3.9 km長。

圖7 北京首都機場APM車輛Fig. 7 Automated people mover vehicle in Beijing Capital International Airport

1.4.5 磁懸浮系統(tǒng)

磁懸浮列車是一種現(xiàn)代高科技軌道交通工具，它通過電磁力實現(xiàn)列車與軌道之間無接觸的懸浮和導(dǎo)向，再利用直線電機產(chǎn)生的電磁力牽引列車運行。

上海磁懸浮線是世界第一條正式商業(yè)運營的高速磁懸浮線路（見圖 8），從軌道交通龍陽站至浦東機場，全長約30 km，2003年投入試運營，采用的是德國的技術(shù)。

圖8 上海高速磁懸浮Fig. 8 Shanghai maglev train

2004年11月，原建設(shè)部總工周干峙院士發(fā)表日本名古屋中低速磁浮基本情況的文章[4]，建議在國內(nèi)城市軌道交通中，嘗試中低速磁浮交通，得到了磁浮交通研發(fā)的產(chǎn)學(xué)研團隊的積極響應(yīng)。經(jīng)過10余年的發(fā)展，中國已經(jīng)掌握了自主知識產(chǎn)權(quán)的中低速磁懸浮技術(shù)，并建成了北京磁懸浮S1線（見圖9）和長沙機場磁懸浮線（見圖 10）。這兩條線路的建設(shè)都體現(xiàn)了地方政府對軌道交通創(chuàng)新技術(shù)的積極示范和推廣作用。

圖9 北京磁浮S1線Fig. 9 Beijing maglev Line S1

圖10 長沙機場磁浮快線Fig. 10 Maglev express in the airport of Changsha

1.4.6 直線電機系統(tǒng)

直線電機系統(tǒng)是采用直線感應(yīng)電機驅(qū)動技術(shù)的典型非黏著驅(qū)動方式的軌道交通系統(tǒng)。在直線電機的電動車輛中，推進力由鋪設(shè)在鋼軌間的反作用板直接傳遞，所以不受黏著的限制，有利于通過大坡道（最大坡度可達60‰）和小半徑曲線（最小半徑為65 m）的線路。

圖11 北京機場線直線電機車輛Fig. 11 Linear motor vehicle in Beijing Subway Airport Express

直線電機系統(tǒng)是屬于城市軌道交通中運量系統(tǒng)。目前，國內(nèi)主要在廣州3、4、5號線采用該技術(shù)，技術(shù)引進自日本。北京首都機場線采用來自加拿大龐巴迪的直線電機技術(shù)，曾服務(wù)于北京奧運配套工程，被稱為國門第一線。

1.4.7 市域快軌系統(tǒng)

市域快速軌道系統(tǒng)是近年來發(fā)展非常快的一種大運量軌道運輸系統(tǒng)，適用于城市區(qū)域內(nèi)重大經(jīng)濟區(qū)之間中長距離的客運系統(tǒng)。目前，國內(nèi)超大城市隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)不斷完善和城市化進程的不斷擴大，新的客流需求進一步增加，市域快軌系統(tǒng)提上日程，北京、上海、廣州以及成都在新一版建設(shè)規(guī)劃中均提出了市域快軌修建計劃。從目前國內(nèi)建設(shè)情況來看，利用既有鐵路或者部分改造既有鐵路開行市域快軌的情況較為普遍[5]，例如北京S2線，上海金山線等，普遍采用鐵路既有車輛CRH動車組模式（見圖12）。北京市計劃開通的副中心線以及黃懷密線將采用更加適應(yīng)公交化的CRH6F型車輛。目前新建線路中，溫州市域線S1線計劃采用四方廠生產(chǎn)的 CRH6S型車輛，北京首都新機場線也計劃采用該種車輛。

圖12 市域快軌采用的CRH動車組Fig. 12 CRH multiple units in regional express rail

從客流性質(zhì)和服務(wù)功能以及車站間距和運營速度方面分析，市域快軌選用車輛應(yīng)更靠攏城市軌道交通車輛的性能，具有較高的加減速度和超載能力，并有利于與城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)互通運行。車輛最高運行速度應(yīng)突破100 km/h、提高至120或140 km/h，必要時可采用160 km/h。

2 存在的主要問題

2.1 制式分類標準不完善

現(xiàn)有《城市公共交通分類標準》將城市軌道交通分為地鐵、輕軌、單軌、市域快軌、現(xiàn)代有軌電車、磁浮交通、APM等7種制式，存在一定局限性。有的按照運量劃分，有的按照功能定位劃分，有的按照軌道形式劃分，各種制式之間存在交叉和模糊性。這為不同制式指定相應(yīng)的技術(shù)標準造成了困難[6]，例如，直線電機是否作為一種制式在業(yè)中尚有爭議。

2.2 制式仍然以地鐵為主

我國城市軌道交通線路制式仍然以大運量的地鐵為主，占比接近 80%，中低運量的其他制式比例還比較低。從國際公共交通協(xié)會（簡稱UITP）2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)推算，世界上城市軌道交通總里程約29 000 km，其中地鐵總里程達12 500 km，占比僅有43%[7]，說明我國的城市軌道交通線路結(jié)構(gòu)還較為單一，不能滿足城市個性化的交通需求。

當(dāng)前我國軌道交通其他制式發(fā)展緩慢的主要原因有：1）地方政府認為地鐵才夠檔次；2）地鐵制式相對技術(shù)成熟；3）現(xiàn)階段主要滿足城市核心區(qū)的需要，傾向于采用大運量系統(tǒng)；4）按造價比例取費的模式使規(guī)劃設(shè)計單位不愿選擇較低造價的其他制式。

2.3 各種制式的優(yōu)勢沒有得到很好的發(fā)揮

一般特殊制式都有各自獨特的優(yōu)點，然而在實際應(yīng)用中常常沒有得到很好的發(fā)揮。例如有軌電車的主要優(yōu)勢是造價低和工期短[8]，但北京的有軌電車西郊線的造價和工期都幾乎接近傳統(tǒng)地鐵。廣州珠江新城APM由于線路太短和全地下建設(shè)，造價居然高達 5億元/km。直線電機具有線路斷面小能降低隧道成本的優(yōu)勢，然而，在我國由于線路太少，施工單位采用標準尺寸盾構(gòu)施工，使得該優(yōu)勢蕩然無存。北京磁懸浮系統(tǒng)考慮疏散功能需求，采用傳統(tǒng)梁上梁結(jié)構(gòu)，對磁浮橋梁景觀影響較大，造價較高。

2.4 制式選擇時動機不純

有些城市在制式選擇時，出于照顧本地產(chǎn)業(yè)或者追求創(chuàng)新等目的，沒有選擇成熟的、適合本地特點的軌道交通制式。在城市軌道交通制式多元化的大趨勢下，各城市都爭相發(fā)展不同制式作為城市的亮點以博取眼球，忽略了倡導(dǎo)多制式城市軌道交通協(xié)調(diào)發(fā)展的本意：“只有多制式并且相互之間優(yōu)勢互補、綜合利用，才能夠解決好我們國家軌道交通的發(fā)展問題”[9]。促進城市軌道交通制式多元化，但不能盲目發(fā)展多制式軌道交通。一個城市如果軌道交通制式太多，將會帶來網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián)、共線運行和維護成本的問題。另一方面，盲目采用一些還未形成產(chǎn)業(yè)化的新興軌道交通系統(tǒng)，供應(yīng)商數(shù)量太少，市場有限，可能會在成本、可靠性、維保的可持續(xù)性方面造成新的困難。

2.5 線路多制式增加了運營難度

發(fā)展多制式帶來了運營維護復(fù)雜化，同時不利于不同制式車輛在不同線路之間的互聯(lián)互通。隨著城市軌道交通制式的多元化，前期已建成的軌道交通線路，在交通制式方面無法實現(xiàn)互聯(lián)互通[10-11]。例如，北京的 S1線采用了新的中低速磁懸浮制式，完全喪失了未來與6號線貫通運行的可能性。

3 發(fā)展建議

3.1 進一步完善軌道交通制式分類標準

目前，除了傳統(tǒng)的幾種軌道交通制式外，還出現(xiàn)了一些新概念，給社會大眾造成了認知上的混淆。例如，“云軌”只是一種產(chǎn)品品牌，并不是一種新的制式?！爸擒墶毕喈?dāng)于自動導(dǎo)向的地面公共汽車，是否屬于軌道交通尚有爭議。目前我國軌道交通制式的分類還不是很完善，分類依據(jù)還不統(tǒng)一。建議盡快修訂《城市公共交通分類標準》或?qū)ｉT制定《城市軌道交通分類標準》。同時建議由政府引導(dǎo)開展“標準先行”戰(zhàn)略，完善城市軌道交通行業(yè)各類系統(tǒng)的技術(shù)標準和知識產(chǎn)權(quán)體系。

3.2 因地制宜實事求是地做好制式選擇

多制式軌道交通協(xié)同發(fā)展已成為城市軌道交通發(fā)展的主流趨勢。城市發(fā)展需求與客觀條件同城市軌道交通制式的選擇彼此間相互作用，影響選擇的因素存在多樣性，且選擇的主要因素相互藕合而非獨立。因此，堅持“因地制宜”“統(tǒng)籌兼顧”“可持續(xù)”的發(fā)展理念，根據(jù)不同的城市情況科學(xué)匹配制式種類和數(shù)量，將會更好地發(fā)揮城市軌道交通對城市、地區(qū)發(fā)展的引領(lǐng)作用，幫助我國更快更好地建立和完善城市軌道交通系統(tǒng)行業(yè)規(guī)范、技術(shù)標準和產(chǎn)業(yè)體系。

3.3 用發(fā)展的眼光看待制式問題

可以預(yù)見，隨著技術(shù)發(fā)展的日新月異，軌道交通系統(tǒng)會不斷發(fā)生新的變化，可能會出現(xiàn)越來越多的新概念。應(yīng)該采用發(fā)展的眼光看待制式問題，相信傳統(tǒng)制式的不足會逐漸得到改進，新的制式也會不斷出現(xiàn)，不同制式都將在不同時期和不同位置發(fā)揮各自的效用。

3.4 重視新制式的技術(shù)自主化問題

城市軌道作為投資巨大的重大基礎(chǔ)設(shè)施項目，關(guān)鍵技術(shù)裝備的自主化能有效降低成本，節(jié)省投資[12]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，面對不斷出現(xiàn)的新的制式，應(yīng)當(dāng)重視其中關(guān)鍵技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)自主化問題，避免受制于人。

4 結(jié)語

我國有201座百萬以上人口的城市，目前有超過100座城市開始規(guī)劃各自的軌道交通系統(tǒng)，線網(wǎng)規(guī)劃總里程超過2萬km。未來5～10年是我國城市軌道交通高速發(fā)展的黃金期，城軌交通多制式發(fā)展已逐漸成為趨勢，今后中國的城軌交通將形成多制式協(xié)調(diào)發(fā)展的新格局。正確認識城市軌道交通系統(tǒng)制式問題，將促進我國城市軌道交通健康發(fā)展，滿足城市出行需求，并在我國軌道交通產(chǎn)業(yè)走出去方面發(fā)揮積極的作用。

[1] 侯秀芳, 左超, 李楠. 城市軌道交通 2016年統(tǒng)計和分析[J]. 都市快軌交通, 2017, 30(3): 1-7.HOU Xiufang, ZUO Chao, LI Nan. Statistics and analysis of urban rail transit in 2016[J]. Urban rapid rail transit,2017, 30(3): 1-7.

[2] 國家發(fā)展改革委關(guān)于加強城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的通知: 發(fā)改基礎(chǔ)〔2015〕49號[A]. 北京, 2015.

[3] 中國城市軌道交通年度報告課題組. 中國城市軌道交通年度報告2016[M]. 北京: 北京交通大學(xué)出版社, 2017.Annual report group of urban rail transit in China. Annual report of urban rail transit in China 2016[M]. Beijing:Beijing Jiaotong University Press, 2017.

[4] 周干峙. 城市化進程中的科學(xué)發(fā)展觀: 城市科學(xué)論集[C].北京: 北京城市學(xué)院學(xué)報編輯部, 2005.ZHOU Ganzhi. The scientific concept of development in the process of urbanization: City science collection[C].Beijing: Beijing City University, 2005.

[5] 閔國水, 曾瓊. 中小城市發(fā)展中低運量城市軌道交通系統(tǒng)制式選擇研究[J]. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新, 2016(6): 40-45.MIN Guoshui, ZENG Qiong. Research on rail transit system selection of medium and low volume urban development[J].Railway technology innovation, 2016(6): 40-45.

[6] 魏慶朝, 潘姿華, 臧傳臻. 城市軌道交通制式分類及適用性[J]. 都市快軌交通, 2017, 30(1): 34-40.WEI Qingchao, PAN Zihua, ZANG Chuanzhen. Classification and applicability of urban rail transit[J]. Urban rapid rail transit, 2017, 30(1): 34-40.

[7] Statistic Brief Urban Public Transport [DB/OL]. [2017-11-10]. http: //www.uitp.org/sites/default/files/cck-focuspapersfile/UITP_Statistic%20Brief_national%20PT%20stats.pdf

[8] 王仲林. 城市軌道交通系統(tǒng)制式選擇研究[D]. 廣州:華南理工大學(xué), 2009.WANG Zhonglin. Research on the system mode selection of urban rail transit [D]. South China University of Technology, 2009.

[9] 沈景炎. 城市軌道交通多種制式的特征與評價大綱[J].城市軌道交通研究, 2003, 6(5): 1-6.SHEN Jingyan. Characteristics and evaluation outline of urban rail transit system[J]. Urban mass transit, 2003, 6(5):1-6.

[10] 范穎玲. 歐美經(jīng)驗與案例: 城市軌道交通多制式發(fā)展[J].城市軌道交通, 2017(3): 44-49.FAN Yingling. European and American experiences and cases: multi-standard development of urban rail transit[J].Urban rail transit, 2017(3): 44-49.

[11] 仲建華, 梁青槐. 城市軌道交通互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化運營的思考[J]. 都市快軌交通, 2015, 28(5): 10-12.ZHONG Jianhua, LIANG Qinghuai. On inter-connected network operation of urban rail transit[J]. Urban rapid rail transit, 2015, 28(5): 10-12.

[12] 李中浩. 自主化發(fā)展多制式城市軌道交通信號系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究, 2016, 19(S2): 3.LI Zhonghao. Autonomous development of multi-standard urban rail transit signal system[J]. Urban mass transit,2016, 19(S2): 3.