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過60年的發(fā)展，1在發(fā)展速度和建設規(guī)模上已經成為世界第一。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域也有長足進步。隨著大城市路網規(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%；現代有軌電車占4.5%；磁浮交通占1.2%；APM占0.1%[1]。制式構成見圖1。

圖1 2016年中國大陸地區(qū)城軌交通運營線路制式結構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)境惡化已經影響到了二、三線城市，這些城市也已經啟動軌道交通系統(tǒng)研究工作。根據《國家發(fā)展改革委關于加強城市軌道交通規(guī)劃建設管理的通知》[12]，進一步放寬了軌道交通建設的要求。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構多樣，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業(yè)的全面性

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

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，中國內地城市軌道交通多制式的特色線路主要總結如下。

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方式為工程基本元素，吸取了地鐵線路和信號的先進技術要素，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 現代有軌電車系統(tǒng)

由于造價低、審批相對容易等優(yōu)勢，現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)，實現了跨線運營。此外，北京西郊線已經于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)。跨座式單軌交通車輛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，在轉向架的兩側尚有導向輪和穩(wěn)定輪，夾行于軌道梁的兩側，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)，建設了2、3號線等幾條線路，并實現了全部關鍵技術的自主化，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，已經開工建設。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，在轉向架的兩側尚有導向輪和穩(wěn)定輪，始終在箱形軌道內部，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 青島四方廠內試驗線Fig. 6 Suspended monorail test line in Sifang locomotive and rolling stock works

目前國內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建設第一條線；此外，在四川雙流，使用中車浦鎮(zhèn)車輛建設了試驗線。

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部不同區(qū)域的乘客輸送問題，完全采用國外技術。真正服務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代高科技軌道交通工具，它通過電磁力實現列車與軌道之間無接觸的懸浮和導向，再利用直線電機產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。

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

2004年11月，原建設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)的產學研團隊的積極響應。經過10余年的發(fā)展，中國已經掌握了自主知識產權的中低速磁懸浮技術，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）。這兩條線路的建設都體現了地方政府對軌道交通創(chuàng)新技術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)是采用直線感應電機驅動技術的典型非黏著驅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，國內主要在廣州3、4、5號線采用該技術，技術引進自日本。北京首都機場線采用來自加拿大龐巴迪的直線電機技術，曾服務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)域內重大經濟區(qū)之間中長距離的客運系統(tǒng)。目前，國內超大城市隨著地鐵網絡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規(guī)劃中均提出了市域快軌修建計劃。從目前國內建設情況來看，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

從客流性質和服務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絡互通運行。車輛最高運行速度應突破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的技術標準造成了困難[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)計數據推算，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構還較為單一，不能滿足城市個性化的交通需求。

當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）地鐵制式相對技術成熟；3）現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，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)梁上梁結構，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，忽略了倡導多制式城市軌道交通協(xié)調發(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，將會帶來網絡互通互聯(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業(yè)化的新興軌道交通系統(tǒng)，供應商數量太少，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”只是一種產品品牌，并不是一種新的制式。“智軌”相當于自動導向的地面公共汽車，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，分類依據還不統(tǒng)一。建議盡快修訂《城市公共交通分類標準》或專門制定《城市軌道交通分類標準》。同時建議由政府引導開展“標準先行”戰(zhàn)略，完善城市軌道交通行業(yè)各類系統(tǒng)的技術標準和知識產權體系。

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，根據不同的城市情況科學匹配制式種類和數量，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、技術標準和產業(yè)體系。

3.3 用發(fā)展的眼光看待制式問題

可以預見，隨著技術發(fā)展的日新月異，軌道交通系統(tǒng)會不斷發(fā)生新的變化，可能會出現越來越多的新概念。應該采用發(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，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 重視新制式的技術自主化問題

城市軌道作為投資巨大的重大基礎設施項目，關鍵技術裝備的自主化能有效降低成本，節(jié)省投資[12]。隨著技術的不斷發(fā)展，面對不斷出現的新的制式，應當重視其中關鍵技術的知識產權自主化問題，避免受制于人。

4 結語

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業(yè)走出去方面發(fā)揮積極的作用。

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