我國大中城市中運能軌道交通系統制式選擇分析

徐吉慶，周 勇，陳明亮

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031）

1 研究背景

截至2020年12月31日，中國內地累計有45個城市開通運營城市軌道交通線路，總運營里程達7 969.7 km，其中地鐵6 280.8 km，占比78.81%，中、低運能系統占比10.91%，如圖1所示[1]。我國的城市軌道交通已逐漸呈現多層次、多模式、多制式發展趨勢。除超大和特大城市之外，由中、低運能城市軌道交通系統構建公共交通系統的骨干體系日漸受到國內大中城市的重視和青睞，也成為超大和特大城市大運能城市軌道交通系統和道路公交系統的有力補充，能夠有效解決大運能軌道交通系統覆蓋不足的問題。目前，國內中、低運能城市軌道交通系統主要包括輕軌系統、單軌系統（跨坐式和懸掛式）、中低速磁浮系統、有軌電車系統、自動導向軌道交通系統、導軌式膠輪系統以及電子導向膠輪系統等，如圖2所示。

我國經過30多年城鎮化的快速發展，至2020年末，城鎮常住人口9.02億人，占總人口比重（常住人口城鎮化率）為63.89%。據2020年第七次全國人口普查數據統計，我國城區人口在500萬人以上的城市有88 座，城區人口在100萬～500萬人的城市有215座。這幾年我國仍處于人口向城市集聚階段，100萬以上人口的城市數量還在增加[2]。其中，300萬人以上的大城市已初步形成以地鐵制式為主的城市軌道交通骨干體系，但隨著地鐵線路的開通運營，除超大和特大的中心城市外，在一般大中城市的軌道交通體系中逐漸暴露出需求與運能不匹配、制式與運能不適應、投資和收益不協調、短期收益和長遠效益不統一、部分線路客流效益不理想等情況。如何規避“軌道交通地鐵化”帶來的可持續發展問題，各城市正在探索充分發揮中運能軌道交通系統經濟高效、節能環保和建設工期短等優勢，將中運能系統作為經濟相對薄弱、客流量適中的大中型城市發展城市軌道交通的選擇。

2 大中城市軌道交通發展現狀

2.1 政策導向

2013年1月5日，國務院發布《關于城市優先發展公共交通的指導意見》（國發[2012] 64號）[3]，明確了我國城市公共交通發展的方向、理念、原則、目標、政策、機制。2018年6月28日，國務院辦公廳發布《關于進一步加強城市軌道交通建設規劃管理的意見》（國辦發[2018] 52號）[4]，進一步明確了規劃建設地鐵和輕軌的指導思想、發展方向和政策要求。

國辦發[2018] 52號文，要求軌道交通的建設應遵循“量力而行，有序推進；因地制宜，經濟適用；銜接協調，集約高效；嚴控風險，持續發展”的原則。大運能地鐵由于其造價高、建設周期長、后期運營成本高，一般大中城市的財政經濟實力及客流需求水平不一定都適合以地鐵為主的城市軌道交通發展模式，超大城市和特大城市也并非所有規劃線路都有大運能的客流需求，從經濟效益分析不適合全部或大規模修建地鐵。本文就我國大中城市如何發展中運能軌道交通系統，有效提升城市內部交通基礎設施水平，帶動沿線土地開發，從而引導交通和城市發展，提出對中運能系統制式選擇的思考和建議。

2.2 大中城市軌道交通發展面臨的機遇和挑戰

（1）隨著我國城市化進程的發展、經濟總量快速提升以及居民收入水平的不斷提高，機動車保有量持續增長（2020年機動車保有量達 3.72億輛），交通擁堵、污染問題凸顯，不同層級城市的軌道交通發展速度快、制式多樣、前景廣闊。

（2）我國城市軌道交通40年的快速發展以500萬人口以上的超大和特大城市的地鐵建設為主，地鐵每公里造價由4億～5億元逐步攀升至10億元左右，建設周期一般4～5年，年運營成本約2 000萬～3 000 萬元/km，根據城市軌道交通2020年度統計和分析報告[1]，2020年我國城市軌道交通的運營收支比為50%～70%。因此，地鐵建設成本高、建設周期長、施工影響大、運營成本高，大部分城市都難以大規模持續建設和發展。

（3）大規模地鐵建設和運營實踐，已暴露出部分線路客流未達到預期，運能發揮不盡理想的潛在問題和長期風險。除北上廣深等超大城市外，其余已運營地鐵的34座城市中，有121條線路的高峰小時斷面流量小于2.5萬人次/h，有50%以上的城市客流強度不滿足規劃建設地鐵對初期客流強度的要求。

（4）按照《國務院關于調整城市規模劃分標準的通知》（國發[2014] 51號）[5]，以城區常住人口為統計口徑，將城市劃分為五類七檔。對于100萬～300萬人口的Ⅱ型大城市，城區布局緊湊，人口密度不高，交通需求有限，出行距離不長；對于50萬～100萬人口的中等城市，城市規模較小，客運需求不大，主要客運走廊有限。如何合理規劃大中城市公共交通體系，審慎規劃建設經濟適用的中、低運能軌道交通系統，將是大中城市軌道交通系統建設的重大選擇。由于我國中運能系統實踐較少，完善的產業和技術體系尚未形成，因此，適合我國國情的中、低運能城市軌道交通規劃建設是行業發展的重要課題。

綜上所述，目前國內地鐵建設歷史長、總量大，技術和產業較為成熟，規范和標準體系相對完善。而中、低運能城市軌道交通的發展尚處于起步階段，沒有適合我國城市發展的經驗可以借鑒，產業和技術發展尚沒有明確的發展方向。同時，中、低運能城市軌道交通系統規劃建設尚處于探索發展階段，業界和大中城市對中、低運能軌道交通系統規劃建設的制式選擇沒有共識，目前我國已經規劃建設和運營的中、低運能城市軌道交通系統實施效果爭議不斷。本文將重點對中運能系統制式選擇提出思考并對其發展提出建議，供業內同行探討。

3 國內外城市中運能系統規劃建設情況

3.1 國內大中城市中運能系統規劃情況

3.1.1 樣本采集

筆者分析了國內22個城市的軌道交通線網規劃情況，結合國辦發[2018] 52號文中的地區生產總值、地方財政收入、市區常住人口、初期客運強度和遠期客流規模等多項指標進行歸納分析，具體如圖3～圖 6所示。

3.1.2 統計結果分析

從人口規模和GDP總量來看，符合規劃地鐵的大中型城市占60%左右，符合規劃地鐵、輕軌的大中城市占90%左右。但是，從一般財政收入指標來看，大多數符合申報城市軌道交通條件的Ⅱ型大城市和中等城市只達到申報中運能輕軌系統條件。如果從客流需求分析，國內部分非省會或中心城市的大城市已經建成運營的地鐵線路初期客流強度也僅滿足規劃建設中運能輕軌系統的條件。從制式選擇分布來看：①大運能,線網規劃中制式選擇地鐵A型車的線路占比5%，采用地鐵B 型車的線路占比22%；②中運能,線網規劃中制式選擇地鐵B型車的線路占比29%，選擇跨坐式單軌的線路占比 37%；③低運能,線網規劃中制式選擇有軌電車的線路占比7%。

綜上所述，具備申報地鐵條件的大城市，其城市軌道交通線網均以地下敷設的地鐵制式為主，呈現出“軌道交通地鐵化”傾向；具備申報中運能系統制式條件的大中城市，其城市軌道交通線網以高架敷設的跨坐式單軌系統為主，呈現出“輕軌單軌化”傾向。

3.2 國外部分典型案例分析

筆者查閱并分析統計了名古屋、斯特哥爾摩、都柏林、吉隆坡、大邱等國外大中城市（城市人口規模在300萬人左右）軌道交通系統發展規模和系統制式情況如表1所示。

表1 國外城市案例主要社會經濟和城市軌道交通指標統計表

通過對國外名古屋、斯特哥爾摩、都柏林、吉隆坡、大邱5座城市軌道交通系統發展情況調查分析可以看出，5座城市經濟水平發展較好，軌道交通發展較早，技術較成熟，體系較完善。國外大中（國內II型大城市）城市軌道交通主要有以下特點。

（1）大中城市軌道交通線網功能層次清晰，城市軌道交通為中心城區、市區、都會區提供不同功能層次、不同系統制式和不同服務標準的服務。

（2）城市軌道交通線網制式選擇多樣化，適應不同功能需求、運量等級和外部環境條件。同時，充分發揮市域（郊）鐵路服務于市區和市域范圍的功能。

4 中運能系統制式特點與適應性分析

4.1 城市軌道交通中運能和低運能系統定義與分類

根據《城市軌道交通工程項目建設標準》（建標104-2008）的運能分類[6]，中運量軌道交通系統定義為單向高峰小時運能在1萬～3萬人次的系統，低運量城市軌道交通系統定義為單向高峰小時運能小于1萬人次的系統。筆者根據此標準定義將線路遠期單向高峰小時運輸能力和與其相適應的典型系統制式進行了相應的分類梳理，如圖7所示。

從圖7可以看出：很多系統制式的運能可以適應不同的運量需求，因此在我國建標104-2008運量等級劃分中也考慮了一定的幅值交叉范圍；運能可以通過列車編組進行適應性調整，但是各系統有自身最適宜的運能和環境適應性；中運能系統不一定都是以獨立路權為主的輕軌系統，地面部分混合路權的系統也可以達到中運能系統的運能低限；獨立運行的高架系統也可能運用在低運能需求的線路上，如懸掛式單軌和膠輪導軌。

中國城市軌道交通協會最新頒布的《城市軌道交通分類標準》（T/CAMET0001-2020）[7]，根據制式分類的復雜性，按照不同的分類形式進行了系統分類。其中，對中運能系統進行了細分，分為中大運能和中小運能。同時，對我國目前已經應用的各種制式的技術特征進行了系統梳理和分類，如表2所示。該標準在總結我國城市軌道交通發展實踐基礎上對分類進行進一步規范和細化，對城市軌道交通健康發展將發揮重要引導作用。

表2 按系統制式劃分的城市軌道交通分類及技術特征

4.2 不同制式的中運能系統的技術經濟指標對比分析

系統制式的選擇需要重點考慮的因素包括5個方面：運能適應性、環境適應性、技術成熟度、安全可靠性、工程經濟性（全壽命周期成本）。其中，最難準確測算和系統決策的就是系統制式的全壽命周期成本。在前期研究中如何準確把握系統的全壽命周期成本，與其他4個因素密切相關且相互影響，需要綜合平衡分析。因此，本文通過項目實踐經驗、前期研究以及查閱相關資料，將上述中運能系統按照車輛定員單價和單位運能造價指標2項技術經濟指標，在一般條件下的大致區間進行初步分析和比較，有利于在線路規劃和項目研究階段對系統選擇進行參考。需要特別說明的是技術經濟指標對不同線路條件存在較大差異性，車輛單價根據技術發展和運營前景也有較大的差異和彈性。因此，不同規劃線路的技術經濟指標均需根據不同項目的具體情況進行分析和詳細測算。

通過分析發現以下規律：從車輛定員單價指標來看，系統越成熟、運用越廣泛、車輛載客量越大，車輛定員經濟性越好，反之亦然（如中運能系統輪軌B型車的經濟性較好，自動導向軌道系統和懸掛式單軌的經濟性較差）；從單位運能造價指標來看，線下基礎設施要求越低、投資越省、系統越簡單、技術越成熟、運能越大，系統運能經濟性越好，反之亦然（如膠輪智軌的經濟性較好，懸掛式單軌的經濟性較差）。各中運能制式適應性分析與經濟指標對比如表3所示。

表3 各中運能制式適應性分析與經濟指標對比表

4.3 中運能系統選擇的核心內涵和困惑

通過中運能線路的工程建設和運營實踐，為實現中運能系統的可持續發展，筆者認為城市軌道交通中運能系統（包括國辦發[2018] 52號文泛指的輕軌系統）規劃設計必須較好的把握中運能系統的核心內涵，使中運能軌道交通得以可持續發展，具體包括以下幾個方面。

（1）運能輕量化。中運能系統遠期單向高峰小時的客運能力小于3萬人次/h，因此，應根據運量預測需求選擇適宜的系統，系統能力不宜超過預測客流需求太多，預留太大余量。

（2）車輛輕型化。中運能輕軌系統在滿足系統運能的條件下，應盡可能選擇軸重輕的系統，這樣環境影響小、結構荷載輕、轉彎爬坡更靈活、選線更自由。

（3）線下基礎設施輕量化。中運能系統運能適中，線路規劃應以地面和高架為主，減少土建工程和車站工程投資。

（4）系統設備輕量化。應結合中運能系統客流強度低、系統風險危害性低以及乘客疏散救援難度小的特點盡可能使系統設備簡化和輕量化。

（5）資產輕量化。考慮中運能系統客流強度低的特點，規劃、設計、建設和運營管理應持續和高度關注全壽命周期成本，做到盡可能減少資產投入和節省運營成本，減少政府的財政壓力，實現財務可持續發展。

發展中、低運能軌道交通系統可以有效彌補大運能城市軌道交通系統缺失或覆蓋不足區域，能夠提供較常規公交更大容量、更快速度、更高效率和更好質量的公共交通服務。中、低運能城市軌道交通系統雖然在運能、運速上不及大運能城市軌道交通系統。但是，相對而言其具有投資小、建設周期短、靈活性高、環境友好、綠色環保的特點[8]。

我國城市軌道交通近40年的快速發展以大運能城市軌道交通建設為主，國內傳統輕軌、跨坐式單軌、膠輪導軌、中低速磁浮、有軌電車、智軌等中低運能系統的實踐和探索目前尚未取得業內和所在城市較為認可成功的經驗。筆者認為，可以從以下幾個方面展開思考。

（1）技術和產業的成熟度制約了中、低運能系統的發展。可根據中、低運能系統市場發展需求，通過不斷的實踐、總結和提升，從而不斷發展適應我國國情的中、低運能城市軌道交通技術和產業。

（2）我國中、低運能的新制式城市軌道交通尚未形成主流發展方向。因此，我國中運能系統是持續創新發展新制式，還是以傳統輪軌高架輕軌系統為方向，需進一步探索和實踐；低運能地面公共交通系統是發展現代有軌電車系統，還是發展更加節能環保的地面公交系統，尚有待進一步探索和實踐檢驗[9]。

（3）對城市軌道交通規劃建設過度的環境保護解讀和土地財政依賴，都嚴重制約了系統制式和敷設方式的選擇，對大中城市軌道交通可持續發展帶來嚴重傷害。政府需要充分考慮建設階段的財政資金籌集以及長期壽命周期成本和地方財政壓力的平衡，合理進行線路規劃、敷設方式和系統制式的選擇。

（4）應高度重視產業落地或投融資模式對制式選擇的影響和制約。項目決策需要審慎研究該產業在項目城市和產業自身的發展前景，產業落地條件可能對項目城市軌道交通發展競爭性和經濟性的影響以及社會投資可能帶來的政府長期財政壓力。

4.4 中運能系統制式的選擇思路和建議

中運能軌道交通系統制式與城市軌道交通其他制式選擇一樣，筆者認為應該遵循“依法合規、規劃引領、量力而行、持續發展、以人為本、效益優先”的基本原則。具體建議如下。

（1）由于中運能系統輕量化與城市環境和空間資源密不可分，因此規劃建設中運能城市軌道交通系統成功的關鍵是規劃引領，做到與城市國土空間總體規劃和綜合交通體系相適應、與線網規劃的線路功能定位和層次相匹配、與城市環境景觀相協調。如何適應城市近期、遠期、遠景發展目標和近期建設的需要，能否用發展的思維做好近遠結合是關鍵。合理認識和確定中、低運能城市軌道交通在城市綜合交通體系中的功能定位和層次[9]。

（2）制式選擇與客流特征和運能需求規模相匹配。不同城市軌道交通系統制式具有不同的技術特點、運輸能力以及服務水平，應結合線路的客流特征、旅行速度、運量等級、服務標準以及舒適度要求等選擇適合的系統制式。

（3）成本效益與城市社會經濟財政能力相匹配。中運能城市軌道交通系統選擇是控制成本效益關鍵因素，因此，項目系統制式選擇必須充分研究經濟、成本和效益因素，包括建設成本、運營成本、項目壽命周期成本效益和項目外成本效益，實現城市社會經濟效益最大化。

（4）制式選擇與技術成熟度、產業競爭性、關鍵設備國產化以及系統制式未來創新發展趨勢相適應，系統制式選擇應結合我國市場規模和發展需求，通過創新驅動，探索發展適合我國國情和政策要求的中、低運能系統制式，通過其發展和完善將帶動相關產業轉型升級[10]。

5 結語

目前，我國城區人口100萬人以上的大中城市已超過200座，隨著城市化進程的持續發展，大中城市數量還在增加。除超大城市、特大城市外，大中城市已規劃中、低運能軌道交通系統的總長度超過6 000 km，投資規模巨大，市場前景廣闊。做好中、低運能系統制式研究和產業發展規劃，探索、實踐和完善適應不同城市、功能、環境和服務需求的最佳系統制式，將對我國大中城市的社會經濟發展、交通問題解決和軌道交通產業發展產生深遠的影響。