第一节　认识城市轨道交通

一、城市轨道交通的概念和特点

1.城市轨道交通的定义

城市轨道交通是指具有固定线路，铺设固定轨道，配备运输车辆及服务设施等的公共交通设施。城市轨道交通是城市公共交通系统的一个重要组成部分，在中国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称”。“城市轨道交通”是一个包含范围较大的概念，在国际上没有统一的定义。一般而言，广义的城市轨道交通是指以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轨道交通系统（有别于道路交通），主要为城市内（有别于城际铁路，但可涵盖郊区及城市圈范围）公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。

2.城市轨道交通在城市公共交通中的地位与作用

轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现，起着越来越重要的作用。发达国家城市的交通发展历史告诉我们，只有采用大客运量的城市轨道交通（地铁和轻轨）系统，才是从根本上改善城市公共交通状况的有效途径。

①城市轨道交通是城市公共交通的主干线，客流运送的大动脉，是城市的生命线工程。建成运营后，将直接关系到城市居民的出行、工作、购物和生活。

②城市轨道交通是世界公认的低能耗、少污染的“绿色交通”，是解决“城市病”的一把金钥匙，对于实现城市的可持续发展具有非常重要的意义。

③城市轨道交通的建设与发展有利于提高市民出行的效率，节省时间，改善生活质量。国际知名的大都市由于轨道交通事业十分发达方便，人们出行很少乘私人车辆，主要依靠地铁轻轨等轨道交通，故城市交通秩序井然，市民出行方便、省时。

④城市轨道交通是城市建设史上最大的公益性基础设施，对城市的全局和发展模式将产生深远的影响。为了建设生态城市，应把摊大饼式的城市发展模式改变为伸开的手掌形模式，而手掌状城市发展的骨架就是城市轨道交通。城市轨道交通的建设可以带动城市沿轨道交通廓道的发展，促进城市繁荣，形成郊区卫星城和多个副部中心，从而缓解城市中心“人口密集、住房紧张、绿化面积小、空气污染严重”等城市通病。

3.城市轨道交通的特点

（1）运输能力大

城市轨道交通由于高密度运转，列车行车时间间隔短，行车速度高，列车编组辆数多而具有较大的运输能力。单向高峰每小时的运输能力最大可达到6万～8万人次（市郊铁道）；地铁达到3万～6万人次，甚至达到8万人次；轻轨1万～3万人次，有轨电车能达到1万人次，城市轨道交通的运输能力远远超过公共汽车。据文献统计，地下铁道每千米线路年客运量可达100万人次以上，最高达到1200万人次，如莫斯科地铁、东京地铁、北京地铁等。城市轨道交通能在短时间内输送较大的客流，据统计，地铁在早高峰时1小时能输送全日客流的17%～20%，3小时能输送全日客流的31%。

（2）准时

城市轨道交通由于在专用行车道上运行，不受其他交通工具干扰，不产生线路堵塞现象并且不受气候影响，是全天候的交通工具，列车能按运行图运行，具有可信赖的准时性。

（3）安全、低污染

城市轨道交通由于运行在专用轨道上，没有平交道口，不受其他交通工具干扰，并且有先进的通信信号设备，极少发生交通事故。

城市轨道交通由于采用电气牵引，与公共汽车相比不产生废气污染。它的发展，还能减少公共汽车的数量，进一步减少汽车的废气污染。由于在线路和车辆上采用了各种降噪措施，一般不会对城市环境产生严重的噪声污染。

（4）快捷

与常规公共交通相比，城市轨道交通有较高的运行速度，有较高的启、制动加速度，多数采用高站台，列车停站时间短，上下车迅速方便，而且换乘方便，从而可以使乘客较快地到达目的地，缩短了出行时间。

（5）舒适性高

与常规公共交通相比，城市轨道车辆具有较好的运行特性，车辆、车站等装有空调、引导装置、自动售票等直接为乘客服务的设备，城市轨道交通具有较好的乘车条件，其舒适性优于公共电车、公共汽车。

（6）运营费用较低

城市轨道交通由于主要采用电气牵引，且轮轨摩擦阻力较小，与公共电车、公共汽车相比更节能，运营费用较低。

（7）充分利用地下和地上空间

大城市地面拥挤、土地费用昂贵。城市轨道交通由于充分利用了地下和地上空间的开发，不占用地面街道，能有效缓解道路拥挤、堵塞，有利于城市空间合理利用，特别有利于缓解大城市中心区过于拥挤的状态，提高了土地利用价值，并能改善城市景观。

（8） 投资大，建设周期长

城市轨道交通建设工程庞大，建设周期长，而且投入资金大。一般每千米4亿～6亿元，一般城市建成一个200千米的城市地铁网需要时间是10～20年。

二、城市轨道交通的类型

城市轨道交通在世界范围内发展较快，由于国家、城市的不同，服务对象的不同等，使城市轨道交通发展种类繁多，技术指标差异较大，评价标准不一。不同的分类方法，可以分出不同的结果。

按容量（运送能力），可分为高容量、大容量、中容量和小容量；按线路架设方式，可分为地下、高架和地面；按运营组织方式，可分为传统城市轨道交通、区域快速轨道交通和城市（市郊）铁路；按导向方式，可分为轮轨导向和导向轨导向；按线路隔离程度，可分为全隔离、半隔离和不隔离；按轨道材料，可分为钢轮钢轨系统和橡胶轮混凝土轨道梁系统；按牵引方式，可分为旋转式直流、交流电机牵引和直线电机牵引；按运能范围、车辆类型及主要技术特征可分为有轨电车、轻轨道交通、地下铁道、单轨道交通、市郊铁路、磁悬浮交通、新交通系统七类。现分述如下。

1.有轨电车

有轨电车是最早发展的城市轨道交通之一，起源于城市公共马车，为了多载客，人们把马车放在铁轨上，一般设在城市中心穿街走巷运行。

有轨电车（Tram或Street Car）是使用电车牵引、轻轨导向、1～3辆编组运行在城市路面线路上的低运量轨道交通系统，如图1-1所示。具有造价低、建设容易的优点。

世界上第一条有轨电车线于1888年5月在美国弗吉尼亚州里士满市开通。到20世纪20年代，美国的有轨电车总长达2.5万千米。1906年，中国第一条有轨电车线在天津北大关至老龙头火车站（今天津站）建成通车。

旧式的有轨电车单向运输能力一般在1万人次/小时以下，通常采用地面路线，与其他车辆混合运行，运行速度一般在10～20千米/小时之间。由于运能、挤占道路、噪声等问题，故各大城市纷纷拆除有轨电车线路，改建运量大的地铁或轻轨道交通。

2.轻轨

轻轨（Light Rail Transit，简称LRT）是在有轨电车的基础上改造发展起来的城市轨道交通系统，如图1-2所示。轻轨是反应在轨道上的荷载相对于铁路和地铁的荷载较轻的一种交通系统。

轻轨原来的定义是指采用轻型轨道的城市交通系统。轻轨当初使用的是轻型钢轨，现在已采用与地铁相同质量的钢轨。所以，目前国内外都以客运量或车辆轴重的大小来区分地铁和轻轨。轻轨是指运量或车辆轴重稍小于地铁的快速轨道交通。在中国《城市轨道交通工程项目建设标准》（试行本）中，把每小时单向客流量为0.6万～3万人次的轨道交通定义为中运量轨道交通，即轻轨。

由于轻轨具有投资少（每千米造价在0.6亿～1.8亿元人民币）、建设周期短、运能高、灵活等优点，因此发展很快。目前，无论是发达国家，还是发展中国家，轻轨方兴未艾，各国纷纷根据自己的国情，制定相应的轻轨发展战略和模式。大致有以下三类发展模式：一是改造旧式有轨电车为现代化的轻轨；二是利用废弃铁路线路改建成轻轨路线；三是建设轻轨新线路的方式。对有些城市而言，修建轻轨比修建地铁更经济实惠，因此，诸如马尼拉、鹿特丹、中国香港等城市都相继新修了轻轨线路。

经过100多年的发展，轻轨已形成三种主要类型：钢轮钢轨系统、线性电机牵引系统和橡胶轮轻轨系统。

钢轮钢轨系统即新型有轨电车，是应用地铁先进技术对老式有轨电车进行改造的成果。

线性电机牵引系统（Linear Motor Car）是曲线性电机牵引、轮轨导向、车辆编组运行在小断面隧道及地面和高架专用线路上的中运量轨道交通系统。

橡胶轮轻轨系统采用全高架运行，不占用地面道路，具有振动小、噪声低、爬坡能力强、转弯半径小、投资较少等优点。

3.地下铁道

地下铁道简称地铁（Metro或Underground Railway或Subway或Tube），是城市快速轨道交通的先驱。运能单向在3万人次/小时，最高可达6万～8万人次/小时。最高速度可达120千米/小时以上，旅行速度一般为40千米/小时左右，可4～10辆编组，车辆运行最小间隔可低于1.5分钟。地铁造价昂贵，每千米投资在3亿～6亿元人民币。地铁有建设成本高，建设周期长的弊端，但同时又具有运量大、建设快、安全、准时、节省能源、不污染环境、节省城市用地的优点。

地铁适用于出行距离较长、客运量需求大的城市中心区域。一般认为，人口超过百万的大城市就应该考虑修建地铁。

4.单轨道交通

单轨道交通历史悠久，早在1821年英国人P.H.Dalmer就开发了单轨铁路，并因此获得发明专利。单轨也称作独轨（Monorail），是指通过单一轨道梁支撑车厢并提供导引作用而运行的轨道交通系统，其最大特点是车体比承载轨道要宽。单轨是采用一条大断面轨道并全部为高架线路的轨道交通。因为支撑方式的不同，单轨通常分为跨座式和悬挂式两种，如图1-3、图1-4所示。

（1）跨座式是车辆跨座在轨道梁上行驶

跨座式轨道由预应力混凝土制作，车辆运行时走行轮在轨道上平面滚动，导向轮在轨道侧面滚动导向。

（2）悬挂式是车辆悬挂在轨道梁下方行驶

悬挂式轨道大多由箱形断面钢梁制作，车辆运行时走形轮沿轨道走形面滚动，导向轮沿轨道导向面滚动导向。

单轨的车辆采用橡胶轮，电气牵引，最高速度可达80千米/小时，旅行速度30～35千米/小时，列车可4～6辆编组，单向运送能力为1万～2.5万人次/小时。

单轨的优点：由于单轨客车的走行轮采用特制的橡胶车轮，所以振动和噪声大为减少；两侧装有导向轮和稳定轮，控制列车转弯，运行稳定可靠；高架单轨因轨道梁仅为85厘米宽，不需要很大空间，可适应复杂地形的要求，同时对日照和城市景观影响小；单轨道交通占地少、造价低、建设工期短，它的工程建筑费用仅为地铁的1/3。

当然，单轨也存在橡胶轮与轨道梁摩擦产生橡胶粉尘的现象，对环境有轻度污染，列车运行在此区间发生事故时救援比较困难。

随着科学技术的进步，单轨技术日臻成熟，轨道、车辆和通信信号都有了很大发展，再加上单轨可以利用道路和河流的上方空间，因而受到一定的重视。美国、日本、意大利等许多国家都建设了跨座式、混凝土轨道和橡胶充气轮胎的单轨制式的单轨道交通，其中日本建成多条单轨系统，是使用单轨最多的国家。

中国首条跨座式单轨线路是在有“山城”之称的重庆修建的，单轨客车技术从日本引进，经中国北车集团长春轨道客车股份有限公司的技术人员消化、吸收、再创新，终于在长客制造成功。跨座式单轨道交通十分适合重庆市道路坡陡、弯急、路窄的地形特点，同时由于结构轻巧、简洁、易融于山城景色而取得较好的景观效果。

5.市郊铁路

市郊铁路是指建在城市内部或内外结合部，线路设施与干线铁路基本相同，服务对象以城市公共交通客流，即短途、通勤旅客为主。市郊铁路是城市铁路的主要形式。它是伴随着城市规模的扩大、卫星城的建设而发展起来的，通常使用电力牵引和内燃牵引，列车编组多在4～10辆。市郊铁路运能与地铁相同，但由于站距较地铁长，运行速度超过地铁，可达80千米/小时以上，最高速度可达100～120千米/小时。

城市铁路通常是分成城市快速铁路和市郊铁路两部分。城市快速铁路是指运营在城市中心，包括近郊城市化地区的轨道系统，其线路采用电气化，与地面交通大多采用立体交叉。市郊铁路是指建在城市郊区，把市区与郊区，尤其是与远郊联系起来的铁路。市郊铁路一般和干线铁路设有联络线，线路设施与干线铁路相同，线路大多建在地面，部分建在地下或高架。其运行特点接近于干线铁路，只是服务对象不同。

6.磁悬浮交通

磁悬浮交通（Magnific Levitation for Transportation）是一种非轮轨黏着传动，悬浮于地面的交通运输系统，如图1-5所示。磁悬浮列车是利用常导磁铁或超导磁铁产生的吸力或斥力使车辆浮起，用以上的复合技术产生导向力，用直线电机产生牵引动力，使其成为高速、安全、舒适、节能、环保、维护简单、占地少的新一代交通运输工具。

7.新交通系统

新交通系统（Automated Guideway Transit，简称AGT）是一个模糊的概念，不同国家和城市对此都有不同的理解，目前还没有统一和严格的定义。一般泛指以无人驾驶的车厢在专用路权及自动化控制条件下运行的新型运输系统。

在新交通系统中车辆在线路上可无人驾驶自动运行，车站无人管理，完全由中央控制室的计算机集中控制，自动化水平高。新交通系统与独轨道交通有许多相同之处，最大的区别在于该系统除有走行轨外，还设有导向轨，故新交通系统也称为自动导轨道交通。

新交通系统最早出现在美国，当初多为一种穿梭式往返运输乘客的短距离交通工具，曾被称为“水平电梯”或称为“空中巴士”“快速交通”。

新交通系统自1963年美国西尼电气公司研发面世后，在世界许多地方被逐渐推广采用，尤以日本和法国无论是技术还是规模都处于领先的地位。目前，世界各地已有几十条规模不等、用途不同、具体构造也有所不同的新交通系统线路，中国内地的新交通系统目前处在起步阶段。

三、城市轨道交通的发展

1.世界城市轨道交通的发展

世界上城市快速轨道交通建设已有140多年的历史，经历了兴盛、衰退和复兴这样一个螺旋式的发展过程。世界第一条地下式铁路运营路线于1863年在伦敦通车，其诞生为人口密集的大都市如何发展公共交通取得了宝贵的经验，此后欧美城市纷纷借鉴，城市轨道交通得到了较快发展。世界城市轨道交通的发展大概经历了以下几个阶段。

（1）停滞阶段（1924～1949年）

这一阶段由于战争的爆发以及汽车工业的飞速发展，再加上轨道交通投资高、建设周期长，导致了停滞和萎缩。这一阶段只有5个城市发展了地铁，有轨电车也停滞不前，有些线路还被拆除。

（2）逐步发展阶段（1949～1969年）

第二次世界大战后，各国小汽车快速发展，出现了严重的交通问题，诸如道路拥挤、停车困难，空气污染严重，影响经济活动及其发展等。这一时期，城市轨道交通又重新得到了重视，从欧洲、北美到南美和亚洲，如巴西、日本、中国等，20年间共有17个国家新建了地铁。

（3）高速发展阶段（1969至今）

世界上许多国家都确定了发展轨道交通的方针，立法解决轨道交通的资金来源问题，同时，技术的发展以及人口的高度集中，又促进了轨道交通的高速发展。

2.我国城市轨道交通的发展

我国城市轨道交通发展迅速。其城市规划建设的轨道交通网络总里程已达5000千米，总投资估算将超过8000亿元。随着城市化的快速推进，作为我国城市公共交通网络重要组成部分的城市轨道交通网络建设也在快速发展。已有北京、上海、广州、深圳等10个城市拥有已建成的轨道交通线路，全国规划建设轨道交通网络的城市则已有25个。

我国城市轨道交通的发展可划分为以下几个阶段。

（1）起步阶段（20世纪50～80年代）

20世纪50年代，我国开始筹备北京地铁建设，1965年7月1日，北京地铁一期工程开工，经过4年的艰苦奋战，于1969年10月1日建成通车（全长23.6千米）。随后又建设了天津地铁、哈尔滨人防隧道等工程。该阶段地铁建设以人防功能为指导思想。20世纪80年代末至90年代初，我国仅有上海、北京、广州等几个大城市规划建设轨道交通。该阶段地铁建设开始真正以城市交通为目的。

（2）平稳阶段（20世纪90年代）

这一阶段一批省会城市开始筹划建设轨道交通项目，纷纷进行地铁建设的前期工作。同时，国家计划委员会开始研究制定城市轨道交通设备国产化政策，强调轨道交通对解决城市交通问题和引导城市发展的作用。该阶段为政府通过研究制定相应政策来指导地铁的规划建设。

（3）建设高潮阶段（1999年以后）

随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市交通问题日益突出，国家的政策逐步鼓励大中城市发展城市轨道交通。自20世纪末至21世纪初，我国城市轨道交通进入快速发展的建设高潮时期，该阶段地铁建设速度大大超过之前的30年。北京、上海、天津、广州、南京、深圳、武汉、西安、重庆、成都等15个城市是中国国内第一批被批准建设轨道交通的城市。第二批经国家同意开展申报的城市包括郑州、长沙、昆明、南宁、福州、宁波、大连、无锡、东莞、南昌10个城市。

总体来看，中国城市轨道交通仍然处于初级发展阶段，发展机制仍不够健全，但各地建设城市轨道交通的热情日渐高涨。今后，城市轨道交通的发展将和其他交通方式共同构建高效率的综合交通体系，进一步改革运营体制，使外部效益体现在轨道交通的内部效益，放宽准入市场，城市轨道交通行业将在中国的经济发展过程中，更好地发挥作用。

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