城市轨道交通发展模式的探讨

刘维宁　夏　禾

摘　要　简单回顾了欧洲先进城市轨道交通系统的发展过程，探讨了在我国发展中等运量的综合轨道交通系统的总体思路.
关键词　城市交通　轨道交通　交通模式

A Discussion on the Development Models of Urban
Rail Transit System

Liu Weining Xia He
College of Civil Engineering and Architecture, Northern Jiaotong University,Beijing 100044

Abstract　This paper reviewed the development of rail public transport system in European modern cities. Based on this review, a general idea of integrated rail transit system to meet the needs of middle passenger capacity was discussed.
Key words　urban transit system rail transit system transit system model

1　城市轨道交通发展的现状

　　随着我国经济的发展和人口的增长，大城市交通状况日趋恶化，简单的阔路增车方法已解决不了城市的这一重大问题.世界上一些城市的发展由于没有找到解决城市交通的有效方法而趋于崩溃，私有车辆的增长使这种影响更趋恶化，尤其当交通状况到了趋于停滞的边缘时，用其他方式代替公共交通将负担不起或不太可能.因此研究一种基于我国国情的、既经济又实用的城市轨道交通系统的确迫在眉睫.
　　改善城市交通的拥挤状况是一项投资宏大的工程.同时也是摆在市政府面前的一个不可回避的现实问题.事实证明，建设高效的公共交通系统(公共汽车和轨道交通)是改善城市交通状况的根本途径，其中轨道交通系统又是一条最有效的途径，因为轨道交通系统使用专用的道路，可以保证快速、准点、安全和没有污染，这一点在中国及亚洲的大城市体会更深.然而，选择哪种公共交通系统并不是一件简单的工作.因为轨道交通与公共汽车的差异不仅是在运量上，更重要的是建设投资和运行成本.上海地铁1号线长16.1km，造价为6.2亿/km.广州地铁1号线长18km，造价为7.6亿/km.如此高的投资，使许多城市对地铁的发展望而生畏.对此，除了在建设标准和国产化方面需要重新反思外，轨道交通多种形式的最优配置问题，也是应该予以重视的重要方面.
　　城市轨道交通可进一步分为有轨电车、轻轨和地铁.随着城市基础建设项目的增加及工程预算的消减，我们一直在寻找一条有效的轨道交通途径，既要投资少、降低运行费，又要安全可靠、满足客运要求.目前中国建设地铁的城市人口均在300～400万以上，属特大型城市.人口密度高、城市公共交通运量很大的城市，建设大运量的地铁系统是十分必要的.但是单一的地铁方案，不仅运量浪费大(图1)，而且投资运量比也不合理.尤其在100～200万人口的城市里，公共交通运量相对要小一些.因此，是否可以探求一种中等运量的轨道交通模式呢?尤其是在当前资金筹措比较困难的情况下，如何能做到既要建设轨道交通，又要少花钱呢?我们现在必须冷静地面对当前的地铁热，鼓励发展有轨电车和轻轨.实际上亚洲和世界的许多城市也都碰到了同样的问题：一方面地铁方案是技术成熟、环境最优的解决方案，另一方面全面的地铁网不仅投资巨大，而且运能又高于实际要求.所以应该找出这样一个解决方案：在满足运量要求的前提下，选择投资运量比合理的轨道交通方案.

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图1　轨道交通客运量与建设投资

　　应该看到，有轨电车、轻轨和地铁相互结合的方式已越来越受到关注.尤其是有轨电车，随着轮轨技术和通讯技术的发展，它不再是一种低级的、吵闹的公共交通工具，而是一种可靠、安全、运量适度、机动灵活、投资运量比合理的轨道交通方式.可以与轻轨和地铁有机地相互结合，实现城市轨道交通系统在运量、建设投资和运行费用方面的最优组合.
　　同样的问题在欧洲已经讨论了很久，并且找到了解决办法.所以在建设城市公共交通系统时，我们应该学习和借鉴国外的经验，少走弯路.
　　综观欧洲各国城市轨道交通的发展历程，可以清楚地看到，城市轨道交通系统走过了两条完全不同的发展道路，在今天仍可清晰地看到它们遗留的痕迹.
　　有轨电车起源于公共马车，为了多载客，人们把马车放在铁轨上，这样做是为了减少旅客人均牵引力.随着电动机的发展和牵引电力网的出现，电动机取代了马.在私人汽车发展之前，欧洲的有轨电车系统得到很大发展.几乎欧洲大陆和所有大城市都建立了广泛的有轨电车网络.但由于交通条件的限制，有轨电车行驶速度低、噪声大，而且在城市中行使存在着许多隐患.长期以来由于缺乏成熟的技术，城市有轨电车交通的发展状况一直难以解决.
　　现在，亚洲有些城市还存在着有轨电车系统，我国过去有许多城市使用过有轨电车，如北京、天津、上海、哈尔滨、……，至今大连、鞍山、长春仍存在着有轨电车，它与其它交通交织在一起，没有独立的封闭线路，技术装备落后，其运行速度和运量都很低.
　　在东欧的一些城市，由于私人汽车数量相对较少(与亚欧城市相比)，迄今为止，还有一些高效的有轨电车系统仍在运行.虽然这些系统逐步采用了一些现代技术，但系统的基本特征并没有改变.
　　城市轨道交通的另一发展途径是铁路，最早的铁路是用蒸汽驱动的.至今，交通运输仍对城市发展产生重要的影响，如铁路沿线的土地开发和永久设施的建设.如果观察全世界城市的发展过程就会发现，铁路在城市建设中起着重要作用(美国的城市是个例外，它们的早期发展是以个人汽车开始的).随着铁路沿线城市的发展，城市间的铁路变成了市内铁路，这也是城市发展的结果.世界上大多数城市著名的“老式”地铁起源于铁路，并具有典型的铁路特点.
　　综观现代城市的轨道交通系统，可清晰地发现两种不同发展模式：地铁使用铁路技术；有轨电车使用完全不同的另一种技术，因两种技术不同而造成的投资差异是显而易见的.
　　如上所述，地铁和有轨电车的运量有很大不同.如何填补有轨电车和地铁之间运量的缺口是欧洲所有城市发展交通的难题.在二次大战后的欧洲经济高速增长阶段，这个难题变得越来越突出了.
　　对于现在开始和打算将来要建设城市轨道交通系统的发展中国家来讲，这些难题和困难与几十年前欧洲的情况完全一样.欧洲城市的规划人员和公交部门、生产厂家一道找到了解决这个难题的办法.这就是立体城市轨道交通系统(以下简称轻轨系统).这是两种不同公共交通系统的结合.它既能满足运量的要求，又能大大降低了建设投资.
　　轻轨系统是由一些成熟的、标准的子系统组成：车辆、线路、车站、供电、信号和通信.采用不同系统的组合，可以满足不同的要求.轻轨的主要特点如下：　①轻轨车辆的大小可根据需要调整.②轻轨车辆的功能设计灵活：如地板高度、驱动系统、驾驶和控制系统.③列车编组和行车间隔调整自如.④线路形式适应性强：可采用高架、地面、地下多种形式.⑤变化多样的轨道上部结构：如封闭、半封闭和开放式.⑥车站设备和换乘点设计灵活.⑦信号和列车防护系统可根据不同要求灵活选用.
　　轻轨系统的高效益在西欧的许多地方得到了验证.城市在发展公共交通时，几乎遇到了同样的问题.了解欧洲发展经验，避免时间和金钱的浪费是一个明智之举.表1总结了有轨电车、轻轨和地铁的基本特征.

表1　有轨电车、轻轨和地铁的基本特征比较
特　征 有轨电车 轻　　轨 地　　铁
线　路 全部地面，
混合道，
部分专用道，		 地面、高架、地下，
全部专用道，
曲线半径25～50m，
纵坡6%～7%		 主要在地下，
封闭专用，
曲线半径150～200m，
纵坡3%～4%
运　能 <1万人/h 1～3万人/h 3～7万人/h
车站形式 地面 地面、高架(地下) 高架、地下(地面)
站间距 500m 500～1000m 1000～2000m
站台长 20～30m 60～100m 100～200m
运行方式 多线混合运行 独立运行为主 各线独立运行
最小间隔 1min 2min 2min
平均速度 17～18km/h 25～30km/h 35～50km/h
车　　型 四轴 四轴，六轴，八轴 四轴
轴　　重 8t 10t 16t
编　　组 1～2辆 2～4辆 8～10辆
列 车 长 20～20m 60～100m 100～200m
供电电压 DC600V DC750V DC750，1500V
授电方式 架空线 架空线 三轨，架空
2　中等运量的综合轨道交通系统

　　中等运量的综合轨道交通系统是一个立体布局的轨道交通系统，是一种起步快、见效快、运量大、造价低的经济而实用的轨道交通系统.根据轻轨交通的特点，具体系统模式构思如下：
　　(1)运量　运量是决定建设规模的基本要求.对综合轨道交通系统来说，运量是运输能力的重要指标.
　　参照国外经验，结合我国城市的特点，并控制一定的规模，确定本系统的适应运能为高峰小时单向断面流量1～3万人次.3万人/h的运能要求，意味着每列车最大载客量(定员)为1000人，行车最小间隔为2min的密度.
　　(2)适用范围　根据客流预测实验，高峰小时单向最大断面流量达到3万人次，一般来说，适用于市区外围地区，如北京市的8个边缘区域之间及与市区联系的交通干线上.
　　(3)线路型式　线路布设基本上是沿街道走行，根据城市街道条件，采用立体化布局.因此线路设计具有较大的灵活性.
　　根据城市条件，能走地面线为优，在重要路口和地段可以高架，在城市中心区必须采用地下方式.要尽量减少地下段，降低工程造价.
　　地面线路要设置专用道和部分平交道口，以提高运行速度和保障运行安全.平交道口设置要与道路交通组织结合，尽量减少平交道口，即使要设，也要尽量与车站位置结合.平交道口要有信号防护，并与城市交通信号联网，以保证轻轨优先通过.
　　高架线路的位置，必须与城市道路功能综合考虑，其结构型式和高度必须与城市景观相协调，既符合轻轨交通功能的要求，又与城市建筑总体规划相一致.
　　(4)车辆　根据运量和线路型式，车辆必须满足如下要求：车型新颖、载客量大，具有防寒能力、性能灵活、维修方便.
　　因车辆在城市中运行，对景观、噪声的影响比较敏感.从列车运行动态效果来考虑，车辆造型要新颖，要为城市增添美感，要有降低噪声措施.
　　由于未来城市流动人口增长很快，客运量大，车辆必须要考虑增加载客量，在不降低标准的条件下，适当增加立位，减少座位，以保证在高峰时间的最大载客能力.
　　车辆必须适应线路条件，具有爬坡能力大、转弯半径小的特点.为提高速度和保障安全，必须有较大的加减速度性能.
　　车辆应编组灵活，检查和维修方便，要考虑定型化、标准化、模块化、组合化.这也有利于减小车场占地规模.
　　北方地区冬季时间长，车辆在地上运行，停靠站开门频繁，必须考虑防寒问题.
　　(5)运营管理　运营管理模式与提高服务质量、降低运营成本密切相关.同时要加强人员培训，提高管理水平.运营管理可分三部分：列车运行管理、车站站务管理、设备运转管理.
　　列车运行管理，主要是指对列车的运行调度指挥、保证行车安全和准点的信号控制管理系统.这与列车的行车间隔时间、了望条件、车辆技术性能有关，与采用的自动化控制装备有关.这两者之间要合理配合选择，要与提高人员素质和改进管理方式结合起来，把地面线和地下线区分开来，把行车密度不同的地段区分开，根据具体条件采用不同方式.为简化管理，控制车站规模，在保证安全与准点的前提下，运行管理要因地制宜，采用灵活的方式.
　　车站站务管理主要是车站秩序管理、票务管理和安全管理，保障乘客上下车和列车到发的安全和准点，避免站内发生意外事故.票务管理主要是售检票方式，要从管理方便、保障收入、控制规模、降低成本等方面考虑.票务管理的方式，对车站规模的影响尤为重要，要注意保障车站出入口的通过能力，要避免扩大车站站台的规模.
　　设备运转的管理，主要是供电系统和地下车站中的通风和空调系统.由于线路以地面和高架为主，列车编组长度短、轴重轻、总耗电量远不及地铁.所以运转设备较少，可考虑尽量集中管理，并置于车站之外，不增加车站规模.
　　(6)车站规模　车站规模取决于客流量和管理方式，同时也取决于线路型式是地面、高架还是地下.此外也受建筑形式的影响.作为车站本身的因素，主要是管理方式和管理水平.车站站台高度要与车辆地板面相当，站台长度适应列车长度，不应超过110 m.地面车站的站台两侧与街道间应有隔离措施，乘客均从站台端部进出，以便管理和保证安全.在高架车站，虽然车站空间允许扩大，但从景观考虑，应尽量控制车站规模和体积，以便于建筑造型的处理.总之，车站规模要随管理模式的简化而减小，这也有利于车站位置布局，有利于建筑造型玲珑.
　　(7)车场　车场是车辆停放和维修的基地，车场占地较大，在城市中选址比较困难.车场规模大小主要决定于怎样停车，怎样修车.停车场线路布局的基本条件是一条线路能停几列车.每条线停车数越多，则越可减少股道数和道岔区的占地面积.车辆保养和维修的工艺方式和周期是决定检修线数量的基本因素.车辆制造标准化、模块化，并具有故障自动检测装置，使车辆各种维修能力大大提高，周期缩短，线位减少.由于列车允许通过曲线半径甚小(R=20～30 m)，使车场线路布置有更大的灵活性.在车场布置的同时，应考虑全线的维修中心、培训中心、材料总库等，要立体规划，节约用地.
　　(8)关于先进性　在上述总体构思中，强调经济性和实用性较多，并未突出所谓先进性.这并非是降低标准，而是从实用观点来讲先进性，在发展过程中追求先进性.实际上，能够应用成熟的技术，发挥出最大的效益，并保留发展的余地，这是国际公认最大的先进性标准.单纯以自动化程度的高低来体现先进水平是片面的.
　　从发展的观点来看，系统的先进性更主要的体现在人才培养，提高素质，提高管理水平，提高服务质量上.
　　先进的设备可以逐步投入，适应逐步增加的客运量，使物尽其用.

3　结论与展望

　　在中国，轨道交通系统尚属初级阶段，目前仅在北京、天津、上海建有地铁，广州地铁正在建设，大部分城市均处在规划和筹划阶段.即使在大连、鞍山、长春还保留着有轨电车并亟待改造为轻轨系统，但仍未起动.总体上讲，发展是缓慢的，其原因是地铁造价过高，难以承受，轻轨无系统标准，容易套用地铁模式，也导致造价提高.尤其是当前资金筹措比较困难的情况下，起动更困难.为此，汲取欧洲的经验与中国实际情况相结合，探索一种适合于中国的经济、实用、灵活的中运量的轨道交通系统，对推动中国轨道交通发展具有积极的意义.

作者简介：刘维宁 男 1960年生 教授　email wmsnjtu@public.bta.net.cn
作者单位：北方交通大学土木建筑工程学院，北京 100044

参考文献

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2　Geoff Lusher. Countdown to Midland Metro.http:∥www.lrta.org/mag99.html, Mar.1999.
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6　轩辕啸雯，陈唯一.我国21世纪隧道及地下工程展望.铁道工程学报，1998，10(增刊)：1～3

责任编辑　王尚韵
收稿日期：1998-12-10

原载北方交通大学学报 1999年　第23卷　第4期　Vol.23　No.4　1999