新型交通工具在交通运输中的应用进展和展望＊

张 轮 张 孟 杨文臣 庄倩倩

社会文明的进步与科学技术的发展，给人类的出行方式提供了无限的想象空间。现代意义的交通工具，人类已经不再将人或物的“到达”作为机动出行的惟一目标，速度、安全、服务、节能及可持续等多层次的出行需求正在发展，磁浮列车、超级圈列车及大飞机等高速、经济和绿色的新型交通工具不断涌现，不断提升并丰富着人类对城市及交通文化的追求［1］。同时，人们更要求交通工具具备越来越高的安全性、节能性、环保性、舒适性和智慧性，又要兼顾城市景观，诞生了很多介于“航空”与“地面”、“轨道”与“自由驾驶”、“驾驶”与“自动控制”等之间的中间类交通工具。新型交通工具在缩短心理体验的物理距离的同时，更注重满足人们不同层次的出行需求。

本文收集国内外新型城市轨道交通工具、新型城市地面交通工具及新型航空交通工具的运行数据，跟踪其工程应用进展和关键技术研发进展，通过新系统、新工具及新技术的跟踪，分析国内外新型交通工具的发展趋势，并结合我国城镇化阶段发展的特征，探讨新型交通工具的发展对我国构建城市综合交通运输体系的启示。

1 新型城市轨道交通工具

城市地铁历经多年的技术研究和运营经验积累，逐渐发展成为城市公共交通的骨架。以磁浮列车、新型有轨电车等为代表的新型城市轨道交通工具见表1。

表1 新型城市轨道交通工具

1.1 磁浮列车

磁浮列车（magnetic levitation train，Maglev）是利用磁铁吸引力和排斥力使车辆浮起来，且运行在特殊轨道上的列车。磁浮列车系统主要由高速磁浮牵引供电系统、线路轨道系统、车辆及运行控制系统4大子系统组成［2］。Maglev速度界于高铁和航空交通工具之间，具有速度快、运行安全、平稳舒适、无噪声等特点。但是，其牵引供电系统断电后的系统安全保障措施至关重要，而且，强磁场运行对人体健康及生态环境平衡等的潜在影响是大众关注的焦点。2002年12月，世界上第一条最快的商业运营磁悬浮列车正式在中国上海投入运营，线路全长30 k m，双线上下折返运行，最高设计运行车速达431 k m／h。

1.2 储能式现代有轨电车

有轨电车（tram，电车）采用电力推动，单节编组的车辆（最多3节）通常在街道沿线运行，是一种环保公共交通工具。欧洲、美国对有轨电车交通技术长期不懈的研发已证明其能够安全、经济、高效地运营。进入21世纪，储能式现代有轨电车完全靠超级电容提供动力，无需架设外部供电网，且采用100%低地板的包容性车辆设计技术，实现乘客的水平上下车［3］。其节能环保，可去除传统有轨电车在城市上空的视觉污染，且可与机动车共享路权。2012年，中国南车株机公司生产出全国首创的储能现代有轨电车。2013年6月，储能式现代有轨电车广州海珠试验段动工，完工后将实现其在世界的首次示范运行。

1.3 空中轨道及自动导轨交通

空中轨道列车（sky train，空轨）是一种悬挂式的单轨交通运输系统，列车被吊在半空中行驶。其具有能耗低，零污染、轨道可拆卸变更等特点，且造价低，占地面积小，但其速度偏低且运营里程短，对城市公共交通的分担能力有限［4］。自动导轨交通（auto mated guideway transit，AGT）则是依靠导向轨引导方向，采用橡胶车轮车辆在平板轨道上自动运行的新型快速客运交通系统。AGT系统可分为个人快速交通系统（PRT），自动客运系统（APM）及无人驾驶直线电机交通系统（L M）。其运转灵活，环保，但轨道会发生波浪磨耗，维保困难，且行车密度难以提高［5］。1900年，世界首条空轨运营线在德国乌波塔尔诞生。目前，PRT系统已在阿联酋马斯达尔城、韩国顺天等地示范运行。

2 新型城市地面交通工具

以石化燃料为动力的传统地面交通工具能耗较高，噪声和尾气排放等带来严重的环境污染。新型城市地面交通工具从动力能源、车辆结构、车辆控制、车辆材料入手，采用创新动力驱动技术和自动控制技术，突破传统地面交通工具的缺陷，为解决城市交通问题提供新的解决方案。以新能源汽车、智能车等为代表的新型城市地面交通工具见表2。

表2 新型城市地面交通工具

2.1 新能源汽车

新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其他能源汽车，主要包括混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车等。混合动力汽车（hybrid electric vehicle）采用石化燃料和电力混合驱动，其可灵活切换驱动方式，但长距离高速行驶基本不能省油。纯电动汽车（batter y electric vehicle）主要采用蓄电池作为储能动力源，其结构简单，节约能源，且可利用晚间用电低谷进行充电［6］。但其连续运行里程、动力性能、电池研制及配套设施建设仍是技术难题。燃料电池电动汽车（f uel cell electric vehicle）通过氢气、甲醇等燃料的化学反应产生电流来驱动电机，其动力性能好，无噪声，零排放，但是燃料电池组的一体化，商业化电动汽车燃料处理器和辅助部件的集成化是尚存的技术挑战［7］。日本丰田等汽车厂商的混合动力汽车的研制处于世界领先，美国特斯拉（Tesla）的Model S全电动车的性能已逼近甚至超越传统汽车，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目，我国目前上汽等大型汽车厂商均瞄准汽车驱动电力化趋势，推进新能源产业化，代表性车型有比亚迪“秦”系列纯电动汽车及上汽氢动力汽车等。

2.2 智能车

智能车（cybercar）是一种具有完全自动驾驶能力且在道路行驶的智能车辆，其继承汽车的传统优势，且依托于公共交通系统的新机动性的理念，提供点到点服务，形成一种新的车辆共享的组织形式，是“以人为本”理念在新型交通工具中的最佳体现［8］。其现阶段已应用于残障人士、停车场、交通枢纽等特殊领域服务。cybercar具有零污染、多功能、机动灵活、安全可靠等特点，具有双向运行模式的cybercar如何逐步替代私人交通，以及智慧基础设施（具有专用高速智慧行驶区间）的建设，将是其大范围应用的挑战。

2.3 超级圈列车

超级圈列车（hyperloop）是以“真空管道运输”为理论核心设计的交通工具，其车体采用胶囊状的增压舱，利用直线电机驱动，在减压管道中悬浮运行。超级圈列车最高设计时速可达1 220 k m／h，且真空管道运输的造价较低，其可附着到既有高速铁路架桥上以节省成本。它是elon Musk于2013年8月公布的一种新型交通系统设计概念，具有超高速、低能耗、零污染等优点。

3 新型航空交通工具

3.1 大型飞机

大型飞机（large aircraft）是指起飞总重超过100 t的运输类飞机，国际航运体系习惯上把300座以上的客机称作“大型客机”，而在我国150座以上的即被称作“大型客机”。其特点是尺寸大、高可靠性及长寿命，飞行高度在10 000 m左右，航程可达15 000 k m，载客量为150～600名。但其投资大，气动外形要求严格，零件材料和形状结构复杂［9］。欧洲空客A系列和美国波音7系列已投入运营，我国C919大型飞机也于2011年12月顺利通过国家级初步设计评审。

3.2 无人驾驶飞机

无人驾驶飞机（un manned aerial vehicle）是一种依托机载自动驾驶仪和程序控制装置，地面采用无线遥控设备对其跟踪、定位、遥测、遥控及通信，实现程序自动控制的不载人飞机［10］。其空气动力性好，机动灵活，但受气候环境影响大，飞行距离有限，系统控制的滞后性及安全保障仍有待突破。无人飞机虽本身不是一种交通工具，但其作为一种空中检测平台已广泛应用于交通领域，包括交通监控和信息采集、交通管理控制和自然灾害监控等方面。

4 展望

4.1 新型交通工具发展态势

在轨道交通工具方面，以城市轨道交通为骨架的城市公共交通系统经历了从无到有、再到网络化运营的阶段，以高铁和动车组为骨架的城际轨道交通极大地促进了城市间的联系。但是，轨道交通在中心城区内地铁600 m服务半径的覆盖率达到55%，仍存在部分薄弱地区以及缺乏地铁线路覆盖的高客流走廊。新型有轨电车可以作为中心城区地铁线路的补充与延伸，同时可以作为区域内部公共交通系统的骨干，或是作为组团内与地铁站点间的快速联络纽带，形成地铁线路的饲喂线，进一步扩大地铁系统的服务范围。

在地面交通工具方面，小汽车交通的高强度、高密度和高聚集使用带来了严重的交通问题，其最大优势是便利性、机动性和舒适性，交通需求的本质是人和物的移动，而非交通工具的移动。因此，我们应采取机动交通“管、限、控”等综合措施，缓其发展速度，限制其使用，发展贴近出行者起终点且换乘便利，出行时耗小且舒适，可与小汽车竞争的公共交通与慢行交通一体化系统，以高效的公共交通代替小汽车。同时，“绿色、低碳、高效、优质”的电动汽车等新型地面交通工具正在进入并改变人们的出行方式。

在航空交通工具方面，我国民航年平均运送旅客及空中物流处于高速增长态势，世界民航运输机将继续向大型化发展，并逐步培育“枢纽＋辐射”的航空运输发展模式，即旅客通过支线航班汇聚到枢纽机场，再由大型运输机运送到另一枢纽机场，最后再乘坐支线客机到达目的地。大飞机作为一种高安全、高速度、大客量及低排放的高品质大型空中运输方式，可实现大量人群或大宗货物的长距离“高效益”出行。在经历了以汽车为代表的陆上交通文明和远洋船舶为代表的海上文明，以大飞机为代表的空中文明正在发展。

4.2 我国城市交通发展的战略选择

我国城市化率迅速提升，已从1980年的19.8%发展到现在的50%，城镇化发展必然带动城市交通的发展。为满足不同层次交通出行需求，多种交通方式全面发展，包括大运量的地铁，中等运量的磁悬浮、中低运量的BRT系统，低运量的常规公交等，大城市多模式综合交通系统格局初步形成。城市交通的快速机动化带来了中国城市与交通的巨大变化，但在提升出行便利性和质量的同时，由于交通机动化与城市建设、管理发展、交通行为及文化的不适应，中国城市的交通阻塞、事故和污染等问题日益严峻。

为更好地解决新型城市化交通发展的问题，打造国家枢纽城市，自快速网络化地发展地铁和修建BRT系统后，新一轮的新型有轨电车系统建设正在国内大中城市推行。不难看出，引入高品质的新型交通系统，构筑“模式多样、层次分明、等级合理、衔接有序”的多模式一体化综合交通系统，成为“北上广”等众多城市所采取公共交通政策的基本出发点，以“共享、畅达、绿色、公平”为特征的现代服务型综合交通体系正在演变和发展。

5 结语

交通与城市及其文化和公共政策之间高度关联，如何选择正确的交通战略，科学发展交通系统并动态地应对其问题，优化整合多种交通工具，不仅决定着交通发展，更决定其城市的命运。因而，高度认识城市及交通发展对国民经济和民生的关键作用，采用可持续发展原则及高新交通工具技术，构筑“共享、畅达、绿色、公平”的现代多模式综合交通系统，实现城市与交通，交通系统构成要素与社会、心理、生态、资源及环境等多目标间的和谐，是破解城市交通困局，加快推进新型城镇化可持续健康发展的关键。比新型交通工具更重要的是，建立新技术的评估及跟踪评价体系，交通决策者必须从感性及行政化的决策走向理性地系统科学论证，并根据自身城镇化发展的条件和特点，对接高品质的交通出行服务需求，因地制宜地发展和改善城市交通系统。

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