中国城市轨道交通系统多制式发展综述

韩宝明，金天凤，方恒堃，鲁 放

中国城市轨道交通经过60年的发展，1在发展速度和建设规模上已经成为世界第一。我国目前拥有轨道交通系统制式的全部形式，在中低速磁悬浮、中低运量跨座式单轨等新兴制式领域也有长足进步。随着大城市路网规模的进一步扩大和大量中小城市的参与，为了满足不同的需求，轨道交通制式问题重新成为关注的重点之一。前一段时间，“智轨”、“云轨”、“巴铁”等一些新概念也吸引了较为广泛的社会关注。因此有必要专门讨论一下我国城市轨道交通多制式发展问题。

1 发展现状

1.1 多制式线路统计

截至2016年末，中国大陆地区共30座城市开通城轨交通运营，共计开通城轨交通运营线路133条，总长度4 152.8 km。其中，地铁3 168.7 km，占76.3%；其他6种制式（包括轻轨、单轨、市域快轨、现代有轨电车、磁浮交通、APM等）共计984.1 km，占23.7%：轻轨占5.6%；单轨占2.4%；市域快轨占9.9%；现代有轨电车占4.5%；磁浮交通占1.2%；APM占0.1%[1]。制式构成见图1。

图1 2016年中国大陆地区城轨交通运营线路制式结构Fig. 1 The structure of urban rail transit system in China in 2016

截至2016年末，在建线路中，地铁4 925 km，轻轨13.4 km，单轨33.4 km，市域快轨300.7 km，现代有轨电车328.6 km，磁浮交通28.8 km，APM 6.6 km，7种制式同时在建。

1.2 发展轨道交通多制式的优势和意义

1.2.1 经济发展和人口规模提供了难得的机遇

我国具有国土面积大、人口多、城市化进程快、经济发展迅速、地区发展不均衡等特点，为不同制式轨道交通系统的发展提供了难得的机遇。

交通拥堵、环境恶化已经影响到了二、三线城市，这些城市也已经启动轨道交通系统研究工作。根据《国家发展改革委关于加强城市轨道交通规划建设管理的通知》[12]，进一步放宽了轨道交通建设的要求。但这些城市轨道交通客流断面相对较小，传统轮轨A、B型车不再适应新的发展需求。

1.2.2 能满足不同城市和不同区域的个性化需求

我国城市数量大，城市人口众多，不同城市以及大城市的不同区域的交通需求存在差异性，不同的轨道交通制式能满足不同城市和不同区域的个性化交通需求。特别是不同城市的地理特性和城市结构多样，为各种制式的发展都提供了空间。

1.2.3 能加强我国城市轨道交通产业的全面性

我国已经是全球城市轨道交通最大的市场，在轨道交通建设、运营、装备制造方面都具有强大的实力，并且已经具备了完整的轨道交通产业体系，几乎具备所有常用制式轨道交通系统的产业能力和实践经验，可以为世界其他国家提供全面和多样性的产业服务。

1.3 不同制式的优缺点及适用地区

目前，《城市公共交通分类标准》将城市轨道交通分为地铁、轻轨、有轨电车、单轨、APM、磁悬浮和市域快轨共7类。城市轨道交通系统制式的优点、缺点及适用地区对比见表1。

表1 城市轨道交通系统制式优缺点及适用地区对比Tab. 1 The advantages and disadvantages of urban rail transit system and its applicable area

1.4 多制式特色线路

除传统的钢轮钢轨地铁和轻轨系统制式外，中国内地城市轨道交通多制式的特色线路主要总结如下。

1.4.1 轻轨系统

轻轨是城市轨道交通中运量系统中的钢轮钢轨系列，它以新型有轨电车街面敷设方式为工程基本元素，吸取了地铁线路和信号的先进技术要素，提高了车辆速度、发车密度和运量等级，是介于地铁与有轨电车之间的轨道交通中运量系统。

长春轻轨是中国较早建设和具有较大规模的轻轨系统，采用 70%和 100%低地板车运营，主要采用高架和地面线路敷设形式，能满足中等运量客流需求，其车辆见图2。

图2 长春轻轨车辆Fig. 2 Changchun light rail vehicle

1.4.2 现代有轨电车系统

由于造价低、审批相对容易等优势，现代有轨电车在我国中小城市和大城市的郊区得到迅速发展，目前在沈阳、广州、南京、苏州、武汉、北京、深圳以及淮安等城市先后建成运营[3]。其中沈阳浑南新区一次性建成4条线路长达60 km的有轨电车系统，实现了跨线运营。此外，北京西郊线已经于2017年12月30日通车正式运营。其车辆分别见图3、图4。

图3 沈阳浑南新区有轨电车Fig. 3 Hunnan modern tram

图4 北京西郊线有轨电车 Fig. 4 Western suburban tram

1.4.3 单轨系统

1）跨座式单轨系统。跨座式单轨交通车辆采用橡胶车轮跨行于梁轨合一的轨道梁上（见图5）。车辆除走行轮外，在转向架的两侧尚有导向轮和稳定轮，夹行于轨道梁的两侧，保证车辆沿轨道安全平稳地行驶。

重庆引进了日本日立的跨座式单轨系统，建设了2、3号线等几条线路，并实现了全部关键技术的自主化，运营里程达100 km，是世界上运营单轨里程最长的城市。芜湖市轨道交通1、2号线采用浦镇车辆厂引进的庞巴迪跨座式单轨技术，已经开工建设。此外，比亚迪推出了名为“云轨”的中低运量跨座式单轨系统，并在银川花博园建设运营了一条试验观光线路，目前全国有20多个城市计划修建单轨交通。

2）悬挂式单轨系统。悬挂式单轨，其运行轨道位于列车上方，是列车悬挂在半空中运行的一种中运量轨道交通系统（见图6）。车辆除走行轮外，在转向架的两侧尚有导向轮和稳定轮，始终在箱形轨道内部，保证车辆沿轨道安全平稳地行驶。

图5 重庆跨座式单轨车辆Fig. 5 Chongqing straddletype monorail vehicle

图6 青岛四方厂内试验线Fig. 6 Suspended monorail test line in Sifang locomotive and rolling stock works

目前国内尚没有正式运营项目，陕西韩城计划采用青岛四方悬挂式单轨技术建设第一条线；此外，在四川双流，使用中车浦镇车辆建设了试验线。

1.4.4 APM（旅客自动输送）系统

中国最早的APM系统是北京首都机场T3航站楼内部的系统，俗称“小火车”（见图 7），主要用于替代摆渡车解决机场内部不同区域的乘客输送问题，完全采用国外技术。真正服务于城市交通的第一条APM系统是广州珠江新城的APM，仅有3.9 km长。

图7 北京首都机场APM车辆Fig. 7 Automated people mover vehicle in Beijing Capital International Airport

1.4.5 磁悬浮系统

磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。

上海磁悬浮线是世界第一条正式商业运营的高速磁悬浮线路（见图 8），从轨道交通龙阳站至浦东机场，全长约30 km，2003年投入试运营，采用的是德国的技术。

图8 上海高速磁悬浮Fig. 8 Shanghai maglev train

2004年11月，原建设部总工周干峙院士发表日本名古屋中低速磁浮基本情况的文章[4]，建议在国内城市轨道交通中，尝试中低速磁浮交通，得到了磁浮交通研发的产学研团队的积极响应。经过10余年的发展，中国已经掌握了自主知识产权的中低速磁悬浮技术，并建成了北京磁悬浮S1线（见图9）和长沙机场磁悬浮线（见图 10）。这两条线路的建设都体现了地方政府对轨道交通创新技术的积极示范和推广作用。

图9 北京磁浮S1线Fig. 9 Beijing maglev Line S1

图10 长沙机场磁浮快线Fig. 10 Maglev express in the airport of Changsha

1.4.6 直线电机系统

直线电机系统是采用直线感应电机驱动技术的典型非黏着驱动方式的轨道交通系统。在直线电机的电动车辆中，推进力由铺设在钢轨间的反作用板直接传递，所以不受黏着的限制，有利于通过大坡道（最大坡度可达60‰）和小半径曲线（最小半径为65 m）的线路。

图11 北京机场线直线电机车辆Fig. 11 Linear motor vehicle in Beijing Subway Airport Express

直线电机系统是属于城市轨道交通中运量系统。目前，国内主要在广州3、4、5号线采用该技术，技术引进自日本。北京首都机场线采用来自加拿大庞巴迪的直线电机技术，曾服务于北京奥运配套工程，被称为国门第一线。

1.4.7 市域快轨系统

市域快速轨道系统是近年来发展非常快的一种大运量轨道运输系统，适用于城市区域内重大经济区之间中长距离的客运系统。目前，国内超大城市随着地铁网络不断完善和城市化进程的不断扩大，新的客流需求进一步增加，市域快轨系统提上日程，北京、上海、广州以及成都在新一版建设规划中均提出了市域快轨修建计划。从目前国内建设情况来看，利用既有铁路或者部分改造既有铁路开行市域快轨的情况较为普遍[5]，例如北京S2线，上海金山线等，普遍采用铁路既有车辆CRH动车组模式（见图12）。北京市计划开通的副中心线以及黄怀密线将采用更加适应公交化的CRH6F型车辆。目前新建线路中，温州市域线S1线计划采用四方厂生产的 CRH6S型车辆，北京首都新机场线也计划采用该种车辆。

图12 市域快轨采用的CRH动车组Fig. 12 CRH multiple units in regional express rail

从客流性质和服务功能以及车站间距和运营速度方面分析，市域快轨选用车辆应更靠拢城市轨道交通车辆的性能，具有较高的加减速度和超载能力，并有利于与城市轨道交通网络互通运行。车辆最高运行速度应突破100 km/h、提高至120或140 km/h，必要时可采用160 km/h。

2 存在的主要问题

2.1 制式分类标准不完善

现有《城市公共交通分类标准》将城市轨道交通分为地铁、轻轨、单轨、市域快轨、现代有轨电车、磁浮交通、APM等7种制式，存在一定局限性。有的按照运量划分，有的按照功能定位划分，有的按照轨道形式划分，各种制式之间存在交叉和模糊性。这为不同制式指定相应的技术标准造成了困难[6]，例如，直线电机是否作为一种制式在业中尚有争议。

2.2 制式仍然以地铁为主

我国城市轨道交通线路制式仍然以大运量的地铁为主，占比接近 80%，中低运量的其他制式比例还比较低。从国际公共交通协会（简称UITP）2015年的统计数据推算，世界上城市轨道交通总里程约29 000 km，其中地铁总里程达12 500 km，占比仅有43%[7]，说明我国的城市轨道交通线路结构还较为单一，不能满足城市个性化的交通需求。

当前我国轨道交通其他制式发展缓慢的主要原因有：1）地方政府认为地铁才够档次；2）地铁制式相对技术成熟；3）现阶段主要满足城市核心区的需要，倾向于采用大运量系统；4）按造价比例取费的模式使规划设计单位不愿选择较低造价的其他制式。

2.3 各种制式的优势没有得到很好的发挥

一般特殊制式都有各自独特的优点，然而在实际应用中常常没有得到很好的发挥。例如有轨电车的主要优势是造价低和工期短[8]，但北京的有轨电车西郊线的造价和工期都几乎接近传统地铁。广州珠江新城APM由于线路太短和全地下建设，造价居然高达 5亿元/km。直线电机具有线路断面小能降低隧道成本的优势，然而，在我国由于线路太少，施工单位采用标准尺寸盾构施工，使得该优势荡然无存。北京磁悬浮系统考虑疏散功能需求，采用传统梁上梁结构，对磁浮桥梁景观影响较大，造价较高。

2.4 制式选择时动机不纯

有些城市在制式选择时，出于照顾本地产业或者追求创新等目的，没有选择成熟的、适合本地特点的轨道交通制式。在城市轨道交通制式多元化的大趋势下，各城市都争相发展不同制式作为城市的亮点以博取眼球，忽略了倡导多制式城市轨道交通协调发展的本意：“只有多制式并且相互之间优势互补、综合利用，才能够解决好我们国家轨道交通的发展问题”[9]。促进城市轨道交通制式多元化，但不能盲目发展多制式轨道交通。一个城市如果轨道交通制式太多，将会带来网络互通互联、共线运行和维护成本的问题。另一方面，盲目采用一些还未形成产业化的新兴轨道交通系统，供应商数量太少，市场有限，可能会在成本、可靠性、维保的可持续性方面造成新的困难。

2.5 线路多制式增加了运营难度

发展多制式带来了运营维护复杂化，同时不利于不同制式车辆在不同线路之间的互联互通。随着城市轨道交通制式的多元化，前期已建成的轨道交通线路，在交通制式方面无法实现互联互通[10-11]。例如，北京的 S1线采用了新的中低速磁悬浮制式，完全丧失了未来与6号线贯通运行的可能性。

3 发展建议

3.1 进一步完善轨道交通制式分类标准

目前，除了传统的几种轨道交通制式外，还出现了一些新概念，给社会大众造成了认知上的混淆。例如，“云轨”只是一种产品品牌，并不是一种新的制式。“智轨”相当于自动导向的地面公共汽车，是否属于轨道交通尚有争议。目前我国轨道交通制式的分类还不是很完善，分类依据还不统一。建议尽快修订《城市公共交通分类标准》或专门制定《城市轨道交通分类标准》。同时建议由政府引导开展“标准先行”战略，完善城市轨道交通行业各类系统的技术标准和知识产权体系。

3.2 因地制宜实事求是地做好制式选择

多制式轨道交通协同发展已成为城市轨道交通发展的主流趋势。城市发展需求与客观条件同城市轨道交通制式的选择彼此间相互作用，影响选择的因素存在多样性，且选择的主要因素相互藕合而非独立。因此，坚持“因地制宜”“统筹兼顾”“可持续”的发展理念，根据不同的城市情况科学匹配制式种类和数量，将会更好地发挥城市轨道交通对城市、地区发展的引领作用，帮助我国更快更好地建立和完善城市轨道交通系统行业规范、技术标准和产业体系。

3.3 用发展的眼光看待制式问题

可以预见，随着技术发展的日新月异，轨道交通系统会不断发生新的变化，可能会出现越来越多的新概念。应该采用发展的眼光看待制式问题，相信传统制式的不足会逐渐得到改进，新的制式也会不断出现，不同制式都将在不同时期和不同位置发挥各自的效用。

3.4 重视新制式的技术自主化问题

城市轨道作为投资巨大的重大基础设施项目，关键技术装备的自主化能有效降低成本，节省投资[12]。随着技术的不断发展，面对不断出现的新的制式，应当重视其中关键技术的知识产权自主化问题，避免受制于人。

4 结语

我国有201座百万以上人口的城市，目前有超过100座城市开始规划各自的轨道交通系统，线网规划总里程超过2万km。未来5～10年是我国城市轨道交通高速发展的黄金期，城轨交通多制式发展已逐渐成为趋势，今后中国的城轨交通将形成多制式协调发展的新格局。正确认识城市轨道交通系统制式问题，将促进我国城市轨道交通健康发展，满足城市出行需求，并在我国轨道交通产业走出去方面发挥积极的作用。

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