我国大中城市中运能轨道交通系统制式选择分析

徐吉庆，周 勇，陈明亮

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

1 研究背景

截至2020年12月31日，中国内地累计有45个城市开通运营城市轨道交通线路，总运营里程达7 969.7 km，其中地铁6 280.8 km，占比78.81%，中、低运能系统占比10.91%，如图1所示[1]。我国的城市轨道交通已逐渐呈现多层次、多模式、多制式发展趋势。除超大和特大城市之外，由中、低运能城市轨道交通系统构建公共交通系统的骨干体系日渐受到国内大中城市的重视和青睐，也成为超大和特大城市大运能城市轨道交通系统和道路公交系统的有力补充，能够有效解决大运能轨道交通系统覆盖不足的问题。目前，国内中、低运能城市轨道交通系统主要包括轻轨系统、单轨系统（跨坐式和悬挂式）、中低速磁浮系统、有轨电车系统、自动导向轨道交通系统、导轨式胶轮系统以及电子导向胶轮系统等，如图2所示。

我国经过30多年城镇化的快速发展，至2020年末，城镇常住人口9.02亿人，占总人口比重（常住人口城镇化率）为63.89%。据2020年第七次全国人口普查数据统计，我国城区人口在500万人以上的城市有88 座，城区人口在100万～500万人的城市有215座。这几年我国仍处于人口向城市集聚阶段，100万以上人口的城市数量还在增加[2]。其中，300万人以上的大城市已初步形成以地铁制式为主的城市轨道交通骨干体系，但随着地铁线路的开通运营，除超大和特大的中心城市外，在一般大中城市的轨道交通体系中逐渐暴露出需求与运能不匹配、制式与运能不适应、投资和收益不协调、短期收益和长远效益不统一、部分线路客流效益不理想等情况。如何规避“轨道交通地铁化”带来的可持续发展问题，各城市正在探索充分发挥中运能轨道交通系统经济高效、节能环保和建设工期短等优势，将中运能系统作为经济相对薄弱、客流量适中的大中型城市发展城市轨道交通的选择。

2 大中城市轨道交通发展现状

2.1 政策导向

2013年1月5日，国务院发布《关于城市优先发展公共交通的指导意见》（国发[2012] 64号）[3]，明确了我国城市公共交通发展的方向、理念、原则、目标、政策、机制。2018年6月28日，国务院办公厅发布《关于进一步加强城市轨道交通建设规划管理的意见》（国办发[2018] 52号）[4]，进一步明确了规划建设地铁和轻轨的指导思想、发展方向和政策要求。

国办发[2018] 52号文，要求轨道交通的建设应遵循“量力而行，有序推进；因地制宜，经济适用；衔接协调，集约高效；严控风险，持续发展”的原则。大运能地铁由于其造价高、建设周期长、后期运营成本高，一般大中城市的财政经济实力及客流需求水平不一定都适合以地铁为主的城市轨道交通发展模式，超大城市和特大城市也并非所有规划线路都有大运能的客流需求，从经济效益分析不适合全部或大规模修建地铁。本文就我国大中城市如何发展中运能轨道交通系统，有效提升城市内部交通基础设施水平，带动沿线土地开发，从而引导交通和城市发展，提出对中运能系统制式选择的思考和建议。

2.2 大中城市轨道交通发展面临的机遇和挑战

（1）随着我国城市化进程的发展、经济总量快速提升以及居民收入水平的不断提高，机动车保有量持续增长（2020年机动车保有量达 3.72亿辆），交通拥堵、污染问题凸显，不同层级城市的轨道交通发展速度快、制式多样、前景广阔。

（2）我国城市轨道交通40年的快速发展以500万人口以上的超大和特大城市的地铁建设为主，地铁每公里造价由4亿～5亿元逐步攀升至10亿元左右，建设周期一般4～5年，年运营成本约2 000万～3 000 万元/km，根据城市轨道交通2020年度统计和分析报告[1]，2020年我国城市轨道交通的运营收支比为50%～70%。因此，地铁建设成本高、建设周期长、施工影响大、运营成本高，大部分城市都难以大规模持续建设和发展。

（3）大规模地铁建设和运营实践，已暴露出部分线路客流未达到预期，运能发挥不尽理想的潜在问题和长期风险。除北上广深等超大城市外，其余已运营地铁的34座城市中，有121条线路的高峰小时断面流量小于2.5万人次/h，有50%以上的城市客流强度不满足规划建设地铁对初期客流强度的要求。

（4）按照《国务院关于调整城市规模划分标准的通知》（国发[2014] 51号）[5]，以城区常住人口为统计口径，将城市划分为五类七档。对于100万～300万人口的Ⅱ型大城市，城区布局紧凑，人口密度不高，交通需求有限，出行距离不长；对于50万～100万人口的中等城市，城市规模较小，客运需求不大，主要客运走廊有限。如何合理规划大中城市公共交通体系，审慎规划建设经济适用的中、低运能轨道交通系统，将是大中城市轨道交通系统建设的重大选择。由于我国中运能系统实践较少，完善的产业和技术体系尚未形成，因此，适合我国国情的中、低运能城市轨道交通规划建设是行业发展的重要课题。

综上所述，目前国内地铁建设历史长、总量大，技术和产业较为成熟，规范和标准体系相对完善。而中、低运能城市轨道交通的发展尚处于起步阶段，没有适合我国城市发展的经验可以借鉴，产业和技术发展尚没有明确的发展方向。同时，中、低运能城市轨道交通系统规划建设尚处于探索发展阶段，业界和大中城市对中、低运能轨道交通系统规划建设的制式选择没有共识，目前我国已经规划建设和运营的中、低运能城市轨道交通系统实施效果争议不断。本文将重点对中运能系统制式选择提出思考并对其发展提出建议，供业内同行探讨。

3 国内外城市中运能系统规划建设情况

3.1 国内大中城市中运能系统规划情况

3.1.1 样本采集

笔者分析了国内22个城市的轨道交通线网规划情况，结合国办发[2018] 52号文中的地区生产总值、地方财政收入、市区常住人口、初期客运强度和远期客流规模等多项指标进行归纳分析，具体如图3～图 6所示。

3.1.2 统计结果分析

从人口规模和GDP总量来看，符合规划地铁的大中型城市占60%左右，符合规划地铁、轻轨的大中城市占90%左右。但是，从一般财政收入指标来看，大多数符合申报城市轨道交通条件的Ⅱ型大城市和中等城市只达到申报中运能轻轨系统条件。如果从客流需求分析，国内部分非省会或中心城市的大城市已经建成运营的地铁线路初期客流强度也仅满足规划建设中运能轻轨系统的条件。从制式选择分布来看：①大运能,线网规划中制式选择地铁A型车的线路占比5%，采用地铁B 型车的线路占比22%；②中运能,线网规划中制式选择地铁B型车的线路占比29%，选择跨坐式单轨的线路占比 37%；③低运能,线网规划中制式选择有轨电车的线路占比7%。

综上所述，具备申报地铁条件的大城市，其城市轨道交通线网均以地下敷设的地铁制式为主，呈现出“轨道交通地铁化”倾向；具备申报中运能系统制式条件的大中城市，其城市轨道交通线网以高架敷设的跨坐式单轨系统为主，呈现出“轻轨单轨化”倾向。

3.2 国外部分典型案例分析

笔者查阅并分析统计了名古屋、斯特哥尔摩、都柏林、吉隆坡、大邱等国外大中城市（城市人口规模在300万人左右）轨道交通系统发展规模和系统制式情况如表1所示。

表1 国外城市案例主要社会经济和城市轨道交通指标统计表

通过对国外名古屋、斯特哥尔摩、都柏林、吉隆坡、大邱5座城市轨道交通系统发展情况调查分析可以看出，5座城市经济水平发展较好，轨道交通发展较早，技术较成熟，体系较完善。国外大中（国内II型大城市）城市轨道交通主要有以下特点。

（1）大中城市轨道交通线网功能层次清晰，城市轨道交通为中心城区、市区、都会区提供不同功能层次、不同系统制式和不同服务标准的服务。

（2）城市轨道交通线网制式选择多样化，适应不同功能需求、运量等级和外部环境条件。同时，充分发挥市域（郊）铁路服务于市区和市域范围的功能。

4 中运能系统制式特点与适应性分析

4.1 城市轨道交通中运能和低运能系统定义与分类

根据《城市轨道交通工程项目建设标准》（建标104-2008）的运能分类[6]，中运量轨道交通系统定义为单向高峰小时运能在1万～3万人次的系统，低运量城市轨道交通系统定义为单向高峰小时运能小于1万人次的系统。笔者根据此标准定义将线路远期单向高峰小时运输能力和与其相适应的典型系统制式进行了相应的分类梳理，如图7所示。

从图7可以看出：很多系统制式的运能可以适应不同的运量需求，因此在我国建标104-2008运量等级划分中也考虑了一定的幅值交叉范围；运能可以通过列车编组进行适应性调整，但是各系统有自身最适宜的运能和环境适应性；中运能系统不一定都是以独立路权为主的轻轨系统，地面部分混合路权的系统也可以达到中运能系统的运能低限；独立运行的高架系统也可能运用在低运能需求的线路上，如悬挂式单轨和胶轮导轨。

中国城市轨道交通协会最新颁布的《城市轨道交通分类标准》（T/CAMET0001-2020）[7]，根据制式分类的复杂性，按照不同的分类形式进行了系统分类。其中，对中运能系统进行了细分，分为中大运能和中小运能。同时，对我国目前已经应用的各种制式的技术特征进行了系统梳理和分类，如表2所示。该标准在总结我国城市轨道交通发展实践基础上对分类进行进一步规范和细化，对城市轨道交通健康发展将发挥重要引导作用。

表2 按系统制式划分的城市轨道交通分类及技术特征

4.2 不同制式的中运能系统的技术经济指标对比分析

系统制式的选择需要重点考虑的因素包括5个方面：运能适应性、环境适应性、技术成熟度、安全可靠性、工程经济性（全寿命周期成本）。其中，最难准确测算和系统决策的就是系统制式的全寿命周期成本。在前期研究中如何准确把握系统的全寿命周期成本，与其他4个因素密切相关且相互影响，需要综合平衡分析。因此，本文通过项目实践经验、前期研究以及查阅相关资料，将上述中运能系统按照车辆定员单价和单位运能造价指标2项技术经济指标，在一般条件下的大致区间进行初步分析和比较，有利于在线路规划和项目研究阶段对系统选择进行参考。需要特别说明的是技术经济指标对不同线路条件存在较大差异性，车辆单价根据技术发展和运营前景也有较大的差异和弹性。因此，不同规划线路的技术经济指标均需根据不同项目的具体情况进行分析和详细测算。

通过分析发现以下规律：从车辆定员单价指标来看，系统越成熟、运用越广泛、车辆载客量越大，车辆定员经济性越好，反之亦然（如中运能系统轮轨B型车的经济性较好，自动导向轨道系统和悬挂式单轨的经济性较差）；从单位运能造价指标来看，线下基础设施要求越低、投资越省、系统越简单、技术越成熟、运能越大，系统运能经济性越好，反之亦然（如胶轮智轨的经济性较好，悬挂式单轨的经济性较差）。各中运能制式适应性分析与经济指标对比如表3所示。

表3 各中运能制式适应性分析与经济指标对比表

4.3 中运能系统选择的核心内涵和困惑

通过中运能线路的工程建设和运营实践，为实现中运能系统的可持续发展，笔者认为城市轨道交通中运能系统（包括国办发[2018] 52号文泛指的轻轨系统）规划设计必须较好的把握中运能系统的核心内涵，使中运能轨道交通得以可持续发展，具体包括以下几个方面。

（1）运能轻量化。中运能系统远期单向高峰小时的客运能力小于3万人次/h，因此，应根据运量预测需求选择适宜的系统，系统能力不宜超过预测客流需求太多，预留太大余量。

（2）车辆轻型化。中运能轻轨系统在满足系统运能的条件下，应尽可能选择轴重轻的系统，这样环境影响小、结构荷载轻、转弯爬坡更灵活、选线更自由。

（3）线下基础设施轻量化。中运能系统运能适中，线路规划应以地面和高架为主，减少土建工程和车站工程投资。

（4）系统设备轻量化。应结合中运能系统客流强度低、系统风险危害性低以及乘客疏散救援难度小的特点尽可能使系统设备简化和轻量化。

（5）资产轻量化。考虑中运能系统客流强度低的特点，规划、设计、建设和运营管理应持续和高度关注全寿命周期成本，做到尽可能减少资产投入和节省运营成本，减少政府的财政压力，实现财务可持续发展。

发展中、低运能轨道交通系统可以有效弥补大运能城市轨道交通系统缺失或覆盖不足区域，能够提供较常规公交更大容量、更快速度、更高效率和更好质量的公共交通服务。中、低运能城市轨道交通系统虽然在运能、运速上不及大运能城市轨道交通系统。但是，相对而言其具有投资小、建设周期短、灵活性高、环境友好、绿色环保的特点[8]。

我国城市轨道交通近40年的快速发展以大运能城市轨道交通建设为主，国内传统轻轨、跨坐式单轨、胶轮导轨、中低速磁浮、有轨电车、智轨等中低运能系统的实践和探索目前尚未取得业内和所在城市较为认可成功的经验。笔者认为，可以从以下几个方面展开思考。

（1）技术和产业的成熟度制约了中、低运能系统的发展。可根据中、低运能系统市场发展需求，通过不断的实践、总结和提升，从而不断发展适应我国国情的中、低运能城市轨道交通技术和产业。

（2）我国中、低运能的新制式城市轨道交通尚未形成主流发展方向。因此，我国中运能系统是持续创新发展新制式，还是以传统轮轨高架轻轨系统为方向，需进一步探索和实践；低运能地面公共交通系统是发展现代有轨电车系统，还是发展更加节能环保的地面公交系统，尚有待进一步探索和实践检验[9]。

（3）对城市轨道交通规划建设过度的环境保护解读和土地财政依赖，都严重制约了系统制式和敷设方式的选择，对大中城市轨道交通可持续发展带来严重伤害。政府需要充分考虑建设阶段的财政资金筹集以及长期寿命周期成本和地方财政压力的平衡，合理进行线路规划、敷设方式和系统制式的选择。

（4）应高度重视产业落地或投融资模式对制式选择的影响和制约。项目决策需要审慎研究该产业在项目城市和产业自身的发展前景，产业落地条件可能对项目城市轨道交通发展竞争性和经济性的影响以及社会投资可能带来的政府长期财政压力。

4.4 中运能系统制式的选择思路和建议

中运能轨道交通系统制式与城市轨道交通其他制式选择一样，笔者认为应该遵循“依法合规、规划引领、量力而行、持续发展、以人为本、效益优先”的基本原则。具体建议如下。

（1）由于中运能系统轻量化与城市环境和空间资源密不可分，因此规划建设中运能城市轨道交通系统成功的关键是规划引领，做到与城市国土空间总体规划和综合交通体系相适应、与线网规划的线路功能定位和层次相匹配、与城市环境景观相协调。如何适应城市近期、远期、远景发展目标和近期建设的需要，能否用发展的思维做好近远结合是关键。合理认识和确定中、低运能城市轨道交通在城市综合交通体系中的功能定位和层次[9]。

（2）制式选择与客流特征和运能需求规模相匹配。不同城市轨道交通系统制式具有不同的技术特点、运输能力以及服务水平，应结合线路的客流特征、旅行速度、运量等级、服务标准以及舒适度要求等选择适合的系统制式。

（3）成本效益与城市社会经济财政能力相匹配。中运能城市轨道交通系统选择是控制成本效益关键因素，因此，项目系统制式选择必须充分研究经济、成本和效益因素，包括建设成本、运营成本、项目寿命周期成本效益和项目外成本效益，实现城市社会经济效益最大化。

（4）制式选择与技术成熟度、产业竞争性、关键设备国产化以及系统制式未来创新发展趋势相适应，系统制式选择应结合我国市场规模和发展需求，通过创新驱动，探索发展适合我国国情和政策要求的中、低运能系统制式，通过其发展和完善将带动相关产业转型升级[10]。

5 结语

目前，我国城区人口100万人以上的大中城市已超过200座，随着城市化进程的持续发展，大中城市数量还在增加。除超大城市、特大城市外，大中城市已规划中、低运能轨道交通系统的总长度超过6 000 km，投资规模巨大，市场前景广阔。做好中、低运能系统制式研究和产业发展规划，探索、实践和完善适应不同城市、功能、环境和服务需求的最佳系统制式，将对我国大中城市的社会经济发展、交通问题解决和轨道交通产业发展产生深远的影响。