發表于《城市規劃匯刊》，1999（6），40-43
城市軌道交通特征分析*
章云泉
提要 本文對城市軌道交通的定義、類型和區別進行了辨析，對軌道交通的特征進行了比較和總結，深入分析了影響軌道交通特征的主要因素。
關鍵詞：軌道交通 地鐵 輕軌 容量
隨著我國城市化進程的加快，城市人口和機動車的快速增加已大大超過城市交通基礎設施的最大承受能力，交通狀況嚴重惡化。城市交通問題已經嚴重影響城市功能的發揮和城市的可持續發展。為此，1985年4月19日，國務院在國發[1985]59號文指出：“為解決城市交通擁擠問題，必須綜合治理。……從長遠來看，在一些大城市要考慮快速軌道交通和地下交通，以緩和地面交愛的緊張狀況”①。到1998年，我國已有京、津、滬、穗四大城市擁有地鐵，總通車里程約75km。1998年，廣州市地鐵2號線、深圳市地鐵1號線和上海市地鐵3號線相繼獲國家批準立項動工后，今年將有15個城市獲國家立項。據最新統計，目前在建和計劃建設的地鐵共21條線，長350km，總投資預計達1400多億元。另外，鑒于軌道交通成本巨大的特點，國家要求在今后建設地鐵時，設備國產化率必須在70%以上②。
由于我國軌道交通建設處于起步階段，有必要澄清軌道交通的概念、性質和特點，學習國外和境外的先進經驗，加以總結，避免重大決策失誤，更好地為我國今后大規模的軌道交通建設服務。
1、城市軌道交通的概念
現在國內在軌道交通概念方面存在諸多的混淆，比如認為地鐵必定是在地下行駛的交通工具，卻不知國外地鐵有的部分在地面、甚至在高架行走，例如，新加坡有2條地鐵線，48個站（15個地下、32個高架和1個地面站），83km（其中地下19km、高架60.2km和地面3.8km）③。而我國現在地鐵幾乎是全地下結構，導致成本居高不下，如廣州市地鐵1號線，建設成本高達8～9億元/km！軌道交通特征和概念的模糊不清可能會影響我國新的交通設施的規劃、建設和營運，不僅造成重大經濟損失，而且影響城市的健康發展。
快速軌道（Rapid Rail Transit or Rail Rapid Transit）是城市地下鐵道（地鐵）、輕型軌道交通（輕軌）、單軌（獨軌）交通、有軌電車、新交通（new transport system, NTS）、高速磁浮列車和市郊（郊區）列車（通勤列車）等城市軌道交通的統稱④。其共同特點是：運量大、速度快、安全可靠、準點舒適，可以在地面、高架和地下、半地下（open cuttings）的輪軌上行駛。輪軌系統一般有鋼輪一鋼軌系統和膠輪一混凝土軌系統兩大類，世界上軌道交通主要以鋼輪一鋼系統為主，我國也不例外。軌道交通通常以電力驅動（直流電、交流電或線性電機傳動，電壓有600V，750V或1500V），一架空線網受電或第三軌（側軌）受電，自動或人工操作控制。城市軌道交通的站距一般在市區1km左右，在郊區2km左右。但是，城市或區域之間的高速鐵路站距較大，否則達不到200km/h以上的運行速度。
地鐵（subway, metro, the underground），是地下鐵道的簡稱，別名有地下鐵（mass transit railway, MTR）、重軌（heavy rail）、快速軌道（rapid rail）、大都市鐵路（metropolitan railways）。地鐵可以在地面、高架和地下運行，有人把行駛在高架軌道上的地鐵稱為（高架地鐵）。地鐵是大容量的客運工具，高峰單向容量為3～7萬人次/h，量大運行速度達120km/h，平均營運速度為30～45 km /h，這與站距有關。地鐵需要道路完全隔離和封閉，從而確保了快速和準時，但線路一旦建成，更改非常困難，只能考慮延長線。地鐵由于建設成本非常高昂，一般由市政當局或公共公司所擁有。地鐵的信號和控制系統很復雜，用以滿足地鐵的快速和發車時間間隔。車站一般比較寬敞，高站臺、有電動扶梯，有利于乘客上下地面。地鐵一般位于城市核心區或城市內環路之內。
輕軌（LRT）是輕型軌道交通（light rail transit）的簡稱，是由原來的有軌電車（streetcar、trams or tramway）演變而來的。1978年3月在布魯塞爾召開和第一屆國際輕軌交通會議上統一了輕軌的稱謂，英文簡寫LRT，認為輕軌交通的荷載比地鐵和常規列車輕⑤。根據輕軌定義，獨軌（單軌）交通、新交通系統（New Transport System）、輕軌地鐵（Light Metro）、輕型快速交通（Light Rapid Transit）、高架線性系統等都屬于輕軌范疇。輕軌線路有地面、高架和地下線，地下線比較少見。輕軌建設成本為地鐵的1/3～1/5[7]。輕軌一般位于城市內環路之外。
市郊（通勤）鐵路（commuter rail）擔負著大城市市區與郊區衛星城鎮或社區之間的客運聯系，一般與地鐵站或輕軌站有方便的換乘關系。通勤鐵路以架空線網供電，站距長、速度快。它屬于重軌交通，與貨運列車的兼容性強。
高速鐵路指導運行于大城市或區域之間，甚至國家之間的高速軌道交通，如歐洲之星（TGV）、日本的新時速、中國的廣深準高速列車，營運速度在200以上，最大速度達350km/h。新研制的磁浮高速列車，時速將達500km/h。一般把高速鐵路歸為區域或國家鐵路系統，所以狹義上說不是城市軌道交通的研究范圍。
2、城市軌道交通的基本特征
目前，世界上擁有城市軌道交通的城市有320多個，其中有地鐵的占5%，有地鐵和輕軌的占11%，有輕軌和有軌電車的占84%，全世界軌道交通的營運線路長達5200km。發展中國家發展很快，目前有730多km的營運線路，占全世界的14%④⑦。軌道交通在世界上的分布情況，見圖1⑧。
軌道交通與其他交通模式的特征比較見表1和表2。
綜上所述，小汽車機動性強，從門到門，但是道路面積大，綜合運能不大，能耗大，污染嚴重；公共汽車機動性好，基礎工程簡單，成本低，能耗雖然不大，但是綜合運行速度慢，影響運能，污染大；有軌電車工程造價低，能耗低，成本低，無空氣污染，運行速度慢，運能提不高；輕軌運量和運行速度均較大，安全、準點、能耗低、無污染，造價比地鐵低，但是占用地面空間；地鐵運量大，運行速度大，安全、準點、能耗低、無污染，不占用地面空間，工程造價高，但是綜合效益好。
3、因素分析
3.1線路類型
線路類型影響軌道交通的營運速度和容量、服務質量和投資成本。根據線路的隔離和封閉程度，可以分為三種類型：
A型線路：全封閉、無平面交叉、具有專用的路權（exclusive rights-of-way），如地鐵線路，營運速度30～45km/h；
B 型線路：大部分線路處于封閉和隔離狀態，有部分平面交叉口。在交叉口，軌道交通優先通過，以確保快速的營運速度，具有大部分的路權（substantial rights-of-way），如輕軌線路，營運速度25～35km/h；
C型線路：只要小部分線路處于封閉或隔離，與其他交通混行，有大量的平面交叉口，如有軌電車和常規公交車線路，營運速度14～18km/h。
三種類型線路與服務質量和投資成本關系見圖2。
服務質量
從圖2可知，A型線路比B、C型線路具有更高的投資成本和服務質量，但是它占地更多，線路更改更加困難，彈性小。
線路類型在軌道交通中的應用見表4。
3.2 線路結構形式
線路結構形式有地面或半地面分級、高架軌道和地下軌道三種形式。線路在垂向的結構形式對軌道交通的建設成本影響最大。世界軌道交通建設經驗表明，一般情況下，地面結構與高架、地下結構的投資成本的比例，大致在1：2：6的關系。如果建設一條15km長的軌道交通，在地名分級系統約3.3億美元，高架6.6億美元，而地下結構則高達20億美元。特別是地下結構，成本與當地的地質水文條件、施工方法、車站規模等關系很大，但是與軌道交通技術水平影響不大。軌道交通結構形式與建設成本（含設備）的關系如表5。
為了更清楚地說明線路結構對建設成本的影響，表6列出了世界一些大城市的軌道交通成本情況。
3.3系統技術類型
軌道交通之間的技術差別主要是列車的控制方式。根據軌道交通的控制方式，大致可以很分為三種技術類型：①司機控制的交通系統；②自動控制的鋼輪一鋼軌系統；③人工/自動聯合控制的交通系統，如有軌電車、膠輪系統等。
自動控制系統與司機控制的系統相比，具有如下優點：
·可在地面、地下和高架行駛，車道窄、占地少；
·噪聲低、無空氣污染、衛生清潔；
·性能優、安全可靠、車輛耐用、易維修；
·因多節車輛編組，容量大、勞動生產率高、能耗低、單位營運成本低；
表6 案例城市軌道交通建設成本（12）（1983）
其主要缺點如下：
·與其他交通兼容性差，在地面行駛問題更多；
·只能在軌道上行駛，線路在低密度區不經濟；
·改線或更改調度靈活性差、車輛更新困難（因車輛壽命長）
·投資成本高
膠輪系統指橡膠輪胎（充氮氣）在鋼筋混凝土軌道上運行，并附有鋼輪一鋼軌作用，以防萬一胎破裂，目前已經在巴黎、蒙特利爾、阿德萊得、墨西哥和日本的Sapporo用。膠輪系統與鋼輪一鋼軌系統比較有明顯的特點：噪聲小、爬城能力大（最大7%，而其他5.5%）、能大、控制系統復雜、造價高，只能在全封閉的軌道上行駛。
3.4營運服務類型
在分析和選擇軌道交通模式時，發車頻率（間隔）和列車容量是必須考慮的重要因素。發車頻率和容量影響軌道交通系統以及乘客的成本費用。如果發車間隔長，營運成本就低，但是增加了乘客的等待時間成本。從理論上來說，全自動控制系統確保了列車的高容量。客運量與發車成正比，因為發車頻率（一般30～120次/h）提高可以增加軌道交通的吸引力。但是，發車頻率與車站設施、列車速度、安全程度等有關。單位營運成本與客運量的關系曲線，見圖3。當列車頻率一定（如30次/h）時，列車容量增加，客運量也增加。隨著客運量的增加，總營運成本（包括軌道交通系統成本和乘客時間成本）下降，但是當列車容量一定的情況下，存在一個最佳客運量，此時，總成本最小。
4、結語
我國對軌道交通的特征描述過于籠統，缺乏詳盡的對比分析。在軌道交通的概念和內涵方面，也比較模糊、不確切。由于特征和適用性了解不透，特別可行性研究不深，導致有些城市軌道交通規劃隨意性大，一會兒上地鐵、一會兒上輕軌，線網規模大大超過預期的發展水平，為了獲得立項，客運量也常常過高估計。在社會主義市場經濟條件下，市政府是軌道交通巨額投資的主體，如果決策失誤，市政府將永遠背上沉重的財政包袱。世界經驗表明，只有滿足經濟實力（包括經濟潛力）和人口密集兩個重要條件，才能上軌道交通，如北京、上海、天津三座直轄市，副省級市廣州、深圳已經滿足條件；而新直轄市重慶位于內陸，盡管人口密集，但是經濟實力弱，地鐵中途停工就是最好的說明。每個城市應該根據當地的實際情況，苦練內功，加強軌道交能特征比較研究，選擇正確的交通模式和線路結構，才能促進城市交通健康發展。
參考文獻
①彭長生，南京城市交通發展與快速軌道交通規劃，城市國道交通學術研討會論文集。北京：中國鐵道出版社，1997，P71～75
②南方日報，1996—06—07
③http：//WWW.Subway.net
④施仲衡主編，地下鐵道設計與施工，西安：陜西科學技術出版社，1997
⑤陳忠良，輕軌技術講座概要，中國市政工程1997[4]，51～56
⑥Schumann, J.W., What is New in North American Light Rail Transit Projects? TRB (Transportation Research Board, USA) Special Report 221,1989.
⑦包宗華，中國城市化道路與城市建設，北京：中國城市出版社，1995
⑧Pushkarev, B. S., Urban Rail in America, Indiana University Press,1982
⑨譚復興、翁夢雄，上海市區高架軌道交通系統模型及車輛選型的研究。城市軌道交通學術研討會論文集，北京：中國鐵道出版社，1997，P100～105
⑩Vuchic, V. R., Place of Light Rail Transit in the Family of Transit Mode. TRB Report 161,1975,P62-75
(11)In Stare, S and Liu Zhi (ed.) Allport, R., Investment in Mass Rapid Transit. China’s Urban Transport Development Strategy, The World Bank,1997
(12)Alan, A.W., Urban Transit Systems: Guidelines for Examining Options. The World Bank technical paper 52#,1986
