城市轨道交通系统

一、城市轨道交通的概念与分类

在《城市公共交通分类标准》（CJJ/T 114—2007）中，城市公共交通被划分为城市道路公共交通、城市轨道交通、城市水上公共交通、城市其他公共交通四大类。对“城市轨道交通”的定义是：采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，依据城市交通总体规划的要求，设置全封闭或部分封闭的专用轨道线路，以列车或单车形式，运送相当规模客流量的公共交通方式，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。

《城市轨道交通技术规范》（GB 50490—2009）中也对“城市轨道交通”进行了定义：城市轨道交通（Urban Rail Transit）是指采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。

在人们的习惯用语中，“城市轨道交通”和“地铁”并无明显区分。本书中所言的“地铁”一般也可认为是“城市轨道交通”的俗称。

1. 地铁系统

地铁是地下铁道交通的简称，它是一种在城市中修建的快速、大运量的轨道交通，采用钢轮钢轨体系，标准轨距1 435 mm。通常以电力牵引，地铁车辆的基本车型为A型车、B型车和L8型车（直线电机）三种。地铁的单向高峰小时客运能力可达30 000人次以上，它的线路通常设在地下隧道内，也有的在城市中心以外地区从地下转到地面或高架桥上。地铁系统的列车编组一般由4到8辆组成，列车长度70～190 m，要求有较长的站台相匹配，最高行车速度应不小于80 km/h，某地铁车站上下车人流场景如图1.12所示。

目前世界上一些著名的特大城市如纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京等，均已形成一定的城轨交通规模和网络，且以地铁为主干，延伸到城市的各个方向。

广州地铁经过20余年的建设，现已建成开通一至五号线、八号线、APM、广佛线、六号线首期9条、总长共260 km的线路。根据最新批复的广州市新一轮轨道交通建设规划，至2018年还将力争新建成开通广佛线西朗至沥滘段、六号线二期、七号线一期、九号线一期、四号线南延段、八号线北延段、十三号线首期、十四号线一期、知识城线和二十一号线，届时累计开通里程将超过500 km。

1956年8月，上海市人民委员会市政建设交通办公室根据战备要求，向市政府提交《上海市地下铁道初步规划（草案）》，上海地下铁道建设由此开始了重要的征程。截至2015年年底，上海城市轨道交通基本网络全面建成，全网运营线路总长达617千米，车站366座（364座＋磁浮2座），其中换乘车站达到了51座。

地铁有以下特征：

① 全部或大部分线路建于地面以下。

② 建设费用大、周期长、成本回收慢。

③ 行车密度大、速度高。

④ 客运量大。

⑤ 地铁列车的编组数决定于客运量和站台的长度，一般为2～8辆。

⑥ 地铁车辆消音减震和防火均有严格要求，既安全，又舒适。

⑦ 受电的制式主要有直流750 V第三轨受电或直流1 500 V架空线受电弓受电。

图1.12　某地铁车站上下车人流

2. 轻轨系统

如图1.13所示，轻轨系统是在老式的地面有轨电车的基础上发展起来的，它与一般的铁路相比，其轨道和车辆都是轻型的，其运输系统相对也比较简单，较适宜于中等运量的城市客运交通。它采用钢轮钢轨体系，标准轨距1 435 mm。主要在城市地面或高架桥上运行，线路采用地面专用轨道或者高架轨道，遇繁华街区也可进入地下或与地铁接轨。

例如上海轨道交通6号线，又称浦东轻轨，为上海轨道交通的一条轻轨线路，也是直达2010年世界博览会场址的轨道交通线路之一。六号线全长31.118 km，北起高桥镇港城路站，南至三林地区济阳路站，贯穿整个浦东新区。该线共设有28个车站和2个车辆段，其中地下车站19座，高架车站9座，并设三林停车场及港城路车辆段。该线有3座车站，购票、候车都设在同一楼层，分别为博兴路站、华夏西路站及灵岩南路站，地下车站都设有屏蔽门。港城路站至灵岩南路站于2007年12月29日开通试营运。

轻轨有以下特征：

① 它是以钢轮和钢轨为车辆提供走行的一种交通方式，车辆以电力提供牵引动力，可以采用直流、交流或线性电机驱动。

② 轻轨的建设费用比地铁少，每千米线路造价仅为地铁的1/5～1/2。

③ 轻轨交通的每小时单向运输能力一般为2万～4万人次，它介于地铁和公共汽车之间，属于中等运能的一种公共交通形式。

④ 轻轨线路可以为地面、地下和高架混合型，一般与地面道路完全隔离，采用半封闭或全封闭专用车道。

⑤ 轻轨车辆有单节4轴车，双节单铰6轴车和3节双铰8轴车等。

⑥ 轻轨交通对车辆和线路的消音和减震有较高要求。

⑦ 电压制式以直流750 V架空线（或第三轨）供电为主，也有部分采用直流1 500 V或直流600 V供电。

⑧ 轻轨车站分为地面、高架和地下三种形式。

图1.13　城市轻轨

3. 单轨系统

单轨系统是一种车辆与特制轨道梁组合成一体运行的中运量轨道运输系统，轨道梁不仅是车辆的承重结构，同时是车辆运行的导向轨道。单轨系统又称为独轨交通。独轨交通的设想早在19世纪末已经形成。1901年德国鲁尔地区的三个工业城市之间，在险峻的乌珀河谷上空建成一条快速交通线，车辆吊在架空的导轨下面，沿着导轨行驶，后来三市合并成为乌珀塔尔市，这个单轨交通系统成为该市的一个标志。

独轨交通用作城市公共交通，开始进展比较缓慢。日本从德国引进专利，近30年开发了多种独轨铁路，在世界城轨交通中独树一帜。我国重庆从日本引进了独轨交通系统，如图1.14所示。

图1.14　重庆独轨线路

独轨交通采用高架轨道结构，按结构型式分为跨坐式和悬挂式两种类型。前者车辆的走行装置（转向架）跨骑在走行轨道上，其车体重心处于走行轨道的上方。后者车体悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面，其重心处于走行轨道梁的下方。

城市独轨铁路的优点：

① 独轨铁路线路占地小，可充分利用城市空间，适宜于在大城市的繁华中心区建线，对城市景观及日照影响小。

② 独轨线路构造较简单，建设费用低，为地铁的1/3左右。

③ 能实现大坡度和小曲线半径运行，可绕行城市的建筑物。

④ 一般采用轻型车辆，列车编组为4～6辆。

⑤ 走行装置采用空气弹簧和橡胶轮结构，并采用电力驱动，故运行噪声低，无废气，乘坐舒适。

⑥ 独轨铁路架于空中，具有交通和旅游观光的双重作用。

⑦ 跨座式轨道梁采用预应力混凝土梁制成，悬挂式轨道梁一般为箱形断面的钢结构。

独轨铁路交通的缺点：

① 能耗大。由于其走行装置采用橡胶轮，它与混凝土轨面的滚动摩擦阻力比钢轮钢轨大，故其能耗比一般轨道交通约大40%，且有轻度的橡胶粉尘污染。

② 运能较小，一般每小时单向最大客运量为1万～2万人次。

③ 独轨线路不能与常规的地铁、轻轨等接轨。

④ 道岔结构复杂、笨重，转换时间较长，从而延长了列车折返时间。

⑤ 列车运行至区间时发生事故，疏散和救援工作困难。

二、城市轨道交通的特点

与城市道路交通相比，城市轨道交通有以下特点：采用列车编组化运行，运量大；良好的线路条件与控制体系，速度快；电力牵引，污染少，环保好；可采用地下和高架敷设方式，占地面积小；全隔离的路权方式，安全性和可靠性强；良好的环控体系和候车环境，乘车舒适性佳。

当然，城市轨道交通是一个庞大的系统工程，它涉及土建（装修）、机械、电子、供电、通信、信号等技术。设备多，点多面广，技术要求、技术含量高，系统性、严密性、联动性要求高。土建工程大而多，且建设的周期长。涉及的资金投入一般是每千米 4亿～6亿。一般大城市建成一个200 km的地铁网，要投资上千亿的资金，且时间要十到二十年以上。

三、城市轨道交通系统的基本组成

城市轨道交通系统包括工程基本设施、运营设备系统两大部分。

工程基本设施包括轨道、路基、桥梁、隧道、车站、实现从城市电网向地铁供电的主变电所、调度指挥整（几）条地铁的运营管理的控制中心、车辆基地等。车辆基地是地铁车辆维修、停放等的综合基地，往往与其他保障体系合建，包括材料总库、综合维修和技术培训基地等，有时控制中心也建在其中。

运营设备系统包括车辆系统（运载输送乘客）、供电系统（为车辆、机电设备和车站提供动力及照明电能）、通风系统（实现车站、区间隧道换气降温）、空调系统（用于车站环境温度的控制）、通讯系统（实现信息传输）、信号系统（指挥行车、保障安全）、给排水系统（供给生产生活用水，抽排废水污水）、消防系统（实现水消防和气体消防）、防灾报警系统（灾害事故的监测和报警）、自动扶梯系统（车站各层间旅客输送）、屏蔽门系统（保障站台旅客安全，屏蔽环控范围）、自动售检票系统（直接为旅客服务的票务设施）、综合监控系统（环境、灾害、电力监控、信息采集和微机管理系统）。