ー苼☆溈袮ー的博客

现代城市发展的特征是纵向和横向的双向运动。纵向发展的主要标志是，市中心区的高层建筑林立及地下结构的多层化趋势；横向发展的特征是，城市人口向周边地区扩散。上班时，城市人口向市中心区凝聚，下班时，城市人口向郊区扩散。凝聚和扩散并存构成了当代城市的矛盾运动。人流的集散是这一矛盾运动的表现形式，而城市轨道交通则是这一矛盾运动的主要载体。

   城市轨道交通的诞生和发展已有一百多年的历史，但重视和大规模修建城市轨道交通系统则是在1970年代以后。1994年4月在新加坡召开的国际市长会议提出，城市轨道交通是现代化城市的标志。人类社会已进入21世纪，可持续发展的理念深入人心，中国的城市化进程也将进入加速发展期；上海申博成功，2010年的世博会又是第一次以城市为主题——“城市：让生活更美好”。在这样的大背景下，回顾一下20世纪城市轨道交通的历史，并对城市轨道交通的功能进行再认识，不仅必要而且有益。

   螺旋式上升：有轨电车—汽车—地铁轻轨

   优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通，已成为世界各国的共识。回顾20世纪城市交通的历程：有轨电车从大发展到大拆除；然后汽车登上历史舞台，逐渐成为城市交通主角；到20世纪末，以地铁和轻轨为代表的现代城市轨道交通又恢复它的主导地位。这是个螺旋式的上升过程。

   从城市和交通的发展历史看，城市规模的大小与城市交通工具的技术进步密切相关，城市的直径一般就是当时最快的交通工具1小时走行的距离。美国科学史研究者屈菲尔（J. Trefil）提出：城市的规模取决于人们在其中移动的难易程度，即大多数人不愿意花超过45分钟的时间在一次出行交通上。例如1819年时伦敦只有行人、手推车和数量不多的马车，因此当时城市半径不超过5公里；今天伦敦有了快速轨道交通，城市半径扩大到了约64公里。

   法国人帕斯卡尔（B. Pascal）于1662年在巴黎首创无轨公共马车，它有固定的路线和班次，城市公共交通从此诞生。世界上第一条有轨公共马车线于1827年出现在纽约百老汇大街上。1853年，法国工程师卢巴(E. Loubat)将它引进巴黎，它比无轨公共马车更有效、舒适，因而大受欢迎。1879年大巴黎区已有38条公共有轨马车路线。公共有轨马车是现代城市轨道交通的雏形。

   法国工程师克里佐（M.de Kerizouet）曾于1845年向巴黎市政府提出过修建地下铁道计划，但因1848年发生法国大革命而告吹。1860年代法国工程师又想象出城市高架铁路。凡尔纳(J. Verne)在《八十天环游地球》中对此曾有十分精彩的描述。如今看到上海3号线（明珠线）上奔驶的列车，不由令人感叹140多年前法国人的丰富想象力。

   伦敦是世界上地铁的诞生地。一条由英国律师皮尔逊(C. Pearson)鼓动并投资建设的地下城市铁路（Metropolitan Railway）于1863年1月10日正式通车运营。该地铁线路从帕丁顿（Paddington）到弗灵顿（Farringdon），总长 6 公里。动力是向英国铁路公司租借的蒸汽机车。皮尔逊因此被誉为“地铁之父”；“Metro”成了世界上绝大多数国家城市轨道交通的标志和代号。早期的地铁由蒸汽机车牵引，为了排放烟雾，车站没有顶棚。虽然当时地铁设施简陋，且污染严重，但由于它不像地面道路那样拥堵，受到了上班族的欢迎。

   1890年，第一条电气化地铁开通，地铁进入电力牵引时代。由于环境条件大为改善，地铁显示出了强大的生命力。在此之前，除伦敦的地下铁道外， 只有纽约于1870年在第九大街上建造了高架城市铁路，1890年以后，建造地铁的城市开始多了起来。据日本地铁协会统计，到1999年全世界已有125个城市建成地铁，线路总长度超过 7000 公里, 发达国家的主要大城市纽约、芝加哥、伦敦、巴黎、柏林、东京、莫斯科等已经完成了地铁网络的建设。此外，华盛顿、马德里、斯德哥尔摩、大阪、汉城、墨西哥城的地下铁道运营线路也已超过了100公里。

   除了地铁以外，地面上行驶的有轨电车由于造价比地铁低得多，所以在20世纪初成了城市公共交通的骨干。世界上第一个投入商业运行的有轨电车系统是在美国弗吉尼亚州的里士满市，于1888年开通。到1920年代，美国有轨电车线路总长达25000公里。1908年我国第一条有轨电车在上海建成通车，1909年大连市也建成了有轨电车，随后北京、天津、沈阳、哈尔滨、长春等城市相继修建了有轨电车线路。

   随着汽车工业的迅速发展，大量汽车拥上街头，城市道路面积明显不够，因此1950年代开始，世界上各大城市都纷纷拆除有轨电车线路，这股风也波及中国。到1950年代末，仅有大连、长春等个别城市未拆除有轨电车线路，并保留至今。

   20世纪下半叶以来，伴随着世界各国的城市区域不断扩大，城市经济日益发展，人口逐渐上升。由于流动人口及汽车猛增，城市交通量急增。道路的相对有限性与汽车生产的相对无限性产生了尖锐矛盾。汽车带来了交通堵塞、事故频繁、能源过度消耗、尾气与噪声污染等一系列社会问题。行车难、乘车难，不仅成为市民工作和生活的一个突出问题，而且制约着城市经济的发展。世界各国纷纷探索和思考如何走出困境。

   反思的结果得出了两条结论：一是不限制汽车的生产，但在时间和空间上对汽车的使用加以限制；二是加快发展立体化的快速轨道交通。

   如何对待小汽车的快速增长，是决策者必须回答的问题。人们已经认识到，城市交通问题的产生不在于小汽车的拥有上，而在于小汽车的使用不当和过度使用上。城市管理者必须在时间和空间上对小汽车的使用加以限制。如英国伦敦市长宣布，从2003年2月17日起，对每一辆进入伦敦市中心的车辆征收5英镑交通拥挤费。该措施将使伦敦交通拥挤程度减轻至少30%，还能在10年内创收22亿英镑用于改善城市公共交通。德国从2003年1月1日起对汽油增收“生态税”。英国牛津等城市早在20年前就开始实行“停下（小汽车）乘坐（公共交通）”（Park & Ride）的政策，在市郊修建大型免费停车场，要求小汽车拥有者进入市区必须乘坐公共交通工具。新加坡在市中心设有电子扫描系统，利用智能卡技术对进入市区的小汽车自动扣款，以缓解市中心的交通压力。

   大力发展城市轨道交通，这一反思的结果导致新一代有轨电车——轻轨的兴建。

   1970年代在地下铁道建设高潮期，由于造价昂贵，建设进度受财政和其他因素制约，西方大城市在建设地下铁道的同时，重新把注意力转移到地面轨道上。开发出新一代噪声低、速度高、走行部件转弯灵活、乘客上下方便，甚至能照顾到老人和残疾人的低地板新型有轨电车。在线路结构上，也采用了降噪减震技术措施。在速度要求较高的线路上，采用专用车道，在与繁忙道路交叉处进入半地下或高架交叉，互不影响。

   1978年3月国际公共交通联合会（UITP）在比利时首都布鲁塞尔会议上，确定了新型有轨电车交通的统一名称，即轻型轨道交通（Light Rail Transit）简称轻轨交通（LRT）。20世纪80、90年代，环保问题、能源结构问题突出，在经济可持续发展战略方针指导下，全世界掀起了新一轮的轻轨交通系统的建设高潮。据粗略统计，已有50个国家建有360条轻轨线路。

   城市轨道交通的先导性功能

   随着可持续发展战略的实施，人们对修建城市轨道交通的意义有了新认识：一是认识到城市轨道交通规划对城市规划的导向作用；二是认识到修建城市轨道交通有利于环境建设和能源安全。

   城市规划与城市交通规划之间的关系，并不是一般意义上的包含与被包含关系，而是互动关系；后者具有强大的反作用。城市交通，特别是城市轨道交通对城市规划具有导向作用。

   解决城市交通拥堵是城市轨道交通的基础性功能，而引导城市布局结构的优化则是它的先导性功能。轨道交通对城市发展的导向作用源于有轨电车的发明。1882年，西班牙工程师马塔（Arturo Soria Y. Mata）提出“带形城市”（Linear City）理论，主张在40米宽的干道上设置有轨电车，两旁为方格状街坊和绿地。

   马塔认为带形城市可以无限延伸发展，并在马德里周围规划了一个马蹄形的带形城市。他还设想用带形城市把西班牙的港口城市加的斯同俄国的圣彼得堡连接起来。带形城市理论尽管存在许多问题，但对近现代城市规划影响很大。

   现代城市规划发展了带形城市理论，出现了沿主要交通轴线的带状发展理论。现代带状城市理论的具体应用是经济带。如拉动了全国经济的日本东京—大阪经济带、韩国汉城—釜山经济带等。在经济带上的各城市间除了有高速铁路联络之外，还建有公交型城际轨道交通网，使各城市间大大缩短了时空距离，这样有利于突破行政区划的羁绊，实现资源配置的最优化；调整产业结构，使各城市间优势互补，实现整体经济利益的最大化。长江三角洲的南京—上海—杭州—宁波城市带，如果通过过江大桥上的轨道交通线路，跟长江以北的扬州—泰州—南通城市带相联接，形成一个“乏”字形的公交型城际轨道交通网，那么，到2010年上海举办世博会时，就能使整个长江三角洲活起来。

   城市轨道交通技术的多元化发展

   城市轨道交通在其发展过程中，为了适应解决交通拥堵、限制小汽车使用、保护环境、引导城市轴向发展等各种需要，呈现出多元化趋势。如今已形成了一个包括地铁、城市铁路、轻轨以及磁悬浮列车的大系统。

   城市铁路

   所谓城市铁路，指的是建在城市内部或内外结合部、线路设施与干线铁路基本相同、以方便市民出行为目的公交型轨道交通。而干线铁路承担的是城际或省际的旅客和货物运输任务。

   如果把城市作为一个单元来看，干线铁路形成对外交通运输体系，而城市铁路则承担内部运输任务，按照城市铁路服务范围大小，国外通常把城市铁路分成市郊铁路和城市快速铁路两种。

   市郊铁路主要指把城市与远郊、卫星城镇连接起来的铁路，距离可达40～50 公里，一般和干线铁路设有联络线，且设备类似干线铁路，线路大多建在地面，其运行特点接近干线铁路，只是服务对象不同。市郊铁路运行速度远远大于其他城市交通工具，平均运行速度达40 公里/时以上，最高可达到120公里/时。如在法国，远郊的乘客只用半小时就可以到达市中心，如此快捷的运输速度吸引了大量客流。虽然市郊铁路采用干线铁路的技术标准，但其功能与干线铁路不同，导致在技术性能上也略有差别。市郊铁路运行速度比干线铁路低；但其起动、制动加速度远高于干线列车，略低于地铁列车；站间距离约1～3公里。日本研究资料表明，市郊铁路的运营效率、能源消耗、投资费用以及土地利用等指标明显优于其他交通方式，市郊铁路的投资额大约是地铁的1/10～1/5，1 人·公里的能源消耗是汽车的1/7 左右，而且运送能力单向每小时高达 6万人次，是一种经济可行的交通方式。

   城市快速铁路通常指运营在城市中心，包括近郊地区（离市中心约20 公里）的轨道交通系统，其线路采用电气化，运行速度在40～50 公里/时，大多与地面交通立体交叉。其站间距离较小，为1000～1500 米。我国北京正在建设的东直门—西直门的40.5公里线路，就是一条城市快速铁路线。欧洲、日本等轨道运输发达的国家，城市铁路被广泛使用。如日本东京地铁只有200公里左右，而城市铁路共有2000多公里。因此，建设城市轨道交通绝不限于地铁一种形式。

   地铁

   地铁是城市快速轨道交通的先驱。地铁不仅具有运量大、速度快、安全、准时、节省能源、不污染环境等优点，而且可以在建筑群密集而不便于发展地面和高架轨道交通的地区大力发展。

   严格讲，地铁已是一个历史名词，如今其内涵与外延均已有相当大的扩展，并不局限于运行线在地下隧道中这一种形式，而是泛指高峰小时单向运输能力在3～6万人左右，地下、地面、高架运行线路三者结合的一种大容量轨道交通系统。纽约、旧金山以及香港也称其为“大容量轨道交通”(Mass Rail Transit)或“快速交通系统”(Rapid Transit System)。这种轨道交通系统的建设规律是在市中心为地下隧道线，市区以外为地面线或架空线。如汉城在1978－1984年建造的地铁2、3、4号线总长105.8 公里，其中地下线路83.5 公里，高架部分长22.3 公里，占全长的21 %。

   目前的地铁技术不断发展，但总的来讲都是电力牵引，都可以实现车辆连挂、编组运行。

   地铁车辆不同于干线铁路车辆的主要特征，在于地铁车辆具有较好的加速、减速性能，起动快、停车制动距离短，平均运行速度高；具有较大的载客容量，车门数多，便于乘客上下车，以缩短停站时分；车型小，适合隧道内运行；车辆采用难燃或不易燃材料制成，不容易发生火灾；自动化程度较高。为了提高速度，地铁车辆供电电压由以往的750 伏、第三轨供电居多，改造为1500 伏、采用架空接触导线供电（因为地铁往往要延伸到地面）。为增加行车密度，保证安全，地铁已广泛使用列车自动控制系统（ATC）。

   地铁具有很多其他交通方式所不具备的优势，但其建设费用相当高。即使对于工业发达国家来说，大量建设地铁所需的资金也十分可观。

   对繁荣的大城市来说，修建地铁是发展市区交通的最佳选择，这已为一百多年来的实践所证实。如巴黎市民在市区任何地方，一般步行不超过15分钟就能到达某一地铁站，十分方便。便捷的城市轨道交通使市民在大城市内的每次出行时间不超过1小时。地铁已成为大城市的动脉。

   轻轨

   轻轨交通的原来定义是指采用轻型轨道的城市交通系统。当初确实使用的是轻型钢轨，而如今的轻轨已采用与地铁相同重量的钢轨。所以，目前国内外都以客运量或车辆轴重（每根轮轴传给轨道的压力）的大小来区分地铁与轻轨。轻轨现在指的是，运量或车辆轴重稍小于地铁的轻型快速轨道交通。在我国《城市轨道交通工程项目建设标准》（试行本）中把每小时单向客流量为0.6～3万人次的轨道交通定义为中运量轨道交通，即轻轨。

   经过一百多年的发展，轻轨已形成三种主要类型：钢轮钢轨系统；线性电机牵引系统；橡胶轮系统。

   钢轮钢轨系统即新型有轨电车，是应用地铁先进技术对老式有轨电车进行改造的成果。1980年代，我国曾有许多城市提出要建轻轨，然而久未建成。其主要原因是当时推荐的轻轨，建设规模过大，建设标准过高，虽然运量低于地铁，但其造价并不比地铁低多少。可喜的是我国长春、大连的新型轻轨线路已在最近投入运营，所使用的车辆已实现了国产化。天津轻轨也已正式立项，即将开工建设。重庆的独轨也在建设中。

   钢轮钢轨轻轨车辆使用的电流为750伏直流电，通常为架空线路。轻轨系统输电与配电方式一般为每隔3～5公里设一变电站，电流由该处架空线传送。

   轻轨的造价约为地铁的1/2，且施工简便，建设工期较短。加之轻轨的单向高峰小时客运量为1～3万人次，足以大大缓解城市交通状况；轻轨交通建设标准也低于地铁，因而其国产化进程容易推进。轻轨是适合我国大、中城市、特别是中等城市的轨道交通方式。

   一种以线性电机驱动的轻轨系统值得注意。加拿大在1980年代开发成功这种新型城市轨道交通车辆，并投入运营。它采用线性电机牵引、径向转向架和自动控制等高新技术。由于线性电机相当于把旋转电机的定子和转子剖开展平，因此，相当功率的线性电机要比旋转电机缩小3/4的高度，这样就能缩小地铁隧道的横断面，如日本东京12号线采用这种系统，隧道断面面积减少近一半，综合造价节约近20%。此外，它与轮轨系统兼容，便于维护救援。加之这种车辆是靠电机上定子与地面上转子（导轨）之间的电磁力驱动，具有较大的爬坡能力，因而地铁隧道的纵断面也允许有较大的限制坡度。线性电机车辆在加拿大、日本、美国都取得了较大的成功，在我国还是空白。由于我国自主开发和引进了磁悬浮技术，对线性电机的分析研究已经有相当基础。另一方面，由于线性电机具有车身矮、重量轻、噪声低、通过小半径曲线和爬坡能力强等优点，可以“轻而易举”地钻入地下、跃上高架，是地下与高架接轨的理想车型。以线性电机车辆作动力，其意义还在于它引起了轨道车辆牵引动力的变革。

   橡胶轮轻轨系统采用全高架运行，不占用地面道路，具有振动小、噪声低、爬坡能力大、转弯半径小、投资较省等优点，当前的独轨、新交通系统和VAL系统均属橡胶轮系统。

   独轨运输能力为0.5～2万人次/时，一般采用跨座式，轨道梁、转辙机、转向架是独轨系统的关键技术。由于采用橡胶轮胎，因而车体结构必须轻量化，轨道梁和支座材料的耐潮湿、耐酸性要求也较高。当前掌握独轨技术的只有日本的两家公司，我国重庆市轨道交通采用的就是这种制式。此外，德国的乌伯塔在1901年建成了世界上第一条悬挂式独轨线路。

   新交通系统可归纳为侧面导向式和中央导向式两种，其客运能力为0.5～1.5万人次/时，建设成本远低于地铁，与独轨相似。最早出现在1960年代的日本，1980年代进入实用化阶段。目前日本有十多条新交通系统线路正在运营。该技术在美国、法国、德国和加拿大也得到了发展和应用。　　

   VAL系统是法国的中运量自动导轨运输系统，最早于1983年在里尔建成。我国台湾台北的木栅线，从法国引进了这种技术。

   磁悬浮列车

   磁悬浮列车是根据电磁学原理,利用电磁铁产生的电磁力浮起列车，并推动列车前进的现代交通工具。由于它运行时悬浮于轨道之上，因而没有轮轨摩擦，可以突破轮轨粘着极限速度的限制。

   磁悬浮技术的研究源于德国。1922年工程师肯珀(H. Kemper)就提出了磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利，由于战争这一发明被拖延。进入1970年代，日本、德国开始研究磁悬浮列车技术。

   磁悬浮技术可分为常导和超导两种制式。德国的TR型和日本的HSST型采用的是常规电磁材料所构成的两大电磁铁之间的吸引力使列车浮起，所以称为“常导”磁悬浮技术。这种悬浮方式具有自动恢复车辆悬浮高度的功能，不用控制就可以稳定悬浮。日本的MLU型则是利用浸入低温槽内的超导材料制成电磁线圈，由于此时电阻为零，可产生更大磁场，然后依靠两大电磁铁之间的斥力使列车浮起，所以称为“超导”磁悬浮技术。欧美等国家有专家在研究相对高温超导的新技术，这种超导磁悬浮技术可望在十年后进入实用化阶段。

   电磁力不仅能支承车体重量，而且能用来导向。当车体没有左右位移时，导向线圈内无电流流通，也没有能耗；如果车体有左右偏移时，在导向线圈内则有与左右位移成比例的电流流通，产生复原力，从而保证磁悬浮列车在前进过程中始终与导轨的方向保持一致。

   磁悬浮列车前进的动力也是电磁力，提供动力的线性电机的工作原理如前所述，即类似将旋转电动机的定子和转子剖开展平，把转子与定子半径“延长”至无穷大，此时转子与定子间的转动就改变为平动了。

   目前，在磁悬浮列车技术的研究领域中，日本和德国占领先地位。在日本，磁悬浮线路的建设费用比轮轨高速铁路高出约50%，日本方面认为，如果建设费用控制在高于高速铁路20%，则是可以接受的。

   上海引进德国常导磁悬浮技术，在浦东已建成磁悬浮高速列车线，西起地铁2号线龙阳路站，东至浦东国际机场，全长30公里，设计时速430公里，单向运行时间约8分钟，总投资约89亿元人民币。我国国防科大、西南交大、铁道科学研究院和中国科学院电工研究所等单位正在自主开发中低速磁悬浮列车技术，分别拟在北京八达岭、成都青城山建设试验线。中低速磁悬浮适用于公交型城市轨道交通。