城市轨道交通技术发展战略探讨
冯爱军 施仲衡
（北京城建设计研究总院 100037）
[摘要]：未来二十年，我国的城市轨道交通建设将处于规模空前的发展期，制定科学合理的、适合中国国情的城市轨道交通技术发展战略，正确引导其健康有序地发展，意义非常重大。作者有幸参加了国家中长期科学和技术发展规划战略研究之“大城市综合交通发展规划战略”的编写，通过对目前我国城市轨道交通发展现状的调查与分析，从政策、行业、技术等层面初步提出了我国城市轨道交通的技术发展战略，供大家探讨。
[关键词]：城市轨道交通 技术 发展战略
The Discussion of the Urban Rail Transit Technology Developmental Stratagem
Feng Aijun
（Beijing Urban Engineering Design and Research Institute 100037）
Abstract: In the coming twenty years, the urban rail transit construction speed of our country would have been the fastest all-time. It is vital to constitute scientific, rational and adaptable in the situation of China urban rail transit technology development stratagem for a health and orderly development. The authors attend the compilation of the comprehensive traffic development strategic planning, the part content of the national middle-long date science and technology development strategic planning research. This article put forward out the urban rail transit technology development stratagem of our country preliminarily based on the policy, industrials, and technologies etc., through the inspection and analysis of the present development situation of the urban rail transit of China.
Keywords: urban rail transit technology development stratagem
前言
发展城市轨道交通是解决大城市交通问题的重要手段。轨道交通建设从规划、设计、施工到运营，涉及建筑业、制造业及管理的所有领域，城市轨道交通技术的发展，不仅可推动我国建筑业、制造业的发展，更可带动城市的发展。以新的战略发展观探讨今后我国城市轨道交通的发展，在技术层面上，可提升我国城市轨道交通的整体技术水平，完成本行业的技术跨越，促进产业发展；在宏观经济方面，更可引导城市布局的合理发展，创造出新的经济增长点和就业机会，提升城市的国际竞争力，促进未来城市的可持续发展。
但目前国内城市轨道交通的发展仍存在一些问题，主要症结有：规划体系不健全；系统标准不统一；建设周期长，造价高；装备技术与发达国家仍有差距；交通设施运营管理缺乏系统整合，管理手段落后；交通安全保障系统不健全等。健康有序地发展我国的城市轨道交通，促进技术发展，意义非常重大。
本文即通过我国目前城市轨道交通的现状分析，得出技术发展趋势及技术发展特点，根据存在的问题提出技术发展目标，并制定出相应的技术策略。
1 国内城市轨道交通现状与存在问题分析
1.1建设现状
综观我国城市轨道交通建设史，从1965年北京地铁一期工程开工，到目前全国多个城市多条线的同步建设，风雨四十年，已开通城市轨道交通的有北京、上海、天津、广州、长春、大连六城市10条线，线路总长共计约318公里，除北京地铁一号线和环线近40公里外，其余都是九十年代后修建的。进入新世纪以来，发展态势更为迅猛，全国48个百万人口以上的大城市中已有30多个城市开展了城市轨道交通的前期工作，在建线路有8个城市，17条线，线路总长约360公里，共需总投资近1100亿元，运营初期所需车辆就达1582辆。而近期报批的几个城市的建设规划，更是报出了惊人的数字。
分析这些城市的特点，可以看出，我国200万人口以上的大城市和特大城市是我国今后建设城市轨道交通的重点。大致有四种情况：
第一种，具有建设和运营管理城市轨道交通的经验，进一步加快城市轨道交通建设，在城市内形成城市轨道交通网络，在城市中发挥骨架作用；如：北京、上海、广州等城市；
第二种，具有建成一条线或正在建设城市轨道交通的城市，开始进行第二条城市轨道交通的前期工作，尽快形成城市轨道交通客运走廊的作用，如：深圳、南京、武汉、长春、大连等城市；
第三种，比较多的城市正在开展城市轨道交通建设的前期工作，例如：杭州、成都、沈阳、西安、哈尔滨、苏州、青岛、鞍山等城市；
第四种，在经济发达地区，如珠江三角洲地区、长江三角洲地区、京津塘地区，正在酝酿建设城市间的轨道交通建设的前期工作，广州至佛山，广州至珠海的轨道交通已开始启动。
初步预测到2010年，将要建设1500公里，需要投资5400多亿元，初步估算新建线路运营初期所需车辆就达6800辆。这样大的需求，是世界上绝无仅有的。健康有序地发展我国的城市轨道交通，促进技术发展，意义非常重大。
1.2技术水平
我国地铁与轨道交通的发展虽然只有38年的历史，与发达国家100多年的历史相比较，设计、施工的许多方面并不落后，如明挖法、盖挖法、沉埋法、盾构法都已达到国际先进水平，大跨度暗挖法和平顶直墙暗挖法我国属国际领先水平。但在综合交通规划与设计及一些关键技术设备和运营管理水平等方面尚有较大差距。
城市轨道交通的机械施工与国际先进水平存在一定差距。地铁用的盾构机目前多靠进口。发达国家的暗挖有了新的进展，其中有大跨度的预制块法、预切槽法、微气压法等，在日本、法国、德国等国家已有应用。
城市轨道交通用的设备技术水平需要进一步研制更新，尤其是通信及信号控制系统仍有差距。建设管理水平与发达国家比较存在差距，系统集成能力不强，缺乏具有对工程项目管理、设计咨询、施工、运行管理全过程管理的国际型工程公司。
运营管理方面我国与发达国家比较差距较大，主要表现在人工较多，自动化、信息化水平较低，国外先进国家每公里地铁管理人员在50人以下，而我国则要使用100-300人。
受大铁路检修工艺思路的影响，使车辆段与检修工艺设计落后，车辆段工艺流程不合理、确定的工艺、设备往往不能满足要求，造成浪费。
在新型交通系统方面，世界各国根据城市特点已开发了轮轨系统、直线电机系统、跨座式单轨系统、无人驾驶新交通、磁悬浮系统、空中客车等制式，并在城市交通中占有一定比例，而我国的城市轨道交通系统制式仍以大运量的轮轨交通为主，需要开展相关新技术的研发。
1.3经济水平
城市轨道交通的建设承担了大量的客流，在城市的公共交通中发挥了重要作用，有的城市随着运营里程的增加与延续，轨道交通网已初具规模，公共交通运量的比重大幅增加。另外，城市轨道交通的建设与发展，拉动了内需，使土地增值，促进了沿线的开发，加快了城市总体规划的实施，促进了城市的发展。
促进城市轨道交通发展，有两个途径，其一为降低造价；其二为提高经济和社会效益水平。
城市轨道交通是一个规模大、造价高、技术复杂的系统工程。工程投资动辄几十个已甚至上百个亿。据统计资料显示，在总投资的工程费（包括建筑工程费、安装工程费、设备及工器具购置费、预备费等）、车辆购置费、其他费用、借款利息中，工程费约占工程总投资的60%-70%，车辆购置费约占工程总投资的10%-18%，其他费用约占工程总投资的10%-18%，借款利息约占工程总投资的4%-8%。降低工程费是降低地铁造价的主要手段，通过合理规模的确定、结构形式及施工方法的优化等措施降低土建费用，通过设备国产化降低设备费用。轨道交通的投资控制由于各有关单位较为重视，已初步取得了较好的效果。
另外，由于城市轨道交通所带有的很强的社会公益性，巨额的投资多由政府负担或筹措，在市场化等方面还应进行探索。
1.4技术交流及技术标准
城市轨道交通的建设引起国家和各地方政府及相关主管部门的重视。有相当多的设计、施工、车辆、设备制造企业和科研单位、院校积极参与地铁和城市轨道交通的建设。已有国外的咨询公司和一些设计施工企业开始参与和关注我国的地铁、城市轨道交通事业。大量国内外交流和国外技术考察推动我国地铁、城市轨道交通建设的发展。国外先进的车辆设备和设计施工技术的引进推动了城市轨道交通技术的不断提高。
到目前为止，建设部组织编写了《城市快速轨道交通工程项目建设标准》、《地铁设计规范》、《地下铁道工程施工及验收规范》、《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》、《地下铁道、轻轨交通岩土工程测量规范》已批准实施，使我国地铁、城市轨道交通的设计、施工、勘察测量纳入规范化、标准化建设的轨道。
2 技术发展趋势
2.1 技术发展特点
综上所述，目前我国城市轨道交通的发展突出显示以下特点：
1)由最初的一个城市发展成20多个城市同时建设，引发出对统一建设标准的需求；
2)由一个城市的一条线发展成网络的多条线，引发网络化带来的规划、客流预测、综合经济评价、枢纽换乘等技术问题；
3)由单一的传统轮轨模式发展成多种制式并存，目前已在建和准备实施的制式已达6种：大运量地铁、中运量轻轨、跨座式单轨、城际快速铁路、磁悬浮、直线电机系统等，引发出对新型交通方式的成套技术研究需求。
2.2大运量、中运量、市郊线多种形式并存，轨道交通发展呈多样化
从上节的统计分析可以看出，目前的城市轨道交通发展已呈多样化发展趋势，尤其是城际轨道交通线和市郊线的建设越来越多。
我国首条城际轨道交通线为广州到佛山的广佛线，线路总长约34公里，贯穿佛山、南海及广州市区的中腹地带，速度超过120公里/小时。它的建设是综合考虑区域发展战略需求和整个路网的协调性与匹配性的基础上进行的功能定位，即解决佛山组团中心与广州的交通需求为重点，并兼顾各组团内的交通，以城际交通功能为主，城市轨道交通为辅。广佛线预期实现的主要战略目标是：启动和完善区域立体化交通体系建设、实现资源共享；实现广佛都市区协调发展战略；增加区域性城市集聚效应，加快城市化发展进程。广佛城际轨道交通线在某种程度上已脱离了一般意义上的城市轨道交通的功能定位，由于它在珠三角区域城际快速轨道交通路网中的核心作用，作为国内第一条城际轨道交通线，其规划与建设的经验，对后续城际轨道网的建设，具有一定的借鉴意义。珠三角城际轨道交通规划建设线路长度将达一千多公里。
目前长江三角洲区域、大京津地区等也正在筹划城际轨道交通线。
除城际轨道交通线外，市郊铁路系统也逐步开始建设。如北京正在构建的城市轨道交通网络，包括连接市区与郊区的（L线）昌平线、良乡线、顺义线、亦庄线等将达160公里。
2.3新型城市轨道交通系统开展研发
1） 直线电机系统
2003年，随着广州地铁4号线及北京首都机场线方案的论证，直线电机系统逐渐引起各方的关注。根据广州市城市轨道交通建设规划，其中4号线、5号线、6号线、7号线将采用直线电机系统，至2010年，总长将达到107公里。
2）跨座式单轨系统
跨座式单轨系统最多应用于日本，目前马来西亚、澳大利亚、美国也有应用。在我国首次引进的跨座式单轨交通方式是重庆市。具有占地面积小、爬坡能力强（60‰）、转弯半径小（R=100），可以因地制宜，穿遂道、爬高坡、沿着江岸翻山越岭运行，非常适应山城的特殊地形。单轨系统采用低噪声和低振动设备，车轮为充气体橡胶轮胎，运行时噪声远远低于城区交通干线噪声平均声级75.8分贝。
直线电机系统和跨座式单轨系统都属于中运量系统（单向高峰小时2万人），因其具有曲线半径小、爬坡大、噪音小、造价低的特点，在国内具有一定的推广应用前景。
3）快速轮轨系统
因长三角、珠三角及京津塘地区区域快速交通网正在筹划建设，则速度大于120公里/小时的快速轮轨系统的研发势在必行。
3城市轨道交通技术发展策略
3.1 加强宏观领导和管理，构建城市轨道交通产业
目前我国正处于城市轨道交通的建设高潮期，是世界上最大的城市轨道交通建设市场，已初步形成了城市轨道交通产业，加强宏观的领导和管理，促进和引导其健康高速地发展，势在必行。在产业发展方面，建议成立国家级的协调机构，重点解决：
1)制定我国大城市轨道交通系统的发展战略、发展规划及实施计划；
2)制定我国大城市轨道交通发展战略的相关产业政策、技术政策、建设标准。
3)制定城市轨道交通系统的相关产业投融资政策，指导建设资金的筹措、管理和使用。
4)制定相关的法规，保证城市轨道交通系统建设事业的快速、有序、健康的发展。
5)依法规范业主行为，加强对城市轨道交通建设标准和工程质量的监督和管理。
6)负责城市轨道交通设备国产化的工作及监督、检查。
7)协调城市轨道交通发展中的重大问题。
8)加强产业服务，发挥行业组织作用。
3.2构建综合交通体系，实施网络规划
1)建立城市综合交通一体化规划体系，建设市郊铁路、地铁、轻轨及小运量的有轨电车网络组成的轨道客运系统，改善城市中心区的交通服务，同时为市区边缘集团和郊区新城的开发建设提供强有力的交通支持，并同步实施轨道交通与其它交通方式方便快捷的衔接换乘。
2)规划应考虑地下、地上、长途、短途、高速、低速、汽车、火车等多种交通工具的立体接驳、平行换乘以及加强交通枢纽的规划设计工作。城市交通网络规划和土地资源的综合开发利用，形成一个地上、地下统一规划建设的城市发展模式，最有效的利用资源，充分发挥城市轨道交通在城市建设中的辐射和带动作用。
3.3 促进技术研发，提高产业水平
开展城市快速轨道交通及新型交通系统成套技术的研究，提升我国城市轨道交通的整体技术水平，完成本行业的技术跨越，打破国外的技术垄断，促进产业发展。
技术研发的总体目标是：提升轨道交通的整体建造及技术装备水平；形成标准化、模块化的系统模式体系及标准体系；实现城市轨道交通智能化、信息化及无人驾驶卫星定位控制；建立一整套高度智能化的事故防范预警系统和应急疏散系统；建立多数据源的城市轨道交通三维数据库；建立便捷、安全、环保、节能、低维护的新型交通体系，使城市轨道交通成为城市交通的骨干方式，并带动相关经济及产业的发展。
其主要研究内容包括：
1、大城市轨道交通规划、建设与运营重大技术研究
1)大城市轨道交通网络规划研究；
2)标准化、模块化系统及标准体系研究。如车站的标准化和模块化研究的内容集中在车站的组成内容、车站设计理念、车站合理规模、新型施工建造技术研究等；
3)城市轨道交通运营及乘客信息管理技术；
2、新型轨道交通制式及关键技术研究
开展环保、安全、节能、经济的新型城市轨道交通系统研究，提升城市轨道交通的整体技术水平，建立成套的城市轨道交通体系，重点研究：
1)直线电机成套技术系统；
2)导向式轨道交通新技术；
主要研究内容包括车辆、轨道结构、电机、感应轨、供电轨、供电和配电、列车自动控制、通信、自动检票系统、站台屏蔽门、运营、养护维修等内容的匹配与系统集成及关键技术与设备研究。
3、轨道交通重大装备关键技术研究
重点研究施工装备技术和运营装备技术。包括新型车辆制造技术；列车自动化控制技术；先进的施工方法及装备研究；新型轨道交通运营管理装备研究等。
4、城市轨道交通安全保障体系研究
综合研究具有高度智能化、集成化的快速反应事故防范预警系统和安全疏散、救援系统，保证轨道交通乘客安全。并能对突发的事故，尤其是恐怖性事故提供紧急疏散预案。
5、城市轨道交通环境控制研究
城市轨道交通必须与周围环境融为一体，相互协调，甚至提升当地环境的品位，以促进城市的可持续发展。环境控制研究主要包括地下车站与周围环境的协调、高架及地面线景观、环境影响及控制对策等。
6、城市轨道交通建设投融资体制研究
构建多元化投资主体，拓宽多种投资渠道，研究探索多样化的融资方式，为城市快速轨道交通跨越式发展提供可靠的财力支持。
3.4发展多层次的城市轨道交通
根据功能、运量、经济实力、城市环境特点，确定线路的功能定位，选择不同的城市轨道交通制式，发展多层次的城市轨道交通。
3.5 进一步实施设备和国产化政策，提升技术装备水平
进一步推进设备国产化政策，开展技术研发，解决城市轨道交通系统的国产车辆、设备、信号等的可靠性和先进性。在重视整车设备国产化的同时，采取合资、合作方式逐步开发研制关键零部件，扩大国产化比例，同时注意开发易损易耗备品及耗材的研制工作，以保证设备的正常运行。建立国家城市轨道交通车辆、设备国产化基地，建立国家实验室，参与国际竞争，打入国际市场。
总之，未来城市轨道交通的发展，要靠全体业内人士的努力。不久的将来，标准化、模块化的系统模式体系；智能化、信息化的无人驾驶卫星定位控制系统；智能化的事故防范预警系统和应急疏散系统；便捷、安全、环保、节能、低维护的新型交通体系都将实现，城市轨道交通无可争辩地成为城市交通的骨干方式。
注：本文是作者参与国家中长期科学和技术发展规划战略研究之城市发展与城镇化科技问题的专题研究“大城市综合交通发展战略与关键技术研究”的小结，其中资料来自于北京城建设计研究总院、北京交通大学、北京交通研究中心、铁科研等单位。
