試談我國城市軌道交通的發展
摘 要: 在分析國外城市軌道交通體系的形式和特點的基礎上, 結合國內的實際情況, 提出我國在特大城市及三大經濟圈積極發展大、中運量型軌道交通, 建立完善的交通體系, 以及在大、中等城市發展中運量型軌道交通的新思路。關鍵詞: 大運量型; 中運量型; 城市軌道交通; 發展 近年來由于改革開放政策的貫徹執行, 我國國民經濟得到了蓬勃發展, 城市建設也在不斷改善和擴大規模, 目前人口在百萬以上的特大城市已經超過30 座[1 ] 。由于城市經濟區域布局的變化以及大城市的聚集和輻射效應越來越強烈, 城市流動人口大為增加, 居民出行更為頻繁, 城市客運交通的需求矛盾也就越來越突出。同時, 隨著經濟建設步伐的加快, 人們的時間觀念越來越強, 這就需要一系列安全、快捷的交通客運形式。為了改善我國城市公共交通普遍存在的這一矛盾, 必須采用大、中運量型軌道交通客運方式, 把常規的公共汽、電車方式進行適當調整, 在城市中形成以快速軌道交通為骨干的新型公共交通網絡結構, 使城市交通在經濟建設中發揮有效的先導作用。1 國外情況
1. 1 大運量型軌道交通特大城市特別是首都、直轄市及省會所在城市都是政治、經濟、文化中心, 每天進出市區的上班族或進行商業活動及各種業務的人口特別多。為了輸送如此大運量的旅客人員, 只有象地鐵這樣的大運量型城市快速軌道交通手段才行。下面將世界各大城市共有的大運量型軌道交通——地鐵的發展情況介紹如下:
地鐵是線路的大部分建在地下作為大運量軌道交通手段的城市高速鐵道的總稱[2 ] 。1863 年, 世界上最初的地鐵在倫敦開通, 全長6 km 。在紐約, 1868 年按照城市高速鐵道的發展計劃建成了11 km 的高速鐵道延伸線, 后來由于道路交通混亂、城市美觀、噪音等問題, 20 世紀初開始建設地鐵, 1904 年第一條地鐵開通。目前已擁有385 km 的線路網和6 600 輛車輛。在巴黎, 直到1900 年才建成了第一條地鐵線, 長約5 km , 以后加快了地鐵的建設速度, 1930 年已經建成116 km 的線路網。總之, 歐洲超過60 萬人口的大部分城市都已建成或在建、籌建地鐵, 作為城市交通的大動脈發揮著作用。日本由于各種原因直到1927 年在東京的上野～ 淺草之間建成第一條地鐵, 長2. 4 km, 1939 年淺草至澀谷的延長線開通, 長14. 3 km, 1933 年大阪第一條地鐵開通, 長3. 1km 。戰后首都圈的人口急劇增加, 加之1964 年東京奧林匹克運動會的機會, 地鐵線路網顯著發展。目前為止, 東京地鐵總延長達220 km , 作為交通運輸的大動脈, 每年輸送旅客達25 億人。戰后大阪的地鐵線路網建設也逐漸延伸, 特別是1970 年萬國博覽會召開的機會, 路網建設大幅度增加。目前為止, 總延長達100 多公里。1955 年以后, 除了東京、大阪以外的其他大城市如名古屋、札幌、橫濱、神戶、京都、福岡及仙臺分別開通了地鐵。目前為止, 全日本地鐵的總運營里程達500 多公里, 有5 200 多輛車輛。在首都圈軌道交通每天輸送的旅客達3 250 萬人(其中地鐵730 萬), 京阪神圈軌道交通每天輸送的旅客達1 309 萬人(其中地鐵270 萬) [ 3 ] 。
1. 2 中運量型軌道交通
中運量型軌道交通是具有每小時10 000～ 30 000 人輸送能力的軌道交通系統的總稱。是處于地鐵(輸送能力30 000～ 60 000 人) 和公共汽車(輸送能力4 000 ～ 8 000 人) 之間的運輸系統, 在城市軌道交通中起著非常重要的作用[ 1 ] 。建設費比較便宜, 省力、節能、噪音和振動小、電力驅動對環境的影響也小, 而且可以無人駕駛、運營費低廉。在日本, 每公里地鐵的建設費為200 億～ 300 億日元(相當于人民幣20 億元), 而高架軌道每公里的建設費為50 億～ 60 億日元(相當于人民幣5 億元), 是地鐵建設費的1? 4[ 4 ] 。中運量型軌道交通主要有現代有軌電車、單軌交通、小型地鐵及各種形式的新交通系統。
1. 2. 1 現代有軌電車
現代有軌電車是利用軌道作為車輛導向的運輸方式, 以客運交通為主, 它是在舊式有軌電車的基礎上發展起來的現代化水平很高的客運系統[ 1 ] 。在歐洲將其稱之為“ 輕軌”。 1886 年美國阿爾拉巴馬州的蒙哥馬里市第一次出現有軌電車系統。次后有軌電車系統迅速發展, 在20 世紀20 年代, 美國的有軌電車線總長達25 000 km 。到了30 年代, 歐洲、日本、印度和我國的有軌電車有了很大的發展, 如上海、北京、沈陽、大連等城市都相繼出現了有軌電車。隨著汽車工業的迅速發展, 西方國家私人小汽車數量急劇增長, 大量的汽車擁上街頭。于是又紛紛拆除有軌電車, 尤其是美國。但汽車數量的過度增加, 使城市交通又出現了新問題, 造成交通堵塞, 行車速度下降, 空氣污染和噪音嚴重, 在鬧市區甚至連停車也難找到適當地方[ 1 ] 。
到60 年代初, 西方一些經濟發達國家, 人口密集的城市, 為滿足城市公共交通客運量日益增長的需要, 除考慮修建地下鐵道外, 又重新把注意力轉移到地面軌道交通方式上來, 著手在改造舊式有軌電車的基礎上, 利用現代技術, 改造和發展有軌電車系統, 開發出低噪音、低振動、省能源、能高速運行的高性能有軌電車, 同時與城市郊區的鐵道、城市的地下鐵道連接, 提高其技術水平和服務質量, 出現了現代有軌電車系統[ 1 ] 。
到80 年代, 國際上一些大城市已相繼建成了現代化技術很高的現代有軌電車系統。例如, 法國的南特市, 城市人口約45 萬, 1984 年建成一條自東向西穿過市區的現代有軌電車線路, 也是法國首次建成的第一條現代有軌電車系統, 線路全長10. 6 km, 平均旅行速度可達24 km ? h, 目前年客運量已接近2×107 人次; 美國的薩克拉門托市, 市區人口約92 萬, 1987 年3 月建成一條穿越市中心的現代有軌電車線路, 全長29. 4 km; 香港地區為了配合新界西部的經濟發展, 修建了屯門至元朗的現代有軌電車線路, 于1988 年9 月正式投入運營, 線路全長23 km, 平均旅行速度可達25 km ? h[ 1 ] 。現代有軌電車的特點是具有高速性能, 高加減速性能, 低噪音、低振動, 對周圍環境影響也少。同時由于車輛的改善, 舒適度也好。不論是從既有的有軌電車發展而來還是新建, 和建設城市高速鐵道相比, 造價都低, 所以近年來許多城市又紛紛轉回來把注意力投到現代有軌電車系統上來。其主要特點列于表1[ 3 ] 。
表1 舊式有軌電車和現代有軌電車比較
1. 2. 2 單軌交通
單軌交通是指以橡膠輪胎為主的車輛在一根軌道上運行的交通方式。按支撐方式, 一般區分為跨座式和懸吊式兩種。其主要特點比較如表2[3 ] 。 13. 3km(其中11 km 在河的上空), 從1901 年開始輸越少, 單軌交通等中運量型軌道交通越來越有發展的送旅客, 據說運營90 多年從未發生過任何事故。二戰必要。單軌交通的特點和問題如表4[3 ] 。后的日本, 人口擁往城市, 加上產業集中等問題嚴重。
1. 2. 3 小型地鐵的地鐵。目前世界上最先進的小型地鐵是線性(發動很早以前在倫敦、格拉斯哥、布達佩斯就有小斷面機) 地鐵, 此地鐵機車采用線性發動機, 是將通常的電動發動機由旋轉型展開成直線型, 這一點和磁懸浮式超高速列車相同, 但和磁懸浮式超高速列車不同的是兩側導體不是線圈, 而是在鐵上固定鋁板作成寬30～ 40 cm 的反應板, 車體底下設置的線性發動機從反應板上通過時產生磁性對車體的推力而驅動列車行走。鋼軌對車體起支撐和導向作用。這種輪軌式線性發動機牽引列車最初是1985 年在加拿大多倫多市的地鐵新線上采用, 線路長7. 5km 。由于建設費低廉, 1986 年又在另一城市巴庫巴市建設相同系統的地鐵, 線路長25 km, 最高速度80 km ? h[3 ] 。另外在溫哥華市, 于1986 年又建成了世界上第一條全自動化用線性電機牽引的軌道交通系統, 該線路全長22. 5 km, 其中有13 km 為高架結構系統, 共設車站16 座, 軌距1 435 mm , 采用直流電600 V 側軌供電方式, 車輛總數為114 輛, 行車間隔3～ 5 m in, 信號系統由計算機集中控制, 全部列車以無人駕駛全自動控制方式運行, 這是世界上投入商業運行的技術最先進的軌道交通系統[1 ] 。之后, 日本于1990 年在大阪市地鐵鶴見綠地線(長5. 7 km) 和東京都地鐵12 號線(長41 km) 上也采用這種線性發動機, 最高速度達70 km ?h[1 ] 。
1. 2. 4 新交通系統
中運量型軌道交通除了前面介紹的現代有軌電車、單軌交通、小型地鐵外, 還有將電動發動機、集電系統、車體等等的鐵道技術和橡膠車輪驅動的汽車技術相結合, 采用計算機系統控制, 橡膠車輪沿著導向軌在專用軌道上由電氣驅動, 可以無人駕駛的車輛構成的交通系統[3 ] 。如日本神戶新交通系統(? —? ? ? ? ? ? 線)、大阪新交通系統(?? —? ? ? )、琦玉新交通系統、東京臨海新交通系統等。這些新交通系統基本上全是高架結構, 運行速度都在20～ 30 km ? h 左右, 4～ 6 輛一個編組, 每輛定員60～ 70 人左右。它的特點是對道路的占用比較少, 2. 5m 寬的中央分隔帶上即可建橋墩; 可以無人駕駛, 節省人工費; 工程造價低, 采用高架結構比一般鐵路減少投資20%～ 30% [4 ] 。
2 國內現狀
2. 1 運量大與運能小的矛盾突出
隨著城市建設規模的不斷擴大, 目前人口在100 萬以上的特大城市已超過30 座, 人口在50 萬以上的大城市已超過60 座[1 ] 。由于大規模的經濟建設活動主要發生在城市及其周圍地區, 城市結構及其經濟布局的變化, 促使城市流動人口大為增加, 居民出行更為頻繁, 個別特大城市每天的客運量已突破1 000 萬人次, 而一般大城市, 在客運主流通道上, 高峰期需要運送旅客1 萬～ 3 萬人次運輸量的現象很常見, 有的城市甚至出現多條并存的局面, 如此巨大的客運任務, 絕大多數城市還只能用公共汽車和無軌電車來承擔, 以致在客運高峰期間, 車上乘客密度高達每平方米擠占10～ 12 人, 即使如此擁擠, 站臺上還有很多人上不了車, 城市公共交通的供需矛盾十分突出[1 ] 。
現代城市交通的發展, 對機動車輛的行動空間(車行道的寬度和數量) 和靜止空間(停車場所) 的要求越來越高, 但城市道路基礎設施的建設卻遠遠跟不上交通發展的步伐。車輛行駛速度下降, 公共車輛運營速度 h, 下降到10～ 13 km ?已由過去的25～ 40 km ?h, 它嚴重影響著城市居民的生活節奏和經濟的發展活力。
2. 2 城市交通體系不健全
我國大陸城市的公共交通方式, 絕大多數還是采用低運量型的交通方式即公共汽車和無軌電車來運載乘客, 其客運能力較弱, 一條線路的最大客運量僅有6 ×103 人次? h[1 ], 這已很難適應現代化城市建設高速發展的需要, 一些城市已開始考慮快速軌道交通方式來承擔更大運量的客運任務, 但由于修建軌道交通系統的建設資金高, 尤其是大運量型的地下鐵道工程, 因為造價昂貴, 目前我國僅有少數特大城市如北京、天津、上海、廣州、深圳已經建設, 南京、重慶、青島、沈陽正在考慮修建之外, 一般大城市難于考慮。另外, 我國城市中運量型的現代有軌電車的發展也較為緩慢, 到目前為止, 國內還沒有建成現代有軌電車工程的先例。
3 對我國城市軌道交通發展的建議
3. 1 在特大城市及三大經濟圈發展大、中運量型軌道交通, 建立完善的交通體系
3. 1. 1 建立和完善城市交通體系的總體框架
大城市的交通體系好象人體的循環系統一樣, 人體的血液從大動脈, 中小動脈, 到毛細血管各自分開起作用, 保持人體的健康。那么城市交通也具有各種功能的交通手段分開, 發揮各自優勢的特點。從國外特別是西歐、日本等國的情況來看, 在大城市的交通網絡結構中, 大都是大、中、低運量型交通形式并存的局面, 各種交通形式分工協作, 互不取代。這些國家之所以有這樣完善的交通網絡結構, 都是經過不斷的總結教訓形成的。我們應該在大型城市, 根據運量的大小建設幾縱幾橫, 以大運量型軌道交通為主的主干線通道, 再以主干線的車站為結點, 根據運量的大小, 輻射以中運量型軌道交通為主的輔助干線, 然后以輔助干線沿線的車站為結點, 輻射低運量型的公共汽車, 使整個城市的交通網絡逐漸形成較為完善的交通體系。
3. 1. 2 大運量型軌道交通的發展
大運量型軌道交通, 根據城市的發展潛力、經濟狀況、剩余空間等因素建設城市高速鐵道或地鐵。隨著廣深準高速鐵路5 年來的運營、秦沈客運專線的開工及主要繁忙干線京滬、京廣、京哈、隴海的技改提速, 行車速度達到200 km ? h 的子彈頭列車的研制成功, 為我國發展城市高速鐵道創造了良好的條件。地鐵由于造價昂貴, 目前只有5 座城市建成或在建地鐵, 還有幾座城市在計劃或籌建地鐵, 從可持續發展的戰略眼光上看, 無論目前是否有地鐵, 在大城市交通總體規劃的時候, 都應把地鐵建設納入規劃之列。考慮目前國家的經濟實力, 可以有計劃、有步驟地逐步實施, 也可以將城市高速鐵道和地鐵連接起來, 即在城市郊區或城外時, 線路設在地面或高架結構上為高速鐵道, 進入市區后就設于地面下為地鐵。這樣可以減少工程造價, 有效地利用城市空間。例如, 上海正在建設的軌道交通明珠線一期工程, 全長24. 97 km, 北起江灣站, 南到漕河涇站, 沿途共設19 個車站, 1 個停車場, 1 個車輛段, 全線為高架結構, 總投資約84 億元。另外, 計劃中的南京地鐵南北一期工程全線分地下、地面和高架結構, 共設5 座高架車站、8 座地下車站, 全長16. 99 km, 總投資為64. 3 億元, 是目前我國投資最省, 國產化程度最高的城市軌道交通系統。它們的建成將為我國城市軌道交通特別是大運量型軌道交通的發展起著巨大的引導和推動作用。
3. 1. 3 中運量型軌道交通的發展中運量型軌道交通的發展以現代有軌電車為主, 同時發展單軌交通、小型地鐵及各種新交通系統。現代有軌電車具有高速性能, 高加減速性能, 低噪音、低振動對周圍環境影響少, 車輛舒適度好的特點, 不論是從既有的有軌電車發展而來還是新建, 與建設城市高速鐵道相比, 造價低。據國外經驗, 現代有軌電車的建設投資要比地鐵少得多, 通常現代有軌電車每公里造價指標約占地鐵的1?5, 考慮中國國情的現代有軌電車系統成套技術研究初步資料表明, 其指標約占我國地鐵現實造價的1?8[ 1 ] 。這將大大改善現代有軌電車建設的投資條件, 使經濟承受能力有限的我國城市, 籌建現代有軌電車更具現實性。所以, 近年我國許多城市也紛紛把注意力投到現代有軌電車系統上來。單軌交通因使用橡膠輪胎, 容易在陡坡、小半徑曲線上運行, 在地形起伏變化比較大的城市特別實用。另從道路交通混雜、用地困難等角度來看, 由于交通設施以及其他城市設施的占用, 城市里所剩空間越來越少, 單軌交通越來越有發展的必要。目前, 重慶市正積極籌建跨座式單軌交通, 已做完可行性研究工作, 一期工程修建14 km, 預計2004 年建成通車, 這將對我國單軌交通的發展, 發揮巨大的推動作用。盡管目前我國在車輛、材料及施工工藝方面與國外相比還有很大差距, 甚至有些還需進口, 但隨著國內相關科研機構積極地研究探索, 會逐步提高國產化程度甚至全部實現國產化。
城市高速鐵道或地鐵在特大城市交通體系中起著主干線作用, 但當城市空間受限制需要地下化(即地鐵) 而地鐵的建設費又高時, 在特大城市交通量不是很大的區域, 大城市干線的中等運量上, 將車輛小型化, 隧道斷面縮小, 從而減少工程造價, 即采用小型地鐵。就拿圓形隧道斷面來說, 如果直徑縮小30% , 面積就可縮小到1? 2, 特別是采用盾構施工法既省時、縮短工期, 又可節省很大的工程建設費用[ 1 ] 。
3. 1. 4 三大經濟圈的交通體系建設
隨著改革開放的不斷深入, 我國的經濟增長速度很快, 形成了以北京為中心, 輻射天津、保定、石家莊、唐山、秦皇島等城市的首都經濟圈, 以上海為中心輻射滬寧線、滬杭線沿線各城市的長江三角洲經濟圈, 以廣州為中心, 輻射深圳、珠海、香港、澳門等城市的珠江三角洲經濟圈。
經濟圈的經濟較為發達, 經濟活動和流動人口也大為增加, 隨著城市經濟的發展和大量人口的擁入, 市區將不斷外延, 居住在郊外的人也越來越多, 甚至是人住在這個城市而到另一個城市去上班, 人們選擇就業的范圍也會越來越大。這時除了發展和完善經濟圈各個城市的交通體系外, 還要新建或利用既有鐵道改建、增建高速、方便的大運量型交通形式, 即城市與城市之間的高速鐵道、郊外與市區之間的高速鐵道。在100 km 以內上班上學旅游等所需的時間不超過1 h, 全面提高城市軌道交通的速度、能力、效率和效益。
另外, 作為區域性交通樞紐的一些特大城市也可模仿經濟圈的模式, 例如蘭州市, 作為歐亞大陸橋的必經之地和連接西北五省的交通樞紐, 與西寧市又是全國距離最近的兩個省會城市, 還有附近的白銀、定西等市以及郊縣, 加上特有的城市布局和地理環境, 可以在既有遠距離軌道交通的基礎上發展新型城市高速鐵道, 同時根據交通量的大小發展中運量型的現代有軌電車系統。
3. 2 大力發展中運量型軌道交通系統
在國民經濟不斷增長的新形勢下, 我國城市的交通車輛還將不斷增多, 如果公共交通服務方式和條件仍處于目前水平, 則龐大的自行車隊伍非但不能減少, 還將進一步膨脹, 使本來就已非常困難的城市交通更為困難。針對我國人口眾多, 經濟不很發達, 在現有技術經濟條件下, 大城市及中等城市在近期內發展和推行經濟而實用的中運量型交通客運方式就顯得非常必要。城市現代有軌電車、單軌交通以及各種新交通系統的崛起, 將以其造價較低, 機動有效, 在城市傳統格局的基礎上, 使公共交通的發展獲得新的生命力, 從而可以大大改善城市的環境和疏解市區的交通困境。從國外中運量型軌道交通的幾種形式看, 最適合我國國情的還是現代有軌電車, 也可以發展單軌交通和小型地鐵。由此看來, 中運量型軌道交通作為特大城市的交通輔助干線, 大、中等城市的交通干線以及去往大規模居民區、火車站、飛機場的交通手段有著廣闊的發展前景。所以, 我們應大力發展中運量型軌道交通系統。
4 結束語
(1) 由于各種原因, 我國各大城市的交通狀況欠賬太多, 城市基礎設施的建設、交通體系的建立已刻不容緩, 城市交通狀況的日益惡化已嚴重影響了城市居民生活水平的提高和國民經濟的發展, 作為經濟發展先行官的交通手段已嚴重地拖了經濟發展的后腿, 所以建立和完善城市交通體系, 大力發展大、中運量型城市軌道交通勢在必行。
(2) 在歐洲, 超過60 萬人的大部分城市都已建成或正建、籌建地鐵, 作為城市交通的大動脈發揮著作用。考慮我國的經濟發展水平和世界經濟發達國家還有很大差距, 結合實際情況, 在總結國外經驗的基礎上, 提出我國在特大城市及經濟圈發展大、中運量型軌道交通以及在大、中等城市大力發展中運量型軌道交通是適宜的。
參考文獻:
[ 1 ] 何宗華. 城市輕軌交通設計指南[M ]. 北京: 中國建筑工業出版社, 1991.
[ 2 ]天野光三. 都市圈にぉけゐ鐵道の役割と今ごの方向[M ]. 東京: 丸善株式會社, 1989.
[3 ] 天野光三, 前田泰敬, 三輪利英. 鐵道工學[M ]. 東京: 丸善株式會社, 1992.
[4 ] 天野光三. これからの都市交通[M ]. 東京: 海洋出版社, 1982.
