城市軌道交通技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略探討
馮愛軍 施仲衡
（北京城建設(shè)計研究總院 100037）
[摘要]：未來二十年，我國的城市軌道交通建設(shè)將處于規(guī)模空前的發(fā)展期，制定科學(xué)合理的、適合中國國情的城市軌道交通技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，正確引導(dǎo)其健康有序地發(fā)展，意義非常重大。作者有幸參加了國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究之“大城市綜合交通發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略”的編寫，通過對目前我國城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查與分析，從政策、行業(yè)、技術(shù)等層面初步提出了我國城市軌道交通的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，供大家探討。
[關(guān)鍵詞]：城市軌道交通 技術(shù) 發(fā)展戰(zhàn)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
發(fā)展城市軌道交通是解決大城市交通問題的重要手段。軌道交通建設(shè)從規(guī)劃、設(shè)計、施工到運營，涉及建筑業(yè)、制造業(yè)及管理的所有領(lǐng)域，城市軌道交通技術(shù)的發(fā)展，不僅可推動我國建筑業(yè)、制造業(yè)的發(fā)展，更可帶動城市的發(fā)展。以新的戰(zhàn)略發(fā)展觀探討今后我國城市軌道交通的發(fā)展，在技術(shù)層面上，可提升我國城市軌道交通的整體技術(shù)水平，完成本行業(yè)的技術(shù)跨越，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展；在宏觀經(jīng)濟方面，更可引導(dǎo)城市布局的合理發(fā)展，創(chuàng)造出新的經(jīng)濟增長點和就業(yè)機會，提升城市的國際競爭力，促進未來城市的可持續(xù)發(fā)展。
但目前國內(nèi)城市軌道交通的發(fā)展仍存在一些問題，主要癥結(jié)有：規(guī)劃體系不健全；系統(tǒng)標準不統(tǒng)一；建設(shè)周期長，造價高；裝備技術(shù)與發(fā)達國家仍有差距；交通設(shè)施運營管理缺乏系統(tǒng)整合，管理手段落后；交通安全保障系統(tǒng)不健全等。健康有序地發(fā)展我國的城市軌道交通，促進技術(shù)發(fā)展，意義非常重大。
本文即通過我國目前城市軌道交通的現(xiàn)狀分析，得出技術(shù)發(fā)展趨勢及技術(shù)發(fā)展特點，根據(jù)存在的問題提出技術(shù)發(fā)展目標，并制定出相應(yīng)的技術(shù)策略。
1 國內(nèi)城市軌道交通現(xiàn)狀與存在問題分析
1.1建設(shè)現(xiàn)狀
綜觀我國城市軌道交通建設(shè)史，從1965年北京地鐵一期工程開工，到目前全國多個城市多條線的同步建設(shè)，風(fēng)雨四十年，已開通城市軌道交通的有北京、上海、天津、廣州、長春、大連六城市10條線，線路總長共計約318公里，除北京地鐵一號線和環(huán)線近40公里外，其余都是九十年代后修建的。進入新世紀以來，發(fā)展態(tài)勢更為迅猛，全國48個百萬人口以上的大城市中已有30多個城市開展了城市軌道交通的前期工作，在建線路有8個城市，17條線，線路總長約360公里，共需總投資近1100億元，運營初期所需車輛就達1582輛。而近期報批的幾個城市的建設(shè)規(guī)劃，更是報出了驚人的數(shù)字。
分析這些城市的特點，可以看出，我國200萬人口以上的大城市和特大城市是我國今后建設(shè)城市軌道交通的重點。大致有四種情況：
第一種，具有建設(shè)和運營管理城市軌道交通的經(jīng)驗，進一步加快城市軌道交通建設(shè)，在城市內(nèi)形成城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，在城市中發(fā)揮骨架作用；如：北京、上海、廣州等城市；
第二種，具有建成一條線或正在建設(shè)城市軌道交通的城市，開始進行第二條城市軌道交通的前期工作，盡快形成城市軌道交通客運走廊的作用，如：深圳、南京、武漢、長春、大連等城市；
第三種，比較多的城市正在開展城市軌道交通建設(shè)的前期工作，例如：杭州、成都、沈陽、西安、哈爾濱、蘇州、青島、鞍山等城市；
第四種，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，如珠江三角洲地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、京津塘地區(qū)，正在醞釀建設(shè)城市間的軌道交通建設(shè)的前期工作，廣州至佛山，廣州至珠海的軌道交通已開始啟動。
初步預(yù)測到2010年，將要建設(shè)1500公里，需要投資5400多億元，初步估算新建線路運營初期所需車輛就達6800輛。這樣大的需求，是世界上絕無僅有的。健康有序地發(fā)展我國的城市軌道交通，促進技術(shù)發(fā)展，意義非常重大。
1.2技術(shù)水平
我國地鐵與軌道交通的發(fā)展雖然只有38年的歷史，與發(fā)達國家100多年的歷史相比較，設(shè)計、施工的許多方面并不落后，如明挖法、蓋挖法、沉埋法、盾構(gòu)法都已達到國際先進水平，大跨度暗挖法和平頂直墻暗挖法我國屬國際領(lǐng)先水平。但在綜合交通規(guī)劃與設(shè)計及一些關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備和運營管理水平等方面尚有較大差距。
城市軌道交通的機械施工與國際先進水平存在一定差距。地鐵用的盾構(gòu)機目前多靠進口。發(fā)達國家的暗挖有了新的進展，其中有大跨度的預(yù)制塊法、預(yù)切槽法、微氣壓法等，在日本、法國、德國等國家已有應(yīng)用。
城市軌道交通用的設(shè)備技術(shù)水平需要進一步研制更新，尤其是通信及信號控制系統(tǒng)仍有差距。建設(shè)管理水平與發(fā)達國家比較存在差距，系統(tǒng)集成能力不強，缺乏具有對工程項目管理、設(shè)計咨詢、施工、運行管理全過程管理的國際型工程公司。
運營管理方面我國與發(fā)達國家比較差距較大，主要表現(xiàn)在人工較多，自動化、信息化水平較低，國外先進國家每公里地鐵管理人員在50人以下，而我國則要使用100-300人。
受大鐵路檢修工藝思路的影響，使車輛段與檢修工藝設(shè)計落后，車輛段工藝流程不合理、確定的工藝、設(shè)備往往不能滿足要求，造成浪費。
在新型交通系統(tǒng)方面，世界各國根據(jù)城市特點已開發(fā)了輪軌系統(tǒng)、直線電機系統(tǒng)、跨座式單軌系統(tǒng)、無人駕駛新交通、磁懸浮系統(tǒng)、空中客車等制式，并在城市交通中占有一定比例，而我國的城市軌道交通系統(tǒng)制式仍以大運量的輪軌交通為主，需要開展相關(guān)新技術(shù)的研發(fā)。
1.3經(jīng)濟水平
城市軌道交通的建設(shè)承擔(dān)了大量的客流，在城市的公共交通中發(fā)揮了重要作用，有的城市隨著運營里程的增加與延續(xù)，軌道交通網(wǎng)已初具規(guī)模，公共交通運量的比重大幅增加。另外，城市軌道交通的建設(shè)與發(fā)展，拉動了內(nèi)需，使土地增值，促進了沿線的開發(fā)，加快了城市總體規(guī)劃的實施，促進了城市的發(fā)展。
促進城市軌道交通發(fā)展，有兩個途徑，其一為降低造價；其二為提高經(jīng)濟和社會效益水平。
城市軌道交通是一個規(guī)模大、造價高、技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。工程投資動輒幾十個已甚至上百個億。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，在總投資的工程費（包括建筑工程費、安裝工程費、設(shè)備及工器具購置費、預(yù)備費等）、車輛購置費、其他費用、借款利息中，工程費約占工程總投資的60%-70%，車輛購置費約占工程總投資的10%-18%，其他費用約占工程總投資的10%-18%，借款利息約占工程總投資的4%-8%。降低工程費是降低地鐵造價的主要手段，通過合理規(guī)模的確定、結(jié)構(gòu)形式及施工方法的優(yōu)化等措施降低土建費用，通過設(shè)備國產(chǎn)化降低設(shè)備費用。軌道交通的投資控制由于各有關(guān)單位較為重視，已初步取得了較好的效果。
另外，由于城市軌道交通所帶有的很強的社會公益性，巨額的投資多由政府負擔(dān)或籌措，在市場化等方面還應(yīng)進行探索。
1.4技術(shù)交流及技術(shù)標準
城市軌道交通的建設(shè)引起國家和各地方政府及相關(guān)主管部門的重視。有相當(dāng)多的設(shè)計、施工、車輛、設(shè)備制造企業(yè)和科研單位、院校積極參與地鐵和城市軌道交通的建設(shè)。已有國外的咨詢公司和一些設(shè)計施工企業(yè)開始參與和關(guān)注我國的地鐵、城市軌道交通事業(yè)。大量國內(nèi)外交流和國外技術(shù)考察推動我國地鐵、城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展。國外先進的車輛設(shè)備和設(shè)計施工技術(shù)的引進推動了城市軌道交通技術(shù)的不斷提高。
到目前為止，建設(shè)部組織編寫了《城市快速軌道交通工程項目建設(shè)標準》、《地鐵設(shè)計規(guī)范》、《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》、《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》、《地下鐵道、輕軌交通巖土工程測量規(guī)范》已批準實施，使我國地鐵、城市軌道交通的設(shè)計、施工、勘察測量納入規(guī)范化、標準化建設(shè)的軌道。
2 技術(shù)發(fā)展趨勢
2.1 技術(shù)發(fā)展特點
綜上所述，目前我國城市軌道交通的發(fā)展突出顯示以下特點：
1)由最初的一個城市發(fā)展成20多個城市同時建設(shè)，引發(fā)出對統(tǒng)一建設(shè)標準的需求；
2)由一個城市的一條線發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)的多條線，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)化帶來的規(guī)劃、客流預(yù)測、綜合經(jīng)濟評價、樞紐換乘等技術(shù)問題；
3)由單一的傳統(tǒng)輪軌模式發(fā)展成多種制式并存，目前已在建和準備實施的制式已達6種：大運量地鐵、中運量輕軌、跨座式單軌、城際快速鐵路、磁懸浮、直線電機系統(tǒng)等，引發(fā)出對新型交通方式的成套技術(shù)研究需求。
2.2大運量、中運量、市郊線多種形式并存，軌道交通發(fā)展呈多樣化
從上節(jié)的統(tǒng)計分析可以看出，目前的城市軌道交通發(fā)展已呈多樣化發(fā)展趨勢，尤其是城際軌道交通線和市郊線的建設(shè)越來越多。
我國首條城際軌道交通線為廣州到佛山的廣佛線，線路總長約34公里，貫穿佛山、南海及廣州市區(qū)的中腹地帶，速度超過120公里/小時。它的建設(shè)是綜合考慮區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略需求和整個路網(wǎng)的協(xié)調(diào)性與匹配性的基礎(chǔ)上進行的功能定位，即解決佛山組團中心與廣州的交通需求為重點，并兼顧各組團內(nèi)的交通，以城際交通功能為主，城市軌道交通為輔。廣佛線預(yù)期實現(xiàn)的主要戰(zhàn)略目標是：啟動和完善區(qū)域立體化交通體系建設(shè)、實現(xiàn)資源共享；實現(xiàn)廣佛都市區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略；增加區(qū)域性城市集聚效應(yīng)，加快城市化發(fā)展進程。廣佛城際軌道交通線在某種程度上已脫離了一般意義上的城市軌道交通的功能定位，由于它在珠三角區(qū)域城際快速軌道交通路網(wǎng)中的核心作用，作為國內(nèi)第一條城際軌道交通線，其規(guī)劃與建設(shè)的經(jīng)驗，對后續(xù)城際軌道網(wǎng)的建設(shè)，具有一定的借鑒意義。珠三角城際軌道交通規(guī)劃建設(shè)線路長度將達一千多公里。
目前長江三角洲區(qū)域、大京津地區(qū)等也正在籌劃城際軌道交通線。
除城際軌道交通線外，市郊鐵路系統(tǒng)也逐步開始建設(shè)。如北京正在構(gòu)建的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，包括連接市區(qū)與郊區(qū)的（L線）昌平線、良鄉(xiāng)線、順義線、亦莊線等將達160公里。
2.3新型城市軌道交通系統(tǒng)開展研發(fā)
1） 直線電機系統(tǒng)
2003年，隨著廣州地鐵4號線及北京首都機場線方案的論證，直線電機系統(tǒng)逐漸引起各方的關(guān)注。根據(jù)廣州市城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃，其中4號線、5號線、6號線、7號線將采用直線電機系統(tǒng)，至2010年，總長將達到107公里。
2）跨座式單軌系統(tǒng)
跨座式單軌系統(tǒng)最多應(yīng)用于日本，目前馬來西亞、澳大利亞、美國也有應(yīng)用。在我國首次引進的跨座式單軌交通方式是重慶市。具有占地面積小、爬坡能力強（60‰）、轉(zhuǎn)彎半徑小（R=100），可以因地制宜，穿遂道、爬高坡、沿著江岸翻山越嶺運行，非常適應(yīng)山城的特殊地形。單軌系統(tǒng)采用低噪聲和低振動設(shè)備，車輪為充氣體橡膠輪胎，運行時噪聲遠遠低于城區(qū)交通干線噪聲平均聲級75.8分貝。
直線電機系統(tǒng)和跨座式單軌系統(tǒng)都屬于中運量系統(tǒng)（單向高峰小時2萬人），因其具有曲線半徑小、爬坡大、噪音小、造價低的特點，在國內(nèi)具有一定的推廣應(yīng)用前景。
3）快速輪軌系統(tǒng)
因長三角、珠三角及京津塘地區(qū)區(qū)域快速交通網(wǎng)正在籌劃建設(shè)，則速度大于120公里/小時的快速輪軌系統(tǒng)的研發(fā)勢在必行。
3城市軌道交通技術(shù)發(fā)展策略
3.1 加強宏觀領(lǐng)導(dǎo)和管理，構(gòu)建城市軌道交通產(chǎn)業(yè)
目前我國正處于城市軌道交通的建設(shè)高潮期，是世界上最大的城市軌道交通建設(shè)市場，已初步形成了城市軌道交通產(chǎn)業(yè)，加強宏觀的領(lǐng)導(dǎo)和管理，促進和引導(dǎo)其健康高速地發(fā)展，勢在必行。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，建議成立國家級的協(xié)調(diào)機構(gòu)，重點解決：
1)制定我國大城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略、發(fā)展規(guī)劃及實施計劃；
2)制定我國大城市軌道交通發(fā)展戰(zhàn)略的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)政策、建設(shè)標準。
3)制定城市軌道交通系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)投融資政策，指導(dǎo)建設(shè)資金的籌措、管理和使用。
4)制定相關(guān)的法規(guī)，保證城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)事業(yè)的快速、有序、健康的發(fā)展。
5)依法規(guī)范業(yè)主行為，加強對城市軌道交通建設(shè)標準和工程質(zhì)量的監(jiān)督和管理。
6)負責(zé)城市軌道交通設(shè)備國產(chǎn)化的工作及監(jiān)督、檢查。
7)協(xié)調(diào)城市軌道交通發(fā)展中的重大問題。
8)加強產(chǎn)業(yè)服務(wù)，發(fā)揮行業(yè)組織作用。
3.2構(gòu)建綜合交通體系，實施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃
1)建立城市綜合交通一體化規(guī)劃體系，建設(shè)市郊鐵路、地鐵、輕軌及小運量的有軌電車網(wǎng)絡(luò)組成的軌道客運系統(tǒng)，改善城市中心區(qū)的交通服務(wù)，同時為市區(qū)邊緣集團和郊區(qū)新城的開發(fā)建設(shè)提供強有力的交通支持，并同步實施軌道交通與其它交通方式方便快捷的銜接換乘。
2)規(guī)劃應(yīng)考慮地下、地上、長途、短途、高速、低速、汽車、火車等多種交通工具的立體接駁、平行換乘以及加強交通樞紐的規(guī)劃設(shè)計工作。城市交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和土地資源的綜合開發(fā)利用，形成一個地上、地下統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)的城市發(fā)展模式，最有效的利用資源，充分發(fā)揮城市軌道交通在城市建設(shè)中的輻射和帶動作用。
3.3 促進技術(shù)研發(fā)，提高產(chǎn)業(yè)水平
開展城市快速軌道交通及新型交通系統(tǒng)成套技術(shù)的研究，提升我國城市軌道交通的整體技術(shù)水平，完成本行業(yè)的技術(shù)跨越，打破國外的技術(shù)壟斷，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
技術(shù)研發(fā)的總體目標是：提升軌道交通的整體建造及技術(shù)裝備水平；形成標準化、模塊化的系統(tǒng)模式體系及標準體系；實現(xiàn)城市軌道交通智能化、信息化及無人駕駛衛(wèi)星定位控制；建立一整套高度智能化的事故防范預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急疏散系統(tǒng)；建立多數(shù)據(jù)源的城市軌道交通三維數(shù)據(jù)庫；建立便捷、安全、環(huán)保、節(jié)能、低維護的新型交通體系，使城市軌道交通成為城市交通的骨干方式，并帶動相關(guān)經(jīng)濟及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
其主要研究內(nèi)容包括：
1、大城市軌道交通規(guī)劃、建設(shè)與運營重大技術(shù)研究
1)大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究；
2)標準化、模塊化系統(tǒng)及標準體系研究。如車站的標準化和模塊化研究的內(nèi)容集中在車站的組成內(nèi)容、車站設(shè)計理念、車站合理規(guī)模、新型施工建造技術(shù)研究等；
3)城市軌道交通運營及乘客信息管理技術(shù)；
2、新型軌道交通制式及關(guān)鍵技術(shù)研究
開展環(huán)保、安全、節(jié)能、經(jīng)濟的新型城市軌道交通系統(tǒng)研究，提升城市軌道交通的整體技術(shù)水平，建立成套的城市軌道交通體系，重點研究：
1)直線電機成套技術(shù)系統(tǒng)；
2)導(dǎo)向式軌道交通新技術(shù)；
主要研究內(nèi)容包括車輛、軌道結(jié)構(gòu)、電機、感應(yīng)軌、供電軌、供電和配電、列車自動控制、通信、自動檢票系統(tǒng)、站臺屏蔽門、運營、養(yǎng)護維修等內(nèi)容的匹配與系統(tǒng)集成及關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研究。
3、軌道交通重大裝備關(guān)鍵技術(shù)研究
重點研究施工裝備技術(shù)和運營裝備技術(shù)。包括新型車輛制造技術(shù)；列車自動化控制技術(shù)；先進的施工方法及裝備研究；新型軌道交通運營管理裝備研究等。
4、城市軌道交通安全保障體系研究
綜合研究具有高度智能化、集成化的快速反應(yīng)事故防范預(yù)警系統(tǒng)和安全疏散、救援系統(tǒng)，保證軌道交通乘客安全。并能對突發(fā)的事故，尤其是恐怖性事故提供緊急疏散預(yù)案。
5、城市軌道交通環(huán)境控制研究
城市軌道交通必須與周圍環(huán)境融為一體，相互協(xié)調(diào)，甚至提升當(dāng)?shù)丨h(huán)境的品位，以促進城市的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)境控制研究主要包括地下車站與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)、高架及地面線景觀、環(huán)境影響及控制對策等。
6、城市軌道交通建設(shè)投融資體制研究
構(gòu)建多元化投資主體，拓寬多種投資渠道，研究探索多樣化的融資方式，為城市快速軌道交通跨越式發(fā)展提供可靠的財力支持。
3.4發(fā)展多層次的城市軌道交通
根據(jù)功能、運量、經(jīng)濟實力、城市環(huán)境特點，確定線路的功能定位，選擇不同的城市軌道交通制式，發(fā)展多層次的城市軌道交通。
3.5 進一步實施設(shè)備和國產(chǎn)化政策，提升技術(shù)裝備水平
進一步推進設(shè)備國產(chǎn)化政策，開展技術(shù)研發(fā)，解決城市軌道交通系統(tǒng)的國產(chǎn)車輛、設(shè)備、信號等的可靠性和先進性。在重視整車設(shè)備國產(chǎn)化的同時，采取合資、合作方式逐步開發(fā)研制關(guān)鍵零部件，擴大國產(chǎn)化比例，同時注意開發(fā)易損易耗備品及耗材的研制工作，以保證設(shè)備的正常運行。建立國家城市軌道交通車輛、設(shè)備國產(chǎn)化基地，建立國家實驗室，參與國際競爭，打入國際市場。
總之，未來城市軌道交通的發(fā)展，要靠全體業(yè)內(nèi)人士的努力。不久的將來，標準化、模塊化的系統(tǒng)模式體系；智能化、信息化的無人駕駛衛(wèi)星定位控制系統(tǒng)；智能化的事故防范預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急疏散系統(tǒng)；便捷、安全、環(huán)保、節(jié)能、低維護的新型交通體系都將實現(xiàn)，城市軌道交通無可爭辯地成為城市交通的骨干方式。
注：本文是作者參與國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究之城市發(fā)展與城鎮(zhèn)化科技問題的專題研究“大城市綜合交通發(fā)展戰(zhàn)略與關(guān)鍵技術(shù)研究”的小結(jié)，其中資料來自于北京城建設(shè)計研究總院、北京交通大學(xué)、北京交通研究中心、鐵科研等單位。
