1 百年回眸
1-1螺旋式上升：有轨电车——汽车——地铁轻轨
城市轨道交通的诞生和发展已有100多年历史。但重视和大规模修建城市轨道交通系统则是在二次世界大战结束以后。20世纪下半叶以来，伴随着世界范围内的城市化进程，世界各国的城市区域逐渐扩大，城市经济日益发展，城市人口也逐渐上升。由于流动人口以及道路车辆的增加，城市交通量呈急骤增长的态势，机动车辆增长尤快；城市道路的相对有限性带来了交通阻塞、车速下降、事故频繁等一系列问题。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。另外，道路上汽车排放废气、噪声等环境污染问题也愈来愈引起人们的重视。在这样的背景下，世界各国纷纷开始采用立体化的快速轨道交通来解决日益恶化的城市交通问题。大城市逐步形成了目前以地下铁道为主体，多种轨道交通类型并存的现代城市轨道交通新格局。目前地下铁道运营线路超过100km的城市已有十多个，其概况如表1所示。
表1 运营线路超过100km的城市地下铁道概况
城市
城市人口(万人)
区域人口(万人)
线路(km)
地下线路(km)
高架线路(km)
地面线路(km)
车站(个)
供 电
(伏)
受流方式
纽约
730
1330
436
253
129
75
501
DC625
三轨
伦敦
670
398
16.3
235
273
DC600
三轨
巴黎
210
1020
192
177
13.7
1.1
429
DC750
三轨
莫斯科
880
220
184
36
143
DC825
三轨
东京
840
1190
218
174
24
20
206
DC1500
三轨/架空线
芝加哥
300
700
163
18
85
60
143
DC750
三轨
墨西哥
2000
141
103
10
28
125
DC750
两导向杆
柏林
260
438
191
114
3
74
180
DC780/600
三轨
汉城
1020
1350
116
116
102
DC1500
三轨
马德里
320
400
113
105
3
5
137
DC600
架空线
华盛顿
60
300
112
62
10
40
64
DC750
三轨
斯德哥尔摩
66
160
105
62
99
DC650/750
三轨
大阪
260
104
93
11
98
DC750
三轨/架空线
世界上第一条地下铁道于1963年1月10日首先在伦敦建成，至今已有139年历史。开始是采用蒸汽机车牵引，经过27年到1890年改为电力牵引。据有关资料统计，从1863年到1899年有7个城市修建了地下铁道，从1900年到1949年，世界上又有13个城市修建了地下铁道。二次世界大战后，伴随着各国城市的快速发展，地下铁道发展极为迅速。据日本地下铁道协会统计，到1999年全世界已有115个城市建成了地下铁道，线路总长度超过了7000km。其中英、美、法、德、日、西班牙以及俄罗斯等发达国家所属20个城市在二次大战前开始了地铁建设，到1999年末，总里程达2840km左右，其中一半以上为战后建设的。全世界其余95个城市的地铁均为战后所建，总里程约为4200km。这就是说全世界近7000km地下铁道约有5600km是战后建成的，占80%。
战后建成地下铁道的95个城市，按年代分见表2（从建成第一条地下铁道至1999年通车的总里程）。
表2 战后中等发达国家和发展中国家地下铁道建设进程
年 代
城市数目（个）
建成里程（km）
1950～1960
10
455.65
1961～1970
10
799.0
1971～1980
29
1634.8
1981～1990
29
978.2
1991～1999
95
415.3
总计
95
4262.95
图1世界地下铁道的建设轨迹
从图1中可以看出，战后经过短暂的经济恢复后，地下铁道建设随着全世界经济起飞而启动、加快。70年代和80年代是各国地下铁道建设的高峰。发达国家的主要大城市如纽约、华盛顿、芝加哥、伦敦、巴黎、柏林、东京、莫斯科等已基本完成了地铁网络的建设。但后起的中等雪达国家和地区，特别是发展中国家地铁建设却方兴未艾。比如亚洲共有26个城市有地下铁道。除了东京与大阪在二次大战前就建有地下铁道外，其余24个城市均是在战后建成的（见表3）。
表3 战后亚洲地下铁道建设进程
年代
城市数目（个）
建成里程（km）
1950～1960
2
78.25
1961～1970
1
54.0
1971～1980
7
352.2
1981～1990
7
231.2
1991～1999
8
284.2
事实上东京和大阪的大部分地下铁道也是在60年代以后建成的（东京二战前建成16.5km占后建成213.8km；大阪二战前仅建成8.8km，战后建成84.2km）。因此，亚洲的地下铁道兴建高潮大体比欧美发达国家兴建高潮晚10年，香港也是如此。而我国其余大城市大约晚20～30年，但是可以肯定地讲，21世纪将是发展中国家修建地下铁道的高潮（见图2）。
图2 亚洲地下铁道建设发展趋势
上世纪初是有轨电车的黄金时代。1881年德国柏林工业博览会期间，一辆只能乘坐6人的有轨电车在400m长的轨道上展示。世界上第一个投入商业运行的有轨电车系统是1888年美国弗吉尼亚洲里士满市。
20世纪初，有轨电车系统发展很快，在20世纪20年代，美国的有轨电车线总长25000km。到了30年代，欧洲、日本、印度和我国的有轨电车有了很大的发展。1908年中国第一条有轨电车在上海建成通车，1909年大连市也建设了有轨电车，在随后的年代里，北京、天津、沈阳、哈尔滨、长春等城市都相继修建了有轨电车，在当时的城市公共交通中发挥了骨干作用。
旧式有轨电车行驶在道路中间，与其他车辆混合运行，又受路口红绿灯的控制，运行速度很慢，正点率低，而且噪声大，加减速性能较差。随着汽车工业的迅速发展，西方国家私人小汽车数量急骤增长，大量的汽车涌上街头，城市道路面积明显地不够用。50年代开始，世界各国大城市都纷纷拆除有轨电车线路，这阵风也波及到中国。到50年代末，我国各大城市也把有轨电车线基本拆完，仅剩下大连、长春个别线路没有拆光，并一直保留至今，继续承担着正常公共客运任务。
20世纪60、70年代在地下铁道建设高潮发展时期，由于地下铁道造价昂贵，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，有重新把注意力转移到地面轨道上来。利用现代高科技开发了新一代噪声低、速度高，走行部转弯灵活，乘客上下方便，甚至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，也采用了降噪声技术措施。在速度要求较高的线路上，采用专用车道，与繁忙道路交叉处，进入半地下、或高架交叉，互不影响。对速度要求不高的线路，可与道路平齐，与汽车混合运行。
1978年3月国际公共交通联合会（EITP）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，英文为Light Rail Transit，简称轻轨交通（LRT）。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，全世界又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（见表4）。我国长春、大连等地也在近年建成了新型轻轨线路，天津轻轨也正式立项，即将开工建设。长春轻轨所使用的车辆，由湘潭电机股份有限公司生产，可载员300人，低地板部分离地面只有350mm，极大地方便了乘客上下车。
回顾20世纪城市交通的发展历程，不难看出有一个否定之否定的发展过程；有轨电车从大发展到大拆除；然后汽车登上历史舞台，逐渐成了城市交通的主角；到20世纪末，以地铁和轻轨为代表的城市轨道交通又恢复了它的主导地位，这是个螺旋式的上升过程。
表4 各国轻轨线路
国家名称
线路数量
国家名称
线路数量
加拿大
4
德国
62
美国
25
荷兰
6
墨西哥
3
英国
6
巴拉圭
1
比利时
5
阿根廷
1
法国
8
巴西
4
奥地利
7
瑞典
4
瑞士
9
挪威
2
意大利
6
斯洛伐克
3
西班牙
3
波兰
14
葡萄牙
3
捷克
7
突尼斯
1
芬兰
1
阿塞拜疆
2
爱沙尼亚
1
哈萨克斯坦
5
拉托维亚
3
亚美尼亚
1
俄罗斯
71
埃及
2
贝拉如斯
4
南非
1
乌克兰
25
土耳其
3
罗马尼亚
15
印度
1
波斯尼亚
1
中国
3
克罗地亚
2
中国香港特区
2
塞尔维亚
1
朝鲜
1
保加利亚
1
菲律宾
1
匈牙利
4
日本
18
格鲁吉亚
1
澳大利亚
4
乌兹别克斯坦
1
马来西亚
1
1-2 城市轨道交通的系统化
城市轨道交通经过100多年的发展，已形成为一个大系统。它包括市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、单轨（独轨）运输、新交通系统、线性电机牵引运输系统、有轨电车等子系统。
表5 城市轨道交通系统主要技术参数（参考数据）
类型
运营速度（km/h）
最小行车间隔（min）
编组（辆）
线路
平均站距（m）
运输能力
（万人次/h）
市郊铁路
35-40
2
4-10
全封闭
1000-3000
5-8
地下铁道
25-40
1.5
4-10
全封闭
800-1000
4-6
轻轨
25-35
2
2-3
专用道
500-800
1-4
单转
25-30
1
4-6
高架
500-1000
1-1.5
新交通
20-30
2
4-6
高架
500-1000
0.8-1.5
线性电机牵引系统
25-35
1.5
4-6
全封闭
800-1000
1-3
有轨电车
15-20
1
1-2
混合交通
400-800
0.3-1
在城市轨道交通方式选择上，国外大多是以高峰小时客流量的需求，并根据各种轨道交通工具的适应范围来确定。由于高峰小时客流量的大小与城市人口规模有直接关系，因此，有些国家是按城市人口规模直接选用城市轨道交通方式。如人口超过100万，单向高峰流量20000人/小时以上，就可以建设地下铁道。但大多数国家采用了根据客运需求对各种轨道交通类型性能指标优缺点进行对比，选择适合本城市需要的类型。欧洲大多数发达国家的城市轻轨运输系统，并不是因为道路交通拥堵而建，更侧重于环境保护的需要，鼓励市民少用私家小轿车，多乘城轨公共交通。还有一些是为了观光游览和特种目的需要，建设一些颇具特点的新型城市轨道系统。
这里特别要强调一下市郊铁路在城市交通中的重要作用。市郊铁路在铁路运输发达的国家，是旅客运输的主要组成部分。欧洲、日本铁路旅客运输的平均运输距离仅30～60km，国民平均每人每年乘车在12～20次，日本达到70次，也就是大多数旅客是市郊铁路运送的。中国铁路失去了市郊铁路发展的历史机遇，目前只承担中长途运输，旅客平均运输距离达440km。
表6 城市轨道交通技术等级表
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
Ⅳ级
Ⅴ级
系统类型
高运量地铁
大运量地铁
中运量轻轨
次中运量轻轨
低运量轻轨
适用车辆类型
A型车
B型车
C-Ⅰ、Ⅲ型车
C-Ⅱ型车
现代有轨电车
最大客运量
（单向小时人次）
4.5-7.5万
3.0-5.5万
1.0-3.0万
0.8-2.5万
0.6-1.0万
线路
线路形态
隧道为主
隧道为主
地面或高架
地面为主
地面
路用情况
专用
专用
专用
隔离或少量混用
混用为主
车站
平均站距（m）
800-1500
800-1200
600-1000
600-1000
600-800
站台长度（m）
200
200
120
＜100
＜60
站台高低
高
高
高
低（高）
低
车辆
车辆宽度（m）
3.0
2.8
2.6
2.6
2.6
车辆定员（站6人/m2）
310
240
320
220
104～202
最大轴重（t）
16
14
11
10
9
最大时速（km/h）
80～100
80
80
70
45～60
平均运行速度（km/h）
34～40
32～40
30～40
25～35
15～25
轨距（mm）
1435
1435
1435
1435
1435
供电
额定电压（v）
DC1500
DC750
DC750
DC750（600）
DC750（600）
受电方式
架空线
第三轨
架空线/第三轨
架空线
架空线
信号
列车自动保护
有
有
有
有/无
无
列车运行方式
ATO/司机驾驶
ATO/司机驾驶
ATO/司机驾驶
司机驾驶
司机驾驶
行车控制技术
ATC
ATC
ATP/ATS
ATP/ATS
ATS/CTC
运营
列车最多车辆编组
6～8
6～8
4～6
2～4
2
列车最小行车间隔
120秒
120秒
120秒
150秒
300秒
市郊铁路一般与干线铁路相接，故采用干线铁路的技术标准，但其功能与干线铁路不一。主要承担城市功能的扩展，满足郊区市民、城市边缘市民出入城市中心的需要，其最高运行速度比干线铁路要低，一般在120km/h。但其起、制加速可达40km/h以上。市郊列车一般电气化段均采用电动车组，非电气化区段可采用内燃动车组。市郊铁路有两种类型：一种是市中心连接城市边缘和20km左右的居民区，其站间距离小（1000～1500m）；另一种是连接市中心与副中心、卫星城市，距离可长达40～50km，其站间距离较长（3000～4000m），市郊铁路是居民区合理分布、建立卫星城镇、调整产业结构的一种重要手段，是深受市民欢迎的一种交通方式。
小断面地铁（Mini-Subway）在我国也有推广的价值。它所采用的是线性电机牵引系统。加拿大在20世纪80年代开发成功了这种新型车辆，并投入运营。它采用线性电机、径向转向架和自动控制等高新技术。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。如东京12号线隧道断面面积就减少了近一半，综合造价节约了近20%。
线性电机车辆具有车身矮、重量轻、噪声低、可通过小半径曲线和爬坡能力强等优点，因此，它可以“轻而易举”地跑出地面、跃上高架，它是地铁与高架轻轨接轨的理想车型。以线性电机车辆作运力，其深远的意义还在它引起了轨道车辆牵引动力的变革。
由于重庆采用的是跨座式独轨系统，这里也作一介绍。跨座式独轨的运输能力为5000～20000人次/h，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温、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，重庆市轨道交通采用的日立公司的制式。
2 21世纪展望
2-1 21世纪将是发展中国家城市轨道交通成网的世纪
优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统，来解决城市的交通问题，已成为世界各国的共识。这是根据20世纪发达国家发展城市交通正反两方面经验所得出的结论。
案例 上海的城市轨道交通
上海轨道交通已形成三条运营线路，运营里程为65km。今年每日客运量为90万人次，占上海公交客运人数的12%。2001年10月2日的客运量为133.8万人次，创历史最高纪录。上海计划到2005年轨道交通将承担起全市20%-25%的公共交通客运量；2020年这个比例达到50%。“十五”期间，上海将建设十条轨道交通线：明珠线二期、M8线、M7线、R4线、L4线、莘闵线、一号线北延伸、二号线延伸、明珠线一期北延伸、磁悬浮线，总计200公里。总投资1000亿元。
2-2 城市轨道交通的先导性功能将突现出来
解决城市交通拥堵——是城市轨道交通的基础性功能，这一点人们已形成共识；而其引导城市结构优化、建设生态城市的先导性功能，还没有引起人们足够的重视。因此应该对城市轨道交通的功能进行再认识：（1）解决城市交通拥堵；（2）引导城市轴向发展、形成多中心格局；（3）保护城市环境（适当限制小汽车的使用）、建设生态城市；（4）促进观光旅游业的发展。
2-3 地铁将促进城市地下空间大开发
国外有专家提出：“到21世纪末，将有三分之一的人在一昼夜的不同时间里到地下去活动。”
据预测，2050年世界人口将达到93亿，中国人口将达到15亿，如果城市化率按65%计算，将有9.75亿人居住在城市。按每个城市人口平均占地100m2，我国仅此就需要增加1亿多亩土地，而我国以占世界7%的可耕地养活占世界21%的人口，土地资源十分有限。因此，地下空间的开发利用是历史发展的必然趋势。更有专家放言：21世纪将是地下空间开发利用的世纪。
地下建筑的造价一般要比地面建筑高出3～4倍；然而从发展趋势看，由于地面拥挤，土地的价格会猛涨，到那时地下建筑的造价就会与地面建筑的造价差不多，甚至反而比地面建筑的造价低。
我国大城市机动车车速低的主要原因是人均道路面积低。例如，北京市市区、近郊区人均占有道路面积为2.71m2，而东京是10.3m2，汉城是8.4m2，莫斯科是7.7m2。到2010年，我国20个大城市主要干道的高峰单向客运量，据预测将要达到3万～7万人次；而公共汽车、电车的客运量每小时最大只能达到8千至9千人次。因此，要解决城市交通拥堵的根本出路是发展大容量快速轨道交通，从21世纪的趋势看，发展地下铁道是最佳的选择。地下交通还可以保护城市的文物和景观，而且可以在地下立体交叉。一般地下空间开发可分成浅层、次浅层、次深层、深层，如浅层就是地下10米空间，次浅层开发可开发到地下30米。现在莫斯科、东京的地铁都是地下三层、四层。
日本一家公司还提出了一个在东京和大阪之间使用地下飞机的方案，在地下50米以下深层开发的隧道里以每小时600公里的速度飞行；其实它就是在部分真空的地下隧道中行驶的磁悬浮列车。这种地下飞机由遥控中心控制运行，因此不需要驾驶员。这个方案已经在瑞士研究完成。
20世纪日本青函隧道和英法之间英吉利海峡隧道的开通，告诉世人大型隧道的快速开挖已成为可能。在21世纪，隧道工程将成为地下空间开发的重点。欧洲要进行铁路的第二次革命——建成二万公里长的欧洲高速铁路网，其中包括修建在北海与波罗的海之间的丹麦海底隧道。美国、俄罗斯、加拿大也提出要在白令海峡建一座90公里长的海底隧道供高速列车行驶，这个隧道将耗资370亿美元左右。我国也提出要修建穿越渤海的烟台——大连隧道以及穿越琼州海峡的海底隧道。
地下空间过去总给人以阴暗、潮湿、封闭的感觉，为了改变这一传统观念，美国明尼苏达大学土木与矿物工程系专门搞了一个地下系馆，以开发地下建筑的新技术。地下系馆的建筑面积为14100m2，设有教室、实验室、办公室、走廊等，在地下走廊里还可以看见地面的景物。可以预见，21世纪在开发利用地下空间的技术手段上，一定会有一个巨大的飞跃。例如，英吉利海峡所用的掘进机断面为8米多，目前世界上最大的掘进机断面已有10多米，将来大型掘进机的技术还会提高，不仅可以在不同的地质条件下使用，而且掘进机的机动性也会更好。预计机械手和机器人在21世纪的地下开发过程中也将得到使用。又如，目前工程上仍把钢筋混凝土作为主要的结构材料，预计以后将要采用轻质高强度防水材料，如钢纤维混凝土等。
2-4 城市轨道交通建设将大量吸纳民间资本
为克服地铁投资巨大，各国纷纷进行投融资的体制改革。地铁公司赢利的为数不多，只有香港、伦敦、东京私铁等少数几家。如1994年伦敦地铁公司赢利达1亿2千8百万英镑。目前城市轨道交通吸纳社会资本的模式大体有以下三种：
（1）曼谷模式。泰国曼谷由私人投资建设的一条地铁于去年开通，此举为世界道例。但为回收投资目前车票也贵得惊人。
（2）香港模式。香港地铁是世界上少数盈利的地铁公司之一，其票款收入和广告收入之和为经营收入，1992年达到36.43亿港元，已超过当年的经营成本35.45亿港元，开始赢利。对香港模式的理解有个误区，认为他们的票价高。实际上，香港地铁票价不算高，前十年平均票价为3.81港元，比当时巴黎7法郎，罗马700里拉的小时票价低得多；到1995年平均票价也只有6.6港元，不到港人月消费的千分之一。香港地铁按商业原则经营，政府给予地铁公司以定价权。香港地铁成功上市也开世界之先河，2000年10月5日，第1个股票交易日成交额达30多亿港元。股价从9.18港元一路上扬，最高达13港元，收市报11.6港元，上涨近30%。还首次采用网上申购的新方法。
（3）上海模式。以政府投资为主导。大量吸纳民间资本。以近两年为例，上海申通集团有限公司代表政府只投入了25%的资金，而吸纳的社会资本占75%，保证了大建设的正常进行。
2-5 全自动运行将成为21世纪城市轨道交通的发展方向
城市轨道交通自动化技术经历了几个发展阶段：（1）传统运行方式；（2）ATC（列车自动控制）技术，含ATP（列车自动防护）、ATS（列车自动监控）ATO（列车自动运行）三个子系统；（3）全自动无人驾驶方式，如法国的VAL系统、日本的新交通系统等。
1965年美国西屋（Westinghouse）公司开发出全世界第一个无人驾驶城市轨道交通系统“空中巴士”（Sky Bus），从此城市轨道交通进入了自动化时代。ATO系统的发展，降低了运营成本，增加了运营弹性，也提高了密集发车的可能性。
美国首先开发成功“自动导轨交通”（Automated Guideway Transit）。在20世纪70年代中，日本、法国、加拿大也开始研究，打破了美国的垄断。日本1981年新交通系统（New Transit System）开始运营；法国、加拿大也分别在1983年和1985年建成VAL和AGT系统。可以预料到，全自动运行将成为21世纪城市轨道交通的一大技术特征。
2-6 城市轨道交通将成为文化的载体
城市轨道交通是城市有史以来投资量最大的基础设施建设项目，它应该具备更多的功能。随着人们物质生活水平和文化水平的不断提高，对市民与之朝夕相伴的轨道交通基础设施，当然希望它不断提升其文化品位。它应该成为文化的载体。
在日本的轻轨车上即将可以上网。城市轨道交通的车站、车辆、高架桥等都应该成为一道亮丽的文化风景线。
参考文献
1.周翊民.发展中的城市轨道交通.上海：交通工程研讨会论文集，2002.5
2.李政道、杨振宁等.《学术报告厅》.北京：中国青年出版社，2002.1
