錢(qián)清泉-中國(guó)城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀及制式選擇V5.0

中國(guó)城市軌道交通發(fā)展及制式選擇中國(guó)工程院院士錢(qián)清泉2014年4月20日?qǐng)?bào)告提綱城市軌道交通制式選擇三城市軌道交通發(fā)展概述一城市軌道交通制式調(diào)研二城市軌道交通發(fā)展建議四城市軌道交通發(fā)展概述第一部分1.誕生前階段（1804~1863）2.誕生起步階段（1863~1890）3.初步發(fā)展階段（1890~1924）4.停滯萎縮階段（1924~1949）5.再發(fā)展階段（1949~1969）6.高速發(fā)展階段（1969~現(xiàn)在）4城市軌道交通發(fā)展概述國(guó)際軌道交通發(fā)展史世界城市軌道交通顯現(xiàn)螺旋式發(fā)展1804年2月29日，第一輛蒸汽機(jī)車“新城堡號(hào)”。1863年1月10日，第一條地鐵“倫敦大都會(huì)鐵路”開(kāi)通1890年英國(guó)，第一條電力機(jī)車牽引的地鐵建成有軌電車—汽車—地鐵、輕軌5城市軌道交通發(fā)展概述國(guó)際軌道交通發(fā)展?fàn)顩r世界主要大國(guó)都在加快建設(shè)城市軌道交通的步伐666城市軌道交通發(fā)展概述城市軌道交通的重要性世界各國(guó)普遍認(rèn)識(shí)到：解決城市的交通問(wèn)題的根本出路在于優(yōu)先發(fā)展以軌道交通為骨干的城市公共交通系統(tǒng)。運(yùn)輸主力城市公共交通的客流運(yùn)送的大動(dòng)脈，是城市的生命線工程綠色環(huán)保世界公認(rèn)的低能耗、少污染的“綠色交通”，有利于實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)發(fā)展帶動(dòng)城市沿軌道交通廓道的發(fā)展，促進(jìn)城市繁榮，形成郊區(qū)衛(wèi)星城和多個(gè)副部中心拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)單位城市軌道交通的投資拉動(dòng)效應(yīng)為1：2.87，即1億元的投資會(huì)帶來(lái)2.87億元的產(chǎn)出城市軌道交通對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要性777運(yùn)輸方式載客量運(yùn)輸時(shí)速節(jié)約用地能源消耗安全性城市軌道交通800-1600人70km人均5%人均25%自動(dòng)裝置、專用軌道公共汽車40-80人15km（公交）11人工駕駛城市軌道交通發(fā)展概述城市軌道交通的優(yōu)點(diǎn)運(yùn)輸能力較大、運(yùn)輸速度較快、占地面積較小、能源消耗較少、安全性較高城市軌道交通低能耗、少污染是解決“城市病”的金鑰匙8城市軌道交通社會(huì)功能城市軌道交通發(fā)展概述城市軌道交通優(yōu)點(diǎn)大運(yùn)力單向高峰每小時(shí)的運(yùn)輸能力最大可達(dá)到3萬(wàn)～8萬(wàn)人次環(huán)保性與公共汽車相比不產(chǎn)生廢氣污染經(jīng)濟(jì)性不占用地面街道，節(jié)省能源，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較低舒適性城市軌道交通具有較好的乘車條件，其舒適性優(yōu)于公共汽車速達(dá)性車輛有較高的運(yùn)行速度，加速度，停站時(shí)間短，換乘方便準(zhǔn)時(shí)性不受其他交通工具干擾，不產(chǎn)生線路堵塞現(xiàn)象,不受氣候影響相對(duì)于公交車系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，城市軌道交通具有眾多優(yōu)點(diǎn)我國(guó)城市軌道交通發(fā)展動(dòng)力目前，中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程較快，2012，2013年全國(guó)城鎮(zhèn)化率為52.57%，53.73%。2012年，2013年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為568845億元、519322億元。城市軌道交通發(fā)展概述9國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(億元)城鎮(zhèn)化率(%)隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)化率提高，人們對(duì)城市軌道交通的需要日益增長(zhǎng)，并成為軌道交通發(fā)展的動(dòng)力1908年中國(guó)第一條有軌電車在上海建成通車20世紀(jì)60年代，北京建成第一條城市軌道交通線，線路全長(zhǎng)23.6km到20世紀(jì)80年代末，建成3條城市軌道交通線，線路累計(jì)長(zhǎng)61.6km2000年前，全國(guó)僅北京、上海、廣州三個(gè)城市擁有軌道交通線路到2000年底，共建成6條城市軌道交通線，線路累計(jì)長(zhǎng)174.0km到2010年底，共建成48條城市軌道交通線，線路累計(jì)長(zhǎng)1395.0km到2013年底，共建成87條城市軌道交通線，線路累計(jì)長(zhǎng)2539.0km城市軌道交通發(fā)展概述我國(guó)城市軌道交通發(fā)展歷程10城市軌道交通投資規(guī)模城市軌道交通線路建設(shè)規(guī)模2012年度，全國(guó)有35個(gè)城市在建設(shè)軌道交通線路，估算完成總投資約1915億元。2013年度，城軌投資規(guī)模將達(dá)到2320億元，達(dá)21.2%的增速。截至2013年底，全國(guó)共計(jì)有19個(gè)城市，建成投運(yùn)線路共87條，里程2539公里，其中磁浮30公里。11我國(guó)現(xiàn)階段城市軌道交通發(fā)展迅猛！城市軌道交通發(fā)展概述2012-2013國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2013年軌道交通發(fā)展新增規(guī)模2013年實(shí)際新增2個(gè)運(yùn)營(yíng)城市、16條運(yùn)營(yíng)線路、395公里運(yùn)營(yíng)里程。在2539公里運(yùn)營(yíng)里程中，地鐵2074公里，占總里程的81.7%；輕軌192公里，單軌75公里，現(xiàn)代有軌電車100公里，磁浮交通30公里，市域快軌67公里。12尤其2013年以來(lái)我國(guó)軌道交通規(guī)模發(fā)展越來(lái)越快！城市軌道交通發(fā)展概述我國(guó)城市軌道交通開(kāi)通情況截至2013年，共開(kāi)通運(yùn)營(yíng)線路87條、2539km：城市軌道交通發(fā)展概述13城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)線路數(shù)/條2013年新增里程/km2012年末運(yùn)營(yíng)里程/km北京1723.0442.0上海1699.3477.9廣州924.5221.8西安225.320.6天津51.7137.0昆明222.118.0哈爾濱117.50.0南京30.081.6重慶438.8131.1武漢316.556.2沈陽(yáng)665.349.8成都38.739.52014年中國(guó)城市軌道交通預(yù)計(jì)發(fā)展規(guī)模預(yù)計(jì)2014年-2015年將有40個(gè)城市新開(kāi)工軌道交通線路，規(guī)模達(dá)60余條段、1300公里；預(yù)計(jì)2014年將有13個(gè)城市新開(kāi)通運(yùn)營(yíng)軌道交通線路，新增運(yùn)營(yíng)里程403.5公里；到2014年底，我國(guó)軌道交通運(yùn)營(yíng)線路累計(jì)將達(dá)到88條，運(yùn)營(yíng)總里程將達(dá)到2765公里，穩(wěn)居世界第一位。

14城市軌道交通發(fā)展概述我國(guó)軌道交通運(yùn)營(yíng)總里程世界第一！1515我國(guó)已成為目前世界上最大的城市軌道交通建設(shè)市場(chǎng)之一，并具有鮮明特點(diǎn)。城市軌道交通發(fā)展概述我國(guó)城市軌道交通發(fā)展特色(1)建設(shè)速度快：近10年共建43條城市軌道交通線，線路累計(jì)增加1337.0km；(2)制式多樣化：制式多樣、品種齊全；(3)線路網(wǎng)絡(luò)化：運(yùn)營(yíng)線路北京17條，上海16條，廣州9條，深圳5條；(4)造價(jià)下降快：地鐵造價(jià)由7億元/公里下降到5億元/公里；(5)融資多元化：由政府完全無(wú)償投入到尋求多元化資金投入的過(guò)程。我國(guó)軌道交通正朝科學(xué)方向發(fā)展！第二部分城市軌道交通制式調(diào)研1717171717干線軌道交通城市軌道交通高速客運(yùn)重載貨運(yùn)地鐵輕軌單軌電車郊區(qū)鐵路磁懸浮軌道交通自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)注：2007年6月13日頒發(fā)的《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》顯示，城市軌道交通主要有7類：地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和城市市郊鐵路系統(tǒng)。有軌電車城市軌道交通組成城市軌道交通制式調(diào)研18地鐵是地下鐵道的簡(jiǎn)稱，是地下、高架、地面線路三者結(jié)合的大容量快速軌道交通。地鐵工作原理圖地鐵的運(yùn)能，單向在3萬(wàn)人次/小時(shí)，最高可達(dá)6～8萬(wàn)人次/小時(shí)。最高速度可達(dá)120km/h，旅行速度可達(dá)40km/h以上，可4～10輛編組，車輛運(yùn)行最小間隔可低于1.5min。地鐵適合運(yùn)量需求大的城市城市軌道交通制式調(diào)研地鐵19輕軌是一種介于標(biāo)準(zhǔn)有軌電車和快運(yùn)交通系統(tǒng)的，用于城市旅客運(yùn)輸?shù)能壍澜煌ㄏ到y(tǒng)，指運(yùn)量或車輛軸重稍小于地鐵的快速軌道交通。輕軌一般采用地面和高架相結(jié)合的方法建設(shè)，路線可以從市區(qū)通往近郊。列車編組采用3～6輛，鉸接式車體，最高速度可達(dá)60km/h，克服了有軌電車運(yùn)能低、噪聲大等問(wèn)題。成都地鐵長(zhǎng)春輕軌城市軌道交通制式調(diào)研輕軌相對(duì)地鐵來(lái)說(shuō)，輕軌的運(yùn)量小與軸重輕20單軌也稱作獨(dú)軌，指通過(guò)單一軌道梁支撐車廂并提供導(dǎo)引作用而運(yùn)行的軌道交通系統(tǒng)。以支撐方式的不同，分為跨座式和懸掛式兩種。單軌的車輛采用橡膠輪，最高速度可達(dá)80km/h，旅行速度為30～35km/h，列車為4～6輛編組，單向運(yùn)送能力為（1～2.5）萬(wàn)人次/小時(shí)。成都地鐵城市軌道交通制式調(diào)研單軌電車單軌電車地形適應(yīng)能力強(qiáng)21市郊鐵路是指利用干線鐵路或修建專用線路，開(kāi)行于市中心區(qū)到衛(wèi)星城鎮(zhèn)、衛(wèi)星城鎮(zhèn)到衛(wèi)星城鎮(zhèn)間，主要滿足市域范圍內(nèi)的出行需求。市郊鐵路通常使用電力牽引和內(nèi)燃牽引，列車編組多在4～10輛，最高速度可達(dá)100～120km/h，由于站距較地鐵長(zhǎng)，運(yùn)行速度超過(guò)地鐵，可達(dá)80km/h以上。郊區(qū)鐵路城市軌道交通制式調(diào)研郊區(qū)鐵路郊區(qū)鐵路速度快22現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)由電氣牽引、輪軌導(dǎo)向，2~3節(jié)編組，單向運(yùn)輸能力為0.5~1萬(wàn)人/小時(shí)的低運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)。成都地鐵法國(guó)波爾多市新型有軌電車現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)工程投資少、建設(shè)周期短、線路布置靈活、選線方便、不獨(dú)占路權(quán)、方便乘客乘降,但同時(shí)存在運(yùn)量較低、速度較低、準(zhǔn)點(diǎn)率稍差、景觀效果有待改進(jìn)等缺點(diǎn)。城市軌道交通制式調(diào)研現(xiàn)代有軌電車現(xiàn)代有軌電車造價(jià)低、工期短23成都地鐵機(jī)理：固定在轉(zhuǎn)向架的一次線圈通過(guò)交流電流，產(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)，使固定在整體道床上的二次感應(yīng)板產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)磁力實(shí)現(xiàn)車輛的運(yùn)行和制動(dòng)。城市軌道交通制式調(diào)研直線電機(jī)系統(tǒng)直線電機(jī)系統(tǒng)噪聲低、振動(dòng)小、適用于地勢(shì)起伏大的都市交通直線電機(jī)車輛的技術(shù)參數(shù)數(shù)值車輛基本長(zhǎng)度（mm）17600/16840車輛基本寬度（m）2.8車輛高度（加空調(diào)）（mm）3625車門(mén)數(shù)（對(duì)/邊）3定員人數(shù)（人）帶司機(jī)室車輛217無(wú)司機(jī)室車輛242車輛軸重（t）≤13額定電壓（v）DC1500列車車輛編組2~8列車最小行車間隔120秒運(yùn)行速度（km/h）100最小平面曲線半徑正線/輔助線150m/60m最大爬坡能力正線/輔助線55‰/60‰代表城市線路廣州四號(hào)線24中低速磁懸浮列車是利用常導(dǎo)磁鐵或超導(dǎo)磁鐵產(chǎn)生的吸力或斥力使車輛浮起，用以上的復(fù)合技術(shù)產(chǎn)生導(dǎo)向力，用直線電機(jī)產(chǎn)生牽引動(dòng)力。成都地鐵磁懸浮列車磁懸浮列車原理圖城市軌道交通制式調(diào)研中低速磁懸浮中低速磁懸浮轉(zhuǎn)彎半徑小、造價(jià)低、噪聲小25

地鐵輕軌磁浮單軌有軌電車郊區(qū)鐵路制式獨(dú)立路權(quán)獨(dú)立路權(quán)獨(dú)立路權(quán)獨(dú)立路權(quán)混合路權(quán)獨(dú)立路權(quán)線路敷設(shè)方式地下或高架地下或高架高架為主高架為主全開(kāi)放地面高架適用范圍市區(qū)人口≥100萬(wàn)≥100萬(wàn)≥100萬(wàn)≥100萬(wàn)≥50萬(wàn)≥100萬(wàn)單向運(yùn)能(萬(wàn)人/h)6.0~8.01.0~3.01.0~3.01.0~2.00.8~1.01.2~1.8最高速度(km/h)80～10080~1001008060100~200平均站間距(km)0.6~2.00.8~2.00.8~2.00.8~2.00.8~1.52~3旅行速度(km/h)30～4030~4530~4530~4020~3050~70最小轉(zhuǎn)彎半徑(m)300250~350正線7010050300建設(shè)周期\年3~53.0~4.02.0~3.02.5~3.01.5~2.01~2動(dòng)力制式架空觸網(wǎng)/第三軌架空觸網(wǎng)/第三軌供電軌供電軌架空觸網(wǎng)/第三軌架空觸網(wǎng)/第三軌投資規(guī)模億元/公里3.0~12.03.0~5.01.5~3.02.5~3.00.7~1.01.0~4.0軌道交通不同制式優(yōu)缺點(diǎn)比較城市軌道交通制式調(diào)研查資料26城市軌道交通制式調(diào)研車型的選擇項(xiàng)目名稱A型車B型車C型車車輛基本長(zhǎng)度（m）23.61919.49車輛基本寬度（m）3.02.82.6車輛高度受流器車（m）3.83.73.7受電弓車（m）3.813.73.7受電弓工作高度（m）3.9-5.63.9-5.63.9-5.6車門(mén)數(shù)54-定員人數(shù)（人）帶司機(jī)室車輛310230-無(wú)司機(jī)室車輛310250-車輛軸重（t）≤16≤14≤11最小平面曲線半徑正線/聯(lián)絡(luò)線300m/200m250m/150m

-最大爬坡能力正線/聯(lián)絡(luò)線35‰/40‰35‰/40‰60‰/60‰代表城市線路廣州1、2號(hào)線北京1號(hào)線上海5、8號(hào)線普通輪軌系統(tǒng)基本車型有A型車、B型車和C型車等車型，采用鋼輪鋼軌。一般適合大、中運(yùn)量的旅客輸送，系統(tǒng)高峰小時(shí)單向運(yùn)輸能力可達(dá)到2萬(wàn)~7萬(wàn)人。27高壓供電系統(tǒng)：分為集中式、分散式和混合式。一般以集中供電式為主，以分散式供電為輔。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直流供電電壓等級(jí)為750V、1500V兩種，通常根據(jù)車輛、線路結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備水平等因素來(lái)決定采用何種電壓等級(jí)。為了提高供電性能，深圳地鐵研究使用3000VDC供電。主變電所…主變電所110KV110KV35KV、10KV集中式供電方式示意圖城市軌道交通制式調(diào)研供電制式的選擇28列車受流方式——架空接觸網(wǎng)：沿走行軌頂部架設(shè)由承力索、接觸線以及支持裝置構(gòu)成“之”字形接觸網(wǎng)。列車通過(guò)安裝在頂部的受電弓受電，供給車輛電氣設(shè)備。地面線路柔性懸掛隧道線路剛性懸掛城市軌道交通制式調(diào)研受流方式的選擇——架空接觸網(wǎng)29列車受流方式——接觸軌：沿行走軌敷設(shè)一接觸軌，列車集電靴與其接觸摩擦取電。集電靴接觸軌是沿線路平行的附加軌道，又稱為第三軌。通過(guò)它將電能輸送給電動(dòng)車組，敷設(shè)在鐵路旁的鋼軌，列車通過(guò)伸出來(lái)的集電靴與之受流。城市軌道交通制式調(diào)研受流方式的選擇——接觸軌結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于安裝，隧道工程投資小30集電靴城市軌道交通制式調(diào)研我校研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的大功率無(wú)線電能傳輸PRIMOVE無(wú)接觸網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)傳輸功率為200kW，傳輸效率為95%新西蘭Rotorua國(guó)家地?zé)峁珗@40kW載人旅客運(yùn)輸車在靜態(tài)充電狀態(tài)下，已實(shí)現(xiàn)40kW的傳輸，傳輸距離為12cm，整體效率為90%；移動(dòng)供電正在緊張進(jìn)行中。受流方式的選擇——感應(yīng)式31城市軌道交通制式調(diào)研車型的不同供電方式的多樣化受流方式的差異？制式以及各種裝備選擇的繁雜該如何科學(xué)的、合理的選擇呢？制式不同第三部分城市軌道交通制式的選擇影響因素運(yùn)輸能力工程經(jīng)濟(jì)性技術(shù)合理性城市交通特征環(huán)境因素城市軌道交通制式的選擇33單向運(yùn)能是指交通方式的單方向運(yùn)輸能力，可衡量交通方式的運(yùn)能大小。萬(wàn)人次/小時(shí)運(yùn)輸能力地鐵：3~8萬(wàn)人次/小時(shí)；輕軌：1~4萬(wàn)人次/小時(shí)；中低速磁浮：1~3.5萬(wàn)人次/小時(shí)；單軌：1~2萬(wàn)人次/小時(shí)；有軌電車：0.8~1萬(wàn)人次/小時(shí)。34城市軌道交通制式的選擇不同的制式適應(yīng)不同的運(yùn)量需求新地鐵（輕軌）建設(shè)項(xiàng)目審批指標(biāo)建議表35城市軌道交通制式的選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)需求指標(biāo)市區(qū)總?cè)丝?gt;300（150）萬(wàn)人市區(qū)常規(guī)公交出行量比例>15%市區(qū)建成區(qū)面積>300km2經(jīng)濟(jì)指標(biāo)市區(qū)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)>1000（600）億元市區(qū)財(cái)政可支配收入>100（60）億元工程指標(biāo)線路遠(yuǎn)期單向高峰小時(shí)最大客流量>3（1）萬(wàn)人次線路遠(yuǎn)期單向高峰小時(shí)最小客流量>0.8萬(wàn)人次小城市幾乎不太可能申請(qǐng)到建設(shè)指標(biāo)建設(shè)周期中，地下鐵路為3~5年；輕軌列車為3~4年；磁浮列車為2.0~3年；單軌列車為2.5~3年；有軌電車為1.0~2.0年。工程經(jīng)濟(jì)性36城市軌道交通制式的選擇不同交通制式投資規(guī)模和建設(shè)周期差別較大3~50.7~1億/公里投資規(guī)模3~61.5~32.5~3年建設(shè)周期1.0~22.5~32.0~33~43~5投資規(guī)模中，地下鐵路為3.0~6.0億元/公里；輕軌列車為3.0~5.0億元/公里；磁浮列車為1.5~3.0億元/公里；單軌列車為2.5~3.0億元/公里；有軌電車為0.7~1.0億元/公里。城市軌道交通方式的選擇中需要注意滿足不同軌道交通方式所需的地理?xiàng)l件、線路適應(yīng)性、氣候適應(yīng)性、實(shí)施難度等因素。以列車轉(zhuǎn)彎半徑為例，地鐵的轉(zhuǎn)彎半徑（300米）往往可以達(dá)到中低速磁浮列車（70米）的4倍以上，這對(duì)施工選線提出了較高的要求。技術(shù)合理性37城市軌道交通制式的選擇采用合理的技術(shù)有助于提高軌道交通的活力38城市交通特征城市軌道交通制式的選擇交通特征地理特征代表城市各向同性型平原北京，石家莊割裂型過(guò)江，過(guò)河武漢單邊受限型海濱，海灣，沿湖?？?，青島，無(wú)錫雙邊受限型山谷蘭州，烏魯木齊多邊受限型山地，海島重慶，廈門(mén)城市本身的特征是決定制式的重要因素之一城市規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，環(huán)境因素應(yīng)當(dāng)作為選擇城市軌道交通方式的重要因素。其中主要包括城軌列車的低碳節(jié)能性、噪聲源強(qiáng)弱、對(duì)城市空間的占用和對(duì)城市景觀的影響等。39環(huán)境因素城市軌道交通制式的選擇成都地鐵2號(hào)線建成后，大大減少了汽車尾氣排放量。然而，地鐵的振動(dòng)對(duì)建筑物的安全，精密儀器的測(cè)量都產(chǎn)生了影響，也影響了人們正常的生活和工作；高架部分產(chǎn)生較大噪音，并對(duì)自然景觀產(chǎn)生一定的破壞，變得不美觀。不同城市軌道交通制式對(duì)環(huán)境影響具有差異性城市軌道交通規(guī)劃對(duì)制式選擇的主要問(wèn)題