钱清泉-中国城市轨道交通发展现状及制式选择V5.0

中国城市轨道交通发展及制式选择中国工程院院士钱清泉2014年4月20日报告提纲城市轨道交通制式选择三城市轨道交通发展概述一城市轨道交通制式调研二城市轨道交通发展建议四城市轨道交通发展概述第一部分1.诞生前阶段（1804~1863）2.诞生起步阶段（1863~1890）3.初步发展阶段（1890~1924）4.停滞萎缩阶段（1924~1949）5.再发展阶段（1949~1969）6.高速发展阶段（1969~现在）4城市轨道交通发展概述国际轨道交通发展史世界城市轨道交通显现螺旋式发展1804年2月29日，第一辆蒸汽机车“新城堡号”。1863年1月10日，第一条地铁“伦敦大都会铁路”开通1890年英国，第一条电力机车牵引的地铁建成有轨电车—汽车—地铁、轻轨5城市轨道交通发展概述国际轨道交通发展状况世界主要大国都在加快建设城市轨道交通的步伐666城市轨道交通发展概述城市轨道交通的重要性世界各国普遍认识到：解决城市的交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。运输主力城市公共交通的客流运送的大动脉，是城市的生命线工程绿色环保世界公认的低能耗、少污染的“绿色交通”，有利于实现城市的可持续发展促进发展带动城市沿轨道交通廓道的发展，促进城市繁荣，形成郊区卫星城和多个副部中心拉动经济单位城市轨道交通的投资拉动效应为1：2.87，即1亿元的投资会带来2.87亿元的产出城市轨道交通对社会发展的重要性777运输方式载客量运输时速节约用地能源消耗安全性城市轨道交通800-1600人70km人均5%人均25%自动装置、专用轨道公共汽车40-80人15km（公交）11人工驾驶城市轨道交通发展概述城市轨道交通的优点运输能力较大、运输速度较快、占地面积较小、能源消耗较少、安全性较高城市轨道交通低能耗、少污染是解决“城市病”的金钥匙8城市轨道交通社会功能城市轨道交通发展概述城市轨道交通优点大运力单向高峰每小时的运输能力最大可达到3万～8万人次环保性与公共汽车相比不产生废气污染经济性不占用地面街道，节省能源，运营费用较低舒适性城市轨道交通具有较好的乘车条件，其舒适性优于公共汽车速达性车辆有较高的运行速度，加速度，停站时间短，换乘方便准时性不受其他交通工具干扰，不产生线路堵塞现象,不受气候影响相对于公交车系统来说，城市轨道交通具有众多优点我国城市轨道交通发展动力目前，中国城镇化进程较快，2012，2013年全国城镇化率为52.57%，53.73%。2012年，2013年国内生产总值为568845亿元、519322亿元。城市轨道交通发展概述9国内生产总值(亿元)城镇化率(%)随着国内经济发展，城镇化率提高，人们对城市轨道交通的需要日益增长，并成为轨道交通发展的动力1908年中国第一条有轨电车在上海建成通车20世纪60年代，北京建成第一条城市轨道交通线，线路全长23.6km到20世纪80年代末，建成3条城市轨道交通线，线路累计长61.6km2000年前，全国仅北京、上海、广州三个城市拥有轨道交通线路到2000年底，共建成6条城市轨道交通线，线路累计长174.0km到2010年底，共建成48条城市轨道交通线，线路累计长1395.0km到2013年底，共建成87条城市轨道交通线，线路累计长2539.0km城市轨道交通发展概述我国城市轨道交通发展历程10城市轨道交通投资规模城市轨道交通线路建设规模2012年度，全国有35个城市在建设轨道交通线路，估算完成总投资约1915亿元。2013年度，城轨投资规模将达到2320亿元，达21.2%的增速。截至2013年底，全国共计有19个城市，建成投运线路共87条，里程2539公里，其中磁浮30公里。11我国现阶段城市轨道交通发展迅猛！城市轨道交通发展概述2012-2013国内发展现状2013年轨道交通发展新增规模2013年实际新增2个运营城市、16条运营线路、395公里运营里程。在2539公里运营里程中，地铁2074公里，占总里程的81.7%；轻轨192公里，单轨75公里，现代有轨电车100公里，磁浮交通30公里，市域快轨67公里。12尤其2013年以来我国轨道交通规模发展越来越快！城市轨道交通发展概述我国城市轨道交通开通情况截至2013年，共开通运营线路87条、2539km：城市轨道交通发展概述13城市开通运营线路数/条2013年新增里程/km2012年末运营里程/km北京1723.0442.0上海1699.3477.9广州924.5221.8西安225.320.6天津51.7137.0昆明222.118.0哈尔滨117.50.0南京30.081.6重庆438.8131.1武汉316.556.2沈阳665.349.8成都38.739.52014年中国城市轨道交通预计发展规模预计2014年-2015年将有40个城市新开工轨道交通线路，规模达60余条段、1300公里；预计2014年将有13个城市新开通运营轨道交通线路，新增运营里程403.5公里；到2014年底，我国轨道交通运营线路累计将达到88条，运营总里程将达到2765公里，稳居世界第一位。

14城市轨道交通发展概述我国轨道交通运营总里程世界第一！1515我国已成为目前世界上最大的城市轨道交通建设市场之一，并具有鲜明特点。城市轨道交通发展概述我国城市轨道交通发展特色(1)建设速度快：近10年共建43条城市轨道交通线，线路累计增加1337.0km；(2)制式多样化：制式多样、品种齐全；(3)线路网络化：运营线路北京17条，上海16条，广州9条，深圳5条；(4)造价下降快：地铁造价由7亿元/公里下降到5亿元/公里；(5)融资多元化：由政府完全无偿投入到寻求多元化资金投入的过程。我国轨道交通正朝科学方向发展！第二部分城市轨道交通制式调研1717171717干线轨道交通城市轨道交通高速客运重载货运地铁轻轨单轨电车郊区铁路磁悬浮轨道交通自动导向轨道系统注：2007年6月13日颁发的《城市公共交通分类标准》显示，城市轨道交通主要有7类：地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统和城市市郊铁路系统。有轨电车城市轨道交通组成城市轨道交通制式调研18地铁是地下铁道的简称，是地下、高架、地面线路三者结合的大容量快速轨道交通。地铁工作原理图地铁的运能，单向在3万人次/小时，最高可达6～8万人次/小时。最高速度可达120km/h，旅行速度可达40km/h以上，可4～10辆编组，车辆运行最小间隔可低于1.5min。地铁适合运量需求大的城市城市轨道交通制式调研地铁19轻轨是一种介于标准有轨电车和快运交通系统的，用于城市旅客运输的轨道交通系统，指运量或车辆轴重稍小于地铁的快速轨道交通。轻轨一般采用地面和高架相结合的方法建设，路线可以从市区通往近郊。列车编组采用3～6辆，铰接式车体，最高速度可达60km/h，克服了有轨电车运能低、噪声大等问题。成都地铁长春轻轨城市轨道交通制式调研轻轨相对地铁来说，轻轨的运量小与轴重轻20单轨也称作独轨，指通过单一轨道梁支撑车厢并提供导引作用而运行的轨道交通系统。以支撑方式的不同，分为跨座式和悬挂式两种。单轨的车辆采用橡胶轮，最高速度可达80km/h，旅行速度为30～35km/h，列车为4～6辆编组，单向运送能力为（1～2.5）万人次/小时。成都地铁城市轨道交通制式调研单轨电车单轨电车地形适应能力强21市郊铁路是指利用干线铁路或修建专用线路，开行于市中心区到卫星城镇、卫星城镇到卫星城镇间，主要满足市域范围内的出行需求。市郊铁路通常使用电力牵引和内燃牵引，列车编组多在4～10辆，最高速度可达100～120km/h，由于站距较地铁长，运行速度超过地铁，可达80km/h以上。郊区铁路城市轨道交通制式调研郊区铁路郊区铁路速度快22现代有轨电车系统由电气牵引、轮轨导向，2~3节编组，单向运输能力为0.5~1万人/小时的低运量城市轨道交通系统。成都地铁法国波尔多市新型有轨电车现代有轨电车系统工程投资少、建设周期短、线路布置灵活、选线方便、不独占路权、方便乘客乘降,但同时存在运量较低、速度较低、准点率稍差、景观效果有待改进等缺点。城市轨道交通制式调研现代有轨电车现代有轨电车造价低、工期短23成都地铁机理：固定在转向架的一次线圈通过交流电流，产生移动磁场，使固定在整体道床上的二次感应板产生磁场，通过磁力实现车辆的运行和制动。城市轨道交通制式调研直线电机系统直线电机系统噪声低、振动小、适用于地势起伏大的都市交通直线电机车辆的技术参数数值车辆基本长度（mm）17600/16840车辆基本宽度（m）2.8车辆高度（加空调）（mm）3625车门数（对/边）3定员人数（人）带司机室车辆217无司机室车辆242车辆轴重（t）≤13额定电压（v）DC1500列车车辆编组2~8列车最小行车间隔120秒运行速度（km/h）100最小平面曲线半径正线/辅助线150m/60m最大爬坡能力正线/辅助线55‰/60‰代表城市线路广州四号线24中低速磁悬浮列车是利用常导磁铁或超导磁铁产生的吸力或斥力使车辆浮起，用以上的复合技术产生导向力，用直线电机产生牵引动力。成都地铁磁悬浮列车磁悬浮列车原理图城市轨道交通制式调研中低速磁悬浮中低速磁悬浮转弯半径小、造价低、噪声小25

地铁轻轨磁浮单轨有轨电车郊区铁路制式独立路权独立路权独立路权独立路权混合路权独立路权线路敷设方式地下或高架地下或高架高架为主高架为主全开放地面高架适用范围市区人口≥100万≥100万≥100万≥100万≥50万≥100万单向运能(万人/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平均站间距(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最小转弯半径(m)300250~350正线7010050300建设周期\年3~53.0~4.02.0~3.02.5~3.01.5~2.01~2动力制式架空触网/第三轨架空触网/第三轨供电轨供电轨架空触网/第三轨架空触网/第三轨投资规模亿元/公里3.0~12.03.0~5.01.5~3.02.5~3.00.7~1.01.0~4.0轨道交通不同制式优缺点比较城市轨道交通制式调研查资料26城市轨道交通制式调研车型的选择项目名称A型车B型车C型车车辆基本长度（m）23.61919.49车辆基本宽度（m）3.02.82.6车辆高度受流器车（m）3.83.73.7受电弓车（m）3.813.73.7受电弓工作高度（m）3.9-5.63.9-5.63.9-5.6车门数54-定员人数（人）带司机室车辆310230-无司机室车辆310250-车辆轴重（t）≤16≤14≤11最小平面曲线半径正线/联络线300m/200m250m/150m

-最大爬坡能力正线/联络线35‰/40‰35‰/40‰60‰/60‰代表城市线路广州1、2号线北京1号线上海5、8号线普通轮轨系统基本车型有A型车、B型车和C型车等车型，采用钢轮钢轨。一般适合大、中运量的旅客输送，系统高峰小时单向运输能力可达到2万~7万人。27高压供电系统：分为集中式、分散式和混合式。一般以集中供电式为主，以分散式供电为辅。我国国家标准规定直流供电电压等级为750V、1500V两种，通常根据车辆、线路结构、电气设备水平等因素来决定采用何种电压等级。为了提高供电性能，深圳地铁研究使用3000VDC供电。主变电所…主变电所110KV110KV35KV、10KV集中式供电方式示意图城市轨道交通制式调研供电制式的选择28列车受流方式——架空接触网：沿走行轨顶部架设由承力索、接触线以及支持装置构成“之”字形接触网。列车通过安装在顶部的受电弓受电，供给车辆电气设备。地面线路柔性悬挂隧道线路刚性悬挂城市轨道交通制式调研受流方式的选择——架空接触网29列车受流方式——接触轨：沿行走轨敷设一接触轨，列车集电靴与其接触摩擦取电。集电靴接触轨是沿线路平行的附加轨道，又称为第三轨。通过它将电能输送给电动车组，敷设在铁路旁的钢轨，列车通过伸出来的集电靴与之受流。城市轨道交通制式调研受流方式的选择——接触轨结构比较简单，易于安装，隧道工程投资小30集电靴城市轨道交通制式调研我校研究团队实现稳定的大功率无线电能传输PRIMOVE无接触网运行系统传输功率为200kW，传输效率为95%新西兰Rotorua国家地热公园40kW载人旅客运输车在静态充电状态下，已实现40kW的传输，传输距离为12cm，整体效率为90%；移动供电正在紧张进行中。受流方式的选择——感应式31城市轨道交通制式调研车型的不同供电方式的多样化受流方式的差异？制式以及各种装备选择的繁杂该如何科学的、合理的选择呢？制式不同第三部分城市轨道交通制式的选择影响因素运输能力工程经济性技术合理性城市交通特征环境因素城市轨道交通制式的选择33单向运能是指交通方式的单方向运输能力，可衡量交通方式的运能大小。万人次/小时运输能力地铁：3~8万人次/小时；轻轨：1~4万人次/小时；中低速磁浮：1~3.5万人次/小时；单轨：1~2万人次/小时；有轨电车：0.8~1万人次/小时。34城市轨道交通制式的选择不同的制式适应不同的运量需求新地铁（轻轨）建设项目审批指标建议表35城市轨道交通制式的选择评价指标评价标准需求指标市区总人口>300（150）万人市区常规公交出行量比例>15%市区建成区面积>300km2经济指标市区国内生产总值(GDP)>1000（600）亿元市区财政可支配收入>100（60）亿元工程指标线路远期单向高峰小时最大客流量>3（1）万人次线路远期单向高峰小时最小客流量>0.8万人次小城市几乎不太可能申请到建设指标建设周期中，地下铁路为3~5年；轻轨列车为3~4年；磁浮列车为2.0~3年；单轨列车为2.5~3年；有轨电车为1.0~2.0年。工程经济性36城市轨道交通制式的选择不同交通制式投资规模和建设周期差别较大3~50.7~1亿/公里投资规模3~61.5~32.5~3年建设周期1.0~22.5~32.0~33~43~5投资规模中，地下铁路为3.0~6.0亿元/公里；轻轨列车为3.0~5.0亿元/公里；磁浮列车为1.5~3.0亿元/公里；单轨列车为2.5~3.0亿元/公里；有轨电车为0.7~1.0亿元/公里。城市轨道交通方式的选择中需要注意满足不同轨道交通方式所需的地理条件、线路适应性、气候适应性、实施难度等因素。以列车转弯半径为例，地铁的转弯半径（300米）往往可以达到中低速磁浮列车（70米）的4倍以上，这对施工选线提出了较高的要求。技术合理性37城市轨道交通制式的选择采用合理的技术有助于提高轨道交通的活力38城市交通特征城市轨道交通制式的选择交通特征地理特征代表城市各向同性型平原北京，石家庄割裂型过江，过河武汉单边受限型海滨，海湾，沿湖海口，青岛，无锡双边受限型山谷兰州，乌鲁木齐多边受限型山地，海岛重庆，厦门城市本身的特征是决定制式的重要因素之一城市规划建设过程中，环境因素应当作为选择城市轨道交通方式的重要因素。其中主要包括城轨列车的低碳节能性、噪声源强弱、对城市空间的占用和对城市景观的影响等。39环境因素城市轨道交通制式的选择成都地铁2号线建成后，大大减少了汽车尾气排放量。然而，地铁的振动对建筑物的安全，精密仪器的测量都产生了影响，也影响了人们正常的生活和工作；高架部分产生较大噪音，并对自然景观产生一定的破坏，变得不美观。不同城市轨道交通制式对环境影响具有差异性城市轨道交通规划对制式选择的主要问题