当前轨道交通发展中几个技术问题的思考

毕湘利

（上海申通地铁集团有限公司，201103，上海∥教授级高级工程师）

随着我国城市化进程的加快，城市轨道交通在“十三五”期间呈现加速发展趋势。据不完全统计，“十三五”期间我国轨道交通在建城市预计将超过80座，运营城市预计将超过50座，运营线路长度预计将超过6 000 km，比“十二五”期间翻两番。可以预见，“十三五”末我国会有更多的城市步入轨道交通网络化建设和运营阶段。

北京、上海、广州等作为率先进入网络化运营的城市，运营过程中不同程度面临着安全压力大、设备维护品种多、培训效果不理想、应急排故效率不高、维护成本控制难等共性问题。这些问题在一定程度上反映出网络化建设阶段应该解决的问题。如系统规模小、建设标准低、制式种类多、标准不统一、片面追求最先进技术等。在这些问题中，有的是因为建设程序和设计规范约束所造成的，有的是行业内一直有争论没有形成一致意见的技术问题。可以预见，在未来一段时间内，这些问题仍将是网络化建设和运营所面临的主要问题。而随着我国经济社会的快速发展，我国从小康社会步入富强国家的进程中，乘客对城市轨道交通的需求不仅体现在安全、快速、便捷方面，而且会在舒适性、人性化、信息化、智能化等方面提出新的要求。本文就以上问题和新时代的新要求，结合上海轨道交通发展实际，对当前轨道交通发展中的几个技术问题阐明以下想法。

1 关于轨道交通线网规划的规模问题

轨道交通线网规划是根据城市总体发展要求，统筹人口分布、交通需求等情况编制的，是指导城市轨道交通长远可持续发展的总体性方案，是编制近期建设规划的基础，需具有前瞻性并预留发展空间。

近年来，很多城市的轨道交通建设规划规模调整频繁，造成新线建设主要换乘节点、资源共享和用地控制难以落实，这在一定程度上反映了线网规模超前考虑不足。究其原因，一方面在于我国正在加速城市化过程中，城市人口规模预计不足，几乎所有城市规划的人口规模未到规划年限就已超过规划控制人口；另一方面是决定城市总出行量的居民日均出行率随着经济社会发展在逐年提高，如上海市居民日均出行率1995年为1.87次，到2009年就提高到2.23次，在人口规模不变的前提下相当于总出行量提高了19%。因此，在城市人口规模的预估和出行率的选取上一定要结合我国国情，充分考虑城市未来的发展。

从类比角度看，与国际同类规模城市的轨道交通线网相比，我国特大或大城市的轨道交通规划线网总体规模也是偏小的。以上海和东京为例，上海中心城相当于东京区部，上海市域相当于东京交通圈，但上海中心城和市域的线网密度分别为0.88 km/km2和0.16 km/km2，而东京相应指标分别为1.31 km/km2和0.36 km/km2；上海中心城和市域每万人拥有的线网长度分别为0.49 km和0.43 km，均小于东京（见表1）。此外，纽约、巴黎、伦敦在中心城的线网密度分别为 1.38 km/km2、2.02 km/km2和 1.31 km/km2，远大于上海中心城的线网密度。因此，线网密度和人均拥有长度也是衡量一个城市线网规模的重要因素。

表1 上海与东京轨道交通线交通线网指标比较

从可持续发展角度看，如果当前的线网没有在规划层面得到控制，由于城市建设的快速发展，未来将很难找到轨道交通加密线路的通道。而通道资源在城市中是非常有限的，是不可再生的资源。因此，在城市轨道交通线网规划时，应尽量多预留未来轨道交通的建设通道，线网规划需具有前瞻性。

2 关于轨道交通的制式选择问题

城市轨道交通的不同制式具有各自特点和适用性，制式的选择应与功能定位和环境相适应。地铁制式运能大，适用于大运量、大中城市中心区域的骨干线路；有轨电车制式不享有专用路权，适用于低运量、中小城市的线路；胶轮系统爬坡能力强、噪声小，适用于转弯半径小、地形起伏大、环境噪声要求高的线路。

从我国轨道交通规划发展现状看，由于建设地铁和轻轨审批的门槛较高，而有轨电车审批程序相对简单，近年来有轨电车在全国各城市发展较快。有些城市的有轨电车占用了城市骨干交通走廊，在中心城区道路交叉口较多时很难实现信号优先，其功能定位和运能与公共汽车差异不大，与公交专用道相比反而浪费了道路资源。因此，有轨电车制式在交叉路口较多的中心城区骨干线路上布置要慎重选择。

同样，与钢轮钢轨系统相比，胶轮系统（无论是单轨还是APM（旅客自动捷运）制式）不受钢轮钢轨制式的粘着系数影响，在爬坡能力以及振动噪声控制方面有优势；并且胶轮系统虽然在单位牵引能耗上比钢轮钢轨制式要高，但因该系统振动噪声方面的优势，线路可以采用高架敷设方式，车站动力照明方面的单位能耗相对较低，长期运营成本与钢轮钢轨制式相比不一定处于劣势，但将胶轮系统敷设于地下线路就不能发挥该制式的优势了。

总之，轨道交通系统制式的选择应与线路功能定位和环境相适应，各种制式都有其适用性。

3 关于轨道交通的系统规模确定问题

轨道交通系统规模取决于车型选择、列车编组和线路通行能力。轨道交通的土建工程具有难以、甚至不可改造的特点，根据测算，土建成本在全寿命周期成本中的比例不超过20%，但一条线路建成后占用的城市通道资源是不能用经济来衡量的，是不可再生的。从城市轨道交通的可持续发展看，特大或大城市应选择宽体、大编组的列车。如日本东京的山手线采用11辆编组，13条地铁线路中有4条采用了10辆编组；韩国首尔的1～4号线有超过95%的车辆采用10辆编组；我国香港地铁、台北捷运均采用了3.2 m的宽体车等。而反观北京、上海、广州等特大城市的地铁线路，最大系统规模设计为8辆编组的A型车。从运营后面临的大客流拥挤现象看，其主要客运走廊上的线路均存在系统规模不够的问题。例如，北京地铁5号线和10号线开通不到一年，高峰高断面客流已接近远期的预测值；上海轨道交通投入运营的14条线路中，有7条线路高峰高断面客流超过原设计。针对运营线路系统规模设计不足的问题，有专业人员提出缩短运营间隔的对策，即提高行车密度，但据测算，从原设计2 min间隔提升至90 s，对系统进行改造的费用远大于前期扩大系统规模而产生的土建规模增加的费用，且维持列车高密度运行对日常运营的安全压力非常大。因此，特大或大城市主要客运走廊的系统规模，除了土建规模要预留未来发展的弹性外，机电设备系统和土建的折返能力方面也要考虑预留可扩展的能力。

4 关于轨道交通换乘站型的选择问题

目前，我国城市轨道交通间的换乘布局主要有多线间在单点集中换乘和多点两两换乘等方式，换乘站的站型主要有同站台换乘、十字型换乘、T型换乘以及通道换乘等形式。

多线之间的单点集中换乘车站，前期建设时土建工程结构复杂、风险高、难度大，后期运营时客运组织压力大，在非正常运营情况下客流组织和疏散比较困难。例如，上海轨道交通人民广场站为3线集中换乘站，每天换乘量近40万人次，加上进站量和出站量，客流最高曾达到100万人次。该车站换乘通道经多次改造运营压力仍然很大。再如，上海轨道交通世纪大道站4线在一点集中换乘，6号线车站直接设置在2、4、9号线车站上方，车站疏散空间受限，且改造空间有限，站间换乘客流组织压力非常大，未来很难适应客流进一步增长的需要，成为永久的遗憾。网络化运营的实践证明，中心城区线网两两单点换乘方式优于多线集中一点换乘方式，如因规划需要采用多线集中换乘，必须考虑充足的换乘空间和快速疏散条件。

在换乘站的换乘形式上，为缩短换乘距离，我国很多城市轨道交通的设计换乘方案采用了十字换乘或者T型换乘，这两种换乘方案中，受站台宽度限制的换乘楼梯成为换乘客流的聚集点，也成为了客运组织的难点，很多已经运营的车站受客流压力影响在高峰时段只能采取单向客流组织措施。除此之外，设计上多用通道换乘方式，通过有效延长换乘客流的疏散距离来缓解大客流冲击。以牺牲乘客的便捷性来保证运营安全，并非是最佳的换乘方式，是无奈之举。纵观国内外轨道交通换乘形式，规划设计方案最佳的是香港地铁，全网两线之间的换乘功能主要通过两座连续的换乘站同站台实现，两条线路之间具备4个方向的同站台换乘的条件，在保证换乘站两条线间运能匹配的前提下能够实现安全、便捷、快速、高效的换乘，是我国轨道交通换乘设计的典范。总之，换乘站布局以及换乘站型的选择必须要着眼于乘客换乘便捷、客流均衡和运营安全。

5 关于城市轨道交通的建设标准问题

城市轨道交通建设标准的高低直接影响运营安全和服务品质，建设阶段应注重建设标准系统的协调性和匹配性，以避免因某个系统设施的标准低产生的短板而影响到整个系统的服务水平。我国城市轨道交通运营过程中发生客流拥挤、应急疏散困难等状况，以及车站疏散能力和换乘通道能力不足等问题，一方面是系统能力、车站规模和服务水平之间的协调性与匹配性不够，另一方面是由于楼梯、自动扶梯、换乘通道等的实际通行能力都比设计规范中的通行能力要低，即由于设计规范的标准过低造成的。如设计规范规定“速度为0.65 m/s的1 m宽自动扶梯，最大通过能力不大于8 190人/h”，而实际通行能力不大于7 200人/h。针对车站垂直提升能力不足的问题，上海轨道交通在2017年春节期间实施了人民广场站楼扶梯升级改造，1号线站台增加了4部楼扶梯，8号线增加了2部楼梯和4部自动扶梯。这样的改造完全是由于设计标准低而造成车站垂直提升能力不足。

换个角度看，作为承担未来城市公共交通骨干作用的城市轨道交通，设施标准也应立足提升服务品质与乘客体验，以满足人们对美好生活需求的日益增长需求。因此，在舒适性方面，应提高列车车厢和车站站台的站立设计标准，以缓解车厢内和站台上的拥挤；应提高楼扶梯通过能力的设计标准，以缓解车站垂直提升能力；应提高公共厕所以及无障碍电梯等车站设施的设计标准，为乘客提供方便。总之，城市轨道交通建设标准必须重视系统的匹配性和运营服务的品质提升。

6 关于轨道交通建设和运营的标准化问题

城市轨道交通标准化是网络化建设和网络化运营的必然要求，但我国城市轨道交通工程建设是以线路为单位进行的，以线路为单位开展的建设必然带来设备系统不统一、制式种类多、接口标准不一致等问题，势必对网络化运营阶段的运营维护管理、设备系统改造、员工培训效率、运营成本控制等方面产生重大影响。只有在网络规划和建设阶段按标准化的技术要求进行建设，才有可能在网络化运营阶段实现运营的标准化。

建设标准化和运营标准化应立足于运营需求。要实现网络运营管理的标准化，确保网络的安全、可靠和高效运营，首先应建立全网统一的运营需求标准，再以此为基础进行标准化的规划和设计，明确各专业设备系统间的技术接口，协调统一各线的设备系统制式和技术标准。城市轨道交通网络的运营需求应该是相对稳定和固化的，比如车辆紧急制动装置的功能需求应统一，车辆驾驶台的操作界面需求应统一，这对乘客和运营维护管理是非常重要的。我国高铁在建设和运营标准化方面取得的成效，很大程度上与全国铁路运营需求的统一和稳定有关。城市轨道交通在标准化方面要走的路还很长，要实现建设和运营的标准化，必须首先立足于运营需求的标准化。

7 关于信息化和智能化的应用问题

近年来，随着信息化和智能化技术的快速发展，城市轨道交通信息化和智能化的应用话题也非常热。但城市轨道交通信息化与智能化的应用要以需求为本、精简为要。信息化与智能化一方面可以提高运行效率，另一方面也增加了系统的复杂程度。信息化离开了运营需求，为实现信息化而建设信息化是不科学的。目前并不鲜见以信息化和智能化为借口，不断增加城市轨道交通的设备系统，导致一些机电设备系统越做越复杂，但从运营实际效果来看，故障情况下乘客和管理人员需要的信息仍不够，维护人员最需要的反映设备及系统状态的信息也不多。信息化的前提是需求稳定、流程固化。建设时应以需求为导向，加强管理模式、管理架构、管理流程以及管理系统的顶层设计。在需求稳定和固化流程的情况下，信息化建设才可以有效提高系统运行效率，并提高管理效率。

智能化要以信息化为基础，城市轨道交通智能化应用要厘清决策判断及信息采集的需求。智能化系统的开发也应遵循“需求导向”的原则，首先明确决策需求和内容，再以关联因素分析为根本依据，确定信息采集的需求。例如轨道交通各系统的在线监测系统，应在了解在线监测的需求并具备对监测数据进行分析的基础上实施，要避免盲目增加在线监测设备而造成投资浪费，且增加系统复杂性。在线监测的数据必须要有运营维护人员实时处理，对不影响运营安全的设备系统的监测数据或者可以运营结束回库后下载的数据，没有必要实时在线监测，以避免造成浪费。总之，信息化和智能化在城市轨道交通中的应用要以需求为根本。

8 关于轨道交通系统的复杂性问题

城市轨道交通工程建设涉及的机电设备系统专业众多。与土建工程不同，机电设备系统技术发展非常快，特别是通信系统技术的发展日新月异，城市轨道交通的设备系统设计也随着各系统技术的发展而不断创新。但近年来一些城市轨道交通建设的设备系统越做越复杂，增加了很多必要性不大的系统和功能，带来的问题是系统越复杂故障就越多。比如随着综合监控技术的推广应用，一些城市在轨道交通建设时都设计了综合监控系统，完整的综合监控系统应包括SCADA（监控和数据采集）、FAS（防灾报警系统）、EMCS（机电设备监控系统）、PSD（站台屏蔽门）、AFC（自动售检票）等在内的设备监控系统，但在工程建设过程中做了综合监控系统后其他系统依然存在，实质上是把系统做复杂了。随着LTE（长期演进-第四代移动通信）技术的发展，一些城市开始尝试应用LTE技术，但其与既有通信系统有很多功能是重复的，没有减少既有设备系统而增加应用很多新系统，不仅建设成本增加，系统越做越复杂，运营维护成本也会随之增加，这种发展趋势是值得思考的。轨道交通设备系统不宜片面追求应用最先进的技术，成熟可靠的技术才能确保运营质量受控，同时，各设备系统的功能要以满足运营功能需求为根本，与运营需求关联度不大的功能应尽量简化，系统越简单越好。

9 关于全自动驾驶技术等级的选择问题

近年来，国内外很多城市轨道交通线路开始尝试全自动驾驶技术，预计到2025年，全球全自动驾驶线路的规模将从现状的800 km达到2 300 km。应用全自动驾驶技术是城市轨道交通未来发展的技术方向，可有效提高系统的运行效率、可靠性和可用性，减小人为失误对系统运行造成影响。以我国大运量的城市轨道交通中应用全自动驾驶技术较早的上海轨道交通10号线为例，自2014年8月启用全自动驾驶模式后，列车运行可靠度一直保持在全网平均水平的2倍以上。

全自动驾驶包括有人值守的DTO（Driverless Train Operation）和无人值守的 UTO（Unattended Train Operation）两个等级，其中UTO是列车自动驾驶的最高等级。在正常运营情况下，UTO与DTO的主要功能和运行效率几乎是一样的；在非正常运营情况下，UTO对部分故障（并不是所有）具有自动处置功能，能够通过蠕动模式自行运行到车站，但与DTO的故障下人工驾驶相比，特别是当系统故障列车迫停在区间需要救援时，UTO下的救援时间及延误程度可能要大于DTO。UTO相比DTO的最大特点是减少了驾驶员岗位，人工成本可以降低，这也是发达国家轨道交通推行UTO的初衷，而我国应用全自动驾驶技术的主要目的是提升系统的可靠性和运行效率，并非一定要节省列车驾驶员。UTO相比DTO增加了各种故障场景情况下的自动处置功能，工程建设成本和调试时间要相应增加，且由于功能设备的增加，也会在一定程度上影响系统的可靠性。

我国还处在全自动驾驶技术应用发展的初期阶段，列车上没有驾驶员情况下的乘客管理、客运组织，特别是非正常运营情况下的应急处置等方面的经验，仍需要不断积累，现阶段不宜片面追求最高等级的UTO技术，应简化列车控制及自动驾驶之外的UTO其他相关功能。换言之，全自动驾驶技术等级的选择要与我国经济社会发展阶段相适应。

10 关于轨道交通建筑信息模型（BIM）技术的应用问题

近年来BIM（建筑信息模型）技术在城市轨道交通领域的应用越来越广泛，一些城市为了推进该技术的应用，政府部门发文强制要求应用BIM技术。在该技术推进过程中，各应用单位都在寻找BIM技术的应用点，如提前发现车站管线碰撞、计算复核工程量清单、跟踪工程建设进度、渲染工程效果等。可以肯定的是，BIM协同设计是未来建筑设计的发展方向，是实现建筑业精细化、信息化管理的重要工具。

BIM技术发展应用过程中存在很多没有解决的问题，影响该技术的有序发展。比如BIM的标准问题，无论是几何信息数据还是物理信息数据，没有标准的数据是不可用的。目前我国还没有BIM统一的技术标准，包括信息数据标准、模型标准、协同设计平台标准以及模型交付标准等，这将成为影响该技术持续发展的最大瓶颈。更重要的是，城市轨道交通工程不同于一般的单体建筑，建设阶段建立的BIM如果没有统一的技术标准，不同的BIM设计单位建立的数据模型不能实现协同，更不能传递运用到运营维护阶段，也就不能发挥BIM技术在工程全寿命周期应用的优势。

参考文献

［1］ 毕湘利.城市轨道交通的规划建设理念应适度超前［J］.城市轨道交通研究，2015（9）：1.

［2］ 毕湘利.城市轨道交通网络化阶段推进标准化建设的探讨［J］.城市轨道交通研究，2010（7）：1.

［3］ 毕湘利.从可持续发展角度谈城市轨道交通的规划和设计［J］.城市轨道交通研究，2008（12）：1.