国内城市轨道交通技术发展现状与展望

冯爱军

作者简介：

• 中国土木工程学会轨道交通分会副理事长兼秘书长

• 北京城建设计发展集团股份有限公司技术总监

摘要：城市轨道交通是城市重要的基础设施，近年来建设规模与速度世界罕见。本文阐述了我国城市轨道交通60年来的发展成就， 通过对近期国家战略及相关政策的分析，提出了城市轨道交通高质量发展时期技术发展的五大趋势，即规划更与城市融合，制式更趋多样、建造更趋绿色、系统更趋智慧、运营更趋高效、成套技术将逐步走向世界。

关键词：城市轨道交通，技术发展，展望

引 言

近60年来，伴随着中国经济社会的发展，我国的城市轨道交通建设也得到了迅猛发展，近年来建设规模与速度世界罕见。从1969年中国第一条地铁—北京地铁1号线开通的23.6公里到今天，已发生了翻天覆地的变化。

根据中国土木工程学会轨道交通分会统计，截至2020年7月1日，中国内地共有北京、上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、大连、沈阳、长春、成都、武汉、西安、佛山、苏州、杭州、昆明、哈尔滨、郑州、长沙、宁波、无锡、青岛、南昌、淮安、东莞、合肥、南宁、福州、石家庄、贵阳、厦门、珠海、乌鲁木齐、温州、济南、兰州、常州、徐州、呼和浩特、天水共41个城市拥有城市轨道交通运营线路，运营总里程达到6613公里（不包括铁路总公司运营的市郊铁路）。

城市轨道交通的建设，带动了GDP的增长，增加了就业，节约了资源，降低了能耗和环境污染，在极大改善人们出行方式的同时，也从根本上提高了城市生活的品质和水准，对城市经济社会的发展起到了日益明显的带动作用，是实现经济社会和城市可持续发展的重要组成部分。

1 技术发展成果累累

我国城市轨道交通的规划起始于1956年，经过60余年的发展，经历了起步阶段、初始发展阶段和高速发展阶段。以建设速度上比较，从1965起步到2000年的35年，年均建成4.2公里；“十五”“期间，年均建成80公里；“十一五”期间，年均建成211公里；“十二五”期间，年均建成404公里；“十三五”期间，年均建成707公里。

伴随着我国城市轨道交通六十余年的发展，轨道交通技术也在不断创新，规划线路从一城一线，到多城多线网络化规划；系统制式由单一的地铁发展到轻轨、有轨电车、磁浮、单轨、市域快轨的多制式多层次交通体系的协凋并存；勘察测量技术由传统单一的测量、钻探 、取样、试验模式向多种手段结合的综合勘察方法发展，勘测技术逐步精细化、智慧化，监测技术与设计、施工、建设管理等新技术的发展相协同；土建技术结合工程实际，相继出现了“明挖法”、“ 暗挖法”、“ 浅埋暗挖法”、“ 盖挖法"、" 盾构法”、“冻结法”、“预制拼装法、”“装配式车站”等多种工法，实现了多线多工作面的安全监控，保证了大规模高速建设的安全；轨道技术形成了系列化成套技术和专利产品；机电设备系统逐步实现了关键核心技术的国产化，向智能化、集约化、模块化、网络化发展；轨道交通场站从单一的交通功能，逐步发展到与周边土地实行统一规划，集多种功能的城市综合体，建轨道就是建城市的理念得到各方认可；轨道交通运营从单线发展到网络化运营，综合监控、大数据、智能支付、智慧运维等新技术得以推广应用。城市轨道交通建造的很多新技术、新工艺、新工法都走到了世界前列，以盾构技术为例，2017年和2018年我国自主制造的盾构机销量已达645和650台。各城市仅地铁工程中使用的盾构机已经有600余台，加上城市市政管网、越江隧道、煤炭、公路、引水、铁路等领域的广泛应用，目前不完全统计，国内全断面隧道掘进机的保有量已近3000台，中国已成为世界上最大的盾构机研发、制造、销售和使用国。

2 国家战略及政策支持

进入新世纪以来，特别是以《国务院办公厅关于加强城市快速轨道交通通知（国办发（2003）81号）》为节点，我国城市轨道交通进入高速发展期。

“十一五”期间，科技部启动首个城市轨道交通领域的国家科技支撑计划《新型轨道交通技术》，提出的《城市轨道交通技术发展纲要建议2010-2015》等技术政策和系列标准指导了城市轨道交通的建设，研发的自主知识产权的中低速磁浮技术、100%低地板有轨电车技术、基于CBTC的信号技术得以落地实施并在全国推广应用。“十三五”期间，年均建成通车里程达707公里，居世界首位。

在宏观政策层面，后续的《关于优先发展城市公共交通的指导意见》（国办发[2012]64号）、《国家新型城镇化规划》(2014－2020年)中都明确提出：”加快城市群交通一体化规划建设”,“优先发展城市公共交通，将公共交通放在城市交通发展的首要位置，加快构建以公共交通为主体的城市机动化出行系统，积极发展快速公共汽车、现代有轨电车等大容量地面公共交通系统，科学有序推进城市轨道交通建设”。2017年，国家发展改革委、住房城乡建设部、交通运输部、国家铁路局、中国铁路总公司联合发布的《关于促进市域（郊）铁路发展的指导意见》发改基础〔2017〕1173号，提出鼓励发展多层次、多模式、多制式的轨道交通系统，完善城市综合交通运输体系，更好地适应都市圈和城市群发展新要求；2018年，国务院办公厅于下发了《关于进一步加强城市轨道交通规划建设管理的意见（国办发〔2018〕52号）》（以下简称“52号文”），同时废止“81号文”，进一步规范了城市轨道交通的规划要求及审批条件，标志着我国城市轨道交通的建设将从“重量”向“重质”进行转变；2019年2月国家发改委《关于培育发展现代化都市圈的指导意见》要求，要求打造1小时通勤圈促进都市圈内同城化。

2019年9月国务院发布《交通强国建设纲要》，明确提出了2035年基本建成交通强国的目标，其中包括：基本形成“全国123出行交通圈”；构建多层次交通体系；交通科技创新体系基本建成；交通关键装备先进安全；基础设施规模质量、技术装备、科技创新能力、智能化与绿色化水平位居世界前列。要求建设城市群一体化交通网，推进干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通融合发展；强化城市轨道交通与其他交通方式衔接；提高城市群内轨道交通通勤化水平；培育充满活力市域（郊）铁路市场。这些国家战略为城市轨道交通带来了更多机遇，交通强国，城轨担当！城市轨道交通进入高质量发展时代，将更多与城市相融合，制式更趋多样、建造更趋绿色、装备更趋智能、运营更趋高效、成套技术将逐步走向世界。

2020年3月4日，中共中央政治局常务委员会召开会议提出，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设。新型基础设施是以创新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。包括信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施，其中融合基础设施主要是指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，轨道交通是传统的基础设施领域，但在规划设计、施工建造、车辆、供电、信号、通信等多个专业领域，可搭载人工智能、大数据、云计算、智能感知、5G通讯等技术，将建设新一代中国式智慧型、高质量城市轨道交通。因此城市轨道交通属于新基建的融合基础设施范畴。

3 技术发展展望

城市轨道交通的技术创新与发展，应围绕“以人为本，安全第一”的宗旨，以“绿色建造、智慧运维”为目标，未来将不断开发出适用于城市轨道交通规划、设计、建造、运营、运维、服务、应急处置等全生命周期的应用技术。我认为城市轨道交通的技术发展应体现在以下几个方面：

第一，更多个层次

——根据《城市公共交通分类标准》CJJ/T114-2007，城市轨道交通按制式可分为地铁、轻轨、单轨、有轨电车、磁浮轨道交通、自动导向轨道、市域快速轨道交通七种类型。由于不同城市的人口、经济状况不同，单一的地铁制式已不能满足不同层次城市的交通需求，需要开拓思路，建设新型城市轨道交通系统。对于大都市圈城市群的轨道交通的制式选择需要更快速、更多层次的网络与枢纽的融合；对于中小城市的制式选择应更灵活便捷。除地铁制式外，市域快速轨道交通、有轨电车将成为未来一段时间发展的热点。据统计，截止2019年末，各系统制式的的占比分别为：地铁77%，轻轨4%，市域快速轨道交通10.5%、有轨电车6%，单轨磁浮等2.5%。未来，市域快速轨道交通及中低运量轨道交通系统将会占有越来越大的比重。

第二，更快速高效

—随着城市化进程的加快，除常规地铁80km/h的设计速度外，将根据需求建设100km/h的地铁快线。随着都市圈及城市群的发展，时速120-160km/h的市域快速轨道交通需求日益增多，将与国铁的市郊铁路共同构建完善的区域快速轨道交通网络。市域快轨一般由地方政府出资建设。主要服务于中心城区外20～100km半径内的城市和城镇组团；以通勤乘客为主，从城市周边到达市中心的出行时间一般宜控制在30~60min以内；线网规划应考虑共线运行、互联互通；线路设计速度等级一般为120km/h、140km/h、160km/h；线路敷设方式以地面和高架线路为主；行车组织宜采取灵活多样的模式，包括快慢车、跨线运营、大小交路、中心城和郊区段实行不同的行车间隔等行车组织模式，提高运行效率及列车满载率，满足不同出行需求；行车间隔在10分钟以上时，可采用按时刻表运行。时速120-200km/h中速磁浮技术也将取得技术突破并得以工程应用。

第三，更智能便捷

——大力推进智慧城轨建设，以人工智能、云计算、物联网等措施，在工程建设、智能运维等各个环节提高科技水平，从改善和优化系统配置、提高可靠度，实现全自动运行。2020年3月，中国城市轨道交通协会发布的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》指出，要应用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G、卫星通信、区块链等新兴信息技术，全面感知、深度互联和智能融合乘客、设施、设备、环境等实体信息，经自主进化，创新服务、运营、建设管理模式，构建安全、便捷、高效、经济的新一代中国式智慧型城市轨道交通。

第四，更安全可靠

——随着建设规模的不断加大，建设环境日趋复杂。地铁线路穿越既有运营隧道、既有建（构）筑物；下穿江河；穿越富水、软硬不均、卵石地层等复杂环境成为地铁建设的“新常态”，因此，一定要采取创新技术解决高速建设和复杂环境带来了施工困难、安全风险等诸多问题。在城轨装备方面，逐步建立健全关键技术装备的认证体系，实现安全运营。

第五，更绿色节能

——随着轨道交通建设的加速，轨道交通已成为各城市最大的单体建筑，成为城市能耗大户，在节能方面具有很大潜力，在车辆、环控系统等方面更多节能技术得以开发与应用。对地铁车站空调系统的革命性创新和应用、LED等新型照明技术的推广（以后将会直接采用直流供电照明）、再生电能回馈、大规模变频技术的应用、供电系统设计改进和效能提高。同时装配式结构、钢混组合结构、新材料的应用、设备及构建标准化等技术将逐步应用，这些技术的应用，将大大降低工程造价和运营成本，实现轨道交通的节能、节地、节材、低碳、环保，绿色。

第六，更与城共融

—城市轨道交通的规划建设应与城市空间规划、土地资源利用相结合，统一规划、统一设计，实现土地资源的集约高效空间利用、地下空间资源的分层次综合利用，减少土地占用。同时，通过城市轨道交通建设带动沿线土地立体化高效利用，车站及枢纽结合城市综合体，串联起城市孤立的地下空间、协同旧城改造，重塑城市空间形态，促进城市的可持续发展。应开展相关的政策、规划方法、地下空间安全、消防模式、疏散救援方式、智慧运维等技术的研究。

结 语

我国城市轨道交通的发展历经六十余年，取得了累累硕果，也带动了了基建技术的进步。未来20-30年，城市轨道交通仍处于高质量发展的黄金时期，将迎来新的发展机遇。中国土木工程学会轨道交通分会将不断开拓创新，搭建好行业交流的平台，积极推广创新技术，助力我国城市轨道交通创新技术的发展。

参考文献

1、《城市轨道交通技术发展纲要建议2010-2015》，中国土木工程学会，2010

2、《城轨建造1979-2019》，中国土木工程学会轨道交通分会40年，建筑工业出版社，2019年8月

3、中国城市轨道交通协会，《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，2020年3月

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