城市轨道交通系统是指在城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统。在中国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为"通常以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称"。一般包括地铁和轻轨，以及现代有轨电车。一、有轨电车有轨电车(Tram或Streetcar)是使用电车牵引、轻轨导向、1～3辆编组运行在城市路面线路上的低运量轨道交通系统。有轨电车是最早发展的城市轨道交通之一，一般设在城市中心穿街走巷运行，具有上下车方便的特点。有轨电车起源于城市公共马车，为了多载客，人们把马车放在铁轨上。随着电动机的发明和牵引电力网的出现，世界上第一条有轨电车线于1888年5月在美国弗吉尼亚州里士满市开通。到20世纪20年代，美国的有轨电车总长达2.5万km。到20世纪30年代，欧洲、日本、印度和我国的有轨电车有了很大发展。1906年，我国第一条有轨电车线在天津北大关至老龙头火车站(今天津站)建成通车，随后上海、北京、抚顺、大连、长春、鞍山等城市相继修建了有轨电车或电铁客车，在当时的城市公共交通中发挥了重要作用。旧式的有轨电车单向运输能力一般在1万人次/小时以下，通常采用地面路线，与其他车辆混合运行，运行速度一般在10～20km/h之间。旧式有轨电车由于运能、挤占道路、噪声等问题，在20世纪五六十年代世界上各大城市纷纷拆除有轨电车线路，改建运量大的地铁或轻轨道交通通。我国的有轨电车在20世纪50年代末已拆得所剩无几，仅大连、长春两城市保留。大连还对有轨电车进行了改造，使其成为城市的一张名片。旧式的有轨电车已停止了发展，基本上完成了它的历史使命。经改造后的现代有轨电车与性能较差的轻轨道交通通已很接近，只是车辆尺寸稍小一些，运营速度接近20km/h，单向运能可达2万人次/小时。二、地下铁道地下铁道简称地铁(Metro或UndergroundRailway或Subway或Tube)，是城市快速轨道交通的先驱。地铁是由电力牵引、轮轨导向、轴重相对较重、具有一定规模运量、按运行图行车、车辆编组运行在地下隧道内，或根据城市的具体条件，运行在地面或高架线路上的快速轨道交通系统。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90km/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。驱动方式有直流电机、交流电机、直线电机等。地铁造价昂贵，每公里投资在3～6亿元人民币。地铁有建设成本高，建设周期长的弊端，但同时又具有运量大、建设快、安全、准时、节省能源、不污染环境、节省城市用地的优点。地铁适用于出行距离较长、客运量需求大的城市中心区域。三、轻轨交通轻轨(Light Rail Transit，简称LRT)是在有轨电车的基础上改造发展起来的城市轨道交通系统。轻轨是反应在轨道上的荷载相对于铁路和地铁的荷载较轻的一种交通系统。轻轨是个比较广泛的概念，公共交通国际联会(UITP)关于轻轨运营系统的解释文件中提到：轻轨是一种使用电力牵引、介于标准有轨电车和快运交通系统(包括地铁和城市铁路)，用于城市旅客运输的轨道交通系统。轻轨原来的定义是指采用轻型轨道的城市交通系统。(古老定义)当初使用的是轻型钢轨，现在轻轨已采用与地铁相同质量的钢轨。所以，目前国内外都以客运量或车辆轴重的大小来区分地铁和轻轨。轻轨是指运量或车辆轴重稍小于地铁的快速轨道交通。在我国《城市轨道交通工程项目建设标准》(试行本)中，把每小时单向客流量为0.6万～3万人次的轨道交通定义为中运量轨道交通，即轻轨。(现代定义)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。由于轻轨采用了线路隔离、自动化信号、调度指挥系统和高新技术车辆等措施，最高速度可达60km/h，克服了有轨电车运能低、噪声大等问题。由于轻轨具有投资少(每公里造价在0.6亿～1.8亿元人民币)、建设周期短、运能高、灵活等优点，因此发展很快。目前，无论是发达国家，还是发展中国家，轻轨方兴未艾。各国纷纷根据自已的国情，制定相应的轻轨发展战略和模式。纵观各国情况，大致有以下三类发展模式：一是改造旧式有轨电车为现代化的轻轨。这种模式以德国、前苏联及东欧各国为典型代表。二是利用废弃铁路线路改建成轻轨路线。这种方式以美国圣迭戈轻轨为代表，欧洲也有类似的情况，如瑞典的哥德堡、德国的卡尔·马克思州也都采用这一方式。我国上海五号线、武汉轨道交通1号线一期工程也属于这种方式。三是建设轻轨新线路的方式。对有些城市而言，修建轻轨比修建地铁更经济实惠，因此，诸如马尼拉、鹿特丹、中国香港等城市都相继新修了轻轨线路。经过100多年的发展，轻轨已形成3种主要类型：钢轮钢轨系统、线性电机牵引系统和橡胶轮轻轨系统。钢轮钢轨系统即新型有轨电车，是应用地铁先进技术对老式有轨电车进行改造的成果。线性电机牵引系统(Linear Motor Car)是曲线性电机牵引、轮轨导向、车辆编组运行在小断面隧道及地面和高架专用线路上的中运量轨道交通系统。20世纪80年代，加拿大成功地开发了线性电机驱动的新型轨道交通车辆。它采用线性电机牵引、径向转向架和自动控制等高新技术，综合造价节约近20%。它与轮轨系统兼容，便于维护救援，具有较大的爬坡能力。线性电机技术在加拿大、日本、美国都取得了较大的成功，由此研制的线性电机列车也投入了使用。线性电机列车在我国的广州和北京也有应用。由于线性电机列车具有车身矮、重量轻、噪声低、通过小半径曲线和爬坡能力强等优点，可以轻便地钻入地下，爬上高架，是地下与高架接轨的理想车型。以线性电机作动力，其意义还在于它引起了轨道车辆牵引动力的变革。橡胶轮轻轨系统采用全高架运行，不占用地面道路，具有振动小、噪声低、爬坡能力强、转弯半径小、投资较少等优点。四、市郊铁路所谓市郊铁路，指的是建在城市内部或内外结合部，线路设施与干线铁路基本相同，服务对象以城市公共交通客流，即短途、通勤旅客为主。城市铁路通常是分成城市快速铁路和市郊铁路两部分。城市快速铁路是指运营在城市中心，包括近郊城市化地区的轨道系统，其线路采用电气化，与地面交通大多采用立体交叉。市郊铁路是指建在城市郊区，把市区与郊区，尤其是与远郊联系起来的铁路。市郊铁路一般和干线铁路设有联络线，设各与干线铁路相同，线路大多建在地面，部分建在地下或高架。其运行特点接近于干线铁路，只是服务对象不同。市郊铁路是城市铁路的主要形式。市郊铁路是伴随着城市规模的扩大、卫星城的建设而发展起来的，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。市郊铁路运能与地铁相同，但由于站距较地铁长，运行速度超过地铁，可达80 km/h以上。五、单轨交通单轨也称作独轨(Monorail)，是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，其最大特点是车体比承载轨道要宽。以支撑方式的不同，单轨通常分为跨座式和悬挂式两种：跨座式是车辆跨座在轨道梁上行驶；悬挂式是车辆悬挂在轨道梁下方行驶。单轨是采用一条大断面轨道并全部为高架线路的轨道交通。跨座式轨道由预应力混凝土制作，车辆运行时走行轮在轨道上平面滚动，导向轮在轨道侧面滚动导向。悬挂式轨道大多由箱形断面钢梁制作，车辆运行时走形轮沿轨道走形面滚动，导向轮沿轨道导向面滚动导向。单轨的车辆采用橡胶轮，电气牵引，最高速度可达80 km/h，旅行速度30～35 km/h，列车可4～6辆编组，单向运送能力为(1～2.5)万人次/小时。单轨道交通通历史悠久，早在1821年英国人P.H.Dalmer就开发了单轨铁路，并因此获得发明专利。1888年，法国人在爱尔兰铺设了约15 km的跨座式单轨铁路，采用蒸汽机车牵引，从此有动力的单轨走向实用化阶段，但因为车厢摇摆、噪声大等原因，1942年这条线路停止运营。1893年，德国人Langen发明了悬挂式单轨车辆，1901年在伍珀塔尔开始运营，线路长13.3 km，其中10 km跨河架设，成为利用街道上空建设独轨铁路的先驱。这条线路至今仍在使用，成为该市的一个历史景观。随着科学技术的进步，单轨技术日臻成熟，轨道、车辆和通信信号都有了很大发展，再加上单轨可以利用道路和河流的上方空间，单轨技术受到一定的重视。特别是1958年研制出跨座式、混凝土轨道和橡胶充气轮胎的单轨制式，即目前所称的ALWEG型。美国、日本、意大利等许多国家都建设了这种形式的单轨道交通通，其中日本建成多条单轨系统，是使用单轨最多的国家。我国首条跨座式单轨线路是在有“山城”之称的重庆修建的。重庆轨道交通2号线(较新线)一期工程于2004年建成，全线于2006年开通，单轨客车技术从日本引进，经中国被车集团长春轨道客车股份有限公司的技术人员消化、吸收、再创新，终于在长客制造成功。跨座式单轨道交通通十分适合重庆市道路坡陡、弯急、路窄的地形特点，同时由于结构轻巧、简洁、易融于山城景色取得较好的景观效果。与轮轨相比单轨有很多突出的优点。由于单轨客车的走行轮采用特制的橡胶车轮，所以振动和噪声大为减少；两侧装有导向轮和稳定轮，控制列车转弯，运行稳定可靠。高架单轨因轨道梁仅为85 cm宽，不需要很大空间，可适应复杂地形的要求，同时对日照和城市景观影响小。单轨道交通通占地少、造价低、建设工期短，它的工程建筑费用仅为地铁的1/3。当然，单轨也存在橡胶轮与轨道梁摩擦产生橡胶粉尘的现象，对环境有轻度污染，列车运行在此区间发生事故时救援比较困难。六、新交通系统新交通系统(Automated Guideway Transit，简称AGT)是一个模糊的概念，不同国家和城市对此都有不同的理解，目前还没有统一和严格的定义。广义上认为，AGT是那些所有现代化新型公共交通方式的总称。狭义上新交通系统则定义为：由电气牵引，具有特殊导向、操作和转向方式胶轮车辆，单车或数辆编组运行在专用轨道梁上的中小运量轨道运输系统。在新交通系统中车辆在线路上可无人驾驶自动运行，车站无人管理，完全由中央控制室的计算机集中控制，自动化水平高。新交通系统与独轨道交通通有许多相同之处，最大的区别在于该系统除有走行轨外，还设有导向轨，故新交通系统也称为自动导轨道交通通。新交通系统的导向系统可分为中央导向方式和侧面导向方式，每种方式又可分为单用型和两用型。所谓单用型是指车辆只能在导轨上运行，两用型则指车辆既可在导轨上运行，又可以在一般道路上行驶。新交通系统最早出现在美国，当初多为一种穿梭式往返运输乘客的短距离交通工具，曾被称为“水平电梯”或称为“空中巴士”、“快速交通”。在逐渐发展成一种城市客运交通工具后，一般称为“客运系统”(People Mover System)。后来日本和法国又作了进一步的技术改造和发展，并使其成为城市中的一种中运量客运交通系统。日本称为新交通系统(意指含有高度自动化新技术的交通系统)，以区别于其他各种交通运输工具。法国称为VAL系统，名称来源于轻型自动化车辆(Vehicle Automatique Leger)的法文字母字头的拼音，也有一种说法VAL一词的来历是线路起始地名字头缩写而得名。新交通系统自1963年美国西尼电气公司研发面世后，在世界许多地方被逐渐推广采用，尤以日本和法国无论是技术还是规模都处于领先的地位。目前，世界各地己有几十条规模不等，用途不同，具体构造也有所不同的新交通系统线路。日本有10条线路，日本将高架独轨和新交通系统看做现代化的象征，故从1976年起做出规定，新交通系统可使用国家的财政资助，因而促进了新交通系统的发展。目前，我国内地的新交通系统目前处在起步阶段，天津市于2007年在滨海新区开通了全长7.6公里的亚洲首条胶轮导轨线路，北京市于2008年奥运会前开通了服务于首都机场T3航站楼的新交通系统，上海市也于2009年开通了胶轮导轨电车。我国台湾地区的台北市1994年建成，1996年3月投入运营的木栅线(中山中学至木栅动物园)，线路全长10.8 km，其中高架线10 km、地下线0.8 km，采用VAL制式，属中运量新交通系统。我国香港20世纪90年代后期建设的新机场从登机厅到机场主楼，为接运旅客也建成了一条长约1 km采用VAL制式的新交通系统。城市轨道交通经过较长时间的发展，不同运量等级的线路，有不同形式的交通系统适应，在同一等级线路上，有多种可供选择的交通形式。表1.6列出了上述六种轨道交通系统的主要特征。七、磁悬浮交通磁悬浮交通(Magnific Levitation for Transportation)是一种非轮轨黏着传动，悬浮于地面的交通运输系统。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，使其成为高速、安全、舒适、节能、环保、维护简单、占地少的新一代交通运输工具。