城市轨道交通系统分析
作者：李枫(上海铁道大学交通运输学院)
1 城市轨道交通系统的基本概念
城市轨道交通是一种依托轨道运行，借助电力驱动，以列车编组方式在城市区域快速行驶的交通工具，是一种现代化的城市公共客运系统。
城市轨道交通系统的基本功能是为城市人口(包括居民与流动人口)提供大众化的出行服务。由于它具有速度快、容量大的基本特性，因而特别适用于市内和城郊之间大规模的、集中性的、定点、定时、定向的出行需求，成为现代城市公共客运交通体系的骨干，起到客流组织的主导作用。
城市轨道交通系统的基本要素包括：(1)设备。可分为两类。一类是固定设施，如线路、车站、车辆段、环境系统、指挥控制系统(信号、联锁、闭塞系统)等；另一类是移动设施，如动车组、自动停车装置等。系统为乘客提供出行服务时，与顾客直接接触的是车站内的各种设施(如上下扶梯、自动售检票系统、座椅等)和车内的各种设施(如座位，各种信息设施等)，这些设施的数量与质量直接影响乘客出行的方便性与舒适性。(2)人员。可分为两类。一类是乘客，即被服务者。他们的出行需求各不相同，要求各异，因而对系统的运营带来较高的要求；另一类是系统内部的职工，包括第一线的基层职工和后勤、管理人员等。他们是服务的提供者，要求具有较高的素质。(3)技术与管理。包括各种作业技术、方法和管理制度，属系统的软件部分，主要是为了保证系统能够高效、可靠地运行，见图1。
图1 城市轨道交通系统及其环境
城市轨道交通系统的环境。狭义地讲，是指在城市综合交通系统中城市轨道交通子系统与其它交通子系统的相互关系，包括其在整个系统中的地位以及与其它交通方式的竞争与协作关系。广义地讲，则是指整个城市系统的形态，即城市土地与空间开发利用的强度及其分布，包括居民人口的分布、商贸网点的分布、工业区的分布、文化娱乐业的分布等。他们是交通需求之“源”，决定着城市人口出行需求的强度大小与空间分布，对城市轨道交通系统的网络分布与运输能力提出相应的要求。
城市轨道交通系统的层次结构。就目前城市轨道交通系统的技术发展水平而言，包含市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、有轨电车、高架导轨电车等几种方式。根据其运能大小，大致可划分为三个层次：一是大容量的轨道交通方式，主要是地下铁道和市郊铁路，适合于市中心区和市郊有大密度客流的地区与方向；二是中等容量的轨道交通方式，主要是指轻轨交通，适合于市郊间、市区次中心之间，甚至市区(主要是中、小城市)等有相当客流量的方向与地区；三是低容量的轨道交通方式，主要是指传统的有轨电车和单轨系统等，适应于较小运量的地区或方向。上述三个层次与常规公交汽、电车互相有机配合，可高效、快速地完成城市人口的出行需求。
2 城市轨道交通系统的地位与作用
如图2所示，从系统的层次性分析，城市社会经济大系统、城市综合交通系统和城市轨道交通子系统三者之间是递阶包涵的关系。
图2 城市轨道交通系统的地位与作用
1——城市轨道交通子系统；2——城市综合
交通系统；3——城市社会、经济大系统。
首先，城市是相对于乡村的社会、经济大系统，从某种意义讲，其本质是时间和空间上的高效率与高效益，城市必须保持充分的活力和相当的发展空间。
实践证明，一个城市要做到这一点必须有一个高效率的城市综合交通系统作支撑。这是因为城市交通系统是城市社会、经济大系统中的一个重要子系统。一方面城市土地利用与开发提出相应的交通需求，需要一个高效的城市交通系统来支持；另一方面，城市交通系统的发展，交通可达性的提高，又会反过来影响城市土地的利用与开发，引导城市形态向一定方向演化。二者的关系可表示如图3〔1〕。因此，城市要科学合理的发展、演化，除了要做好城市总体综合规划之外，还应该规划好城市交通子系统。
图3 城市交通系统与土地利用的相互关系
其次，城市是一个人口密集，各种交流活动频繁的特定空间区域。在这个区域中交通需求集中、定时、密度大，同时还要求快速、高效、安全、方便、舒适等。城市轨道交通系统以其高效、优质的服务和节省资源、轻度污染的特性恰好满足上述技术、经济方面的要求。因而成为城市交通系统的骨干。相应地，其它交通方式(如常规公交汽、电车，出租车，小汽车，自行车等)则起到补充、配合的辅助作用。因此，一个好的城市交通系统首先要规划好、建设好和管理好其核心部分——城市轨道交通子系统。
综上所述，城市轨道交通系统在城市综合交通系统与城市发展、演化中的地位和作用主要表现在以下几个方面：
(1) 它是城市综合交通系统的核心，起到客流组织的骨干作用。城市综合交通系统具有多层次结构。第一层次(高架或地下全隔离系统)——轨道交通、快速干道(汽车交通)；第二层次(地面部分隔离)——轨道交通或公交干线、城市干道(汽车交通)；第三层次(延伸至居民区及其它功能区)——公交线路、城市道路(汽车交通)。显然，第一层次是骨架与主干(大动脉)，第二层次是辅助与补充(一般血管)，第三层次是集疏与延伸(毛细血管)。
(2) 它是城市发展与演化的必要条件。城市轨道交通系统能够满足大运量、长距离的快速客运要求，因而可解决城市面积拓展与空间合理开发运用的客运通道问题。
(3) 它是城市可持续发展的基础与保障。在土地占用、能源消耗、空气质量、景观质量、客运质量等主要交通、环境指标方面，轨道交通可达到最优水平。
3 城市轨道交通系统的基本特性
从一定意义上讲，城市轨道交通系统不仅是一个公共客运系统，而且是一个经济系统、一个社会系统。因而它不仅具有交通特性，而且表现出相应的经济特性和社会特性。
3.1 交通特性
(1) 提供高效、优质的出行服务。高效体现在速度快、容量大；优质体现在方便、舒适等。如表1所示〔1，2〕。
表1 城市轨道交通系统基本交通特性
地铁 轻轨 公交
运输能力/万人.单向高峰小时-1 3～6 0.6～2 ＜0.8
平均运行速度/km.h-1 30～60 18～40 10～15
时间准确性 良好 良好 较差
舒适性 好 好 较差
与地面交通的隔离率/% 100 30～80
线路的复杂性 简单/复杂 简单 复杂
运营自动化程度 最高 较高 低
(2) 节约资源(特别是节约城市稀有的土地空间资源)。主要表现在两个方面：一是能耗低，二是占地少。由于城市轨道交通系统采用的是大运量、集中化运输方式，且采用了一系列高新技术，因此单位乘客的能耗是其它任何一种城市交通方式所无法比拟的，同时占用的城市土地空间资源也是最少的。如表2所示〔3〕。
表2 各种交通方式占用道路面积(静态)
交通方式 每位乘客占用的道路面积/m2
自行车 6～10
小汽车 10～20
公共汽电车 1～2
轨道交通 0.5(地面) 0(地下)
(3) 轻度污染——体现在噪声、震动、空气污染程度小等。由于城市轨道交通系统一般采用电力牵引方式和大运量、集中化运输方式，因此，每运送一位乘客所产生的污染微乎其微，通常被称为“绿色交通”。如表3所示〔4〕。
表3 各种交通方式每乘客公里能耗与空气污染比较
交通方式 客位利
用率 能耗
/peg CO排放
量/g VOC排
放量/g NOx排
放量/g
小汽车 2.25人 60 27 4.2 1.3
公共汽车 25% 25 1.2 0.25 0.80
地铁和区域
快速铁道 21%～
25% 19～
19.5 0 0 0
注：1.Peg为汽油克当量；2.VOC为挥发性有机混合物；3.小汽车以汽油车为准。
3.2 经济特性
(1) 属巨额资金密集型系统。首先，初期建设投资需要巨额资金。由于城市轨道交通系统建设要求高、施工难度大、设备的技术标准也高，常常成为一个城市中有史以来最大的基础设施建设项目之一。因此，一个城市若没有相当强的经济实力和财政基础是无法进行大规模轨道交通系统建设的。
其次，运营成本也相当高。一方面城市轨道交通系统能源消耗绝对量相当大，包括列车牵引、环境控制、车站机电设备及通信信号设备等日常运转的能耗。另一方面高标准的防灾系统的投资成本与维护保养成本也很高。同时，大量运营管理与服务人员的开支、设备的运行费用也使运营成本居高不下。
(2) 企业财务收益与社会经济效益相差悬殊。由于城市轨道交通系统具有较强的公用性，强调社会经济效益的最大化，使得运营企业无法按运营成本制定票价，因此运营企业极易亏损，即便是运营成本的回收都几无可能，常常需要依赖国家、政府、社会提供大量的补贴。
3.3 社会特性
(1)具有公用事业的性质；
(2)具有基础设施的功能。
这些特性是从不同层次和不同角度对城市轨道交通系统进行观察与分析得到的，对于探讨城市轨道交通系统的管理体制很有裨益。
4 城市轨道交通系统的产品概念
4.1 城市轨道交通系统的基本性质
城市轨道交通属于一般交通运输业的范畴。关于一般交通运输业的性质，已有大量文献进行了详细的阐述与说明〔5〕。一般认为：交通运输企业首先具有物质生产的性质，同时在一定程度上兼有商业服务的性质，是生产性与服务性的统一。这个论述与ISO9004-2《质量管理和质量体系要素 第二部分：服务指南》的观点是一致的。该标准有如下一个连续系谱图(图4)表明：生产性与服务性通常共生于一个行业中，只不过不同的行业，生产性与服务性的成分不同而已。
图4 服务连续区间内的产品内容
因此，作为特定交通运输企业的城市轨道交通系统，首先具有物质生产的性质，同时兼有商业服务的性质。
4.2 城市轨道交通运营企业的产品
所谓产品，是指活动或过程的结果。产品可包括硬件、流程性材料、软件、服务或它们的组合。产品可以是有形的(如组件或流程性材料)，也可以是无形的(如知识或概念)或是它们的组合。产品可以是预期的(如提供给顾客)或非预期的(如污染或不愿有的后果)〔6〕。
由此可见，产品是一个广义的概念，包括了硬件、软件、流程性材料和服务四大类别，还可以是它们的任意组合。结合以上对城市轨道交通系统性质与特点的分析，其产品应包括两类：一是乘客位移；一是在乘客出行过程中所提供的各种服务。二者恰恰反映了系统生产性与服务性的统一。当然，这两类产品不是相互独立的，而是相辅相成的。
这里，为乘客出行所提供的服务，狭义的是指企业销售位移产品的商业性服务，体现为售票前、中、后的服务等。广义的还应包括环境服务、信息服务、购物与办事服务等。实际上，当前世界各国的城市轨道交通企业为快速收回巨额投资，尽量减少亏损，提高自己的经济效益，无不在推行多种经营的政策，以争取主业和副业的相互促进。
5 城市轨道交通系统管理的基本内容
任何城市的轨道交通系统都有一个从无到有、从线到网、不断发展、不断完善的成长过程。这个过程可经历三个阶段——规划、建设和运营。城市轨道交通系统的管理就是指对上述三个阶段的全过程管理。因此，其基本内容包括以下三个方面：
(1) 规划管理
规划就是指对未来进行分析并作出相应的安排。其目的主要是为了实现系统自身内部的协调、系统与环境的协调，以发挥系统效率、体现系统的效益〔7〕。城市轨道交通系统的规划就是要做到系统内部线路网络的合理分布、运输能力的合理分配，做到与其它交通子系统(如常规公交、自行车等)的相互协调，进一步与城市社会经济大系统相协调，以满足现代城市人口迅速、舒适、频繁的出行需求。
规划管理的内容主要包括两个方面。一是规划方案的设立与选择。这方面要求进行大量的定性、定量分析，借鉴已有的成熟经验，采用科学的规划决策机制和最新的规划理论与方法。通常委托权威机构进行规划研究。二是规划方案的实施，包括建设用地的控制、建设计划的拟定、资金筹措的管理等。
(2) 建设管理
城市轨道交通系统的工程技术比较复杂，设备也比较先进，要耗费巨额的资金，这就成为一个城市最大的公益性投资项目之一。因此，必须进行科学的建设管理，以确保工程质量和投资效益。
城市轨道交通系统的建设管理包括两个方面。一是建设计划的管理。城市轨道交通系统的建设，一般采用逐线、甚至逐段的建设方案，为了保证系统能够有计划的建成和投资效益的最大化，必须制定切实可行的财政援助计划、资金筹措计划等，同时进行最佳建设时机和建设顺序的研究。二是建设过程的管理。城市轨道交通系统项目的建设过程如图5所示。
图5 城市轨道交通系统项目建设的全过程
建设过程的管理，就是对上述整个过程的每个分过程、每个环节的全面管理，包括投资、进度和质量三个方面的计划、控制与管理。
(3) 运营管理
运营管理是指对城市轨道交通系统各类要素(包括人员、设备、技术和管理)的计划、组织、指挥、协调与控制。其目的是为了充分发挥系统的效率、确保乘客出行的质量。主要包括生产调度、设备管理、技术管理、质量管理、财务管理等。
6 城市轨道交通系统的管理体制及其经营管理特点
6.1 城市轨道交通系统的管理体制
城市轨道交通系统具有资金密集的经济特性。因此，在早期资本市场并不发达时期，城市轨道交通系统(地铁)一般由政府出资建设；同时，由于城市轨道交通系统具有企业财务收益与社会经济效益相差悬殊的特性，使得运营企业即便是运营成本本身也没有能力收回。因此，早期一般由政府来组织运营，亏损由财政负担。总之，无论建设与运营均由国家经营。
国营的缺点是产权不明晰，经营者不负责其资产的保值与增值。因此，后期城市轨道交通系统逐渐转向民营。
民营表现在两个方面：一是在建设融资上，大量私有资本通过发行券、股票等进入城市轨道交通系统的建设领域；二是在经营管理上，企业一般是在一定的政府优惠与支持政策及管制与约束下自主经营、自负盈亏。政府的优惠与支持主要表现在税收、折旧等方面，其目的是要降低企业的风险、提高企业的盈利能力与积极性；政府的管制与约束主要体现在规划安排、投资限制、定价约束等方面，其目的是保证整个系统的社会经济效益实现最大化。
6.2 城市轨道交通系统的企业经营与管理特点
首先，企业实际上进行的是非完全的市场经营。一方面政府给予企业相应的支持与优惠政策以确保经营企业的盈利能力，提高其经营的积极性。另一方面，政府又对企业制定各种管制政策和进行一定的行为约束以确保整个系统的社会经济效益最大化。因此，可以说城市轨道交通系统的企业经营是市场经营成分和协议(与政府)经营成分的综合。
其次，城市轨道交通系统的企业一般采取多种经营的战略，综合开发其土地空间资源，以增强企业的盈利能力。企业总是首先抓好主营业务——运营生产的经营与管理，以高质量的服务吸引大量的乘客为其它辅营业务创造良好的外部环境；同时重视辅营业务，如房产物业的经营、商业的经营、旅游业的经营等，以充分利用客流密集的优势，有效开展多种经营业务。这方面以香港地铁的经营最为典型。
城市轨道交通的作用
城市轨道交通是城市公共交通的骨干，具有节能、省地、运量大、全天候、无污染（或少污染）又安全等特点，属绿色环保交通体系，特别适应于大中城市。
作用：轨道交通覆盖主要廊道与中心体系，至少成为城市综合交通运输网络的骨干网络，在一些城市，更是成为客运体系中的主体网络，因此，轨道交通的发展不能仅关注其自身的特性，作为相对固化的运输方式，其与相对灵活的地面公交、步行、自行车、私人机动化方式之间的关系决定着其运输效果能否完整的实现。
(7)城市轨道交通车辆作用扩展阅读：
轨道交通联系着城市主要客流集散点，这些点是城市空间的锚固点、是城市产业的锚固点，按照TOD发展的思想，轨道引领的城市的完善，轨道交通与城市之间的关系处理得好，可以成为轨道上的城市，处理得不好，就成为城市上的轨道。
从轨道交通的三大功能来看，轨道交通发展的是否成功，不仅仅取决于轨道交通本身的运输效果如何，而是需要从更综合、更宏观、更系统的角度进行综合评价。