作为城市公共客运体系的骨干和城市最大规模的基础设施项目,城市轨道交通的建设不但决定了城市公共交通发展的水平和方向,而且对城市经济、城市结构和规划发展方向均产生了巨大而深远的影响。由于我国绝大多数城市处于一种超常规发展阶段,城市总体规划滞后,交通规划、轨道交通的路网规划处于一种不稳定状态或空白状态。作为城市轨道交通的总体设计单位必须要认识到这一特征。笔者结合自己十多年参与轨道交通建设、运营的切身体会后认为,运营业绩应是贯穿城市轨道交通总体设计的主线,应成为轨道交通建设的出发点和归宿点。为此,从运营角度谈一谈自己对城市轨道交通总体设计的一些看法。

　　1城市轨道交通总体定位

　　城市轨道交通的总体定位是决定项目建设的战略性问题,它应偏重于宏观性、整体性和策略性的分析。由于各城市在轨道交通前期研究阶段技术积累不多,因此对轨道交通总体定位的把握在宏观层面上、定性分析上就显得格外重要。主要体现在以下几个方面。

　　1.1 客流预测

　　客流预测是通过交通预测模型并在分析现状的基础上,对各年限内轨道交通线路客流的模型、分布、特征、规律等进行预测。然而,这种预测是利用没有轨道交通情况下的现状数据建立交通方式的分担模式,由于模型与城市发展的规划与变化的矛盾影响了其结果的可信度,因此对客流预测的结果要有一个理性的分析。要充分认识到现行客流预测不足的一面,以及还需要经过运营实践反馈调整的另一面。国内对城市轨道交通系统规模的决策完全依靠预测客流这一做法,虽列入《地铁设计规范》等国家标准,但设计依据似乎仍嫌不足。上海地铁自1号线开通以来,关于客流大小的争论就是一个最好的例证。唯客流论很容易掺入人为的因素。因此,不妨依据客流预测结果,再以国际上其它一些城市的形态、中心城市人口总量、人口密度和功能定位等相当的城市客流作为参考来比较,可能更接近实际情况。从表1可见,上海的市区人口数、人口密度、中心城区面积等指标,与东京、汉城等城市比较接近,所以其客流可参考这两个城市来考虑。

　　1.2 城市超常规发展

　　我国正处于一个城市化进程加速发展阶段,然而城市的总体规划以及交通规划、轨道交通路网规划处于一种滞后或不稳定的状态。根据发达国家的经验,当城市发展成熟以及复合化功能提高以后,居住地和工作地选择将会更加自由,交通更加活跃,地域之间的交通量将会更大。如东京市民生活半径为60km,而北京市民生活半径仅为20km。因此,现阶段在轨道交通总体设计上对一些预留项目一定要有预见性。如车站换乘问题,以上海轨道交通4号线(明珠线二期)为例,作为上海路网中唯一的一条环线,它与路网中其它直径线的换乘必然很多,如果全部采用“岛—岛”换乘模式,不论在换乘客流上怎么自圆其说,其在预见性方面的考虑显然是不足的。北京复兴门站换乘方式也有很深刻的教训。笔者认为,像上海城市轨道交通的换乘型式,应首推华盛顿地铁“侧—岛”换乘模式。

　　1.3 建设规模、速度及标准

　　各地建造城市轨道交通都面临资金压力,因此怎样控制建设规模、建设速度和建设标准,不仅需要一个科学的态度,而且需要掌握好分寸,具有前瞻性。轨道交通工程尤其是地下工程有一个最大的特点,就是建造完以后很难更改,因此一味为了追求建设规模和速度而人为降低建设标准是不足取的。

　　2 线路总体设计与路网的关系

　　2.1 路网对单条线路的影响

　　每一座城市要修建轨道交通都不能没有路网。每条线路在总体设计阶段都需要在线路走向、换乘点设计、规划控制、联络线设计、修建顺序、停车场布置等方面和路网发生关系。线路走向不稳定会影响路网整体布局的合理性;换乘点不明确会导致换乘方式严重缺陷以及增加后续工程的建设难度;没有预留停车场和联络线用地位置,就不能从整个线路的角度做到资源共享,这对工程建设和运营的经济性都十分不利;不重视修建顺序的研究,很难尽早合理发挥轨道交通的整体效益。

　　做好路网的规划,最终是为了控制建设用地规划,保证路网规划的可实施性,减少今后工程实施难度并降低造价。在这一方面我们的教训应该说是很深刻的了,如上海地铁1、2号线人民广场换乘问题,东方路站节点等问题,都是路网和单条线路没有很好衔接的最好例证。

　　路网的规划一定要做到专业规划的深度。仅有概念性的路网规划等于没有路网规划。除此之外,路网规划还应考虑大交通网络,包括公交、私车、市郊铁路、地铁轻轨等多种形式,应是一个多样化的综合体系。轨道交通的铺设方式也应是多样化的,地面、高架、地下有机结合,不能一味修建地下线。

　　2.2枢纽站设计

　　由上海市和法国索菲图公司联合编制的上海城市轨道交通路网规划中,共设置了16座大型换乘枢纽站,其中4线换乘站为2座,3线换乘站12座,2条市域线换乘站为2座。这种以大型换乘枢纽站为锚固点,根据城市形态进行路网规划的主题思想是合理的。但在枢纽站设计过程中,应与商业中心、行政中心、地面交通中心合理分布,不宜过于集中。应避免一味强调所谓“零距离”换乘。大型换乘枢纽站设计原则应“疏而不散”。作为客流的集散中心,必须要有充分的空间提供给客流“集与散”。像东方路这种4线换乘枢纽站,远期日均客流总量可能高达60～70万人次,如果不与周边地块规划较好地融合(最好同步规划),客流会对附近地面道路形成很大的冲击。如法国巴黎著名的换乘枢纽站———拉德芳斯,全天客流为50多万人次(其中包括少量公共汽车系统),换乘客流达40万人次,而整个换乘枢纽站占地面积(结合地块开发)达750hm2。

　　3 线路的配线设计

　　线路配线设置包括渡线、折返线、联络线、车辆停放线、存车线以及出入库线。对比国内外线路配线的设计不难看出,国外配线设计注重功能设置,而国内线路配线设置则较多注重“形式”。如《地铁设计规范》规定:每隔3至5个车站的站端设渡线或车辆停车线。为满足规范要求而设一条渡线的例子举不胜举。国外配线设计还表现在注重长远,甚至考虑到土建结构大修时运营组织方案;而国内配线设置只看到眼前,如投资规模是否大,建设节点目标能否完成等。这种线路配线的设计很难在运营阶段发挥较好的客运效果。图1为德国慕尼黑路网配线图,从中可以得到一些启示。

　　应该先有运营组织的设想,再考虑线路的配线设计。而我们较多的线路设计对远期运营方式还是停留在“纸上谈兵”阶段,线路总体设计在运营方式上考虑还是“烂泥萝卜吃一段揩一段”。这对运行里程较短的线路,问题还不算十分突出,无非是运行效能发挥不是最优,运营灵活性差一些。而对上海路网中规划长达100多km的市域线来说,若不尽早进行研究运营模式,将来运营问题可能会非常突出。很明显,市域线采用一个交路的运营模式肯定是不经济的,而采用何种模式的确值得探讨。研究市域线的运营模式一定要结合上海的城市特征及总体规划。

　　笔者认为,市域线如果是一种制式,应在中心城区和市郊区采用交错运营的模式,交错点的选择可分别设置在内、外环线附近,中间折返站最好采用双岛式车站方式,便于两端折返。以规划中的上海市R3线为例,其运行交路设想如图2所示,具体折返点的选择可根据规划、客流等作进一步研究后酌定。

　　如果客流分布悬殊或因市域规划等因素,中心区客流高度集中,新发展的城市带发展不快,造成客流“中间大两头小”的特点而很不匹配,即使采用图2的交路也避免不了土建设备投资的浪费;则采用不同制式的轨道交通,则可能会更为经济合理,其运行交路亦可采用“纺锤型”。

　　4 列车配属数

　　列车配属数主要是根据客流和行车组织方案来表示。总体设计往往根据客流预测表,通过大小交路的设置,提出运营组织方案来满足客流断面的要求。初期列车配属数通常约为每公里一列车。如上海现运营线路长度为65km,列车配属数为64列384节。从国内现有运营地铁线路的实际情况来看,这种方式配属列车不太合理。首先,客流断面没有明显变化的情况,正常运营方案小交路很难实施;若采用大交路运营,列车行走里程增加,原有的列车配属就显得紧张。其次,按现行建设管理的实际情况,在土建、机电设备安装完成后,列车才能陆续抵达进行调试;列车全部调试结束,一般比试运营要晚2年左右;为了使早已完工的线路尽早发挥运营功能,往往采用从其它线路借车的办法,使原本不够的车辆更加紧张。此外,客流的不确定性,以及土地利用和交通之间本身明显的互动联系,在客流预测阶段不能很好地反映出来;若规划没有很好对地铁沿线用地进行控制的话,轨道交通的导向作用将导致沿线地块迅速开发。如上海地铁1号线南延伸段沿线的开发密度过大,造成客流激增。鉴于以上因素,建议列车配属按近期考虑。表2为国外部分城市车辆配属一览表。由表可知,若按6节编组计算,每公里列车配属数约为2列。

　　5 环控模式

　　地铁的环控模式不外乎3种:开式、闭式和屏蔽门模式。按新颁布的《地铁设计规范》,在夏季当地最热月的平均温度超过25℃,全年平均温度超过15℃,且地铁高峰时间内每小时行车对数和每列车车辆数的乘积大于120时,可采用空调系统。鉴于此,上海地铁环控系统制式也只有闭式系统(开、闭运行)和屏蔽门系统两类。有趣的是,上海地铁1号线采用屏蔽门系统(缓装),2号线采用闭式系统(开、闭运行)方式。从表3可看出,线路规模相当的两条地铁线,且1号线客流大于2号线的情况下,2号线的照明、空调费就比1号线多将近1000万元。由此,两种制式技术经济指标一目了然。

　　因此,上海地区地铁环控最佳制式是采用屏蔽门系统。至于采用屏蔽门系统后长大区间隧道温度升高问题,可采用局部预留冷源或增设中间风井的办法来解决。香港地铁“香港—九龙”海底隧道就是采用预留冷源的办法。上海地铁4号线设计时则采用增设中间风井的方法。

　　从地铁新老规范中关于采用空调系统的规定对比来看,新标准的制定是有意识降低空调的使用条件,鼓励使用空调提高舒适度。然而,现上海正在实施的部分线路中,车站设计采用“路堑”式,单层、侧式站台,环控只考虑通风不使用空调。这一设计标准值得商榷。显然,现行做法可能与规范修订的初衷相违背。

　　6 轨道结构

　　地铁轨道结构的设计有别于干线铁路,其自身的特点决定了轨道结构的设计原则是“减振、降噪,少维修”。国内外大量研究表明,地铁轨道结构按其减振效果来划分,可分成3大类:第一大类为一般扣件,其竖向刚度在20～69kN/mm,有一定的减振效果;第二大类为柔性扣件,其竖向刚度在10～25kN/mm之间,用于减振要求相对较高的区域;第三大类为特殊要求的减振轨道结构(减振型轨下基础),用于对减振降噪有特殊要求的地段。

　　上海自地铁1号线建设以来,在轨道结构设计上由于受特定环境的限制,走了一些弯路。地铁1、2号线总体设计原则没错,但考虑到当时的投资及市场环境的制约,减振扣件设计采取模仿国外产品。但从这么多年的使用效果来看,是“有其形、无其魂”,主要还是归结到橡胶制品加工工艺、配比、材料选用等问题。对此,虽做过大量反复改进,使产品的测试能满足设计指标,但橡胶实施阶段的老化问题总过不了关。不难理解,这是因为涉及到橡胶行业核心技术,不是凭简单的模仿可以学到的。从国外轨道结构的设计来看,设计者对轨道扣件的设计只是产品的选型,而非轨道扣件产品的设计。设计只提供技术指标和相关参数,产品生产厂家去做动力学分析,设计出产品。从国外通行的做法中可以看出它的合理性:厂家的产品竞争不仅是价格竞争,还是专利和核心技术的竞争。这种产品选型的习惯做法既有利于技术进步,也有利于保证产品的质量。

　　轨道交通3号线自开通以来,噪声影响一直是困扰管理者的一个难题。这个问题既涉及设计理念,也涉及建设标准。在轨道结构设计中,片面强调扣件高度可调节量而忽视扣件弹性,不能不算是一个失误。高架结构噪声是一个综合性的问题,需要采用综合措施才能解决。国内外的专业人士对解决这一问题的相关措施都较熟悉,但关键是建设标准怎么控制。如果一味强调造价,其结果是将使后期改造费用更高。