韓寶明,金天鳳,方恒堃,魯 放
中國(guó)城市軌道交通經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展,1在發(fā)展速度和建設(shè)規(guī)模上已經(jīng)成為世界第一。我國(guó)目前擁有軌道交通系統(tǒng)制式的全部形式,在中低速磁懸浮、中低運(yùn)量跨座式單軌等新興制式領(lǐng)域也有長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著大城市路網(wǎng)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大和大量中小城市的參與,為了滿足不同的需求,軌道交通制式問(wèn)題重新成為關(guān)注的重點(diǎn)之一。前一段時(shí)間,“智軌”、“云軌”、“巴鐵”等一些新概念也吸引了較為廣泛的社會(huì)關(guān)注。因此有必要專門(mén)討論一下我國(guó)城市軌道交通多制式發(fā)展問(wèn)題。
截至2016年末,中國(guó)大陸地區(qū)共30座城市開(kāi)通城軌交通運(yùn)營(yíng),共計(jì)開(kāi)通城軌交通運(yùn)營(yíng)線路133條,總長(zhǎng)度4 152.8 km。其中,地鐵3 168.7 km,占76.3%;其他6種制式(包括輕軌、單軌、市域快軌、現(xiàn)代有軌電車(chē)、磁浮交通、APM等)共計(jì)984.1 km,占23.7%:輕軌占5.6%;單軌占2.4%;市域快軌占9.9%;現(xiàn)代有軌電車(chē)占4.5%;磁浮交通占1.2%;APM占0.1%[1]。制式構(gòu)成見(jiàn)圖1。
圖1 2016年中國(guó)大陸地區(qū)城軌交通運(yùn)營(yíng)線路制式結(jié)構(gòu)Fig. 1 The structure of urban rail transit system in China in 2016
截至2016年末,在建線路中,地鐵4 925 km,輕軌13.4 km,單軌33.4 km,市域快軌300.7 km,現(xiàn)代有軌電車(chē)328.6 km,磁浮交通28.8 km,APM 6.6 km,7種制式同時(shí)在建。
1.2.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口規(guī)模提供了難得的機(jī)遇
我國(guó)具有國(guó)土面積大、人口多、城市化進(jìn)程快、經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、地區(qū)發(fā)展不均衡等特點(diǎn),為不同制式軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。
交通擁堵、環(huán)境惡化已經(jīng)影響到了二、三線城市,這些城市也已經(jīng)啟動(dòng)軌道交通系統(tǒng)研究工作。根據(jù)《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的通知》[12],進(jìn)一步放寬了軌道交通建設(shè)的要求。但這些城市軌道交通客流斷面相對(duì)較小,傳統(tǒng)輪軌A、B型車(chē)不再適應(yīng)新的發(fā)展需求。
1.2.2 能滿足不同城市和不同區(qū)域的個(gè)性化需求
我國(guó)城市數(shù)量大,城市人口眾多,不同城市以及大城市的不同區(qū)域的交通需求存在差異性,不同的軌道交通制式能滿足不同城市和不同區(qū)域的個(gè)性化交通需求。特別是不同城市的地理特性和城市結(jié)構(gòu)多樣,為各種制式的發(fā)展都提供了空間。
1.2.3 能加強(qiáng)我國(guó)城市軌道交通產(chǎn)業(yè)的全面性
我國(guó)已經(jīng)是全球城市軌道交通最大的市場(chǎng),在軌道交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、裝備制造方面都具有強(qiáng)大的實(shí)力,并且已經(jīng)具備了完整的軌道交通產(chǎn)業(yè)體系,幾乎具備所有常用制式軌道交通系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),可以為世界其他國(guó)家提供全面和多樣性的產(chǎn)業(yè)服務(wù)。
目前,《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》將城市軌道交通分為地鐵、輕軌、有軌電車(chē)、單軌、APM、磁懸浮和市域快軌共7類。城市軌道交通系統(tǒng)制式的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用地區(qū)對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 城市軌道交通系統(tǒng)制式優(yōu)缺點(diǎn)及適用地區(qū)對(duì)比Tab. 1 The advantages and disadvantages of urban rail transit system and its applicable area
除傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌地鐵和輕軌系統(tǒng)制式外,中國(guó)內(nèi)地城市軌道交通多制式的特色線路主要總結(jié)如下。
1.4.1 輕軌系統(tǒng)
輕軌是城市軌道交通中運(yùn)量系統(tǒng)中的鋼輪鋼軌系列,它以新型有軌電車(chē)街面敷設(shè)方式為工程基本元素,吸取了地鐵線路和信號(hào)的先進(jìn)技術(shù)要素,提高了車(chē)輛速度、發(fā)車(chē)密度和運(yùn)量等級(jí),是介于地鐵與有軌電車(chē)之間的軌道交通中運(yùn)量系統(tǒng)。
長(zhǎng)春輕軌是中國(guó)較早建設(shè)和具有較大規(guī)模的輕軌系統(tǒng),采用 70%和 100%低地板車(chē)運(yùn)營(yíng),主要采用高架和地面線路敷設(shè)形式,能滿足中等運(yùn)量客流需求,其車(chē)輛見(jiàn)圖2。
圖2 長(zhǎng)春輕軌車(chē)輛Fig. 2 Changchun light rail vehicle
1.4.2 現(xiàn)代有軌電車(chē)系統(tǒng)
由于造價(jià)低、審批相對(duì)容易等優(yōu)勢(shì),現(xiàn)代有軌電車(chē)在我國(guó)中小城市和大城市的郊區(qū)得到迅速發(fā)展,目前在沈陽(yáng)、廣州、南京、蘇州、武漢、北京、深圳以及淮安等城市先后建成運(yùn)營(yíng)[3]。其中沈陽(yáng)渾南新區(qū)一次性建成4條線路長(zhǎng)達(dá)60 km的有軌電車(chē)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了跨線運(yùn)營(yíng)。此外,北京西郊線已經(jīng)于2017年12月30日通車(chē)正式運(yùn)營(yíng)。其車(chē)輛分別見(jiàn)圖3、圖4。
圖3 沈陽(yáng)渾南新區(qū)有軌電車(chē)Fig. 3 Hunnan modern tram
圖4 北京西郊線有軌電車(chē) Fig. 4 Western suburban tram
1.4.3 單軌系統(tǒng)
1)跨座式單軌系統(tǒng)??缱絾诬壗煌ㄜ?chē)輛采用橡膠車(chē)輪跨行于梁軌合一的軌道梁上(見(jiàn)圖5)。車(chē)輛除走行輪外,在轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)尚有導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪,夾行于軌道梁的兩側(cè),保證車(chē)輛沿軌道安全平穩(wěn)地行駛。
重慶引進(jìn)了日本日立的跨座式單軌系統(tǒng),建設(shè)了2、3號(hào)線等幾條線路,并實(shí)現(xiàn)了全部關(guān)鍵技術(shù)的自主化,運(yùn)營(yíng)里程達(dá)100 km,是世界上運(yùn)營(yíng)單軌里程最長(zhǎng)的城市。蕪湖市軌道交通1、2號(hào)線采用浦鎮(zhèn)車(chē)輛廠引進(jìn)的龐巴迪跨座式單軌技術(shù),已經(jīng)開(kāi)工建設(shè)。此外,比亞迪推出了名為“云軌”的中低運(yùn)量跨座式單軌系統(tǒng),并在銀川花博園建設(shè)運(yùn)營(yíng)了一條試驗(yàn)觀光線路,目前全國(guó)有20多個(gè)城市計(jì)劃修建單軌交通。
2)懸掛式單軌系統(tǒng)。懸掛式單軌,其運(yùn)行軌道位于列車(chē)上方,是列車(chē)懸掛在半空中運(yùn)行的一種中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)(見(jiàn)圖6)。車(chē)輛除走行輪外,在轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)尚有導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪,始終在箱形軌道內(nèi)部,保證車(chē)輛沿軌道安全平穩(wěn)地行駛。
圖5 重慶跨座式單軌車(chē)輛Fig. 5 Chongqing straddletype monorail vehicle
圖6 青島四方廠內(nèi)試驗(yàn)線Fig. 6 Suspended monorail test line in Sifang locomotive and rolling stock works
目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有正式運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目,陜西韓城計(jì)劃采用青島四方懸掛式單軌技術(shù)建設(shè)第一條線;此外,在四川雙流,使用中車(chē)浦鎮(zhèn)車(chē)輛建設(shè)了試驗(yàn)線。
1.4.4 APM(旅客自動(dòng)輸送)系統(tǒng)
中國(guó)最早的APM系統(tǒng)是北京首都機(jī)場(chǎng)T3航站樓內(nèi)部的系統(tǒng),俗稱“小火車(chē)”(見(jiàn)圖 7),主要用于替代擺渡車(chē)解決機(jī)場(chǎng)內(nèi)部不同區(qū)域的乘客輸送問(wèn)題,完全采用國(guó)外技術(shù)。真正服務(wù)于城市交通的第一條APM系統(tǒng)是廣州珠江新城的APM,僅有3.9 km長(zhǎng)。
圖7 北京首都機(jī)場(chǎng)APM車(chē)輛Fig. 7 Automated people mover vehicle in Beijing Capital International Airport
1.4.5 磁懸浮系統(tǒng)
磁懸浮列車(chē)是一種現(xiàn)代高科技軌道交通工具,它通過(guò)電磁力實(shí)現(xiàn)列車(chē)與軌道之間無(wú)接觸的懸浮和導(dǎo)向,再利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車(chē)運(yùn)行。
上海磁懸浮線是世界第一條正式商業(yè)運(yùn)營(yíng)的高速磁懸浮線路(見(jiàn)圖 8),從軌道交通龍陽(yáng)站至浦東機(jī)場(chǎng),全長(zhǎng)約30 km,2003年投入試運(yùn)營(yíng),采用的是德國(guó)的技術(shù)。
圖8 上海高速磁懸浮Fig. 8 Shanghai maglev train
2004年11月,原建設(shè)部總工周干峙院士發(fā)表日本名古屋中低速磁浮基本情況的文章[4],建議在國(guó)內(nèi)城市軌道交通中,嘗試中低速磁浮交通,得到了磁浮交通研發(fā)的產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)的積極響應(yīng)。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展,中國(guó)已經(jīng)掌握了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中低速磁懸浮技術(shù),并建成了北京磁懸浮S1線(見(jiàn)圖9)和長(zhǎng)沙機(jī)場(chǎng)磁懸浮線(見(jiàn)圖 10)。這兩條線路的建設(shè)都體現(xiàn)了地方政府對(duì)軌道交通創(chuàng)新技術(shù)的積極示范和推廣作用。
圖9 北京磁浮S1線Fig. 9 Beijing maglev Line S1
圖10 長(zhǎng)沙機(jī)場(chǎng)磁浮快線Fig. 10 Maglev express in the airport of Changsha
1.4.6 直線電機(jī)系統(tǒng)
直線電機(jī)系統(tǒng)是采用直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的典型非黏著驅(qū)動(dòng)方式的軌道交通系統(tǒng)。在直線電機(jī)的電動(dòng)車(chē)輛中,推進(jìn)力由鋪設(shè)在鋼軌間的反作用板直接傳遞,所以不受黏著的限制,有利于通過(guò)大坡道(最大坡度可達(dá)60‰)和小半徑曲線(最小半徑為65 m)的線路。
圖11 北京機(jī)場(chǎng)線直線電機(jī)車(chē)輛Fig. 11 Linear motor vehicle in Beijing Subway Airport Express
直線電機(jī)系統(tǒng)是屬于城市軌道交通中運(yùn)量系統(tǒng)。目前,國(guó)內(nèi)主要在廣州3、4、5號(hào)線采用該技術(shù),技術(shù)引進(jìn)自日本。北京首都機(jī)場(chǎng)線采用來(lái)自加拿大龐巴迪的直線電機(jī)技術(shù),曾服務(wù)于北京奧運(yùn)配套工程,被稱為國(guó)門(mén)第一線。
1.4.7 市域快軌系統(tǒng)
市域快速軌道系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展非??斓囊环N大運(yùn)量軌道運(yùn)輸系統(tǒng),適用于城市區(qū)域內(nèi)重大經(jīng)濟(jì)區(qū)之間中長(zhǎng)距離的客運(yùn)系統(tǒng)。目前,國(guó)內(nèi)超大城市隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)不斷完善和城市化進(jìn)程的不斷擴(kuò)大,新的客流需求進(jìn)一步增加,市域快軌系統(tǒng)提上日程,北京、上海、廣州以及成都在新一版建設(shè)規(guī)劃中均提出了市域快軌修建計(jì)劃。從目前國(guó)內(nèi)建設(shè)情況來(lái)看,利用既有鐵路或者部分改造既有鐵路開(kāi)行市域快軌的情況較為普遍[5],例如北京S2線,上海金山線等,普遍采用鐵路既有車(chē)輛CRH動(dòng)車(chē)組模式(見(jiàn)圖12)。北京市計(jì)劃開(kāi)通的副中心線以及黃懷密線將采用更加適應(yīng)公交化的CRH6F型車(chē)輛。目前新建線路中,溫州市域線S1線計(jì)劃采用四方廠生產(chǎn)的 CRH6S型車(chē)輛,北京首都新機(jī)場(chǎng)線也計(jì)劃采用該種車(chē)輛。
圖12 市域快軌采用的CRH動(dòng)車(chē)組Fig. 12 CRH multiple units in regional express rail
從客流性質(zhì)和服務(wù)功能以及車(chē)站間距和運(yùn)營(yíng)速度方面分析,市域快軌選用車(chē)輛應(yīng)更靠攏城市軌道交通車(chē)輛的性能,具有較高的加減速度和超載能力,并有利于與城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)互通運(yùn)行。車(chē)輛最高運(yùn)行速度應(yīng)突破100 km/h、提高至120或140 km/h,必要時(shí)可采用160 km/h。
現(xiàn)有《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》將城市軌道交通分為地鐵、輕軌、單軌、市域快軌、現(xiàn)代有軌電車(chē)、磁浮交通、APM等7種制式,存在一定局限性。有的按照運(yùn)量劃分,有的按照功能定位劃分,有的按照軌道形式劃分,各種制式之間存在交叉和模糊性。這為不同制式指定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)造成了困難[6],例如,直線電機(jī)是否作為一種制式在業(yè)中尚有爭(zhēng)議。
我國(guó)城市軌道交通線路制式仍然以大運(yùn)量的地鐵為主,占比接近 80%,中低運(yùn)量的其他制式比例還比較低。從國(guó)際公共交通協(xié)會(huì)(簡(jiǎn)稱UITP)2015年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推算,世界上城市軌道交通總里程約29 000 km,其中地鐵總里程達(dá)12 500 km,占比僅有43%[7],說(shuō)明我國(guó)的城市軌道交通線路結(jié)構(gòu)還較為單一,不能滿足城市個(gè)性化的交通需求。
當(dāng)前我國(guó)軌道交通其他制式發(fā)展緩慢的主要原因有:1)地方政府認(rèn)為地鐵才夠檔次;2)地鐵制式相對(duì)技術(shù)成熟;3)現(xiàn)階段主要滿足城市核心區(qū)的需要,傾向于采用大運(yùn)量系統(tǒng);4)按造價(jià)比例取費(fèi)的模式使規(guī)劃設(shè)計(jì)單位不愿選擇較低造價(jià)的其他制式。
一般特殊制式都有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),然而在實(shí)際應(yīng)用中常常沒(méi)有得到很好的發(fā)揮。例如有軌電車(chē)的主要優(yōu)勢(shì)是造價(jià)低和工期短[8],但北京的有軌電車(chē)西郊線的造價(jià)和工期都幾乎接近傳統(tǒng)地鐵。廣州珠江新城APM由于線路太短和全地下建設(shè),造價(jià)居然高達(dá) 5億元/km。直線電機(jī)具有線路斷面小能降低隧道成本的優(yōu)勢(shì),然而,在我國(guó)由于線路太少,施工單位采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸盾構(gòu)施工,使得該優(yōu)勢(shì)蕩然無(wú)存。北京磁懸浮系統(tǒng)考慮疏散功能需求,采用傳統(tǒng)梁上梁結(jié)構(gòu),對(duì)磁浮橋梁景觀影響較大,造價(jià)較高。
有些城市在制式選擇時(shí),出于照顧本地產(chǎn)業(yè)或者追求創(chuàng)新等目的,沒(méi)有選擇成熟的、適合本地特點(diǎn)的軌道交通制式。在城市軌道交通制式多元化的大趨勢(shì)下,各城市都爭(zhēng)相發(fā)展不同制式作為城市的亮點(diǎn)以博取眼球,忽略了倡導(dǎo)多制式城市軌道交通協(xié)調(diào)發(fā)展的本意:“只有多制式并且相互之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、綜合利用,才能夠解決好我們國(guó)家軌道交通的發(fā)展問(wèn)題”[9]。促進(jìn)城市軌道交通制式多元化,但不能盲目發(fā)展多制式軌道交通。一個(gè)城市如果軌道交通制式太多,將會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián)、共線運(yùn)行和維護(hù)成本的問(wèn)題。另一方面,盲目采用一些還未形成產(chǎn)業(yè)化的新興軌道交通系統(tǒng),供應(yīng)商數(shù)量太少,市場(chǎng)有限,可能會(huì)在成本、可靠性、維保的可持續(xù)性方面造成新的困難。
發(fā)展多制式帶來(lái)了運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜化,同時(shí)不利于不同制式車(chē)輛在不同線路之間的互聯(lián)互通。隨著城市軌道交通制式的多元化,前期已建成的軌道交通線路,在交通制式方面無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通[10-11]。例如,北京的 S1線采用了新的中低速磁懸浮制式,完全喪失了未來(lái)與6號(hào)線貫通運(yùn)行的可能性。
目前,除了傳統(tǒng)的幾種軌道交通制式外,還出現(xiàn)了一些新概念,給社會(huì)大眾造成了認(rèn)知上的混淆。例如,“云軌”只是一種產(chǎn)品品牌,并不是一種新的制式?!爸擒墶毕喈?dāng)于自動(dòng)導(dǎo)向的地面公共汽車(chē),是否屬于軌道交通尚有爭(zhēng)議。目前我國(guó)軌道交通制式的分類還不是很完善,分類依據(jù)還不統(tǒng)一。建議盡快修訂《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》或?qū)iT(mén)制定《城市軌道交通分類標(biāo)準(zhǔn)》。同時(shí)建議由政府引導(dǎo)開(kāi)展“標(biāo)準(zhǔn)先行”戰(zhàn)略,完善城市軌道交通行業(yè)各類系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。
多制式軌道交通協(xié)同發(fā)展已成為城市軌道交通發(fā)展的主流趨勢(shì)。城市發(fā)展需求與客觀條件同城市軌道交通制式的選擇彼此間相互作用,影響選擇的因素存在多樣性,且選擇的主要因素相互藕合而非獨(dú)立。因此,堅(jiān)持“因地制宜”“統(tǒng)籌兼顧”“可持續(xù)”的發(fā)展理念,根據(jù)不同的城市情況科學(xué)匹配制式種類和數(shù)量,將會(huì)更好地發(fā)揮城市軌道交通對(duì)城市、地區(qū)發(fā)展的引領(lǐng)作用,幫助我國(guó)更快更好地建立和完善城市軌道交通系統(tǒng)行業(yè)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)體系。
可以預(yù)見(jiàn),隨著技術(shù)發(fā)展的日新月異,軌道交通系統(tǒng)會(huì)不斷發(fā)生新的變化,可能會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的新概念。應(yīng)該采用發(fā)展的眼光看待制式問(wèn)題,相信傳統(tǒng)制式的不足會(huì)逐漸得到改進(jìn),新的制式也會(huì)不斷出現(xiàn),不同制式都將在不同時(shí)期和不同位置發(fā)揮各自的效用。
城市軌道作為投資巨大的重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目,關(guān)鍵技術(shù)裝備的自主化能有效降低成本,節(jié)省投資[12]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,面對(duì)不斷出現(xiàn)的新的制式,應(yīng)當(dāng)重視其中關(guān)鍵技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主化問(wèn)題,避免受制于人。
我國(guó)有201座百萬(wàn)以上人口的城市,目前有超過(guò)100座城市開(kāi)始規(guī)劃各自的軌道交通系統(tǒng),線網(wǎng)規(guī)劃總里程超過(guò)2萬(wàn)km。未來(lái)5~10年是我國(guó)城市軌道交通高速發(fā)展的黃金期,城軌交通多制式發(fā)展已逐漸成為趨勢(shì),今后中國(guó)的城軌交通將形成多制式協(xié)調(diào)發(fā)展的新格局。正確認(rèn)識(shí)城市軌道交通系統(tǒng)制式問(wèn)題,將促進(jìn)我國(guó)城市軌道交通健康發(fā)展,滿足城市出行需求,并在我國(guó)軌道交通產(chǎn)業(yè)走出去方面發(fā)揮積極的作用。
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