賴晴鷹，劉 軍，郭樹東，趙 晨

（1 中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司 助理研究員，北京 100038；2 北京物資學(xué)院 教授，北京 101149；3、4 中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司 正高級工程師、研究員，北京 100038）

我國城市發(fā)展促使城市規(guī)模擴(kuò)大，逐步成“都市圈”，中心城區(qū)到郊區(qū)、城市多中心間的客流增加更為迅速[1]。為滿足日益增長的都市圈客流需求，各大城市相繼出臺了城市交通規(guī)劃，例如，2022年北京市規(guī)劃和自然資源委員會組織編制《北京市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃（2020年—2035年）》中提及，北京市將實(shí)現(xiàn)“中心城區(qū)內(nèi)45 min可達(dá)，副中心內(nèi)、主副之間及多點(diǎn)至中心城區(qū)30 min以內(nèi)；一區(qū)及跨界組團(tuán)至主副中心1 h以內(nèi)”的目標(biāo)。但是，從交通供給角度上看，用于滿足城市群內(nèi)部大容量、快出行客流群體的交通方式相對較少，無法有效滿足出行需求，另一方面也制約了高水平城市群的建設(shè)與發(fā)展，與國家“十四五”規(guī)劃中提出的構(gòu)建都市圈通勤交通網(wǎng)的要求不相適應(yīng)。因此，發(fā)展適合都市圈通勤交通出行的大容量、快速交通工具就成為迫切需要解決的問題。

中速磁浮列車[2-3]（時(shí)速200 km）作為一種新型交通方式，具有快速、便捷、綠色、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在滿足城市圈內(nèi)部大容量、高密度、快速通勤客流需求等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，對于解決城市化進(jìn)程帶來的客流矛盾具有較大的潛力，能夠促使我國城市化過程良性發(fā)展。2021年中共中央、國務(wù)院在印發(fā)的《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中提及，加快建設(shè)交通強(qiáng)國，需要構(gòu)建現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)，用于支撐現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系和社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國建設(shè)，中速磁浮列車（速度200 km/h）憑借其特有優(yōu)勢定能在綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中起到重要作用。

本文首先探討了國內(nèi)外典型城市的城市化發(fā)展?fàn)顩r，分析我國城市化進(jìn)程中軌道交通配置情況與人民出行需求之間的不平衡之處，得出我國大城市發(fā)展過程中對于連接城市圈內(nèi)部高效便捷交通工具的需求。其次，本文通過介紹中速磁浮列車相關(guān)特性，并在目標(biāo)需求為都市圈通勤客流的前提下，在速度、運(yùn)距、成本以及編組等方面，對比了中速磁浮與其他交通方式，得出中速磁浮交通在服務(wù)于都市圈內(nèi)通勤客流上的比較優(yōu)勢。最后，本文對中速磁浮交通的應(yīng)用場景、應(yīng)用區(qū)域以及應(yīng)用挑戰(zhàn)等方面提出了幾點(diǎn)思考。

1 我國都市圈出行需求及供給特征分析

城市化進(jìn)程加快了城市中心區(qū)稀缺土地所承載的人口與經(jīng)濟(jì)活動聚集，導(dǎo)致部分人口開始向城市邊沿遷移，以降低居住成本[1]，使得城市居民工作地與居住地距離增大，導(dǎo)致都市圈內(nèi)部的交通需求總量及結(jié)構(gòu)特征都發(fā)生了較大變化。

1.1 典型城市現(xiàn)狀分析

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，以中心城市為核心逐步形成了都市圈。都市圈是指由區(qū)域內(nèi)一個(gè)或多個(gè)中心城市，以及與中心城市有密切社會經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的、有一體化傾向的周邊中小城市與地區(qū)組成的圈層結(jié)構(gòu)[4]。西方發(fā)達(dá)國家的城市化建設(shè)起步較早，都市圈發(fā)展較為充分[5-6]。表1分析了北京和西方典型都市圈的規(guī)模及人口特征。

由表1可知，北京市中心區(qū)人口比率為0.78（注：中心區(qū)人口比率=中心區(qū)人口數(shù)量/都市圈人口數(shù)量），明顯高于東京、紐約及倫敦等都市群。中心市區(qū)所占人口比率過大，將導(dǎo)致中心區(qū)土地使用緊張，進(jìn)而引發(fā)房價(jià)上升、交通擁堵、環(huán)境污染等問題。相對而言，倫敦市中心區(qū)人口比率最低，主要原因在于衛(wèi)星城的出現(xiàn)[6]，使得人口由中心區(qū)向四周轉(zhuǎn)移，極大地緩解了中心區(qū)壓力。

圖1顯示了2017年北京都市圈及東京都市圈的人口密度分布情況。通對比可以看出，東京都市圈作為一個(gè)現(xiàn)代化程度較為成熟的都市圈，人口密度分布較為均勻。然而，北京都市圈的人口主要集中于東城區(qū)、西城區(qū)、海淀區(qū)以及朝陽區(qū)，其中東、西兩城區(qū)的人口密度最高，均超過了20 000人/km2。從都市圈發(fā)展趨勢可以看出[7]，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，中心城區(qū)生存壓力逐步增大，將促使部分人口的居住地向城市郊區(qū)以及鄰近中小城市轉(zhuǎn)移，以降低居住成本。但是，隨之而來的是往返居住地與工作地之間的交通成本增加，通勤出行需求迅速增長。

圖1 2017年北京都市圈、東京都市圈人口密度分布圖

1.2 典型城市通勤半徑分析

從上文可知，城市人口的向外擴(kuò)散，將增加都市圈內(nèi)部的交通客流需求，其中通勤客流將占據(jù)主導(dǎo)地位。我們將以市中心區(qū)為中心，使用公共交通工具往返工作地點(diǎn)的區(qū)域稱為通勤圈。為進(jìn)一步比較出行便捷程度，本文引入了“每小時(shí)通勤距離”的概念，用于衡量城市綜合交通體系的便捷程度，其計(jì)算方式如下：

由表2可知，2017年北京市郊至城市中心區(qū)的通勤距離在四個(gè)城市中相對較短，約30.0 km。但是，通過對比每小時(shí)通勤距離，可看出北京每小時(shí)通勤距離為32.7 km，遠(yuǎn)低于東京與紐約。圖2分別以東京的通勤時(shí)間、通勤距離以及每小時(shí)通勤距離作為參考點(diǎn)，計(jì)算三個(gè)指標(biāo)在其他城市的相對比率。通過對比可得，北京在四個(gè)城市中的通勤距離處于最低，但是通勤時(shí)間接近于四個(gè)城市的平均通勤時(shí)間（57 min），呈現(xiàn)出“距離短、用時(shí)長”的特點(diǎn)，因而出行便捷程度是四個(gè)城市圈中最低的。

表2 典型城市平均通勤情況分析

圖2 典型通勤情況對比分析圖（以東京為參照點(diǎn)）

表3列舉了北京市郊區(qū)至中心區(qū)的距離情況，從中可知，有8個(gè)區(qū)至中心區(qū)的距離超過了北京每小時(shí)通勤距離。其中，最遠(yuǎn)的延慶區(qū)至中心區(qū)的距離達(dá)到了92 km。因此，當(dāng)部分通勤人員為節(jié)省居住成本而選擇居住在北京郊區(qū)后，通勤時(shí)間將大大增加，從而造成城市運(yùn)行效率下降。

表3 北京郊區(qū)至市中心區(qū)距離分析

因此，為方便我國大城市市郊客流往來，緩解城市中心區(qū)的土地使用緊張問題，亟需一種高效便捷的交通方式來滿足市郊通勤客流，縮短通勤時(shí)間，提高城市運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

1.3 典型國外城市交通方式現(xiàn)狀

完善的城市綜合交通體系是城市發(fā)展的基礎(chǔ)，就目前而言，西方部分國家的綜合交通體系發(fā)展較為成熟，而我國大城市綜合交通體系還處于建設(shè)發(fā)展階段。

1.3.1 東京綜合交通體系

由于東京人口密集、土地資源匱乏，因此軌道交通是東京公共交通的核心交通工具。東京地區(qū)的軌道交通網(wǎng)絡(luò)分為地面交通、地上交通兩大類，包括了地鐵、單軌、輕軌以及高鐵等多種形式的軌道交通方式[8]。其中，環(huán)狀國有鐵路為其他軌道交通方式的換乘提供了便利，使得東京市內(nèi)各主要區(qū)域相互連接。

1.3.2 紐約綜合交通體系

紐約的交通設(shè)施包括公路交通與軌道交通兩大系統(tǒng)。以公路系統(tǒng)為主的交通模式使得紐約成為小汽車擁有量最多的大都市之一。截至2015年，城市內(nèi)部的汽車專用路線總長將近3 000 km。與此同時(shí)，中心放射型的軌道交通系統(tǒng)也是城市居民出行的主要交通工具，尤其是終止于市中心的通勤鐵路系統(tǒng)，緩解了市郊通勤客流的壓力[9]。

1.3.3 倫敦綜合交通體系

倫敦的綜合交通系統(tǒng)主要包括軌道交通、公共汽車以及水上交通等多種交通方式。其中，26條城市鐵路、12條地鐵線、3條機(jī)場軌道快線以及1條輕軌線構(gòu)成了倫敦多層次多類型的軌道交通系統(tǒng)，是倫敦公共交通的核心部分。倫敦國家鐵路網(wǎng)是其綜合交通的重要組成部分，其中有10多個(gè)鐵路車站布置在市郊地鐵環(huán)線附近，方便換乘，利于市郊旅客出行[10]。

通過分析三個(gè)國外典型城市的綜合交通狀況，可以得出，都市圈的一體化綜合交通具有多元化、層次分明以及軌道交通為主等特征[11]。

1.4 北京交通便捷程度分析

北京的綜合交通建設(shè)處于我國各大城市前列，截至2017年12月，北京地鐵共運(yùn)營22條地鐵線路，覆蓋北京11個(gè)市轄區(qū)，共設(shè)車站370座，極大地方便了市內(nèi)客流的出行。除此之外，北京聯(lián)通四方的高鐵網(wǎng)絡(luò)，也將周邊大中城市高效地連接起來。

盡管如此，與國際城市相比，北京市的整體軌道交通能力依舊存在不足。線網(wǎng)功能層次單一，缺少應(yīng)對多樣性需求的多層次系統(tǒng)[12]。目前市內(nèi)建成的軌道交通網(wǎng)制式較為單一，且以地鐵為主，以北京為中心的高鐵線路服務(wù)對象為城市間的客流，針對遠(yuǎn)距離、大運(yùn)量市郊客流所適用的交通工具相對缺乏。截至2017年，北京的軌道交通運(yùn)營里程為608.2 km，人均軌道交通里程0.22 km/萬人；而東京都市圈軌道交通運(yùn)營里程超過2 500 km，人均軌道交通里程0.69 km/萬人。圖3描述了北京、東京各點(diǎn)到城市中心點(diǎn)乘坐公共交通出行時(shí)間分布。在北京，隨著與中心位置距離增大，其出行花費(fèi)的時(shí)間相較于東京將大幅度增加。當(dāng)距離中心區(qū)超過30 km后，在北京所花費(fèi)的出行時(shí)間比東京多出了41.9 min。在東京，在30 km距離段左右，依然能夠保持1 h內(nèi)可達(dá)中心區(qū)的原因，是得益于其發(fā)達(dá)的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。

圖3 北京、東京各距離點(diǎn)到城市中心點(diǎn)乘坐公共交通出行時(shí)間分布圖

總結(jié)，本節(jié)通過概述三個(gè)西方典型城市以及我國首都北京的綜合交通體系現(xiàn)狀，得出了兩個(gè)結(jié)論：1）隨著我國城市化進(jìn)程加快，城市群（或超大城市）通勤客流需求將明顯增加；2）目前我國現(xiàn)有軌道交通體系，在應(yīng)對都市圈內(nèi)部通勤客流需求方面存在短板。

2 中速磁浮適應(yīng)性分析

在中國城市群的發(fā)展中，將面對的是中心城區(qū)人口逐漸遷移到中心區(qū)城外，進(jìn)而產(chǎn)生大量的通勤交通需求，下面本文將對中速磁浮列車應(yīng)用于該需求的適用性進(jìn)行論述。

2.1 中速磁浮介紹

磁浮列車?yán)秒姶帕?shí)現(xiàn)車輛懸浮，并采用直線電機(jī)牽引列車運(yùn)動。由于磁浮列車在行駛過程中是懸浮于軌道之上，大大減少了行駛摩擦，降低了軌道的磨損成本，節(jié)約了線路維修的費(fèi)用。根據(jù)運(yùn)行速度不同，可以將磁浮列車劃分為中低速、中速與高速三個(gè)等級[2]，具體如表4所示。除此之外，磁浮列車還可以根據(jù)懸浮機(jī)理[13]、導(dǎo)體介質(zhì)、直線電機(jī)形式等方面進(jìn)行劃分[14]，具體如圖4示。

圖4 磁浮列車分類

表4 磁浮列車速度等級

由中國中車生產(chǎn)制造的中速磁浮列車，采用了EMS懸浮機(jī)理、長定子同步直線電機(jī)驅(qū)動形式，這與上海高速磁浮在懸浮機(jī)理、電機(jī)形式所采用的方案相同。但與上海磁浮列車的懸浮導(dǎo)向分離控制方案有所不同的是，中速磁浮列車采用懸浮導(dǎo)向一體化的控制方案。由于中速磁浮列車采用長定子直線同步電機(jī)，定子設(shè)置在導(dǎo)軌上，其長度可以隨著導(dǎo)軌的鋪設(shè)而延伸，使得電機(jī)的功率因素和效率相對較高。同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)中速磁浮運(yùn)行圖、速度曲線控制、供電控制一體化節(jié)能優(yōu)化的目標(biāo)[14]。此外，在速度大于100 km/h時(shí)，能夠采用無接觸供電方式對車體進(jìn)行供電。長沙中低速磁浮列車采用的是短定子直線感應(yīng)電機(jī)，電機(jī)定子設(shè)置在車輛上，在運(yùn)行過程中無法實(shí)現(xiàn)車與地面無接觸運(yùn)行，限制了列車的速度。中速磁浮的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有較強(qiáng)的爬坡能力（最大坡度可達(dá)70‰）以及更小的轉(zhuǎn)彎半徑（70 m），使得其對于地形的適應(yīng)性較強(qiáng)。

2.2 都市圈內(nèi)部通勤客流適應(yīng)性分析

隨著都市圈內(nèi)部長距離通勤客流的增加，迫切需求具備高密度、大容量、靈活編組等特點(diǎn)的軌道交通方式。不同軌道交通方式具有特定的服務(wù)對象以及應(yīng)用場景，表5以高速鐵路、地鐵、高速磁浮、中速磁浮以及中低速磁浮交通為對象，分析不同交通方式的特點(diǎn)，并對比分析了各種交通方式運(yùn)用于都市圈內(nèi)部通勤客流需求的適應(yīng)性。

2.2.1 速度及運(yùn)距

如表5所示，幾種軌道交通方式的最高運(yùn)行速度由高到低依次為：高速磁浮、高鐵、中速磁浮、中低速磁浮、地鐵。都市圈長距離通勤客流的通勤距離約在30~60 km范圍內(nèi)，以60 km距離作為分析依據(jù)，乘坐地鐵和中低速磁浮的運(yùn)行時(shí)間將超過0.5 h，而其他三種交通方式則能將運(yùn)行時(shí)間壓縮至0.5 h以內(nèi)。由于都市圈內(nèi)部的距離長度所限，高鐵以及高速磁浮并不能充分發(fā)揮其高速度優(yōu)勢，即在運(yùn)行過程中保持最高速度運(yùn)行的時(shí)間較短，全程加減速時(shí)間過長，對于車體傷害較大，且會造成乘客體驗(yàn)不佳。中速磁浮加減速能力強(qiáng)且最高速度適中，在市郊能夠較為平穩(wěn)地運(yùn)行。因此，在運(yùn)行特性上，中速磁浮列車的優(yōu)勢較為明顯。

表5 不同交通方式特點(diǎn)對比分析

2.2.2 成本

由于高速磁浮以及高鐵在運(yùn)行特性上不太適用于都市圈內(nèi)部交通，且未有統(tǒng)一成本范圍，因此本文主要針對中速磁浮、中低速磁浮、地鐵進(jìn)行對比分析。由表5可知，中速磁浮的造價(jià)成本與其他兩種方式相差不大，因此從成本角度來說，其他兩種交通方式并不占優(yōu)勢。

2.2.3 編組

中速磁浮作為一種小編組列車，在運(yùn)輸組織方面具有極大的靈活性。由于采用了長定子直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，列車能夠?qū)崿F(xiàn)在任意車站的車輛編組變化，這對于應(yīng)對高密度、大容量的市郊客流具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。

綜上所述，中速磁浮交通在服務(wù)大城市郊區(qū)到市中心（縣區(qū)到地級市或省會城市）或都市圈內(nèi)部的客流需求時(shí)，綜合速度、運(yùn)距、成本以及編組等方面情況，與高速鐵路、城際鐵路、城市軌道交通和高速公路相比，優(yōu)勢較為明顯。

3 幾點(diǎn)思考

綜合軌道交通體系的建設(shè)，對于推進(jìn)我國城市化進(jìn)程起到了至關(guān)重要的作用。 目前，我國都市圈軌道交通的發(fā)展呈現(xiàn)功能單一、 低層次化的特點(diǎn)，最明顯地體現(xiàn)在缺乏完善的軌道交通體系來服務(wù)遠(yuǎn)距離、大容量的市郊客流。 本文結(jié)合中速磁浮的特點(diǎn)，從促進(jìn)大城市城市化進(jìn)程良性發(fā)展的角度出發(fā)， 對中速磁浮這一新型交通工具在應(yīng)用場景、應(yīng)用區(qū)域以及應(yīng)用挑戰(zhàn)等三個(gè)方面進(jìn)行了思考。

3.1 中速磁浮應(yīng)用場景

3.1.1 應(yīng)用于都市圈內(nèi)部通勤的交通工具

我國的城市化過程使得部分人口從中心區(qū)遷移至郊區(qū)，但缺乏高效便捷的交通方式來滿足都市圈內(nèi)部客流的需求，長此以往，將極大降低城市的運(yùn)行效率。 中速磁浮列車的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)特性，能夠改善市郊客流的通勤效率，從而加強(qiáng)城市中心區(qū)和各衛(wèi)星城市之間的聯(lián)系性，促進(jìn)城市高效運(yùn)轉(zhuǎn)。 例如，大興國際機(jī)場位于北京和河北省交界處，距市中心約50 km，若采用中速磁浮列車，則能在較低的成本條件下，保證市區(qū)旅客高效便捷到達(dá)機(jī)場。

3.1.2 應(yīng)用于部分不利于拆遷的老城區(qū)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，征地拆遷項(xiàng)目不斷增多，但是由于某些特殊原因，部分老城區(qū)拆遷較為困難，但這些老城區(qū)內(nèi)仍存在客流需求，由此建造合適的交通方式就顯得格外重要，例如轉(zhuǎn)彎半徑小、靈活性高的交通方式。 目前已有的交通方式中，鐵路方面可以達(dá)到的最小曲線半徑（160 km/h 時(shí)）為2 000 m，地鐵可以達(dá)到的最小曲線半徑為250 m， 而中速磁浮交通的轉(zhuǎn)彎半徑最小可以達(dá)到70 m，遠(yuǎn)小于鐵路和地鐵，因此，在部分不利于拆遷的老城區(qū)，中速磁浮交通與鐵路和地鐵相比具有明顯的優(yōu)勢。

3.1.3 應(yīng)用于地形較為復(fù)雜的山區(qū)城市

我國幅員遼闊，地形復(fù)雜多樣，山區(qū)面積廣大。部分山區(qū)城市例如重慶， 對交通工具有特定的要求，即爬坡能力的大小。 目前已有的交通方式中，鐵路方面可以達(dá)到的最大爬坡能力為35‰，地鐵的最大爬坡能力為40‰，而中速磁浮交通的爬坡能力為70‰，大于鐵路和地鐵，因此，在地形復(fù)雜的山區(qū)城市，中速磁浮交通與鐵路、地鐵相比具有明顯優(yōu)勢。

3.2 中速磁浮應(yīng)用區(qū)域

《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》 中提及，“堅(jiān)持走中國特色新型城鎮(zhèn)化道路，深入推進(jìn)以人為核心的新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略，以城市群、都市圈為依托促進(jìn)大中小城市和小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)聯(lián)動、 特色化發(fā)展，使更多人民群眾享有更高品質(zhì)的城市生活”。 為此，各都市圈的城市化進(jìn)程也將進(jìn)一步加快，例如京津冀都市圈、長三角都市圈、珠三角圈、武漢都市圈、長株潭都市圈等，這也將是中速磁浮列車可以發(fā)揮其特性的重要應(yīng)用區(qū)域。

3.3 中速磁浮應(yīng)用挑戰(zhàn)

3.3.1 技術(shù)需進(jìn)一步完善

我國是世界上首個(gè)提出中速磁浮這一運(yùn)輸方式的國家，實(shí)際還未有正式運(yùn)營的線路，因此對于中速磁浮相關(guān)技術(shù)研究還處于試驗(yàn)階段。 目前，采用的研究思路分為以下兩種：一種是在現(xiàn)有中低速磁浮的技術(shù)基礎(chǔ)上完善中速磁浮的相關(guān)研究，另一種則是在高速磁浮技術(shù)的基礎(chǔ)上向中等速度研究。兩套方案在實(shí)行過程中，需要根據(jù)中速磁浮服務(wù)場景而做出相應(yīng)的調(diào)整。

3.3.2 與其他交通方式的換乘問題

現(xiàn)有的大多數(shù)軌道交通系統(tǒng)屬于輪軌系統(tǒng)，無法與磁浮系統(tǒng)相互兼容，因此需要對兩者換乘站進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，才有可能實(shí)現(xiàn)無縫換乘。

3.3.3 對于承載量的精細(xì)化控制

中速磁浮列車是“浮”在軌道上的，為保證列車在運(yùn)行過程中始終保持所需的懸浮高度，需要嚴(yán)格控制載客量， 導(dǎo)致中速磁浮列車在運(yùn)營過程中，需要更加精細(xì)化考慮成本和載客量之間的關(guān)系。

4 總結(jié)

隨著中國城市化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致部分人口向郊區(qū)以及周邊城市遷移，迫切需要高效便捷交通工具來滿足都市圈內(nèi)部長距離通勤客流的需求。 本文在分析中速磁浮特性的基礎(chǔ)上，對比了多種軌道交通方式針對都市圈通勤客流的適用性情況，總結(jié)了中速磁浮在服務(wù)于都市圈通勤客流的優(yōu)勢。 除此之外，本文對中速磁浮應(yīng)用情況進(jìn)行分析，得出其應(yīng)用場景、應(yīng)用區(qū)域以及應(yīng)用挑戰(zhàn)。

雖然中速磁浮在成本以及部分技術(shù)上存在優(yōu)勢，但是其發(fā)展仍面臨著一些挑戰(zhàn)，包括技術(shù)不夠成熟、與其他交通方式的換乘問題，以及在實(shí)際運(yùn)營過程中需要對承載量精細(xì)化控制等。 目前，針對中速磁浮相關(guān)技術(shù)難題正逐一被攻克，相信中速磁浮商用時(shí)代將要到來。