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。在我国国家标准《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、城市轨道交通的分类
城市轨道发展呈现速度快、数量多、类型多样化、设施更先进、管理经营更科学、整体效益更佳的特点。城市轨道交通经过长久的发展，形成了多种多样的城市轨道交通方式。各国对城市轨道交通的分类各有差异，常用的分类方式有以下几种：
（一）按基本技术特征分类
根据轨道交通系统基本技术特征的不同，城市轨道交通系统主要有市郊铁路、有轨电车、地下铁道、轻轨交通、独轨系统和磁悬浮系统等。
1. 市郊铁路
市郊铁路是指利用干线铁路或修建专用线路，其旅客列车开行于市中心区到周围城镇、周围城镇之间（站距较大、停车次数较少、行车密度不太大）。主要用于通勤、通学、旅游、赶集等加强城郊联系的社会、经济活动等。它具有干线铁路的技术特征，如轨道通常是重型的。与城市轨道交通系统中的地下铁道等其他类型不同，在市郊铁路上通常是市郊旅客列车与干线旅客列车和货物列车混行，如图10-1所示。北京市为促进城乡发展，紧密联系周围城镇，也提出了市郊铁路规划，如图10-2所示。
图10-1 市郊铁路
图10-2 北京地区市郊铁路规划方案
2. 有轨电车
有轨电车是一种在城市道路上修建轨道并采用空中架设输电系统的城市轨道交通系统，有轨电车通常采用地面线，有时也有隔离的专用路基和轨道，隧道和高架区间仅在交通拥挤的地带才被采用。
现代有轨电车由于采用整体道床，轨面和路面保持同一水平，因此机动车辆和行人可以进入，是一种混合交通。车辆运行速度较低，行车安全和准时性较差，运量较小，单向高峰小时运量通常在1万人左右。墨尔本拥有全球最大的有轨电车网络。我国现在已有广州、沈阳、长春、大连、上海、天津等城市拥有有轨电车。图10-2所示为墨尔本及广州的有轨电车。
图10-3 墨尔本和广州的有轨电车
3. 地下铁道
地下铁道简称地铁，国际隧道协会将地铁定义为轴重相对较重，单方向输送能力在3万人次/h以上的城市轨道交通系统。地铁一般线路全封闭，在市中心区全部或大部分位于地下隧道内，因而可实现信号控制的自动化，具有容量大、速度快、安全、准时、舒适、运输成本低、不占城市用地，但建设成本高等特点，适用于出行距离较长、客运需求大的城市中心区域。
地铁线路通常敷设在地下隧道内，有的在城市中心以外，从地下转到地面或高架桥上敷设方式，如图10-4和10-5所示。
图10-4 伦敦地下铁
图10-5 杭州地铁高架线
地下铁道可分为重型地铁、轻型地铁与微型地铁3种类型。重型地铁就是传统的普通地铁，轨道基本采用干线铁路技术标准，线路以地下隧道和高架线路为主，仅在郊区地段采用地面线路，路权专用，运量最大。轻型地铁是一种在轻轨线路、车辆等技术设备工艺基础上发展起来的地铁类型，路权专用，运量较大，通常采用高站台。微型地铁，又称小断面地铁，隧道断面、车辆轮径和电动机尺寸均小于普通地铁，路权专用，运量中等，行车自动化程度较高。
世界上首条地下铁路系统是1863年英国开通的“伦敦大都会铁路”（Metropolitan Railway），其干线长度约6.5 km。中国第一条地铁是1971年开通的北京地铁。上海地铁于1990年初开始建设，到1993年开通第一条线路。
4. 轻轨铁路
轻轨指的是在轨距为1 435 mm国际标准双轨上运行的列车，列车运行利用自动化信号系统。轻轨是从旧式有轨电车系统发展演变而来的，早期的轻轨系统一般是直接由旧式有轨电车系统改建而成，20世纪70年代后期一些国家开始修建全新的现代轻轨系统。现代轻轨系统与旧式有轨电车系统相比，具有行车速度快、乘坐舒适、噪音较低等优点。
轻轨与地铁的区别不是地上、地下，而是选用的车体，一般地选A、B车体为地铁，C车体为轻轨，也即地铁载客量大，轻轨载客量小。如上海轨道交通3号线采用6节编组A型列车，有90%的线路都是在高架上，但是按照车型分类标准仍然属于地铁线路；上海轨道交通6号线采用4节编组C型列车，有70%的线路都是在隧道内，但是按照车型分类标准仍然属于轻轨线路。
现今我国拥有轻轨交通的城市有长春、大连、武汉（见图10-6）、重庆及天津等城市，其线网规模也在逐渐扩大。
图10-6 武汉轻轨
5. 独轨铁路
独轨是车辆或列车在单一轨道梁上运行的城市客运交通系统。独轨的线路采用高架结构，车辆则大多采用橡胶轮胎。从构造型式上可分为跨骑式独轨与悬挂式独轨两种。跨骑式独轨是列车跨坐在轨道梁上运行的型式，而悬挂式独轨则是列车悬挂在轨道梁下运行的型式。
独轨铁路通常分为跨座式和悬挂式两种，如图10-7和10-8所示。前者跨在一根走行轨道上行走，其重心位于走行轨道上方；后者车辆悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面，其重心处于轨道梁的下方。
图10-7 跨座式独轨交通
图10-8 悬挂式独轨交通
随着跨骑式和悬挂式独轨铁路技术的定型与成熟，以及独轨铁路作为解决城市公共交通问题的途径得到各方面的重视，独轨铁路才从作为博览会会场和游乐场所运送观光娱乐乘客的工具逐渐成为现代化的城市客运交通工具。
6. 自动导向交通系统
自动导向交通系统在一些文献中被称为新交通系统。这种交通系统的主要技术特征是轨道采用混凝土道床、车辆采用橡胶轮胎，有一组导向轮引导车辆运行，列车运行自动控制，可实现无人驾驶等，如图10-9所示。
图10-9 自动导向交通系统
一般说来，凡是适应地区多样化的交通需求，使线路和车辆提供最高的运输效率和良好服务质量的公共运输系统都是自动导向交通系统。狭义的自动导向交通系统是指由电气牵引，具有特殊导向、操纵和转折方式的胶轮车辆，单车或数辆编组运行在专用轨道梁上的中运量轨道运输系统。自动导向交通系统的研究起源于1968年美国一个名为“Tomorrow’s Transportation”（未来的运输）报告中。这种20世纪70年代先后建成投入运营的自动导向交通系统有美国达拉斯沃斯堡机场的People Movers系统和摩根城的Personal Rapid Transit系统等。经过70年代的研制，在20世纪80年代后，日本、法国和德国等国家也建成自动导向交通系统，其中尤以日本发展最快，在神户、大阪等城市先后建成7个自动导向交通系统，线路总长达到48 km。
7. 磁悬浮系统
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不同于其他列车需要接触地面，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的速度可达400 km/h以上，比轮轨高速列车的380多km/h还要快。常导磁悬浮可达400～500 km/h，超导磁悬浮可达500～600 km/h。在500 km/h速度下，每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3～1/2，比汽车也少耗能30%。因无轮轨接触，震动小、舒适性较好，但其颠簸幅度大，对车辆和路轨的维修费用要求极高。
磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。中国也是世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是2001年3月1日开工建设的上海磁悬浮列车示范线，如图10-10所示。上海磁悬浮列车示范线西起上海地铁2号线龙阳站南侧，东到浦东国际机场一期航站楼东侧，线路总长31.17 km，设计时速和运行时速分别为505 km/h和430 km/h，总投资89亿元。目前，德国、日本等一些国家也正在规划建设城市磁悬浮交通。北京市郊铁路S1线也将建设成为磁悬浮示范线，这是全国首条以中低速磁悬浮列车运行的轨道交通，中低速磁悬浮列车的最高速度可以达到160 km/h，其速度会高于普通的市区地铁，但出于安全的考虑，真正行驶时的速度大约在40～60 km/h，每节车厢大约容纳乘客在百人左右，该线预计于2016年通车使用。
图10-10 上海磁悬浮
（二）按路权使用及列车运行控制方式分类
根据城市轨道交通系统不同的路权使用情况，城市轨道交通系统有路权专用和路权混用之分。路权专用系统指轨道交通系统的道路为独立道路系统，不与其他道路存在干扰；路权混用则指轨道交通线路与其他交通车辆共用道路，并且还与其他线路存在平面交叉。
根据列车运行控制方式的不同，城市轨道交通系统有按信号控制列车运行和按视线可见距离控制列车运行两种方式。按信号控制列车运行方式安全性能好，可满足列车快速行驶；按视线可见距离控制运行方式安全性能较差，列车不宜快速行驶。
将这两方面分类组合，城市轨道交通系统就有路权专用结合信号控制列车运行类型、路权专用结合按视线可见距离控制列车运行类型和路权混用结合按视线可见距离控制列车运行3种类型。
路权专用结合按信号控制列车运行类型是市郊铁路、地下铁道、高技术标准的轻轨普遍采用的类型；路权专用结合按视线可见距离控制列车运行类型主要适合中低技术标准的轻轨采用；路权混用结合按视线可见距离控制列车运行类型一般只在有轨电车这样低技术标准的轨道系统采用。
（三）按高峰小时单向运输能力分类
根据城市轨道交通系统高峰小时单向运输能力的大小，轨道交通系统可分为高运量、中运量和低运量等类型。
高运量轨道交通系统：高峰小时单向运输能力达到30 000人以上，属于该种类型的轨道交通系统主要有重型地铁、轻型地铁及中低速磁悬浮系统等；
中运量轨道交通系统：高峰小时单向运输能力为15 000～30 000人，属于该种类型的轨道交通系统主要有微型地铁、高技术标准的轻轨和独轨铁路；
低运量轨道交通系统：高峰小时单向运输能力为5 000～15 000人，属于该种类型的轨道交通系统主要有低技术标准的轻轨、自动导向交通系统和有轨电车。
二、世界主要大城市轨道交通概况
以下分别从欧洲、美洲、大洋洲、亚洲、非洲来介绍国外轨道交通的发展概况。
1. 欧 洲
欧洲有超过20个国家，50多个城市建设了轨道交通线路。其中西班牙、英国、德国的轨道交通线路总长度超过500 km。表10-1所示的为欧洲城市轨道交通线路运营情况统计。
表10-1 欧洲城市轨道交通线路运营情况统计
续表10-1
续表10-1
注：*表示查询不到相关数据的确切信息，下同。
欧洲典型的轨道交通城市有巴黎、伦敦、莫斯科等。伦敦轨道交通线路呈放射状布置，共有11条地铁线（常被称为The Tube），总长408 km（地铁车辆在伦敦市中心是地底运行的，而郊区则在地面运行，其中地面运行线路占55%），还有3条轨道线路分别是London Overground（伦敦地上铁：伦敦的通勤铁路系统，包含5条行车线）、Docklands Light Railway（码头轻轨：设有5条支线）、London Tramlink（伦敦有轨电车：负责管理由民营企业签约营运）。各条线路的启用时间和运营里程如表10-2所示。
表10-2 伦敦轨道交通线路运营情况统计
2. 美 洲
美洲有10个国家，超过50个城市建设了轨道交通线路。其中，美国的轨道交通线路总长度超过1 700 km，位居世界榜首。表10-3所示的为美洲城市轨道交通线路运营情况统计。
表10-3 美洲城市轨道线路运营情况统计
续表10-3
美洲具有典型轨道交通网络的城市有纽约、费城、墨西哥等。纽约轨道交通于1904年开始运营，共24条线路（含3条区间线），连接着曼哈顿（Manhattan）、布朗克斯区（Bronx）、布鲁克林区（Brooklyn）以及皇后区（Queens），总长度368 km（其中223 km在地下），车站总数468个，是世界上最庞大的轨道交通系统之一。纽约轨道交通线路列表如表10-4所示。
表10-4 纽约轨道交通线路列表
续表10-4
3. 大洋洲
澳大利亚和新西兰2个国家8个城市建设了轨道交通线路。表10-5所示的为澳大利亚4个城市的轨道交通线路运营情况统计。
表10-5 澳大利亚城市轨道交通线路运营情况统计
4. 亚 洲
亚洲有14个国家，超过50个城市建设了轨道交通线路。其中日本的轨道交通线路总长度仅次于美国和中国，位居世界第三。表10-6所示的为亚洲城市轨道交通线路运营情况统计。
表10-6 亚洲部分城市轨道交通线路运营情况统计
续表10-6
亚洲具有典型轨道交通网络的城市有东京、首尔等。东京的城市轨道交通主要由城市铁路、地铁、单轨与新交通系统四大部分构成，每天运送旅客3 000多万人次。如表10-7所示，东京地铁线路有13条，其中9条由东京地下铁股份有限公司运营，称为东京地下铁，另外4条（TOEI Lines）由东京交通局运营，称为都营地下铁。新交通系统线路有3条，单轨线路有3条。
表10-7 东京轨道交通线路列表
5. 非 洲
埃及、突尼斯、阿尔及利亚、摩洛哥4个国家建设了轨道交通线路的5个城市。表10-8所示的为埃及和南非城市轨道交通线路运营情况统计。
表10-8 非洲城市轨道交通线路运营情况统计
三、我国城市轨道交通的发展概况
我国城市轨道交通的发展历史可追溯到1908年上海修建的第一条有轨电车线路，随后有轨电车就相继出现在大连、北京、天津、沈阳、哈尔滨、长春、鞍山等一些城市。
然而由于历史的原因，我国现代化的城市轨道交通发展较为缓慢，1965—1984年的19年间，共修建地铁三条，总长为50.9 km。1965年7月1日，我国第一条地下铁道在北京正式开工修建，到1969年9月20日北京地铁一期工程建成通车。我国第二条地铁——天津“老地铁”，从1970年6月5日开始动工，到1976年2月先期建设了3.6 km，开通了4个车站，实现了第一次试运行；1979年至1980年在原先3.6 km的基础上又延伸了1.6 km，增加了两个车站；1984年经过第三次扩建之后，天津“老地铁”才又开通西北角站和西站两个车站。我国第三条地铁——北京地铁2号环线于1984年9月建成通车。
20世纪90年代，由于改革开放的深入进行，国民经济的快速发展，我国综合国力得到了大幅度提升，在我国许多城市掀起了兴建城市交通的热潮。当前，我国城市轨道交通进入了一个快速发展期，到2020年，我国建设城市轨道交通线路将达到2 000～2 500 km。
以北京地铁为例，奥运前夕北京新开通了地铁10号线、机场线和奥运支线，北京地铁新老线路成功地经受住了奥运的考验，奥运会期间，观赛流、旅游流、通勤流三股客流合一，对奥运期间北京交通形成巨大压力，2008年8月8日至24日北京奥运会期间，北京地铁全路网共运送乘客达6 813.54万人次，为保障北京奥运交通顺畅运行发挥了重要作用。
北京市轨道交通指挥中心于2008年12月26日全面投入使用，这标志着北京市轨道交通发展进入网络化运营管理新时代。北京轨道交通指挥中心，如图10-11所示，是目前世界上集指挥调度和票务清算两大功能于一体，规模最大、接入线路最多、智能化水平最高的轨道交通调度指挥中枢。轨道交通指挥中心大厅面积约1 300多平方米，通过显示屏，工作人员可以对已经运营的轨道线路和未来开通的新线路的动态运营情况进行实时监控。指挥中心包括轨道交通路网指挥调度中心、路网票务清算管理中心、14条轨道交通线路的控制中心及相应配套设施。
图10-11 北京轨道交通指挥中心
截至2014年12月28日，北京地铁共有18条运营线路（包括17条地铁线路和1条机场轨道），组成覆盖北京市11个市辖区，拥有318座运营车站（换乘车站重复计算）、总长527 km运营线路的轨道交通系统。2013年7月日均乘客量975.03万人次，2014年3月，工作日日均客运量在1 000万人次以上，并在2014年4月30日创下单日客运量最高值，达到1 155.95万人次。
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