城市轨道交通历史与发展
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《城市轨道交通概论》自编讲义模块一：城市轨道交通历史与发展. 引领问题：轨道交通是怎么出现的？它的发展历程及现状是怎样的？第一讲. 名称：绪论...
城市轨道交通历史发展概论自编讲义模块引领问题轨道交通怎么出现历程现状怎样第一绪论
引领问题：轨道交通是怎么出现的？它的发展历程及现状是怎样的？
第一讲
名称：绪论
教学目标：理解城市轨道交通系统的内涵以及范围，理解城市轨道交通系统的基本特
点，了解轨道交通的来源。
课时分配：1学时
教学方法：讲述法
教学手段：多媒体辅助教学
重点难点：理解城市轨道交通系统的基本特点、轨道交通的定义
教学内容：
在讲正课之间，我先来问问你们都做过或看见过轨道交通吧，有没有人没有做过轨道交通的，请举手！我再来问问，轨道交通3号线（就是明珠线）是地铁还是轻轨？在这里，我先来告诉你，3号线（明珠线）是地铁，而不是你们通常称的轻轨，但我现在不告诉你为什么它是地铁而不是你们所说的轻轨，我在这里先买个关子，在后面我们的课程中会来解释这个问题的。为什么买个关子，就是希望你们能注意听课。
现在先来介绍一下现代轨道交通领域涉及的专业和学科。轨道交通涉及6大学科，分别是土木建筑、机械工程、供电、信号、通讯、和环境控制工程。土木建筑包括了轨道交通的线路、轨道、高架桥、车站等等。机械工程主要是轨道交通列车、车辆段等等。供电工程包括给车站、隧道的照明、空调等的供电系统和给列车牵引的供电系统。通讯和信号主要是列车运行的安全、准时、高密度，实现行车调度自动化和列车运行自动化等等。环境控制工程主要是指正确选用空调制式来确保地下车站和地下隧道内相应的空气和湿度，环境控制工程还包括一些振动和噪声问题，随着社会的进步，振动和噪声越来越引起百姓的关注。这是轨道交通涉及的6大学科，而这6大学科又可细分为21个专业。这21个专业我就不一一介
绍了。要轨道交通能正常运营，这21个专业缺一不可。轨道交通设备中还涉及八大系统，大家也可以稍微了解一下。
我们这门课程主要城市轨道交通的世纪回眸与展望；第2章轨道交通的形式；第3章轨道交通的线路工程；第4章轨道交通的轨道结构；第5章城市轨道交通的车站；第6章轨道交通的通讯系统；第7章轨道交通的信号系统；第8章轨道交通的车辆；第9章电力牵引系统；第10章轨道交通车辆电力牵引的供电系统；第11章轨道交通的行车管理；第12章城市轨道交通振动与噪声
中国汽车发展史
首先来讲城市轨道交通的世纪回眸与展望，这个部分我们要分几次课来分别讲，今天的内容是：1、交通工具的使用；2、轨道的出现；3、轨道车辆的诞生；4、轨道交通的定义。1、交通工具的使用
晋，陶渊明在《桃花源记》中说：阡陌交通，鸡犬相闻。汉朝《孔雀东南飞》中讲到：枝枝相覆盖，叶叶相交通。中国自古以来，交通都是彼此相通，往来通达的意思。交通的定义除此之外，在汉语字典中还有信息交流的意思。我来问问你们，交通银行的英语是什么？
法国维希留教授说过：20世纪欧洲的哲学史，基本上可以视为回应速度变迁冲击的历史，更简单的说，就是一部交通史。可见，交通发展的历史与人类文明的发展历史是相依相随的。人类的发展必须需要交通，人类存在的必要条件是衣食住，即所谓的温饱问题，这是我所指的是，人类存在的必要条件。大家肯定听说过有关野人的事情吧，野人要生存下来，也是要满足衣食住这三个条件，当然，野人的衣服要
比我们少一些。而人类社会的存在和发展还要再加上一个条件，那就是行——交通。交通是社会发展的基础，是社会生产、流通、分配、消费以及社会人们工作、交往和旅游的先决条件。你说如果要出去旅游，没有交通工具，难道是走着去旅游，除非是去散步。没有交通手段的人活动空间是非常有限的，一般的概念是步行的人活动空间在5公里范围内。来看看上海的老城区，这是上海现在的南市区，原来就是上海的老城区，半径距离基本上就是5km。接下来这张是英国的奥赫特拉德镇，这里是小镇的全部，整个小镇的范围也就是半径距离5km左右，可能你们都不认识这个小镇，2005年7月6～8号的八国峰会在哪里开，就是在这个漂亮的小镇，里面有一个超5星级的宾馆。中国应邀将出席“八国集团与中国、印度、巴西、南非、墨西哥五国领导人对话会”。为了扩大人的活动空间，人类必须学会使用交通手段。人类最早使用的交通工具是木舟，大约在公元前1w年，在两河流域，尼罗河流域河黄河流域，早起的人类，在进入文明时代之间，就开始使用独木舟了。在那时，除了木舟这个简陋的交通工具，就没有别的交通手段了，其原因在于早期在人类根本无法解决陆上交通的最根本困难：运载物体与地面的摩擦力。
2、轨道的出现
实际上，轨道的出现远远早于火车。轨道的出现是减小摩擦阻力，提供一个比较平滑的接触面，而且省钱—无须全部道路都进行加工。公元前6世纪，在希腊有一条6-km 长的Diolkos轨道，用来运输船只，横跨Corinth ，载运船只的车辆由奴隶拉着在石灰石刻成的轨道上行走。Diolkos 使用了1300 多年, 直到90
0 AD。
3、轨道车辆的出现
马拉轨道车辆出现在希腊、马耳他和罗马帝国，至少
2000年之前，使用加工过的石材作为轨道。这种交通形式
再次出现在欧洲出现是1550年，通常使用原木作轨道。
18世纪铁轨出现在英国，英国土木工程师William Jessop
设计了类似现在的铁轨和有轮缘的车轮，1802年开通了伦
敦南部世界上第一条马拉的公共铁路。同一时期在一些林
区利用斜坡铺设了无动力轨道。如图：
4、轨道交通的定义
运载人和物的车辆在“特定”的轨道上走行，轨道起了支撑和导向作用的交通手段称为轨道交通。对轨道
交通定义的解释：通常意义的轨道交通系统是“钢轮钢轨”系统，轮轨之间的接触是“点接触”，车辆行驶的滚动阻力比道路交通车辆行驶在道路要小得多；“轨道”都是铺设在运输量集中的“交通走廊”中，由于轨道的“支撑”（Support）作用，轨道交通车辆的载重要大于道路车辆，换言之轮对传递给轨道的力也大得多；由于轨道的“导向”（限定）作用，轨道交通的“车道”的宽度要小于道路车道的宽度；由于一般概念的轨道交通均
具有独立路权，轨道交通车辆的运行速度均高于道路交通车辆。
十九世纪的道路是没有铺装的，充气橡胶轮尚没有出现，要提高车辆的速度必须减少轮子和基础面的摩擦阻力，再者载客有一定的路线，在规定的路线上铺设轨道无疑是十分有利的，这就是为什么1829年的伦敦，1831年的纽约街上出现了公共马拉或驴拉轨道车辆的原因，1860年公共马拉或驴拉轨道车辆更风靡北美各大城市。
蒸汽机装在车辆上以后，载
运量大大提高，1801年首辆蒸汽
汽车在英国问世，出于对这种新
交通工具运载威力的“惧怕”，
图1-1 钢轨——弹性地基上的无限长梁也考虑重型车辆对道路的高要
求，伦敦运输业向法院提起诉
讼，英国法律规定这个庞然大物不能在公路上行走。在这种形势下火车的发展几乎是顺理成章的了。钢轮钢轨是点接触，滚动摩擦阻力的很小，而且钢轨可以看成弹性地基上的无限长梁，连续的长梁把轮子荷载通过轨枕分散分布到路基上，而不是集中在道路的某一个点上，见图1-1。轨道的使用无疑从一开始就具有科学性。这也是为什么从火车出现至今轨道的形式没有多大变化的原因。
课后思考：
1、轨道材质的变化过程？
2、利用林区的无动力车辆原理，来考虑地铁车站线路设计中的节能设计？
课后总结：
第二讲
名称：城市轨道交通的世纪回眸与展望
教学目标：了解世界轨道交通的整个发展历史过程，了解中国早期的轨道交通发展历史。课时分配：1学时
教学方法：讲述法
教学手段：多媒体辅助教学
重点难点：理解轨道交通的整个发展历史过程；掌握中国城市建设地铁的时间顺序。
教学必须依托交通的发展。
陆上交通发展需要解决的问题。陆上交通根基的轮子起源于7000年前，但轮子出现漫长的岁月并没有带来交通的飞速发展，究其原因：没有驱动轮子的动力。十八世纪的工业革命动力机械的出现给这个问题解决提供了素材。
蒸汽火车的诞生。1801年首辆蒸汽汽车在英国问世，但考虑重型车辆对道路的可能性破坏，英国法律规定蒸汽汽车只能在专用轨道上行走。轨道交通的出现顺应了时代的要求和
当时的科技发展的水平。如下图：
1803年英国工程师里查德.特里维西克制成
第一台铁路蒸汽机车。煤矿工人的儿子斯蒂芬逊
在1812年在博览会上见到了这台机车，此后开
始研究。1825年9月27日英国Darlinton-Stockton
（斯托克顿—达林顿）长度32公里铁路开通，
开创了铁路的先河
世界上第一列火车由斯蒂芬逊亲自驾驶，蒸汽机车牵引32辆货车（其中22辆装有座位）、一辆客车，载重90吨，载客450人，最高速度24 km/h，旅行速度7km/h，从伊库拉因车站到达林顿13km，行驶了一小时零五分。轨道工程：轨距1435 mm 铁轨（非钢轨）是鱼肚
状，架设在木墩和石墩上。机车加煤水车重量仅9吨，是现在机车的二十分之一。斯蒂芬逊火车的鸣叫，召唤了一个“铁路时代”的到来，极大地促进了世界经济的发展。18世纪的工业革命是技术发展史上的一次飞跃。
此间出现和发展的蒸汽机火车和1830年出现第一条铁路
法国1832年出现第一条铁路
比利时1835年出现第一条铁路
加拿大1836年出现第一条铁路
俄国1837年出现第一条铁路
日本1853年出现第一条铁路
从1840年到1913年是世界铁路发展的“黄金时代”，由于铁路机车制造已相当完善，轨道结构也不断改进定型，各国修建铁路的热情日益高涨，铁路发展速度明显加快。1840年世界铁路营业里程为8，000km，到1913年已达110万km。
在衡山公园门口有一座不很显眼的现代派雕塑静静地站立在十字街头，这个由三千颗道钉塑成的纪念塔是美国伊利诺斯州政府1991年赠送的中国铁路工人。中国建路工人所作的贡献是连接美国东西海岸并促其国家统一的一个极重要的因素。本纪念塔用3,000枚铁路道钉塑造，以象征他们的业绩。并象征伊州人民与中国人民之间的持久友谊，美国伊利诺斯州政府赠。以美国为例：是铁路改变了美国的面貌，加速了美国的发展，从某种意义上说：没有连接美国东西海岸的轨道交通大动脉，就没有今天美国的微软、硅谷和航天中心。
轨道交通的霸主地位。到1913年世界铁路的营业里程已达到110万km，并垄断了陆上交通运输。在美国，
98％的城市旅客周转量由铁路承担。铁路霸主的地位一直延续到1940年，达到了铁路发展的鼎盛时期，此时的营业里程高达135.6 万km。
3、轨道交通的衰落
交通的多样化发展。路上交通划时代的革命是从轨道交通出现开始的。人类文明的需要促进了轨道交通飞速发展，而轨道交通的进步又把人类社会提高到了新的高度，同时社会生产力对交通提出更进一步的要求。科学、技术、工艺给这种要求提供了可能，新的能源、新的动力机械孕育发展了新的交通工具。
科技发展促进了社会文明。近代以前，科学和技术水平都比较低，科学不直接影响生产，技术来源于工匠积累的经验和手艺。近代以后，科学和技术才开始结合起来。
电的出现和运用。对电的认识可以追述到很早之前，但真正具有实用意义的是1820年法国物理学家证明的电磁作用以及1831年英国科学家Faraday发现的电磁效应。这些发现直接导致了发电机和电动机的出现，彻底改变了人类的生活。1881年首辆有轨电车出现在柏林街头；1890年12月18日世界上第一条真正的电气化地铁线路诞生。
汽车的出现。1860年法国发明家Jean Joseph Lenoir 取得煤油作燃料的单缸发动机专利，两年以后使用这种发动机的车辆作了一次处女运行，时速6.4 km；真正的现代汽车发动机的雏形鼻祖是1876年德国工
程师Nikolaus August Otto的四冲程汽油机样机；十九世纪八十年代晚期欧洲开始将内燃机装配在汽车上；1893年美国工业家Henry Ford开始制造汽车，1903年成立Ford 汽车公司。其最大的贡献是在生产线上大量制造，使汽车迅速走向市场。
飞机的使用。英国人Feorge Cayley爵士（1799年～1809年创立了现代飞行理论以来，1843年英国发明家Willian Samuel Herson 企图使用蒸汽机来飞行的尝试没有成功，直至1903年美国Wright兄弟在北卡罗莱纳州Killy Hawk作了人类历史上第一次飞行。只飞了37 m。1913年从法国到埃及长距离（4000公里）写入史册。此后一次大战、二次大战中，一直用于军事上，直到二次大战后才逐渐进入民用领域。