通过分析、比较世界上各城市的轨道交通线网，参考城市道路网络的结构形态，运用几何学、图论和数学形态学的基础知识，从中可以归纳出一些组成线网的基本几何单元，而这些几何单元都是由轨道交通线路组成的。

（一）放射单元

放射单元是所有轨道线路经过城市中心区域或CBD区域，或由从这些区域放射出的一组轨道交通线路组成。根据轨道交通线路相交情况不同，可以细分为一点集中放射型、中心地区放射型和中心放射型，如图3-7所示；根据轨道交通线路放射均匀程度不同，又可细分为均匀放射型、扇形放射型、两侧放射型和多侧放射型，如图3-8所示。

图3-7　按线路相交情况不同进行划分的轨道交通线路放射单元形式

（a）一点集中放射型；（b）中心地区放射型；（c）中心放射型

图3-8　按线路放射均匀程度不同进行划分的轨道交通线路放射单元形式

（a）均匀放射型；（b）扇形放射型；（c）两侧放射型；（d）多侧放射型

放射单元是城市外围地区与城市中心区域或CBD区域之间最快捷的轨道交通线路形式，大大缩短了外围地区到市中心或CBD区域的时间，提高了市中心和CBD区域的可达性。这种形式的轨道交通线路往往作为城市的主要通勤线路，外围地区线路吸引范围内聚集了大量居民住宅，中心地区线路附近商业利用率很高，因此线路的通勤客流量很大，常有较好的运营效益。但放射单元的轨道交通线路集中于城市中心区，使得中心区域承担的交通压力较大，同时缺乏城市外围地区之间直接的线路联系。

（二）网格单元

网格单元是由两组平行的轨道交通线路相互正交或接近正交形成的方格网状，如图3-9所示。这种线网单元线路布设均匀，平行线路多，线路顺直，线路交叉点多，适用于发展均匀、街道为棋盘式布局的城市。但网格单元布局的线网形态、平行线间的连通性较差，需要两次换乘才能实现，且整体的运输效率较低。

图3-9　轨道交通线路网格单元形式

（三）环线单元

环线单元是由一条、两条或多条线路共同组成的闭合线路，其形态既可以为环状，也可以为矩形。一般情况下，环线单元是轨道交通线网高级发展的产物，主要设置在城市内外围地区交界处，其作用是建立与其相交线路之间的换乘联系，疏解市中心区域客流。

运用上述三种线路几何单元，或对其进行组合，即可得到城市中最常见的、最基本的轨道交通线网形态。下面对几种常见的线网特征进行简单分析。

1.无环放射结构形态

无环放射结构形态的轨道交通线网是由城市某一区域（如城市中心区域或CBD区域）为核心，在全方位或一个或多个扇形区域，对称或不对称的放射发展，所有轨道交通线路交汇于一点或中心的结构，其交汇点往往为大型换乘中心。采用该结构形式的城市，郊区乘客可直达市中心，而且由一条线到其他任意一条线，只需一次换乘即可到达目的地，换乘次数最少，乘客非常方便，但由于没有轨道交通环线，使得郊区之间的联系不便。

该结构形态是由轨道交通线路从城市中心区域向外放射而成，如果轨道交通线路都集中经过城市同一地方，容易造成该地方客流组织混乱，并增加施工难度和工程造价。因此，在实际轨道交通线网规则中，一般将多线线路的一点集中交汇改为在一定区域范围内的多点交汇，形成若干的 “X”形、三角形线路关系，如华盛顿就采用了这种结构形态，在城市中心区域形成两两相交的形式，如图3-10所示。有时为了方便乘客在多个车站之间的换乘，会在这特定区域范围内增设一条半径很小的环线，如芝加哥就采用了这种结构形态，如图3-11所示。而这条小半径环线在性质上有别于上述提到的环线单元，其作用是方便小范围区域内乘客的换乘。

图3-10　华盛顿轨道交通线网形式^[1]

采用无环放射结构形态的城市较多，比较有代表性的城市有波士顿，它以市政府和CBD为核心，轨道交通线路在南—北、西北—东南和西南—东北方向对称放射布设。但在实际中，有些城市由于自然、地理条件的限制，如天然的湖泊、山脉的存在，阻断了城市向四周均匀发展，故轨道交通线路也不能均匀布设，即线路放射程度不均匀，有扇形放射的，如芝加哥，由于密歇根湖的存在，轨道交通线网采用扇形放射，如图3-11所示；也有向两侧放射布设轨道交通线路的，如斯德哥尔摩，由于水域的分割，城市分为南北两部分，因此轨道交通网络也就采用以水为界向南北两侧放射的结构形态，如图3-12所示。

图3-11　芝加哥轨道交通线网形式(www.daowen.com)

2.网格结构形态

网格结构形态有时又称为“棋盘式”结构形态。这种形式的线网线路分布比较均匀，客流吸引范围比例较高；线路按纵横两个走向，多为相互平行或垂直的线路，乘客容易辨识方向；换乘站较多，纵横线路间的换乘方便，线网连通性好。但这种线网形态最大的缺点是没有通达市中心的径向放射线，郊区到市中心的出行常需换乘，且平行线路之间换乘比较麻烦，一般需要换乘两次或两次以上。在相同的线网规模下，网格式线网的吸引范围要比放射式线网的低。

这种线网形态适合于人口分布比较均匀，市区呈片状发展而街道呈棋盘式布局的城市。目前，世界上已建有轨道交通线路的城市中，采用这种线网结构的并不多见，其中比较有代表性的城市是墨西哥城。墨西哥城的轨道交通线网有4条南北向线路、4条东西向线路和1条斜向线路组成，其间有两条线路为了增加与平行线路之间的交叉机会而呈L形，如图3-13所示。

图3-12　斯德哥尔摩轨道交通线网形式

图3-13　墨西哥城轨道交通线网形式

3.有环放射结构形态

有环放射结构是在无环放射结构的基础上增加环行线而成的，其环行线一般与所有放射线路交叉。有环放射结构是对无环放射结构的改进，因而该线网结构既具有无环放射式线网的优点，又克服了其周边方向交通联系不便的缺点，方便了环行线上的直达乘客和相邻区域间需要换乘的乘客，并且环行线能截流郊区之间的客流，疏解市中心区的交通压力。

这种形式的线网对城市居民的使用最为便利。当城市因其郊区发展成市区后，这种形式的线网也便于有效地扩展。世界上许多城市的轨道交通线网都采用了有环放射结构，如莫斯科、伦敦等。莫斯科轨道交通线网是由1圆形环行线和若干放射线组成的，8条放射线由4条直径线和4条半径线组成，向12个方向辐射，伸入到城市各端的居民区和工业区，各线路在城市中心区交叉形成三角形，交叉点都为换乘中心，如图3-14所示，该线网缓解了莫斯科市中心区交通拥挤的压力，轨道交通部门也取得了良好的运营效率。伦敦也采用相似的线网形式，不同点在于其环行线是矩形的，如图3-15所示。

图3-14　莫斯科轨道交通线网形式

值得一提的是，城市轨道交通环行线截流城市外围之间客流的作用往往受换乘条件的限制，其作用不如道路交通网络中环行线的那么明显。城市轨道交通环线的客流取决于环行线自身串联的客流集散点的规模。例如，日本东京著名的山手环行线，全线串联了20多座城市轨道交通和铁路车站，所以它始终具备较高的客流，如图3-16所示。而广州在规划城市轨道交通线网时，曾根据城市特点，提出过几个在不同位置设置不同规模的环行线的比较方案，但这些环行线方案在进行模式测试后，普遍存在客流不高、平均乘距明显低于其他线路的特点，环行线最终被否定。因此，城市轨道交通线网规则中设置环行线必须进行充分研究，不能为了具备环行线而去专门设置。

图3-1 5　伦敦轨道交通线网形式

图3-16　东京轨道交通线网形式

4.有环网格结构形态

有环网格结构形态是网格结构形态与环形线路的组合形态。该结构形态的最大特点是减少了环线客流的换乘次数，提高了客流的直达性；环外平行线路客流可通过环线换乘从而减少了换乘次数，缩短了出行时间；通过环线换乘减轻了中心区的客流负荷，起到疏散客流的作用。采用该线网结构形态的城市并不多，北京是比较有代表性的城市之一。

北京地铁始建于20世纪50年代，自60年代起，做过多次轨道交通线网规划的方案调整，但北京其特有的棋盘式道路格局决定了其市中心区域轨道交通线网为“三纵三横加上1条环线”结构形态。为了加强城市东部发展中心与边缘集团、重要卫星城和机场的联系，在城市外围又规划有两条快速半环线，支持城市“分散集团”式布局、发展卫星城镇战略，在环外增加了周边线路和支线，将市域和市区线网叠加，形成整个轨道交通线网的构架。如图3-17所示。

5.组合结构形态

以上列出的是具有较明显特征的少数的城市轨道交通线网结构形态。实际上，大多城市的轨道交通线网因时就势，形态往往比较复杂，而不是简单地呈现单一的特征结构。它们往往是由多种单一线网结构有机结合而成一个完整的线网形式。具有组合线网结构形态的城市较多，下面以马德里为例来说明。从图3-18可以看出，马德里的轨道交通1号、2号、4号、7号、9号、10号等线路在市中心区构成明显的网状结构；6号线路为环行线；1号和9号沿东南向，10号沿西南向，8号沿东北向均呈放射状形态。因此，马德里的城市轨道交通线网是由网状、放射状和环线共同组合而成的结构形态。

图3-17　北京轨道交通线网形式