地铁线路是如何设计的，为什么有不同的形态？ 知乎用户，EE在读学渣，闭关修炼。 地铁规划和城市规划是相辅相成的，要真实地考察地铁线网形态变化和最终呈现出的效果之原因亦需要从城市居民的出行需求和规划变迁的角度入手。因此在题主问题描述中提到的理想化平面上讨论哪种线网更有高效其实只是一个拓扑学问题，是没有实际意义的。 规划一个高效的地铁系统（换成任何大容量客运系统亦可）前要搞清楚的“地铁三问”： 谁坐地铁？ 人从哪里来坐地铁？ 坐地铁到哪里去？ 在规划一个高效的地铁系统时要搞清楚的问题： 城市里面哪些地点可以修建地铁隧道，哪些地方不可以？ 换乘节点应该选在何处？不同类型的换乘点如何选址才能配合地面实现最优化？ 不同线路特定截面上的客流特征如何，是全天维持高水平波动不大状，抑或是潮汐状通勤客流，甚至是朝圣活动带来的冲激函数一般的客流？ …… 上述因素都会影响地铁规划并最终反映在线网形态上。我猜题主提出这个问题，是因为看到了北/上/广/深（棋盘网格+环/辐射+环/莫名其妙张牙舞爪+环/shenmegui）以及国外大城市各种各样地铁规划后，对环还有辐射状这两种最普遍的线路拓扑留下了深刻的印象，所以才有此一问的。 但事实上最高效的设计和线网形状无关，最高效的设计是让大多数使用地铁的人能够以出行速度到达目的地的设计。请注意，这里的服务主体是“大多数的地铁乘客”，而不是“任何使用地铁的乘客”或者“身处任意位置的城市居民”。最高效的地铁线路，只能解决城市居民所有出行需求中最主要、重复性最强的那一部分，比如去CBD上下班、去火车站赶火车等等，对于这些需求以外的部分应该通过与地铁相衔接的其他轨道交通方式或公交来解决。要求家家户户门口就有地铁，而且坐遍全城都不需要怎么换乘，是不现实的，是不科学的，以此无理取闹胡乱开炮把地铁规划当成连连看的行为更是要大力批判的。 回答到此就该结束了，但是我看题主这样热情，不多说点又不好。既然效率和形状无关，那为什么那么多地铁线路会采取这些形态？早期能修得起地铁/需要修地铁的无一例外都是有钱、人口多的大城市（讨论范围限定于中国大陆）。在“地铁引导城市发展”的指挥棒之下，修建地铁的初始目的无外乎解决内部交通问题和诱导居民向外部迁移。再者，为了减少风险地铁一般都沿城市道路修建，因此地铁早期线网的形状和城市主干道基本一致。比如北京棋盘+环状，上海由于黄浦江大概成X状，广州是十字状。 说点题外的，目前在中国的地铁系统最显眼莫过于北京，中心城区的线路几乎就是标准的方格棋盘状。为啥会搞成这样，归结起来莫过于送快递的人太多，老古董太多以及摊大饼。本人对首都地铁详细情况没多少研究，推荐参考 @hat600前辈的回答，方方面面都有涉及。此外，一些东欧前苏联国家的地铁线路也很有意思，可以参考 @陈广骏前辈的回答，毕竟早期中国修地铁还是从老大哥那里借鉴了不少东西的。 回到问题上来，在中国式城市化的过程中，中心城区拥挤不堪、土地被开发完了，一般都倾向于规划某某“新城”、某某“新区”来推动进一步发展。这时地铁规划的主要目的就变成了如何把使用地铁把新城和“旧城”连接起来并推动新区建设。 上海在这个阶段大力发展卫星城和浦东，所以上海地铁开始呈放射状往外延伸并且中心集中在上海体育馆/徐家汇 - 人民广场 - 世纪大道。广州搞了珠江新城并且大力“南拓”，因此广州地铁早期中心集中在公园前 - 体育西路/珠江新城，线路规划也是以放射状外延。深圳也有类似的情况但是典型性却不明显，在此就不详细来讲。在这里已经可以总结出棋盘网格状还是辐射状的优劣了。辐射状的地铁网络，可以帮助分散在城市各个区域内居民快速到达预设的某个中心，但是却不利于远离中心的区域间进行互联互通。而棋盘网格状的地铁线路能够做到最高密度的覆盖，但是需要修建的换乘站数量却非常多而且由于线路十字相交难以采用同台换乘等高效率的换乘方式。线路靠近城市中心的一段，高峰期需要承受非常大的客流压力，而把线路往远端延伸，又要面临市郊运凳的窘境，除非整个覆盖区域的开发强度相当（顺便回答了题主的问题）。 再来看另外一个问题。地铁在基本解决城市各中心互通互联和承担大量的出行需求的问题后就是修建环线、切线的完善阶段了。在这里有一个认识误区，包括某些规划者从好大喜功的角度出发认为所谓的“环”，就一定要是能够贯通运营首尾闭合的一个环线。这种认识是错误的，但是喷的人往往没有喷到点子上。棋盘状线网的最大问题在于不相交线路上换乘需要通过第三条线来完成，这样说来棋盘式构架线网加外环线, 只能提高与环线相交直线和环线上站点的通行效率,却不能解决不相交直线站点之间换乘次数过多的问题，如果地铁客流强度最大的站点是分布在环线以内的话，那环线对于分担既有线路客流的作用其实不大，典型为帝都。但是像上面 @Icecooler 所说的山手线，沿线都是开发强度超高的城市区域，并且以接入型换乘为主，那么环线配合高密度大编组，就非常管用了。如果修建环线的出发点是加强中心区边缘各客流集散点的联系并对外围放射线进行截流的话，对于城市实际中心与几何中心并不重合的城市，修建L 型、U 型、之字形等1/2、1/4 环线路性价比可能会比环线的性价比更高，运营效率也更有保障。使用地铁出行的常客在环线上的旅程极少超过半程，羊角8号线配合GF 线对比11的南环就是最好的证明。此外，还有一些特殊成环的方法，比如多条线路组成8字环，能做到效率和覆盖相平衡的方案没有被实践过。 现在还有一种使用地铁/市域快速轨道交通来引导城市城市发展的模式，也就是所谓的 TOD 模式。简单点说来，就是规划当局会有意地将轨道交通线路从市中心往市郊人烟稀少的地方修，通过便利的交通引导原来人烟稀少的郊区逐渐发展成为新市镇。通过人为地引导城市地域发展的发展方向，解决传统城市化过程“摊大饼”式的臃肿格局。这些线路在线网中会呈现出从市中心往外发展的格局（张牙舞爪），有的水平比较高的规划还能够引导城市从单一中心往多中心的方向发展。这种发展方式听上去相当科学，但是其实也有其致命的缺陷。把建筑成本和运营成本都非常高的地铁往人烟稀少的地方修本身就是一种“赌博”。TOD 线路本身的性质就决定了不能快速收回成本，因此需要通过“各种”资本运作方式解决建设资金的问题。假设一切顺利的话运营当局只需要在新市镇发展起来以前一直贴钱运营就好了。如果规划是失败的，那钱就相当于丢进大海了。 推荐大家到维基上看各个大城市地铁建设的动图，能够帮助大家生动形象地了解这个问题。 更多讨论，查看 知乎圆桌 · 探索地下铁 查看知乎原文
