时间：2022-05-17 09:38:08
摘要:通过对传统地铁和直线电机地铁线路轨道标准、轨道强度及稳定性检算比较分析,了解国内一种新的城市轨道交通模式,探讨这种轨道交通无缝线路计算的特点。
关键词:城市轨道交通;无缝线路;强度及稳定性
1概述
城市轨道交通采用以旋转电机驱动为代表的传统地铁的历史源远,从1865年英国伦敦世界上第一条地铁(Metro)投入运营,迄今已经有140多年的历史。传统地铁主要依靠的是轮轨的作用力来传递牵引(制动)力的一种技术模式。城市轨道交通的另一种新的模式是直线电机驱动系统,此项技术从20世纪70年代后期,主要是国外(德国、日本等)开始研制,直到20世纪中才应用于铁路运输、煤矿、冶金等自动化生产各方面。其中直线电机在铁路运输方面的应用尤为引人关注。城市轨道交通用直线电机是采用直线同步电动机,实质就是把直线电机的初级(定子)安装在车上,次级(转子)铺设在线路上,需要接触轨和变流器牵引驱动的一种技术模式。
2003年广州市城市轨道交通地铁四号线在国内首次采用直线电机技术,2005年12月首通段已开始投入运营。之后的几年,广州市城市轨道交通五号线、六号线及北京市机场线均采用该项技术。笔者主要对两种运营模式下,对无缝线路的强度和稳定性做一个分析比较。
2线路轨道主要技术标准比较
2.1线路的最大坡度
传统地铁正线的最大坡度不宜大于30‰,困难地段可采用35‰。直线电机线路设计一般地段最大坡度为50‰,困难地段可采用55‰。直线电机理论计算的最大爬坡能力在100‰,但实际应用值到80‰。在无缝线路强度检算中,应注意轨道在制动的条件下,产生的制动附加力。
2.2最小曲线半径
时速100km/h条件下,传统地铁B型车正线最小曲线半径500m,困难的条件下为400m;直线电机车辆设计线路最小曲线半径200m,困难条件下为15m。在不同曲线半径条件下,轨道结构的强度稳定性需进一步的检算。
2.3车辆主要参数比较
传统地铁B型车辆及直线电机主要参数见表1。
其中,对于直线电机车辆应考虑其转子与定子间吸力,广州市四号线直线电机车辆采用日本技术,其吸力为20kN,纵向推进力最大可达到40kN,在轨道强度检算过程中均应考虑此部分的影响。
3无缝线路钢轨强度检算
依据《铁路轨道强度检算法》(TB—2034—88)将钢轨视为支承在等弹性的连续点支座上的连续长梁进行检算。钢轨轨底动拉应力与轨道结构刚度D、速度V、偏载系数β、曲线水平力系数f等因素有关。
直线电机车辆在动态运行的过程,为有效的保证输出功率,轨道结构刚度的连续性尤为重要。直线电机强度检算钢轨支承刚度40~50kN/mm;传统地铁其刚度均小于30kN/mm。由于传统列车重心高度比直线电机车辆大,因此传统地铁列车通过时,由于存在未被平衡的超高,所产生的偏载比直线电机列车大约12%。
按弹性支承连续长梁方法,在曲线半径400m、时速100km等同条件下,传统地铁轨底的拉应力δgd=107·5MPa,动位移yd=1.4mm。直线电机轨底的拉应力Md=98.9MPa,动位移yd=1.1mm。
直线电机车辆轴重轻,车辆重心底,其紧急制动减速度较传统地铁大,但综合的制动附加力又比传统地铁小。在列车运行的条件下,直线电机钢轨只是导向牵引作用,强度检算计算应力小,有利于延长钢轨的使用寿命。
4无缝线路稳定性检算
无缝线路稳定性检算其主要目的是通过力学模型研究胀轨跑道的轨道,以求保持轨道稳定。轨道胀轨跑道基本分成持续发展、胀轨渐变、胀轨跑道三个阶段。国内无缝线路稳定性分析研究理论很多,其中应用比较广泛有“统一无缝线路稳定性计算公式”和“波长不等模型”两种。
“统一无缝线路稳定性计算公式”采用等效道床阻力Q,最早较多的应用于50kg/m钢轨,后长沙铁道学院对60kg/m钢轨的原始弹性弯曲矢度foe、塑性矢度fop等参数进行优化研究,这些参数在秦沈跨区间无缝线路设计中得到应用。公式如下
“波长不等模型”采用幂函数模式回归横向阻力方程(Q=Q0-ByZ+Cyn)分析计算,运用势能的驻值理论,建立无缝线路的稳定计算公式,其允许温度力与钢轨压缩变形能τ1、轨道框架弯曲变形能τ2、道床变形能τ3、扣件的变形能τ4有关。该方法数学推导较为严密,但计算的过程比较的复杂,公式如下
应用VB程序对两种方法编程计算,程序结果与铁路工务技术手册《轨道》和《铁道工程》(西南交通大学)书中范例在同条件下结果一致。笔者主要是针对传统和直线电机的线路最小曲线半径标准,用两种不同的稳定性计算模型,采用1667根/kmⅢ型枕道床q=14.6-357.2y+784.7y0.75同条件下的横向阻力,计算曲线半径R=200m、R=500m钢轨的允许温度力P,计算结果见表2。
从两种稳定性计算公式可见,两种模式地铁在无缝线路稳定性计算方法上没有明显的差别。两种稳定性计算结果的差异原因可能在阻力的取值方式上,统一公式采用常阻力方式及安全系数K=1.25取值等因素。
由于直线电机可适应较小的曲线半径,为保证轨道平顺性,应尽量铺设无缝线路。由表2计算的允许温度压力可见,曲线半径越小允许的温度力越小,可允许温升也越小,因此直线电机轨道结构应尽量高温锁定。
5结语
直线电机做为国内一种新的城市轨道交通模式,由于车辆的转子安装在轨道线路中,轨道结构参数选取与车辆结构的匹配尤为重要。通过对比分析传统和直线电机地铁系统线路轨道标准、无缝线路强度、稳定性检算几个方面,直线电机曲线半径条件应做为无缝线路的控制因素。直线电机地铁由于车辆轻、转向架固定轴距小的特点,可适当提高锁定轨温,有利于轨道稳定。对于直线电机这种新的城市轨道交通模式,无缝线路设计的强度及稳定性检算的参数选取还需在实践中逐步优化。
一、城市轨道交通安全工程的概念
1.1定义
城市轨道交通安全工程，是影响城市轨道交通安全建造与安全运营的全部工作的总称。
1.2安全工程的设计范围
安全工程贯穿于各设计研究阶段，这包括：预可行性研究阶段；可行性研究阶段；总体设计阶段；初步设计阶段；施工图设计阶段；后续服务阶段。
1.3安全工程的设计内容
按照“安全第一、预防为主”的方针，在设计中采取有效措施，避免因设计不合理导致城市轨道交通工程在施工和运营中发生安全事故，这就是城市轨道交通安全工程的设计内容。对于下述安全事故，在设计时就应给予充分考虑，以避免或减少事故损失。
1.3.1火灾
在火灾情况下，人员的伤亡，主要有以下几方面：烧死烧伤；高温灼伤；缺氧窒息；烟气中毒；踩踏；不正确逃生方式造成的摔死、摔伤；引发其他并发症等。
1.3.2撞击
撞击事故，包括：车撞车；车撞物；车撞人。
车撞车：追尾事故或乘客列车与其他车辆相撞(当线路不封闭时)。
车撞物：列车与永久性物体相碰，如：在永久性建筑物及构筑物变形、断裂、松动、脱落时，侵入限界，未能及时处理，而导致与列车碰撞或剐蹭；列车与临时性物体相碰。
车撞人：列车与工作人员、乘客、闯入或穿越行车线路者、平交道口抢行者等相碰。
1.3.3电击
产生电击的因素很多，主要有：触及电气设备的带电体(裸露或绝缘破坏)；触及漏电电气设备的外壳(接触电位差超标)；电缆金属屏蔽层感应电压超标等。
1.3.4踩踏
在发生突发客流、突发事件、自动扶梯失控等情形下，处理不当，会造成不同程度的踩踏事故。产生突发客流的因素有：节假日(如北京清明节)、大型群众活动、恶劣气象等。
1.3.5人为袭击等
爆炸、纵火、毒气等。
1.3.6建筑物垮塌
运营期间，车站、隧道、其他建筑物或构筑物发生垮塌
1.3.7其他灾害
针对地震等地质灾害、透水、洪水、雨雪风雾、沙尘等，设计应考虑防震、防淹、防洪、防雷、防风等。
1.4施工期间
城市轨道交通工程，在施工安装期间，也会发生各种各样的安全事故，如：结构开裂、坍塌以及建设项目周边环境出现沉降或坍塌等。施工不当或设计失误会导致这些事故的发生。
1.5设计期间
项目前期决策失误，虽不会直接威胁到人身安全，但会给项目带来财产损失或影响项目经济效益。
二、安全工程的设计原则
主要原则城市轨道交通安全工程的设计，应以下述要求为目标，在正常使用时：
必须防止因乘客使用系统而造成对乘客的伤害与危险；必须防止系统对运营人员及其他人员的伤害与危险;必须防止运营设施及车辆遭受损害与损失。
城市轨道交通车辆和运营设备的选择，必须技术成熟、安全可靠、满足功能、维修方便、经济合理。乘客使用或操作的设备，必须易于识别，设置在便于触及的地方，并保证不当的操作或使用也不会导致系统发生危险。必须为残疾人、老人、孕妇及带领儿童的人在使用该系统时提供安全舒适的措施。应当在轨道线路、隧道及车站站台、站厅、疏散通道、出入口、通风亭、列车车厢内及其他运营场所的醒目位置设置保障城市轨道交通安全运营的各类发光导向、疏散、提示、警告、限制、禁止等安全标志。对于起火风险大的设施必须加以围护，减少可能的火情蔓延；在对火情及有害燃烧气体与热量控制的基础上，应保障有效疏散措施；铺设在地下车站、隧道及车辆上的电缆应不含卤化物，并避免燃烧时产生有毒气体；一旦发生火灾，通风排烟系统应能进入火灾运行模式，以保障人员疏散或灭火。
三、防火设计的重点提示
在城市轨道交通工程的各种灾害中，火灾是首位的。所谓火灾，是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。
3.1火源
在城市轨道交通工程中，引起火灾的火源是多方面的，归结起来，主要有以下几种。了解这些火源，将有利于防火设计。
电气火灾：绝缘老化、违反用电规定、电气设备设计或安装不当、过负荷、电气短路等，都可能导致火灾；生活用火引燃：如烟头等引燃可燃物；生产用火引燃：如施工中由电焊、气割、打磨、切割等的火花或其他火种引燃可燃物；人为破坏纵火。
3.2火灾应急处置预案的编制
在系统投入试运行前，设计单位应协助业主单位编制火灾应急处置预案。
3.3建筑防火的设计要素
疏散通道、疏散门、安全出口、疏散用楼梯及自动扶梯、隧道联络通道的设置；疏散能力；设备及管理用房的门至安全出口的距离。
3.4消防给水与灭火装置的设计要素
消防给水系统、灭火器配置、自动喷水(或喷雾)灭火系统、气体灭火系统、消火栓系统
3.5防烟、排烟与事故通风系统的设计要素
机械防烟、排烟设施的设置、防烟、排烟系统与事故通风的功能、防烟分区的划分、设备的排烟能力、排烟设备的耐热能力、送风量的要求
3.6防灾用电、应急照明与疏散指示的设计要素
消防用电的要求、应急照明的连续供电时间、应急照明的设置、疏散指示标志的设置
四、结语
城市轨道交通安全工程的设计工作，需要给与重点关注。这样做的目的在于，强化城市轨道交通安全工程设计的重要性，使城市轨道交通安全工程的设计更加系统化、程序化、规范化。为实现这个目的，只研究设计导则还不够，还应该建立一套安全工程的设计评价体系。
内容提要：线网规划设计是进行轨道交通建设中其他工作的基础和先决条件。本文就北京快速轨道交通线网规划设计为例介绍一些思路和体会，希望对于我国城市轨道交通的发展起到一定的借鉴作用。
关键词：快速轨道交通线网规划
一、前言
随着我国经济的发展和城市化进程的加快，如何合理地解决城市迅速增长所引发的交通需求和有限的城市空间资源规划与管理是目前我国各大城市所关注的问题。国内外实践证明，发展以轨道交通系统为骨干、以公共交通为主体、各种交通方式相结合的多层次、多功能、多类型的城市综合交通运输体系是解决城市交通问题的主要途径。城市快速轨道交通工程是一项大型的系统工程，技术复杂、涉及专业多、投资大、建设周期长。快速轨道交通线网规划（以下简称“线网规划”）作为轨道交通发展的基础和先决条件，具有举足轻重的作用，是关系到今后地铁建设及运营能否顺利实施，并能否有效地节省投资的重要问题。
线网规划设计中所涉及的问题很多。最近，笔者有幸参加了关于北京快速轨道交通线网规划的设计工作。笔者将结合此工程实例和一些粗浅的体会，谈谈线网规划中的一些新思路和方法。本文将从线网规模的确定、线网规划合理的设计原则、线网详细的统计分析、多标准评价体系、最佳方案的功能、技术和运营分析、最优方案分期实施计划等方面进行介绍。
二、线网规模的确定
线网的规划研究首先要确定城市轨道交通线网合理的规模，以此在宏观上判断一个城市大概的轨道交通规模范围。线网规模要以城市今后的发展、经济发展、城市交通发展政策和服务水平目标为依据，应当是出行需求与交通服务之间的最佳结合点，坚持近远期相结合、定性定量分析相结合原则和经济性原则。线路走向尽可能满足城市布局结构和出行总量需要，并适当兼顾城市将要开发地区发展的需要。线网规模的准确把握应使其在不同阶段都能满足出行客流的要求，发挥最大的作用。线网的规模要包括不同阶段线网的编织密度和服务水平等级。
1定性的确定
（1）线网的规模与城市发展规划紧密结合
根据城市发展规划，结合城市特点、出行需求、客流预测，对重点发展地区、商业区、高新技术开发区等进行重点开发。对人口增长和就业岗位的分布进行科学的预测，以指导和帮助我们更合理地确定不同区域中线网的编织密度。北京目前的规划布局为，进一步加强由天安门广场、长安街、复兴门、建国门组成的“超级中心”；发展CBD商务区；发展王府井、西单、朝外等主要商业区；优先发展具有战略意义的海淀高新技术开发区以及上地、丰台、石景山、望京等技术园区、2008年奥运会在北京的举行将为增加北京的城市活力以及发展交通基础设施起到积极推动作用；积极推动边缘集团和卫星城发展；加强对绿化环带和市区的规划绿地建设；加大对北京文化遗产的保护力度。作为首都、国家政治文化中心、历史名城，在保护其特色的基础上，改善生活环境、交通状况，提高市民生活水平和出行需求。
（2）线网的规模与经济发展政策紧密相关
经济发展是支持城市进步，活跃城市社会活动和影响全市居民出行的重要因素之一。很显然，出行率与市民富裕程度休戚相关。同时，发展交通的投资力度也与经济发展紧密相连。
由于经济发展与机动化程度，总出行率和私人机动化出行率之间有紧密的联系，因此，未来GDP的增长趋势对交通发展有重大的意义。根据经济发展的预测，可推算出未来各种交通模式的综合投资潜力及未来公共交通的投资潜力，从而更好地确定不同时期线网的规模。
（3）线网的规模与城市交通发展政策紧密相关
进行准确的交通调查，掌握居民的出行情况。如进行出行方式、出行率、主要出行客流分配等调查，以此确定合理的交通发展政策。
积极发展公共交通，有效控制私人机动化出行，对自行车出行人员合理引导，使这部分人能转向公共交通。必须推行合理的总体交通发展政策，使各交通体系协调发展。
（4）轨道交通服务水平目标的制定
轨道交通服务水平目标的制定对线网规模的确定起到重要指导作用，很大程度上决定了线网的发展方向和未来建设速度。北京市轨道线网服务水平目标制定时考虑如下几点:
a.易达性：居民住所或上班地点距与其最近车站的距离不超过750m；
b.出行时间：在市区范围内，出行时间不超过60min；
c.候车时间：高峰小时候车时间不超过3min；
d.舒适度：除座位外，6人/m2标准。
2定量的分析
在定性确定设计原则后，可根据公共交通客流总量、人均指标测算法和面积密度测算公式分别定量计算轨道线网规模。
对线网规模的影响作用有的可以量化，有的无法量化，所以确定城市轨道交通线网规模要采用定量计算和定性分析相结合的方法。定性分析对线网规模具有宏观指导作用，而定量计算是对定性分析的一种合理验证和修正，在以往的工作中，由于技术手段和调查数据积累的不足，定量计算的可信度大打折扣。今后随着数据采集手段的提高和城市公共交通信息化平台的建立，将为城市轨道交通的合理规划提供有力的技术保障。
三、制定线网规划的原则
在线网规模确定的基础上，制定合理的轨道线网规划设计原则，为下一步规划线网提供依据。北京作为首都，是政治、经济和文化中心,人口繁多、地域面积很大、地下状况复杂，为达到较高的交通服务等级，制定了很多的设计原则，列举以下部分内容来说明。
1.支持城市多中心发展和经济发展的政策，重点支持CBD、金融街、主要商业中心、文化旅游中心、边缘集团、奥林匹克公园、高新技术开发区及卫星城等已建、在建和规划建设的地区的发展。按照SOD和TOD结合的方式合理规划线网，是其更加适应城市发展和经济发展的需要。
2.根据不同的标准对各种交通模式进行分类，选择适合不同城市的不同功能等级和交通服务等级的交通模式。北京作为特大城市，其人口较多，我们就选择了重型大运量的市域线和市区线的模式。市域线服务于市区和城郊，站间距相对较大、速度快、运量大，较好地吸引远程的客流。市区线主要服务于市中心区域，站间距相对小一些，发车间隔较小，较好的吸引近距离乘客，但较小的站间距就势必造成工程造价的升高。所以，有效的确定站间距对于线网的合理性也是很重要的。而对于小型的人口相对较少的城市，也许，发展有轨电车就可满足出行的需求。
a.按照线路的服务功能等级不同分为市域线、市区线、局域线。
b.按照运量的大小分为重型大运量的地铁、轻轨、有轨电车系统。
c.按照封闭形式分为混合交通、半封闭、全封闭线路。
d.为满足不同等级的交通服务，车站分为大型枢纽站、一般换乘车站和一般车站。
e.根据客流的要求选择不同的车辆类型，目前我国规范规定：有A、B、C三种车型。
3.依据城市的出行特征来确定线网的结构形式。经过科学的客流预测，分区域测算出城市中的主要交通走廊，是从市区-市郊的放射形出行、还是穿越市中心的穿越形出行；是优先考虑线路走向，还是先锚固住车站的站位；多种设计思路组合运用可构造出不同的线网结构形式。但无论以哪种思路为出发点来设计的结构形式都需要用客流预测来验证其适用性，并根据结果进行调整后，再进行测试，直到其合理为止。
4.线路的铺设形式需根据所处的地理位置、地质情况、城市景观等来确定地下、地面和高架形式。例如，北京在三环路以内规定均采用地下线形式；而颐和园地区虽处三环外，但由于景观原因，从其门口通过的线路需埋入地下。
5.对线网中线路和车站进行设计和施工的可行性研究，分析并选取最优方案。施工中针对不同情况选取与之相适应的施工方法，包括暗挖、明挖、盖挖；同时，车站设计中还需考虑站台的形式、站台和站厅的相对位置等问题。这些都是应该在线网规划中需考虑和确定的。线网规划作为前期工作，应该在大的原则上具有规范作用，一旦确定，就不应轻易改变。因此，在做这项工作，一定要慎之又慎，通盘考虑。
6.对于大型公交枢纽，我们应当根据枢纽站周边的环境条件及其所发挥的作用，以及对此区域的土地规划、预留发展和客流预测进行深入的研究，合理确定枢纽站的规模。并且优化其易达性，方便乘客进入车站或与其他交通模式的换乘（地面公交、出租车、自行车、步行），从而使其更有效地吸引客流。这就需要规划部门的大力支持，对于此规划区域得到合理安排和监控，尽量减少原则性的变动。
大型公交枢纽站的换乘形式多种多样，我们以前设计的车站换乘形式多为十字换乘、T型换乘和通道换乘，设计不够合理。一方面是设计上较为死板老套，另一个造成目前状况的重要原因是，规划和前期的准备工作做的不够细致深入，控制规划的后续工作执行的又不严格。比如多条线路在某一地段交汇，往往缺乏深入地综合分析和规划。在车站设计时，哪条线先设计，就把有利的土地资源占尽，很少为后续线路统筹考虑，从而导致土地资源的浪费、并使后续工程的施工设计难度加大、费用增加、换乘形式单一、换乘距离加长，甚至造成许多好的规划方案难以实施。因此，在开始建设时就需要统筹考虑,把大型枢纽站的土建结构一次建成，为后续工程的建设提供条件。例如：在西客站和东直门站的下方就已考虑和建成预留的地铁车站。
7.我们经常认为多线交汇的交通枢纽在设计上较为困难，因交汇线路越多，车站规模越大，投资越多。但为了提高乘客的换乘方便，对线路可进行适当合理的优化，使其换乘合理，同时有效降低投资。以3条线路交汇为例：图1(a)是有两条线路平行通过车站，形成换乘，另一条线路分别与其形成换乘，此形式为两层的较理想的车站线路形式。若遇到图1（b）的形式，即3条线路相互交叉，形成三层的规模较大的车站。我们可以对其进行合理的优化调整，使其中的两条线在同一标高平行通过交汇处，这样使其形成同站台换乘形式，即在同一站台上就可换乘其他线路上的车辆，大大地方便了乘客，在香港等许多城市都采用了这种换乘形式；也可使两条或更多的线路在此车站区域共用同一条线路和站台，形成共线运营的形式，德国法兰克福等城市的地铁就有许多车站采用这种形式，换乘极为方便，但同时对运营管理的要求大大提高，为图1（c）所示。
8.在规划阶段还应该考虑到线网中各条线路之间的联络线，使整个线网在各个阶段都能达到最佳的运营效果，成为一个有机的整体，相互协调，资源共享。同时还应考虑到与外部铁路专用线的衔接，使外部的资源有效的通过铁路专用线运送进入线网中来。
四、线网的规划
线网规模确定后，依据所设定的设计原则，在分析研究的基础上，设计并规划出合理的线网，形成城市交通骨架。
五、对线网进行详细的统计
随后对所设计的线网进行详细的统计和分析，得出的统计数据反映了路网的各方面的特征，为下一步对各线网方案做出客观的评价提供了有利的依据。详细统计分析包括如下几个方面：
1.分类统计体现线网主要特征的数据。包括线网总长、不同类型线路（市域线、市区线、局域线）的总长度和数目、各种功能等级的车站总数，包括一般车站、一般换乘站和大型公交枢纽站的总数。
2.体现交通服务水平的数据。此项是由线网对各大型城市活动中心和公共设施的覆盖程度来体现，包括商务区、商业中心、体育设施、医院、学校、工业区、高新技术开发区以及旅游景区等。这些区域都是城市规划中大力支持的项目。
3.客流预测分析是评价线网结构质量的有力数据。包括出行结构、出行量、出行率、各交通模式的出行比例以及对公交产生的影响。
4.线路铺设形式。统计不同铺设形式（高架、地面、地下）的线路总长度和不同铺设形式车站总数。
5.车辆总数。按照高峰时段市区线、市域线的不同行车间隔、旅行速度及车辆编组等数据来计算每天运营线路所需的车辆总数和需备用的车辆数。
6.车辆段和维修车间。统计线网中，所需设置的车辆段和维修车间的总数量。
7.投资总额。对基础设施（线路、车站）和设备（车辆、沿线设备和车站设备）进行估算，计算出整个线网所需的投资总额。
六、多标准评价体系
对各备选方案进行了详细分析并获得了相关数据后，要对各方案进行客观的评价。评价的标准应由乘客、运营者、建设者、经营管理和市政府等各方商讨形成一个全面、客观的多标准评价体系。评价体系应由以下几个方面组成：
1．乘客要求高品质的交通服务，提出线网的吸引性指标。
2．运营者要求降低运营成本、增加收入，提出运营目标。
3．建设者要求施工的可行性和简便性，提出建设目标。
4．经营管理者需要降低投资，并使各种交通模式之间良好衔接，提出经营管理目标。
5．市政府要求维持城市可持续发展战略，提出发展战略和对资源的全面管理目标。
各个不同的城市所适用的评价体系不同，这需要在长期的实践中进行摸索，形成了一套适合本城市发展的多标准评价体系。这套评价体系对于我们今后城市的发展、轨道交通的发展都有极为深远的意义。
在形成了完善的评价体系后，我们就须依照该评价体系对各备选方案进行客观的评价比较计算，其中需要针对各指标的重要程度进行适当的加权处理。在经过综合评价比选过后，较客观地评选出最佳的线网方案。
七、对最佳方案进行作进一步的分析
对评选出的最佳方案进行进一步详细的功能、技术以及运营管理方面的分析。对其进行总体评价，以检验这个线网是否符合所确定的相关原则。下面就从3个方面具体分析。
1．对各条线的长度、走向、车站定位、枢纽数目进行分析；对重点发展区域的覆盖、对城市布局、经济发展的支持程度等进行详细的功能分析。按公认的经验数据，市中心的线网覆盖率应在90%左右，线网的密度1~1.2km/km2，车站密度为1座/km2，即一个车站为市中心区1km2的市民出行服务，服务半径约为500m。
2．对线路走向、铺设形式及换乘车站的构成和组织形式进行详细的技术分析。尤其要对线网中的大型换乘枢纽进行深入的分析研究，如线与线间的换乘、地铁与城市公交的衔接、车站与城市地下空间的开发相结合等。例如:上海就在人民广场、徐家汇、静安寺、虹口体育场四大城市中心区组织了大量的人力、物力进行了方案研究，为下一步的设计、施工的顺利进行打下了坚实的基础。
3．检测线网在今后运营上是否能达到快捷、准点、安全、舒适；线路设计是否简便、灵活。科学的客流预测对确定合理的运营模式和选定合理的车型有很大的帮助。在运营中，可根据不同的线路特性和客流需求（各区段客流量不同）制定不同等级的服务（例如：常规服务、中间折返区间运营、支线运营、跨站运营等）；制定紧急事故处理方案；合理设置中间折返站和联络线；设置终点站折返区间和方案；设置运营规程、时刻表等问题。
在对最优方案进行详细的分析后，可对其不完善处进行适当的调整和优化，使其满足我们的设计原则和要求。
八、最优方案分期实施计划的研究
在对最优方案进行详细的分析和优化后，对此最优方案进行分期实施计划的研究。分期实施计划是使线网能够分阶段、有计划、有步骤、连贯协调的实施。对不同阶段制定不同的发展目标和实施计划。
首先，先确定已建和在建的线路；其次，再对建设资金的来源进行分析；最后针对不同阶段、不同投资额制定出切实可行的实施方案。
九、结束语
本文对快速轨道交通线网规划设计工作中，规划的主要制定过程和思路进行了简要的介绍，希望对于我国各大城市正在蓬勃发展的轨道交通事业，具有一定的借鉴作用。值得强调的是，轨道交通建设中，首先要做好线网规划工作，这是进行其他工作的基础和先决条件，对于轨道交通的全局建设具有举足轻重的作用。
摘 要 信号系统作为城市轨道交通工程中重要的组成部分,对行车的安全、正点、高效的运行起着至关重要的作用,但由于其中的设计标准不全面,给系统设计方案造成了一定的随意性。本文就其中的系统构成、设计行车间隔和atp 信息传输方式等主要的设计方案进行了探讨。
关键词 城市轨道交通,信号系统,设计方案
城市轨道交通的信号系统担当着控制和指挥列车运行的任务,是影响整个城轨交通系统运营安全和效益的关键点。信号系统的水平也成为城市快速轨道交通现代化的重要标志。设计出一个优秀的系统方案不仅有利于保证行车安全,提高运输能力,实现迅速、及时、准确的行车调度指挥和运输管理现代化,提高服务质量,而且还有利于合理使用工程投资,降低工程造价。
1 系统构成方案
城市轨道交通是一个技术先进,具备相当程度自动化水平的运输体系。其中信号控制系统的构成必须与整个交通运输相适应。
在《城市快速轨道交通工程项目建设标准—试行本》中,把信号系统划分了三个层次:第一层次设备在运量较小、行车密度较低的线路上,可配置联锁设备、自动闭塞、机车信号和自动停车系统;第二层次设备在运量较大、行车密度较高的线路上,可配置列车自动监控(ats) 系统和列车自动防护(atp) 系统; 第三层次设备在运量大、行车密度高的线路上,配置列车自动监控系统、列车自动防护系统和列车自动运行(ato) 系统。
上述第一层次系统配置属最低水平等级,只适于行车间隔大于3 min 的线路运用。也就是说,在行车密度较高时, 这种线路将面临整个系统的改造,造成大量的废弃工程;另一方面,由于机车信号和自动停车装置所能容纳的信息量少,列车运行的安全性很大程度上只能依赖于司机的驾驶;然而其国产化率水平是最高的,工程造价是最低的。应该说,该层次的设备适宜在近期运量小、行车密度低, 而且远期运量无明显变化的工程,如在中等城市或是郊区轨道交通系统中运用。
第二层次的信号系统配置,适于行车间隔在2 min 以上的线路运用,行车安全可以完全由列车自动防护系统来保证。虽然其国产化率水平降低,工程造价增高,但是该层次设备技术先进,便于向第三层次扩展,不存在明显的废弃工程,符合工程按近远期分步实施、合理预留的原则,所以系统的综合经济指标是合理的。这种系统能适应大多数城市轨道交通的运用需要,是大运量的城市轻轨交通的首选方案。
第三层次的系统配置具备很高的现代化技术水平,适于行车间隔小于2 min 的线路运用,不仅行车安全可以完全由列车自动防护系统来保证,而且列车自动运行系统还可以完成站间自动运行、定位停车,接收控制中心运行指令,实现列车运行自动调整,使整套信号系统能够满足列车高速、高密度运行的需要。这种系统的国产化率水平低,工程造价高,是其在工程运用中不利的一面,但系统高水平的自动化程度无疑将给日后的运营、管理带来巨大的经济和社会效益;另外,由于安装屏蔽门对列车精确定位停车功能和大运量对列车高折返能力等等方面的具体需求,这种线路的运行都要由列车自动运行(ato) 系统来保证。所以只要条件许可,在城市轨道交通中,特别是高运量的地铁工程中,该系统方案非常值得推荐。
2 主要技术方案
2. 1 设计行车间隔
城市轨道交通工程为适应乘客运量大、行车密度高的特点,往往采取缩短行车间隔的办法。这样一方面有利于减少旅客候车时间以提高服务质量; 另一方面可以减少列车编组辆数,节省工程投资。但是由于信号atp 系统技术的限制,如轨道区段的长度、“ 车-地”通信的有效速率、列车进路的建立和恢复时间等等因素,正常的行车间隔不可能无限制缩短。换言之,最小行车间隔极大地影响着信号的atp 系统方案和工程造价。确定合理的行车间隔时分成为信号atp 系统方案设计的控制参数。
根据一些发达国家城市轨道交通的运营经验, 信号atp 系统可按满足高峰运营流量130 % 的能力标准进行设计。也就是说,如果线路的客流量在某个特殊时段增加到预测高峰值的130 % 时,atp 系统仍有能力满足运营采取的临时措施,如临时增加运营列车等。表1 以某一条线路运营方案为例予以说明。
两种方案均可满足运量要求,但它们的运能余量,即单向运输能力与高峰小时单向最大断面客流量比是不同的。其中方案a 为1. 00 , 方案b 为1. 08 。那么,如果按方案a 实施,在高峰时间内的线路运营将处于全饱和状态, 按上述标准设计相应的atp 系统应采用184 s 的设计行车间隔;如果按方案b 实施,在高峰时间内的线路运营尚有8 % 的调节余量,相应的atp 系统只需采用245 s 的设计行车间隔。显而易见,从信号系统的设计角度来看,方案b 优于方案a 。
应该指出的是,ats 系统所具备的行车间隔调控能力与上述的atp 的设计行车间隔能力是有区别的。ats 对列车运行的调控主要是当列车运行秩序有紊乱时,通过控制列车停站时分而使列车运行秩序尽快恢复的一种措施。当然,这种调控能力的实现也是要体现在atp 行车间隔能力上的。
在实际的工程运用中,应结合线路近、远期运量,以及工程实施方案、ats 调控能力等综合因素, 确定一个合理的满足运营要求、节省工程投资的设计行车间隔。
2. 2 atp 信息传输方式
atp 系统是确保列车运行安全的关键设备,它由轨旁设备和车载设备组成, 列车通过地面atp 设备接收运行信息,实现列车的间隔控制。atp 设备主要有两种划分方式,一是按“车-地”atp 信息传输方式分为连续式和点式发码方式;另一种是按对列车控制方式分为模式曲线方式和阶梯式控制方式。其中按前一种划分的两种atp 设备工程造价差异大,是选择atp 系统方案的主要比较点。
连续式的atp 设备一般可利用轨道电路或连续敷设的电缆向车载接收设备连续不断地传递地面信息。其特点是信息传递实时性高、技术复杂、造价昂贵。点式atp 设备利用地面应答器或点式环线把地面信息传至列车。这种方式实时性较差, 但技术简单、造价低廉。
控制实时性较差高行车间隔大于90 s 可小于90 s 自动驾驶功能尚无产品有列车检测功能需另设轨道电路有系统扩展对行车干扰较小对行车干扰大安装调试周期较短周期长工程造价较低高维修成本低高生产厂家少多
在我国现有的地铁交通中,由于运量大、行车密度高、地铁隧道内驾驶条件较差等特点,均采用连续发码方式的atp 系统是适宜的。
随着点式atp 技术的发展,在城市轨道交通工程,特别是城市轻轨工程中采用点式atp 设备显得越来越合理。在点式atp 系统中,以目前较有代表性的西门子公司zub120 为例,其主要的技术指标如下:
·地面应答器平均故障间隔时间 9 ×105 h 对于点式系统控制实时较差、缺乏紧急停车功能等缺点,则可以通过接近连续式发码方式进行弥补。上海莘闵轻轨交通线作为我国第一条城市轻轨线路就已按点式atp 系统进行设计。另据西门子公司介绍,目前该公司新研制的点式atp 系统不仅打破了90 s 行车间隔的限制,也具备了自动驾驶功能。
3 小结
在实际的工程运用中,结合工程具体情况就不难设计出优秀的系统方案。例如:在天津市区至滨海新区轻轨工程招标中,我方依据轻轨客运量近、远期分别为18. 4 万人次/ 日、28. 4 万人次/ 日,列车运行近、远期3 min 的追踪间隔,以及列车4 列、6 列的不同编组,首先确定的投标方案中设计行车间隔为135 s , 采用点式atp 和国产ats , 预留ato 方案;而结合本线列车运行速度高达100 km/h , 列车制动距离长的特点,从保证行车安全、节省工程造价的角度出发,我方又推荐了采用模拟无绝缘轨道电路加连续式环线的atp 方案。两种方案的技术论证受到了评判专家组的一致好评。
总之,在系统构成和主要的技术方案确定以后,信号系统虽已基本定型,但要真正全面地设计出一个良好的系统,还有许多细节需要考虑。例如:为发挥投资效益,根据城市轨道交通工程近、远期不同的建设规模和标准,信号系统的配置应考虑按不同阶段的运量要求分步实施、合理预留,并使之容易进行技术改造和升级;信号系统设计方案中应充分考虑到国家对机电设备国产化率的要求,除某些必须引进的设备外,尽量选用国产设备或与引进国外技术国内组装相结合的方式。
另外,城市轨道交通信号系统的特殊技术指标也是应在设计过程中重点考虑的问题。如在长大坡道上设立的保护性延续进路对列车运行追踪时分的影响;为缩短折返进路建立时间,如何处理折返进路有关的渡线道岔等技术问题。
摘要：线网规划设计是进行轨道交通建设中其他工作的基础和先决条件。本文就北京快速轨道交通线网规划设计为例介绍一些思路和体会，希望对于我国城市轨道交通的发展起到一定的借鉴作用。
关键词：快速轨道交通 线网规划
一、前言
随着我国经济的发展和城市化进程的加快，如何合理地解决城市迅速增长所引发的交通需求和有限的城市空间资源规划与管理是目前我国各大城市所关注的问题。国内外实践证明，发展以轨道交通系统为骨干、以公共交通为主体、各种交通方式相结合的多层次、多功能、多类型的城市综合交通运输体系是解决城市交通问题的主要途径。城市快速轨道交通工程是一项大型的系统工程，技术复杂、涉及专业多、投资大、建设周期长。快速轨道交通线网规划（以下简称“线网规划”）作为轨道交通发展的基础和先决条件，具有举足轻重的作用，是关系到今后地铁建设及运营能否顺利实施，并能否有效地节省投资的重要问题。
线网规划设计中所涉及的问题很多。最近，笔者有幸参加了关于北京快速轨道交通线网规划的设计工作。笔者将结合此工程实例和一些粗浅的体会，谈谈线网规划中的一些新思路和方法。本文将从线网规模的确定、线网规划合理的设计原则、线网详细的统计分析、多标准评价体系、最佳方案的功能、技术和运营分析、最优方案分期实施计划等方面进行介绍。
二、 线网规模的确定
线网的规划研究首先要确定城市轨道交通线网合理的规模，以此在宏观上判断一个城市大概的轨道交通规模范围。线网规模要以城市今后的发展、经济发展、城市交通发展政策和服务水平目标为依据，应当是出行需求与交通服务之间的最佳结合点，坚持近远期相结合、定性定量分析相结合原则和经济性原则。线路走向尽可能满足城市布局结构和出行总量需要，并适当兼顾城市将要开发地区发展的需要。线网规模的准确把握应使其在不同阶段都能满足出行客流的要求，发挥最大的作用。线网的规模要包括不同阶段线网的编织密度和服务水平等级。
1定性的确定
（1）线网的规模与城市发展规划紧密结合
根据城市发展规划，结合城市特点、出行需求、客流预测，对重点发展地区、商业区、高新技术开发区等进行重点开发。对人口增长和就业岗位的分布进行科学的预测，以指导和帮助我们更合理地确定不同区域中线网的编织密度。北京目前的规划布局为，进一步加强由天安门广场、长安街、复兴门、建国门组成的“超级中心”；发展cbd商务区；发展王府井、西单、朝外等主要商业区；优先发展具有战略意义的海淀高新技术开发区以及上地、丰台、石景山、望京等技术园区、2008年奥运会在北京的举行将为增加北京的城市活力以及发展交通基础设施起到积极推动作用；积极推动边缘集团和卫星城发展；加强对绿化环带和市区的规划绿地建设；加大对北京文化遗产的保护力度。作为首都、国家政治文化中心、历史名城，在保护其特色的基础上，改善生活环境、交通状况，提高市民生活水平和出行需求。
（2） 线网的规模与经济发展政策紧密相关
经济发展是支持城市进步，活跃城市社会活动和影响全市居民出行的重要因素之一。很显然，出行率与市民富裕程度休戚相关。同时，发展交通的投资力度也与经济发展紧密相连。
由于经济发展与机动化程度，总出行率和私人机动化出行率之间有紧密的联系，因此，未来gdp的增长趋势对交通发展有重大的意义。根据经济发展的预测，可推算出未来各种交通模式的综合投资潜力及未来公共交通的投资潜力，从而更好地确定不同时期线网的规模。
（3） 线网的规模与城市交通发展政策紧密相关
进行准确的交通调查，掌握居民的出行情况。如进行出行方式、出行率、主要出行客流分配等调查，以此确定合理的交通发展政策。
积极发展公共交通，有效控制私人机动化出行，对自行车出行人员合理引导，使这部分人能转向公共交通。必须推行合理的总体交通发展政策，使各交通体系协调发展。
（4） 轨道交通服务水平目标的制定
轨道交通服务水平目标的制定对线网规模的确定起到重要指导作用，很大程度上决定了线网的发展方向和未来建设速度。北京市轨道线网服务水平目标制定时考虑如下几点:
a.易达性：居民住所或上班地点距与其最近车站的距离不超过750m；
b.出行时间：在市区范围内，出行时间不超过60min；
c.候车时间：高峰小时候车时间不超过3min；
d.舒适度： 除座位外，6人/m2标准。
2定量的分析
在定性确定设计原则后，可根据公共交通客流总量、人均指标测算法和面积密度测算公式分别定量计算轨道线网规模。
对
线网规模的影响作用有的可以量化，有的无法量化，所以确定城市轨道交通线网规模要采用定量计算和定性分析相结合的方法。定性分析对线网规模具有宏观指导作用，而定量计算是对定性分析的一种合理验证和修正，在以往的工作中，由于技术手段和调查数据积累的不足，定量计算的可信度大打折扣。今后随着数据采集手段的提高和城市公共交通信息化平台的建立，将为城市轨道交通的合理规划提供有力的技术保障。
三、制定线网规划的原则
在线网规模确定的基础上，制定合理的轨道线网规划设计原则，为下一步规划线网提供依据。北京作为首都，是政治、经济和文化中心,人口繁多、地域面积很大、地下状况复杂，为达到较高的交通服务等级，制定了很多的设计原则，列举以下部分内容来说明。
1. 支持城市多中心发展和经济发展的政策，重点支持cbd、金融街、主要商业中心、文化旅游中心、边缘集团、奥林匹克公园、高新技术开发区及卫星城等已建、在建和规划建设的地区的发展。按照sod和tod结合的方式合理规划线网，是其更加适应城市发展和经济发展的需要。
2. 根据不同的标准对各种交通模式进行分类，选择适合不同城市的不同功能等级和交通服务等级的交通模式。北京作为特大城市，其人口较多，我们就选择了重型大运量的市域线和市区线的模式。市域线服务于市区和城郊，站间距相对较大、速度快、运量大，较好地吸引远程的客流。市区线主要服务于市中心区域，站间距相对小一些，发车间隔较小，较好的吸引近距离乘客，但较小的站间距就势必造成工程造价的升高。所以，有效的确定站间距对于线网的合理性也是很重要的。而对于小型的人口相对较少的城市，也许，发展有轨电车就可满足出行的需求。
a.按照线路的服务功能等级不同分为市域线、市区线、局域线。
b.按照运量的大小分为重型大运量的地铁、轻轨、有轨电车系统。
c.按照封闭形式分为混合交通、半封闭、全封闭线路。
d.为满足不同等级的交通服务，车站分为大型枢纽站、一般换乘车站和一般车站。
e.根据客流的要求选择不同的车辆类型，目前我国规范规定：有a、b、c三种车型。
3. 依据城市的出行特征来确定线网的结构形式。经过科学的客流预测，分区域测算出城市中的主要交通走廊，是从市区-市郊的放射形出行、还是穿越市中心的穿越形出行；是优先考虑线路走向，还是先锚固住车站的站位；多种设计思路组合运用可构造出不同的线网结构形式。但无论以哪种思路为出发点来设计的结构形式都需要用客流预测来验证其适用性，并根据结果进行调整后，再进行测试，直到其合理为止。
4. 线路的铺设形式需根据所处的地理位置、地质情况、城市景观等来确定地下、地面和高架形式。例如，北京在三环路以内规定均采用地下线形式；而颐和园地区虽处三环外，但由于景观原因，从其门口通过的线路需埋入地下。
5. 对线网中线路和车站进行设计和施工的可行性研究，分析并选取最优方案。施工中针对不同情况选取与之相适应的施工方法，包括暗挖、明挖、盖挖；同时，车站设计中还需考虑站台的形式、站台和站厅的相对位置等问题。这些都是应该在线网规划中需考虑和确定的。线网规划作为前期工作，应该在大的原则上具有规范作用，一旦确定，就不应轻易改变。因此，在做这项工作，一定要慎之又慎，通盘考虑。
6. 对于大型公交枢纽，我们应当根据枢纽站周边的环境条件及其所发挥的作用，以及对此区域的土地规划、预留发展和客流预测进行深入的研究，合理确定枢纽站的规模。并且优化其易达性，方便乘客进入车站或与其他交通模式的换乘（地面公交、出租车、自行车、步行），从而使其更有效地吸引客流。这就需要规划部门的大力支持，对于此规划区域得到合理安排和监控，尽量减少原则性的变动。
大型公交枢纽站的换乘形式多种多样，我们以前设计的车站换乘形式多为十字换乘、t型换乘和通道换乘，设计不够合理。一方面是设计上较为死板老套，另一个造成目前状况的重要原因是，规划和前期的准备工作做的不够细致深入，控制规划的后续工作执行的又不严格。比如多条线路在某一地段交汇，往往缺乏深入地综合分析和规划。在车站设计时，哪条线先设计，就把有利的土地资源占尽，很少为后续线路统筹考虑，从而导致土地资源的浪费、并使后续工程的施工设计难度加大、费用增加、换乘形式单一、换乘距离加长，甚至造成许多好的规划方案难以实施。因此，在开始建设时就需要统筹考虑,把大型枢纽站的土建结构一次建成，为后续工程的建设提供条件。例如：在西客站和东直门站的下方就已考虑和建成预留的地铁车站。
7. 我们经常认为多线交汇的交通枢纽在设计上较为困难，因交汇线路越多，车站规模越大，投资越多。但为了提高乘客的换乘方便，对线路可进行适当合理的优化，使其换乘合理，同时有效降低投资。以3条线路交汇为例：图1(a)
是有两条线路平行通过车站，形成换乘，另一条线路分别与其形成换乘，此形式为两层的较理想的车站线路形式。若遇到图1（b）的形式，即3条线路相互交叉，形成三层的规模较大的车站。我们可以对其进行合理的优化调整，使其中的两条线在同一标高平行通过交汇处，这样使其形成同站台换乘形式，即在同一站台上就可换乘其他线路上的车辆，大大地方便了乘客，在香港等许多城市都采用了这种换乘形式；也可使两条或更多的线路在此车站区域共用同一条线路和站台，形成共线运营的形式，德国法兰克福等城市的地铁就有许多车站采用这种形式，换乘极为方便，但同时对运营管理的要求大大提高，为图1（c）所示。
8. 在规划阶段还应该考虑到线网中各条线路之间的联络线，使整个线网在各个阶段都能达到最佳的运营效果，成为一个有机的整体，相互协调，资源共享。同时还应考虑到与外部铁路专用线的衔接，使外部的资源有效的通过铁路专用线运送进入线网中来。
四、 线网的规划
线网规模确定后，依据所设定的设计原则，在分析研究的基础上，设计并规划出合理的线网，形成城市交通骨架。
五、 对线网进行详细的统计
随后对所设计的线网进行详细的统计和分析，得出的统计数据反映了路网的各方面的特征，为下一步对各线网方案做出客观的评价提供了有利的依据。详细统计分析包括如下几个方面：
1. 分类统计体现线网主要特征的数据。包括线网总长、不同类型线路（市域线、市区线、局域线）的总长度和数目、各种功能等级的车站总数，包括一般车站、一般换乘站和大型公交枢纽站的总数。
2. 体现交通服务水平的数据。此项是由线网对各大型城市活动中心和公共设施的覆盖程度来体现，包括商务区、商业中心、体育设施、医院、学校、工业区、高新技术开发区以及旅游景区等。这些区域都是城市规划中大力支持的项目。
3. 客流预测分析是评价线网结构质量的有力数据。包括出行结构、出行量、出行率、各交通模式的出行比例以及对公交产生的影响。
4. 线路铺设形式。统计不同铺设形式（高架、地面、地下）的线路总长度和不同铺设形式车站总数。
5. 车辆总数。按照高峰时段市区线、市域线的不同行车间隔、旅行速度及车辆编组等数据来计算每天运营线路所需的车辆总数和需备用的车辆数。
6. 车辆段和维修车间。统计线网中，所需设置的车辆段和维修车间的总数量。
7. 投资总额。对基础设施（线路、车站）和设备（车辆、沿线设备和车站设备）进行估算，计算出整个线网所需的投资总额。
六、多标准评价体系
对各备选方案进行了详细分析并获得了相关数据后，要对各方案进行客观的评价。评价的标准应由乘客、运营者、建设者、经营管理和市政府等各方商讨形成一个全面、客观的多标准评价体系。评价体系应由以下几个方面组成：
1． 乘客要求高品质的交通服务，提出线网的吸引性指标。
2． 运营者要求降低运营成本、增加收入，提出运营目标。
3． 建设者要求施工的可行性和简便性，提出建设目标。
4． 经营管理者需要降低投资，并使各种交通模式之间良好衔接，提出经营管理目标。
5． 市政府要求维持城市可持续发展战略，提出发展战略和对资源的全面管理目标。
各个不同的城市所适用的评价体系不同，这需要在长期的实践中进行摸索，形成了一套适合本城市发展的多标准评价体系。这套评价体系对于我们今后城市的发展、轨道交通的发展都有极为深远的意义。
在形成了完善的评价体系后，我们就须依照该评价体系对各备选方案进行客观的评价比较计算，其中需要针对各指标的重要程度进行适当的加权处理。在经过综合评价比选过后，较客观地评选出最佳的线网方案。
七、对最佳方案进行作进一步的分析
对评选出的最佳方案进行进一步详细的功能、技术以及运营管理方面的分析。对其进行总体评价，以检验这个线网是否符合所确定的相关原则。下面就从3个方面具体分析。
1． 对各条线的长度、走向、车站定位、枢纽数目进行分析；对重点发展区域的覆盖、对城市布局、经济发展的支持程度等进行详细的功能分析。按公认的经验数据，市中心的线网覆盖率应在90%左右，线网的密度1~1.2km/km2，车站密度为1座/ km2，即一个车站为市中心区1 km2的市民出行服务，服务半径约为500m。
2． 对线路走向、铺设形式及换乘车站的构成和组织形式进行详细的技术分析。尤其要对线网中的大型换乘枢纽进行深入的分析研究，如线与线间的换乘、地铁与城市公交的衔接、车站与城市地下空间的开发相结合等。例如:上海就在人民广场、徐家汇、静安寺、虹口体育场四大城市中心区组织了大量的人力、物力进行了方案研究，为下一步的设计、施工的顺
利进行打下了坚实的基础。
3． 检测线网在今后运营上是否能达到快捷、准点、安全、舒适；线路设计是否简便、灵活。科学的客流预测对确定合理的运营模式和选定合理的车型有很大的帮助。在运营中，可根据不同的线路特性和客流需求（各区段客流量不同）制定不同等级的服务（例如：常规服务、中间折返区间运营、支线运营、跨站运营等）；制定紧急事故处理方案；合理设置中间折返站和联络线；设置终点站折返区间和方案；设置运营规程、时刻表等问题。
在对最优方案进行详细的分析后，可对其不完善处进行适当的调整和优化，使其满足我们的设计原则和要求。
八、最优方案分期实施计划的研究
在对最优方案进行详细的分析和优化后，对此最优方案进行分期实施计划的研究。分期实施计划是使线网能够分阶段、有计划、有步骤、连贯协调的实施。对不同阶段制定不同的发展目标和实施计划。
首先，先确定已建和在建的线路；其次，再对建设资金的来源进行分析；最后针对不同阶段、不同投资额制定出切实可行的实施方案。
九、结束语
本文对快速轨道交通线网规划设计工作中，规划的主要制定过程和思路进行了简要的介绍，希望对于我国各大城市正在蓬勃发展的轨道交通事业，具有一定的借鉴作用。值得强调的是，轨道交通建设中，首先要做好线网规划工作，这是进行其他工作的基础和先决条件，对于轨道交通的全局建设具有举足轻重的作用。
摘 要 重点论述城市轨道交通工程钢轨用扣件的性能、技术参数及设计要求,分析目前我国城市轨道交通中主要钢轨扣件的使用情况及需要研究的问题。
关键词 城市轨道交通 钢轨扣件 减振 轨距 水平调整量 道床
钢轨扣件的作用是保持钢轨的正确位置,防止钢轨纵横向位移,提供一定的轨道弹性,并将钢轨所受的力传递给轨下基础。
1 主要性能
1)有足够的强度和耐久性
城市轨道交通运营时间长、行车密度高、维修条件差,要求钢轨扣件必须具有足够的强度和耐久性,以确保行车安全。
2)有一定的轨距和水平调整性能
城市轨道交通多采用整体道床结构,线路曲线半径小,钢轨存在磨耗。这就要求扣件应具有一定的轨距、水平调整性能,以解决曲线钢轨磨耗和结构的不均匀沉降及施工误差所造成的轨距、钢轨水平超限。
3)有良好的绝缘性能
城市轨道交通一般均利用走行轨作为回流轨,这就要求扣件必须具备良好的绝缘性能,防止电流通过扣件泄漏,造成结构钢筋和市政管线的电腐蚀。
4)有良好的减振弹性
城市轨道交通穿行于居民区内,对减振降噪的环保要求很高,钢轨扣件必须具有良好的减振性能,衰减轨道振动,降低噪声传播。
5)有一定的通用互换性
扣件结构应力求简单,零部件少,具有一定的通用互换性,造价低,施工和维修方便。
2 设计参数
确定城市轨道交通钢轨扣件的设计参数必须考虑其相关工程的情况:线路敷设方式、线路技术参数、行车速度、车辆轴重及钢轨类型等。扣件的主要设计参数包括:扣压力、防爬阻力、节点刚度、耐疲劳性能、轨距及水平调整量、绝缘性能等。一般可通过下列方式,确定其设计参数。
2.1 扣压力及防爬阻力
扣件的扣压力和防爬阻力是一对共生参数,静态防爬阻力等于扣压力乘以综合摩擦系数。
扣件的扣压力的大小是确保钢轨稳定的关键,它与车辆的轴重、速度及是否采用无缝线路及轨下垫层的性能有关。当车辆轴重大、速度较高,采用一般线路时,要求钢轨扣件的扣压力就大;轴重轻、速度低,采用无缝线路时,扣压力可以小一些。扣压力的大小应保证在扣件的使用周期里,当列车制动时,钢轨不发生永久性位移。对于城市轻轨,一般轴重低于160kn,速度不超过100km/h,故对扣件扣压力的要求不是很高,理论计算及实践证明,单一扣压件的扣压力在6~8kn是可以满足要求的。值得注意的是:过大的扣压力并不是有利的,这将导致轨下弹性垫层的初始压缩量增大,损失减振弹性。
2.2 扣件节点刚度
扣件的节点刚度是考查扣件弹性的指标,包括静刚度值、动刚度值及动静比,均需通过室内试验确定。扣件垂向静刚度值是取扣件压缩变形曲线某一段的割线斜率来确定的,一般20~40kn/mm比较合适;动刚度值是扣件的重要指标,表明扣件在动荷载作用下的弹性,即减振性能;设计扣件动静比应控制在1.4以下。
2.3 轨距及水平调整性能
考虑城市景观及运营维修的方便,城市轨道交通地下线、高架线多采用整体道床,在施工、运营中结构均会有施工误差,产生不均匀的沉降。同时,也会因轮轨互相作用使轨距及钢轨水平发生变化而超限。
轨距调整量主要是解决施工误差和钢轨侧磨而致轨距超限的问题,故要求负的调整量要大。考虑城市轨道交通工务大修周期长,日常维修条件差,要求扣件的轨距调整量比国铁的大,整体道床扣件轨距调整量一般可设计为+8、-12mm。
结构的沉降绝大部分是在结构设计时考虑并采取措施,但小量的变化仍需钢轨扣件来调整。就目前的结构及轨道施工技术,对地下线要求钢轨扣件有20~30mm的水平调整量。水平调整量的大小与地质情况密切相关,在不良地质条件下,需要扣件有大的水平调整量。对于高架线,要求钢轨扣件有30~40mm水平调整量,主要解决由于相邻桥墩的沉降差落值及梁的收缩徐变而引起的梁面上拱。
2.4 绝缘性能
城市轨道交通对钢轨扣件的绝缘性能要求很高,一方面是走行轨作为供电回流轨的要求,另一方面是移动闭塞信号的要求。扣件绝缘性能不好,长此以往,除导致大量电流泄漏、浪费电能外,还会因杂散电流而腐蚀结构钢筋和市政管线。
在城市轨道设计中,供电、信号等专业对钢轨扣件的绝缘性能都会提出具体要求。就目前的材料技术,达到这些要求是完全可行的。通常扣件中的单个绝缘部件常态绝缘电阻均可以达到108ω以上,能满足对扣件的绝缘要求。
2.5 耐久性能
扣件的耐久性是通过疲劳试验来验证的,疲劳试验能验证扣件抵抗重复荷载的性能,我国通常是取小半径曲线上的扣件所受的最大荷载来进行试验的。设计扣件时,要依据地铁实测小半径200m曲线地段扣件所受的力,并参照国内外同类扣件的设计荷载。要求组装扣件疲劳荷载一般取竖向50kn,横向30kn,能承受300万次疲劳荷载的循环试验,各部件不损坏。
3 设计要求
城市轨道交通钢轨扣件从结构型式上大致分为两种:一种是带铁垫板的弹性分开式扣件,用于整体道床和地面线木枕碎石道床,另一种是不带铁垫板的弹性不分开式扣件,用于地面线和高架线砼枕碎石道床,一般采用国铁扣件。
从扣压件型式上分也有两种:一种是有螺栓的弹条扣件,用于高架线、地面线和地下线的整体道床,可以根据无缝线路对扣件扣压力的要求适时调整;另一种是无螺栓弹条扣件,多用于地下线整体道床和地面线碎石道床。
从轮轨横向力的承受形式上分有两种:一种是靠传递给轨枕挡肩承受,一种是靠扣件铁垫板与轨枕间的水平摩擦力和螺旋道钉承受。前一种是传统的构造形式,扣件结构较安全,但限制了钢轨水平调整量;后一种目前采用较多,要求扣件铁垫板与轨下基础必须有可靠的连接,避免螺旋道钉弯曲应力过大而折断,这就必须控制好铁垫板下的垫层弹性及厚度。
设计钢轨扣件应首先从与之相关的工程特点及车辆技术条件入手,研究线路平面条件和车辆相关参数,并对相似工程的钢轨扣件使用情况调研,由此初步确定扣件的整体结构型式和设计参数,进而对各部件进行详细设计,并加工试制,验证其工艺可行性,再对各部件进行室内整装试验,验证其可靠性,最终完成设计。
4 使用情况
1965年北京城建设计研究总院承担了我国第一条地下铁道钢轨扣件的研究设计,经过了近40年的研究设计、探索,逐步形成了适用于各种线路敷设方式、门类齐全的城市轨道交通钢轨扣件系列,满足了我国城市轨道交通发展的需要,见图1~图4及表1。
5 需进一步研究的问题
近年来,我国城市轨道交通发展迅速,对轨道技术的要求也越来越高,随着我国工程设计市场的开放及与国外轨道技术的交流,促进了钢轨扣件技术的发展。目前,需着重研究以下课题。
5.1 扣件结构及统一性的研究
扣件结构的统一性无疑会对加工订货和运营设备的维护管理带来很大的方便。
目前,国内同一条地铁线上同时存在多种扣件结构,分别适用于地下线、高架线及地面线,车场线及库内又各自不同,给设备的管理带来一定麻烦。运营部门要求扣件结构统一的呼声较高,设计部门对此也十分重视。对于高架线和地下线,通过与相关专业的紧密配合,调整扣件设计参数,有可能统一;对于地面线和车场线,可以统一用一种扣件,使一条线的扣件种类大大减少,为设备管理提供方便。
5.2 减振弹性的研究
通过扣件的减振降噪,可在一定程度上降低轨道振动和噪声,且工程投资远低于其他减振措施的投资。
对减振弹性的研究侧重于两个方面,一是从改变扣件的结构设计入手,采用黏结铁垫板的结构,利用减振材料将上、下铁垫板黏结,这样可有效过滤轨道振动,研究的重点是黏结材料的减振性能及耐久性。二是寻求探索新的减振材料,如热塑性弹性体材料的研究应用。新材料的研究重点是改善传统的橡胶减振材料的动静比、材料的回收翻新使用、提高材料的耐久性等,这有利于环保。
通过研究,单靠扣件即能将振动降低12db,可以达到弹性套靴整体道床的减振效果。
5.3 扣件与轨枕连接技术的研究
现在的轨道交通中,扣件与轨枕的连接多采用预埋套管和螺旋道钉的方式,连接时将道钉按规定的扭紧力矩拧进套管。这种方式存在两个问题:一是随着车轴荷载的反复作用,螺旋道钉有松弛的现象,导致摩擦力抵抗横向力的能力降低,螺旋道钉受弯而折断失效;二是由于两种材料的部件生产制造、公差配合困难,使套管螺扣受力极不均匀,容易产生螺扣破损而使连接失效。要进一步研究螺旋道钉的振动缓冲和防松措施,研究两部件螺纹的配合关系,确保有效连接。
5.4 扣件防锈技术的研究
城市轨道交通钢轨扣件的防锈尤为重要,一方面是延长其使用寿命,另一方面是整洁、美观的要求。传统防锈技术包括浸油、喷漆、渡锌,均不是长效的防锈措施。目前,最新防锈技术为达克罗表面涂覆和多元气体共渗防锈,但在轨道交通领域的使用效果尚无定论。今后应着重研究弹条及螺旋道钉的防锈技术,彻底解决因锈蚀而折断失效的问题。
我国不同时期研究与设计使用的钢轨扣件系列,适应了城市轨道交通的迅速发展,满足了建设需要,保证了行车安全。目前,国际轨道技术发展很快,应结合我国情况,解决好目前存在的问题,研究出高新技术扣件,使我国钢轨扣件技术再上新台阶。
内容提要：线网规划设计是进行轨道交通建设中其他工作的基础和先决条件。本文就北京快速轨道交通线网规划设计为例介绍一些思路和体会，希望对于我国城市轨道交通的发展起到一定的借鉴作用。
关键词：快速轨道交通 线网规划
一、前言
随着我国经济的发展和城市化进程的加快，如何合理地解决城市迅速增长所引发的交通需求和有限的城市空间资源规划与管理是目前我国各大城市所关注的问题。国内外实践证明，发展以轨道交通系统为骨干、以公共交通为主体、各种交通方式相结合的多层次、多功能、多类型的城市综合交通运输体系是解决城市交通问题的主要途径。城市快速轨道交通工程是一项大型的系统工程，技术复杂、涉及专业多、投资大、建设周期长。快速轨道交通线网规划（以下简称“线网规划”）作为轨道交通发展的基础和先决条件，具有举足轻重的作用，是关系到今后地铁建设及运营能否顺利实施，并能否有效地节省投资的重要问题。
线网规划设计中所涉及的问题很多。最近，笔者有幸参加了关于北京快速轨道交通线网规划的设计工作。笔者将结合此工程实例和一些粗浅的体会，谈谈线网规划中的一些新思路和方法。本文将从线网规模的确定、线网规划合理的设计原则、线网详细的统计分析、多标准评价体系、最佳方案的功能、技术和运营分析、最优方案分期实施计划等方面进行介绍。
二、 线网规模的确定
线网的规划研究首先要确定城市轨道交通线网合理的规模，以此在宏观上判断一个城市大概的轨道交通规模范围。线网规模要以城市今后的发展、经济发展、城市交通发展政策和服务水平目标为依据，应当是出行需求与交通服务之间的最佳结合点，坚持近远期相结合、定性定量分析相结合原则和经济性原则。线路走向尽可能满足城市布局结构和出行总量需要，并适当兼顾城市将要开发地区发展的需要。线网规模的准确把握应使其在不同阶段都能满足出行客流的要求，发挥最大的作用。线网的规模要包括不同阶段线网的编织密度和服务水平等级。
1定性的确定
（1）线网的规模与城市发展规划紧密结合
根据城市发展规划，结合城市特点、出行需求、客流预测，对重点发展地区、商业区、高新技术开发区等进行重点开发。对人口增长和就业岗位的分布进行科学的预测，以指导和帮助我们更合理地确定不同区域中线网的编织密度。北京目前的规划布局为，进一步加强由天安门广场、长安街、复兴门、建国门组成的“超级中心”；发展cbd商务区；发展王府井、西单、朝外等主要商业区；优先发展具有战略意义的海淀高新技术开发区以及上地、丰台、石景山、望京等技术园区、2008年奥运会在北京的举行将为增加北京的城市活力以及发展交通基础设施起到积极推动作用；积极推动边缘集团和卫星城发展；加强对绿化环带和市区的规划绿地建设；加大对北京文化遗产的保护力度。作为首都、国家政治文化中心、历史名城，在保护其特色的基础上，改善生活环境、交通状况，提高市民生活水平和出行需求。
（2） 线网的规模与经济发展政策紧密相关
经济发展是支持城市进步，活跃城市社会活动和影响全市居民出行的重要因素之一。很显然，出行率与市民富裕程度休戚相关。同时，发展交通的投资力度也与经济发展紧密相连。
由于经济发展与机动化程度，总出行率和私人机动化出行率之间有紧密的联系，因此，未来gdp的增长趋势对交通发展有重大的意义。根据经济发展的预测，可推算出未来各种交通模式的综合投资潜力及未来公共交通的投资潜力，从而更好地确定不同时期线网的规模。
（3） 线网的规模与城市交通发展政策紧密相关
进行准确的交通调查，掌握居民的出行情况。如进行出行方式、出行率、主要出行客流分配等调查，以此确定合理的交通发展政策。
积极发展公共交通，有效控制私人机动化出行，对自行车出行人员合理引导，使这部分人能转向公共交通。必须推行合理的总体交通发展政策，使各交通体系协调发展。
（4） 轨道交通服务水平目标的制定
轨道交通服务水平目标的制定对线网规模的确定起到重要指导作用，很大程度上决定了线网的发展方向和未来建设速度。北京市轨道线网服务水平目标制定时考虑如下几点:
a.易达性：居民住所或上班地点距与其最近车站的距离不超过750m；
b.出行时间：在市区范围内，出行时间不超过60min；
c.候车时间：高峰小时候车时间不超过3min；
d.舒适度： 除座位外，6人/m2标准。
2定量的分析
在定性确定设计原则后，可根据公共交通客流总量、人均指标测算法和面积密度测算公式分别定量计算轨道线网规模。
对线网规模的影响作用有的可以量化，有的无法量化，所以确定城市轨道交通线网规模要采用定量计算和定性分析相结合的方法。定性分析对线网规模具有宏观指导作用，而定量计算是对定性分析的一种合理验证和修正，在以往的工作中，由于技术手段和调查数据积累的不足，定量计算的可信度大打折扣。今后随着数据采集手段的提高和城市公共交通信息化平台的建立，将为城市轨道交通的合理规划提供有力的技术保障。
三、制定线网规划的原则
在线网规模确定的基础上，制定合理的轨道线网规划设计原则，为下一步规划线网提供依据。北京作为首都，是政治、经济和文化中心,人口繁多、地域面积很大、地下状况复杂，为达到较高的交通服务等级，制定了很多的设计原则，列举以下部分内容来说明。
1. 支持城市多中心发展和经济发展的政策，重点支持cbd、金融街、主要商业中心、文化旅游中心、边缘集团、奥林匹克公园、高新技术开发区及卫星城等已建、在建和规划建设的地区的发展。按照sod和tod结合的方式合理规划线网，是其更加适应城市发展和经济发展的需要。
2. 根据不同的标准对各种交通模式进行分类，选择适合不同城市的不同功能等级和交通服务等级的交通模式。北京作为特大城市，其人口较多，我们就选择了重型大运量的市域线和市区线的模式。市域线服务于市区和城郊，站间距相对较大、速度快、运量大，较好地吸引远程的客流。市区线主要服务于市中心区域，站间距相对小一些，发车间隔较小，较好的吸引近距离乘客，但较小的站间距就势必造成工程造价的升高。所以，有效的确定站间距对于线网的合理性也是很重要的。而对于小型的人口相对较少的城市，也许，发展有轨电车就可满足出行的需求。
a.按照线路的服务功能等级不同分为市域线、市区线、局域线。
b.按照运量的大小分为重型大运量的地铁、轻轨、有轨电车系统。
c.按照封闭形式分为混合交通、半封闭、全封闭线路。
d.为满足不同等级的交通服务，车站分为大型枢纽站、一般换乘车站和一般车站。
e.根据客流的要求选择不同的车辆类型，目前我国规范规定：有a、b、c三种车型。
3. 依据城市的出行特征来确定线网的结构形式。经过科学的客流预测，分区域测算出城市中的主要交通走廊，是从市区-市郊的放射形出行、还是穿越市中心的穿越形出行；是优先考虑线路走向，还是先锚固住车站的站位；多种设计思路组合运用可构造出不同的线网结构形式。但无论以哪种思路为出发点来设计的结构形式都需要用客流预测来验证其适用性，并根据结果进行调整后，再进行测试，直到其合理为止。
4. 线路的铺设形式需根据所处的地理位置、地质情况、城市景观等来确定地下、地面和高架形式。例如，北京在三环路以内规定均采用地下线形式；而颐和园地区虽处三环外，但由于景观原因，从其门口通过的线路需埋入地下。
5. 对线网中线路和车站进行设计和施工的可行性研究，分析并选取最优方案。施工中针对不同情况选取与之相适应的施工方法，包括暗挖、明挖、盖挖；同时，车站设计中还需考虑站台的形式、站台和站厅的相对位置等问题。这些都是应该在线网规划中需考虑和确定的。线网规划作为前期工作，应该在大的原则上具有规范作用，一旦确定，就不应轻易改变。因此，在做这项工作，一定要慎之又慎，通盘考虑。
6. 对于大型公交枢纽，我们应当根据枢纽站周边的环境条件及其所发挥的作用，以及对此区域的土地规划、预留发展和客流预测进行深入的研究，合理确定枢纽站的规模。并且优化其易达性，方便乘客进入车站或与其他交通模式的换乘（地面公交、出租车、自行车、步行），从而使其更有效地吸引客流。这就需要规划部门的大力支持，对于此规划区域得到合理安排和监控，尽量减少原则性的变动。
大型公交枢纽站的换乘形式多种多样，我们以前设计的车站换乘形式多为十字换乘、t型换乘和通道换乘，设计不够合理。一方面是设计上较为死板老套，另一个造成目前状况的重要原因是，规划和前期的准备工作做的不够细致深入，控制规划的后续工作执行的又不严格。比如多条线路在某一地段交汇，往往缺乏深入地综合分析和规划。在车站设计时，哪条线先设计，就把有利的土地资源占尽，很少为后续线路统筹考虑，从而导致土地资源的浪费、并使后续工程的施工设计难度加大、费用增加、换乘形式单一、换乘距离加长，甚至造成许多好的规划方案难以实施。因此，在开始建设时就需要统筹考虑,把大型枢纽站的土建结构一次建成，为后续工程的建设提供条件。例如：在西客站和东直门站的下方就已考虑和建成预留的地铁车站。
7. 我们经常认为多线交汇的交通枢纽在设计上较为困难，因交汇线路越多，车站规模越大，投资越多。但为了提高乘客的换乘方便，对线路可进行适当合理的优化，使其换乘合理，同时有效降低投资。以3条线路交汇为例：图1(a)是有两条线路平行通过车站，形成换乘，另一条线路分别与其形成换乘，此形式为两层的较理想的车站线路形式。若遇到图1（b）的形式，即3条线路相互交叉，形成三层的规模较大的车站。我们可以对其进行合理的优化调整，使其中的两条线在同一标高平行通过交汇处，这样使其形成同站台换乘形式，即在同一站台上就可换乘其他线路上的车辆，大大地方便了乘客，在香港等许多城市都采用了这种换乘形式；也可使两条或更多的线路在此车站区域共用同一条线路和站台，形成共线运营的形式，德国法兰克福等城市的地铁就有许多车站采用这种形式，换乘极为方便，但同时对运营管理的要求大大提高，为图1（c）所示。
8. 在规划阶段还应该考虑到线网中各条线路之间的联络线，使整个线网在各个阶段都能达到最佳的运营效果，成为一个有机的整体，相互协调，资源共享。同时还应考虑到与外部铁路专用线的衔接，使外部的资源有效的通过铁路专用线运送进入线网中来。
四、 线网的规划
线网规模确定后，依据所设定的设计原则，在分析研究的基础上，设计并规划出合理的线网，形成城市交通骨架。
五、 对线网进行详细的统计
随后对所设计的线网进行详细的统计和分析，得出的统计数据反映了路网的各方面的特征，为下一步对各线网方案做出客观的评价提供了有利的依据。详细统计分析包括如下几个方面：
1. 分类统计体现线网主要特征的数据。包括线网总长、不同类型线路（市域线、市区线、局域线）的总长度和数目、各种功能等级的车站总数，包括一般车站、一般换乘站和大型公交枢纽站的总数。
2. 体现交通服务水平的数据。此项是由线网对各大型城市活动中心和公共设施的覆盖程度来体现，包括商务区、商业中心、体育设施、医院、学校、工业区、高新技术开发区以及旅游景区等。这些区域都是城市规划中大力支持的项目。
3. 客流预测分析是评价线网结构质量的有力数据。包括出行结构、出行量、出行率、各交通模式的出行比例以及对公交产生的影响。
4. 线路铺设形式。统计不同铺设形式（高架、地面、地下）的线路总长度和不同铺设形式车站总数。
5. 车辆总数。按照高峰时段市区线、市域线的不同行车间隔、旅行速度及车辆编组等数据来计算每天运营线路所需的车辆总数和需备用的车辆数。
6. 车辆段和维修车间。统计线网中，所需设置的车辆段和维修车间的总数量。
7. 投资总额。对基础设施（线路、车站）和设备（车辆、沿线设备和车站设备）进行估算，计算出整个线网所需的投资总额。
六、多标准评价体系
对各备选方案进行了详细分析并获得了相关数据后，要对各方案进行客观的评价。评价的标准应由乘客、运营者、建设者、经营管理和市政府等各方商讨形成一个全面、客观的多标准评价体系。评价体系应由以下几个方面组成：
1． 乘客要求高品质的交通服务，提出线网的吸引性指标。
2． 运营者要求降低运营成本、增加收入，提出运营目标。
3． 建设者要求施工的可行性和简便性，提出建设目标。
4． 经营管理者需要降低投资，并使各种交通模式之间良好衔接，提出经营管理目标。
5． 市政府要求维持城市可持续发展战略，提出发展战略和对资源的全面管理目标。
各个不同的城市所适用的评价体系不同，这需要在长期的实践中进行摸索，形成了一套适合本城市发展的多标准评价体系。这套评价体系对于我们今后城市的发展、轨道交通的发展都有极为深远的意义。
在形成了完善的评价体系后，我们就须依照该评价体系对各备选方案进行客观的评价比较计算，其中需要针对各指标的重要程度进行适当的加权处理。在经过综合评价比选过后，较客观地评选出最佳的线网方案。
七、对最佳方案进行作进一步的分析
对评选出的最佳方案进行进一步详细的功能、技术以及运营管理方面的分析。对其进行总体评价，以检验这个线网是否符合所确定的相关原则。下面就从3个方面具体分析。
1． 对各条线的长度、走向、车站定位、枢纽数目进行分析；对重点发展区域的覆盖、对城市布局、经济发展的支持程度等进行详细的功能分析。按公认的经验数据，市中心的线网覆盖率应在90%左右，线网的密度1~1.2km/km2，车站密度为1座/ km2，即一个车站为市中心区1 km2的市民出行服务，服务半径约为500m。
2． 对线路走向、铺设形式及换乘车站的构成和组织形式进行详细的技术分析。尤其要对线网中的大型换乘枢纽进行深入的分析研究，如线与线间的换乘、地铁与城市公交的衔接、车站与城市地下空间的开发相结合等。例如:上海就在人民广场、徐家汇、静安寺、虹口体育场四大城市中心区组织了大量的人力、物力进行了方案研究，为下一步的设计、施工的顺利进行打下了坚实的基础。
3． 检测线网在今后运营上是否能达到快捷、准点、安全、舒适；线路设计是否简便、灵活。科学的客流预测对确定合理的运营模式和选定合理的车型有很大的帮助。在运营中，可根据不同的线路特性和客流需求（各区段客流量不同）制定不同等级的服务（例如：常规服务、中间折返区间运营、支线运营、跨站运营等）；制定紧急事故处理方案；合理设置中间折返站和联络线；设置终点站折返区间和方案；设置运营规程、时刻表等问题。
在对最优方案进行详细的分析后，可对其不完善处进行适当的调整和优化，使其满足我们的设计原则和要求。
八、最优方案分期实施计划的研究
在对最优方案进行详细的分析和优化后，对此最优方案进行分期实施计划的研究。分期实施计划是使线网能够分阶段、有计划、有步骤、连贯协调的实施。对不同阶段制定不同的发展目标和实施计划。
首先，先确定已建和在建的线路；其次，再对建设资金的来源进行分析；最后针对不同阶段、不同投资额制定出切实可行的实施方案。
九、结束语
本文对快速轨道交通线网规划设计工作中，规划的主要制定过程和思路进行了简要的介绍，希望对于我国各大城市正在蓬勃发展的轨道交通事业，具有一定的借鉴作用。值得强调的是，轨道交通建设中，首先要做好线网规划工作，这是进行其他工作的基础和先决条件，对于轨道交通的全局建设具有举足轻重的作用。 参考文献：
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摘 要 给出在设计咨询阶段对项目投资进行节约控制的重要意义,分析城市轨道交通项目在设计咨询阶段投资控制的主要方法,把各阶段的投资控制目标、手段加以明确区分,对价值工程和限额设计的具体运用方式方法进行了阐述和比较,界定了各设计咨询阶段投资控制的实施原则和控制要点。
关键词 城市轨道交通 投资控制 价值工程 限额设计
伴随我国城市化进程的加快,城市轨道交通工程作为大城市交通组织的重要手段,日益引起广泛的关注,如何合理确定投资规模以及如何有效地控制投资,已成为轨道交通建设管理领域的重大课题。本文从设计咨询阶段投资控制的手段和方法研究入手,对轨道交通工程投资目标的合理确定和投资控制手段进行探讨。
1 设计咨询阶段进行投资控制的重要意义
投资控制是项目管理的优秀目标之一,围绕项目生命周期成本发生规律(见图1所示)可以发现,只有在项目早期进行投资的优化控制,才能取得最佳的成本控制效果。
在项目设计咨询阶段,项目的具体实施方案仍处于研究优化阶段,投资具有较大的可调整性,投资控制活动对项目投资具有最大的影响力,采取价值工程等手段,围绕功能分析和成本分析确定合理的项目投资目标,可以有效地降低项目投资。
到项目施工阶段,设计方案已开始实施,项目投资基本稳定,投资控制活动对项目投资的影响力已低于20%,项目成本控制的重心在于通过招投标选择优秀的施工承包商,通过严格的设计变更管理、有效的施工组织优化,保证项目投资整体受控并实现一定的节约。
在项目运营维护阶段,项目已经建成,投资控制活动对项目投资的影响已经很微弱,投资控制的重心在于实现预定的运营方案和成本设计方案,并根据实际运行效果进行局部的改良,以达到部分节约运营成本的目的。
因此,项目投资控制活动的关键在于抓好设计咨询阶段的投资控制和活动。
2 投资控制的主要管理工具和手段
根据国内城市轨道交通工程项目管理和设计咨询工作实践,价值工程和限额设计是有效的投资控制工具和手段。
价值工程是投资控制的关键分析管理工具,从功能与成本的合理匹配入手,在保证工程安全和基本功能需求的基础上,减少冗余功能,优化有效成本费用的功能贡献,以达到充分发挥成本费用效益的目的。应该说,价值工程是投资控制的优秀分析和管理手段,同时也上升为项目管理的关键理念之一。
限额设计是目标管理在投资控制方面的具体运用,在价值工程思路的指导下,围绕价值分析确定的限额投资目标,通过细化的多方案经济比选、设备选型分析等手段,确保设计过程投资控制在预定目标之内,其优秀在于限额目标的合理确定、严格的过程控制,包括严格的设计变更管理。
在项目投资管理过程中,价值工程与限额设计两种手段的关系见表1。
3 设计咨询阶段投资控制的目标与手段
设计咨询阶段通常划分为总体设计、初步设计、施工图设计和后期服务四个阶段。各阶段投资控制工作从粗到细,逐步深入,采取价值工程研究、方案比选、方案优化、设备选型等手段,充分挖掘投资节约潜力,在设计咨询阶段就保证工程投资的有效控制。
3.1 各阶段目标和主要手段
项目投资控制工作总目标为:在满足功能需求、质量标准的基础上,设计投资控制在预定目标范围内。项目投资控制目标与手段的阶段分解见表2。
3.2 设计咨询投资控制工作流程
设计咨询投资控制工作流程见图2。
3.3 投资控制管理活动的基本原则要求
(1)价值工程作为投资控制活动开展的主线和起点,必须基于价值工程成果。通过对项目功能、业主需求的全面分析,从大交通、多专业综合角度,进一步寻找提高项目成本效益水平的手段,研究其与项目全寿命周期成本的合理匹配,在综合比较同类工程技术经济指标的基础上,提出本项目限额设计的具体指标,报业主批准作为项目投资控制和限额设计控制的依据。
(2)设计咨询工作应遵循“安全第一、标准适度、经济合理”的原则开展,在投资限额目标的基础上,结合项目设计内容进一步分解投资,明确投资控制主要指标,在编制设计概、预算时逐步细化落实。
(3)在保证项目功能和设计质量的前提下,设计工作按投资限额开展,在限额设计范围内充分运用价值分析、多方案技术经济比较等技术手段,对设计方案进行优化,降低工程投资、严格控制投资概算。
(4)设计方案比选都应进行技术经济比较,并推荐采用性能价格比最优的方案。经济比选应根据阶段设计成果,采取相应的投资估算指标,保证估算的准确性和比选结果的有效性。
(5)设计概算依据当地概算定额等计价法规规定编制,采用市场价格必须多方询价,选择适中的价格,保证投资的准确性和合理性。在投资编制过程中,还应适当考虑涨价、不可遇见因素可能导致的风险损失。
(6)重视过程检查,将限额设计作为项目设计工作例会的重要内容,定期根据进展情况,检查限额设计目标执行情况,及时对影响投资控制的因素进行分析,采取有效措施,保证工程投资控制在预定目标范围内。
(7)严格控制扩大初步设计和施工图设计的变更,设计变更必须提出经济影响后果分析,重大方案变更必须提出技术经济比选方案,经审批后方可实施,确保工程概、预算不突破限额目标。
3.4 各设计咨询阶段投资控制管理要点
3.4 .1总体设计阶段
价值工程是总体设计阶段投资控制活动的主线,通过价值工程研究成果,确定适宜的项目目标投资,为后续投资控制活动的开展奠定基础。
(1)功能分析:识别业主功能需求要点,明确项目总体设计的总目标,并分解确定各工点系统功能目标。
(2)各专业围绕所识别功能开展设计优化。
(3)依照当地价格水平进行详细投资估算,估算指标精度应与设计方案深度相符。
(4)分析项目总投资及分项投资指标,并与类似工程比较,研究分析差异,确定下一步方案优化重点。
(5)按照价值工程要求,对项目功能、成本全面评估。
(6)进行项目投资风险分析和经济评价,为业主融资方案优化和投资控制提供决策支持。
(7)确定限额设计总指标和分项指标。
3.4 .2 初步设计阶段
初步设计阶段是设计咨询活动中最重要的阶段,通过在预定投资目标下开展的方案比较、方案优化和价值工程研究活动,编制完成项目初步设计文件和初步设计概算,基本确定本项目投资。
(1)方案深化,并对投资有重要影响的方案进行多方案经济比选。
(2)编制确定本项目设计概算编制原则,统一投资计算办法。
(3)对设计方案进行总体审查,重要方案可邀请外部专家论证,寻找方案功能成本性价比的最优匹配。
(4)检查设计过程的限额设计执行情况,重点检查设计方案和重大设备选型。
(5)稳定设计方案和外部规划衔接条件。
(6)编制初步设计概算,并对投资指标进一步对比分析,检查限额指标的执行情况。
(7)评审确认初步设计概算。
3.4 .3 施工图设计阶段
施工图设计阶段是项目投资的细化落实阶段,在初步设计文件基础上,细化设备材料选型和具体设计工作,在初步设计概算限额内进一步挖掘投资节约潜力。
(1)在初步设计概算投资限额范围内,进一步深化方案、设备询价比选,对超限额的设计方案必须分析原因,不合理提高预定功能标准或投资浪费的设计方案一律否决。
(2)严格设计变更管理,必须结合对项目功能的影响,进行多方案经济比选,控制投资在限额范围内。
3.4.4后期服务阶段
后续服务阶段主要是监控投资的发生过程,并对投资管理的总体效果进行评价和总结。
(1)严格设计变更管理,所有变更都必须附投资影响分析,超限额变更方案必须经原限额审批主管批准;
(2)总结分析项目投资管理过程,对限额目标设置的合理性、投资控制管理流程与实际操作情况、变更管理情况、项目遇到的风险因素及对投资的影响和控制手段、投资控制活动的总体效果等进行综合评价和总结,以提高后续项目的投资管理能力。
摘 要： 按一般的设计惯例，牵引计算工作仅仅是在线路方案稳定后所作的列车运行模拟计算，从而得出列车在各个区间内的走行时间、走行速度以及能耗。但随着城市轨道交通项目综合技术要求的不断提高，如何从最经济合理的角度确定设计规模，以最小的投入得到最大的回报，这就存在各专业之间相互制约的一系列复杂关系，而牵引计算工作在这中间所起的作用，就是从经济运行的角度，找出最合理的技术参数，从而指导线路、车辆、信号、供电及环控专业的设计工作。
关键字：牵引计算、指导、线路、车辆、信号、牵引供电、环境控制、设计
1、指导线路专业对平、纵断面的优化设计
选线就是选择轨道交通路线，它是城市轨道交通工程设计的龙头。选线首先是经济
选线，或称行车路线的选择，然后是技术选线。经济选线就是选择行车路线的起讫点和经济据点，主要是站在吸引客流量，切实解决交通拥挤状况的角度出发的。行车路线的选择应结合城市规划，符合客流产生、流动和消失的规律，并要符合城市客流发展的规划。技术选线就是按照行车路线，结合有关设计规范，平纵断面设计要求，落实线路位置的技术工作。在城市轨道交通项目的设计中，由于城市已有道路的既有条件或管线埋设、地质结构的影响，使得线路定线工作难度颇大。牵引计算工作主要在技术选线过程中，根据列车在线路上的自由运行速度值，核算缓和曲线长度、夹直线长度的设置是否符合要求，以及曲线超高的设置是否满足速度要求，从而确定曲线超高的加宽值是否达到限界要求。反之，线路对缓和曲线长度、夹直线长度以及曲线超高、超高的加宽值的核算结果又影响牵引计算列车运行速度的确定。
以重庆跨座式单轨交通为例。由于跨座式单轨交通线路不同于钢轮钢轨，它的超高直接在轨道梁上反映，且必须在线路设计中结合列车在该地段的运行速度，将线路超高、限界加宽值一次设计到位，无法在施工完成后调整超高值。重庆轻轨滨江路段ck4+200~ck4+350地段，正好位于穿越嘉陵江匝道桥桥墩柱位置，由于既有匝道桥修建时未预留够轻轨双线位置，迫使线路右线绕行穿行于两匝道桥桥墩间，且有一段半径150m的小半径，如果列车以正常情况穿越该段，速度可达55km/h，但由于两匝道桥桥墩间间距无法满足55km/h速度超高的加宽要求，限制了列车在该段的运行速度，最终使得该段右线不能设置超高，列车运行速度仅达到30km/h。如下图所示。
2、指导车辆专业对车辆技术参数的选择
由于城市轨道交通车辆选型工作难度较大，既要考虑车辆的技术性能，又要考虑美观舒适实用，从建设方角度还要考虑经济合算，所以在设计中，车辆选型工作几乎贯穿整个设计过程。
为了保证拟定车辆技术指标能满足设计要求，我们可在拟定车辆技术条件前提下，利用牵引计算，先核算部分车辆技术指标是否达得到线路技术要求。例如，我们可以核算列车在定员或者超员状况下，如果失去一部分动力，能在多大的坡道上起动，能以多高的速度通过线路限坡等等。我们还可以在拟定的列车牵引特性下，完成整个线路的牵引计算工作，再求算出整个列车运营范围内所需的等效发热电流，或称均方根电流值（irm），如果满足以下关系式：
irm≤（0.8~0.9）im
公式中：im——为车辆电机的额定电流值。 则表示拟定车辆电机的额定功率选定是正确的，满足要求的。反之，不能满足上式要求，则说明拟定车辆电机的额定功率选定是不够的，不能满足要求，需重新选定。
3、指导信号专业进行闭塞分区的设计
轨道交通系统的能力大小，主要是靠信号系统的制式来保证的，先进的信号系统能最大程度地降低两列相邻列车的追踪距离，从而降低列车的折返时间，提高列车的追踪能力。同时，不同等级的轨道交通系统，其乘客输送能力差异大，线路、车辆条件有别，行车管理、运营组织方式也不同。因此，信号系统必须满足和适应这一特殊需要。在以上条件确定的前提下，我们要进行信号闭塞分区设计。信号闭塞分区长度的确定，以及信号速度码的确定必须在牵引计算工作的配合下完成。牵引计算不仅能直观的反映出列车在各个点所处的速度，而且还可以反映线路要求限速的位置、范围，从而有效地划分出闭塞分区的长度及速度码。闭塞分区长度的计算公式如下：
l=lf+lz+ls 层式中：l——闭塞分区长度；
lf——制动反映时间所走距离； lz——列车从某一速度值制动为0速度所需制动距离；
ls——安全保护距离。
其中lz就靠牵引计算来测算。
在折返站信号闭塞分区设计时，我们也是根据不同的折返站布置形式，尽可能地用信号系统来满足折返能力要求。这一设计过程也与牵引计算工作密不可分。
4、指导牵引供电专业对主变电站规模的确定以及各牵引降压所数量与分布的确定
主变电所是轨道交通能源优秀部位，它的容量大小直接影响整个轨道交通系统的运输能力。为了节省能源，我们在设计中又不能将它设计成无限大，如何正确合理选定主变电所容量及牵引降压所数量与分布，必需依靠列车牵引模拟计算，即牵引计算。只有在牵引计算工作完成之后，根据列车在不同的位置上所处的工况，确定在该位置时间矢量的耗电量大小，从而累计出列车在整个运营线路上的耗电量大小，为牵引供电专业提供设计依据。
5、指导环控专业对地下车站和地下区间的环控通风设计
列车在地下区间运行时，由于列车运动带动区间空气运动，造成活塞风，如何利用活塞风，保持地下空间的温度，是环控专业需要解决的问题，这个问题的解决，也必须在列车牵引计算工作完成后，才能有针对性地确定列车在不同的速度下通过地下区间造成活塞风的大小以及产生热量的大小，从而选定隧道风机和排热风机设置位置及风机功率大小。根据列车通过地下区间的频率以及每列车所散发的热量，来确定如何调剂地下区间的温度。
6、结论
当然，线路、车辆、信号、供电及环控专业的设计工作的制约因素还很多，牵引计算工作所起的指导和制约作用只是其中之一，但是正确、合理、经济地作好牵引计算工作对优化平、纵断面设计，经济合理地选择车辆类型、正确完成信号闭塞分区设计、选择经济合理的牵引供电系统容量以及正确合理地完成地下区间和车站的环控通风设计均具有指导作用。
摘 要 针对城市轨道交通自动化技术的快速发展, 提出了电力监控控制中心系统应考虑的设计与技术问题, 旨在保证系统健壮性及应用开放性。
关键词 城市轨道交通,供电系统,电力监控,控制中心系统,监控和数据采集
电力监控系统完成对城市轨道交通全线各种变电所、接触网设备运行的远程实时控制、监视及测量,处理供变电系统的各种事故及报警事件,实现供变电系统的运行、维修调度管理自动化,提高供电质量,保证供电系统安全、可靠。
在轨道交通电力监控系统整体网络拓扑结构中,控制中心监控系统是数据采集、数据处理、数据管理、数据存储、数据共享、数据分析与系统实时控制的优秀节点。控制中心监控系统通过通信通道与变电所综合自动化系统进行信息交换,变电所综合自动化系统通过所内通信网与所内各智能化电气装置( ied) 通信。因此控制中心监控系统设计的可用性、健壮性、开放性、拓广性与可维护性极为关键。本文通过一个设计方案论述了部分设计思想与技术要素。
1 系统设计准则
(1) 开放性设计原则
从今后轨道交通企业信息网发展的全局考虑, 控制中心监控系统位于承上启下的中间环节。为此,系统设计应充分考虑其应用扩展性及与其它系统的互连性。开放性设计是关键要素,要应用成熟的国际与工业标准。在系统构成上,采用并设计开放式的系统支撑平台结构与应用平台结构。两平台应为分离架构。
(2) 分布式系统原则
按照不同的功能要求,将不同的应用及其数据驻留于空间上分布于不同位置的工作站节点。按功能进程分划,将处理能力分布到所需之处,包括硬件/ 软件/ 功能/ 处理/ 数据的分布等。网上客户/ 服务器分布式模式是一种优化模式,提供了所必需的灵活性。它不仅仅是客户/ 服务器在网上的物理连接与通信,而且其优化的优秀在于应用程序、数据和处理任务按功能进程在网上分划,并使故障清晰隔离;并以响应/ 请求的网络通信模式构成分布技术支持,从而成为规模优化的性价比高的构架方案。
(3) 网络互连原则
以工业标准为标志,如tcp/ ip 网络协议、u2 n ix 等操作系统和迅速发展的全球internet 网,形成轨道交通监控系统有效集成,从而可使各个分布网络数据共享。从总体应用及网络拓扑意义上讲, 这些分布系统的综合将更为有效地保证轨道交通各监控系统运行,减少系统集成的复杂性及高成本,使数据共享的意义大为增值。
2 系统结构
基于以上原则所设计的一个轨道交通的电力监控和数据采集系统(scada) 整体网络拓扑结构如图1 所示。控制中心与被控站之间采用通信系统专用透明以太网络通信通道。控制中心监控系统利用两个标准的独立网络端口与各变电所自动化系统之间构成共享总线式以太网结构形式。
系统集成架构应基于系统不同的应用层次综合考虑不同节点的配置。如优秀与骨干计算机节点可采用64 位risc unix 服务器。其中数据库服务器采用部门级服务器和共享磁盘阵列方案,数据库平台采用主流的标准关系型商用数据库管理系统,从而提高系统可用性与可靠性指标。
由于以太网使用基于竞争的介质访问机制,应考虑通过网络分层及分段来分割冲突域。应注意的是,为减少网流负荷、提高网络性能所建立的网络互连构件应以交换机为主,以区别采用路由分段2003 年
的不同。局域网(lan) 交换机可用于对多个同/ 异类lan 的分段。如同类交换机透明地将一个单一lan 分成多段,每段代表一个独立的不连续单元,成多个相对独立的客户/ 服务器族。每一族中客户与服务器等同地位于同一交换机上,从而平滑网络结构。
图1 电力监控系统结构图
系统整体结构均采用客户/ 服务器模式,将实时数据处理工作分配给scada 服务器端。而将人机界面部分集中至客户端,实现信息资源的高度共享,提高系统整体性能。此外,这种分布式结构使得系统的配置(硬件与任务) 灵活,系统扩充和升级方便;同时,开放式系统设计可保证系统资源得到充分共享。
控制中心监控系统主要包括冗余scada 服务器、冗余数据库服务器、操作员工作站、统计报表工作站、维护工作站、网关等主要节点。其中冗余数据库服务器采用共享磁盘阵列实现数据高度一致共享,采用ra id5 逻辑磁盘组实现磁盘冗余备份。系统采有冗余100 mbit 以太网双网体系结构,网络通信协议为tcp/ ip 。正常情况下,两个lan 网同时工作,传送不同的系统信息。当其中一个网络发生异常或故障时,系统自动将全部需传送的信息切换到另一个网络上。
scada 服务器利用隔离的数据采集网,接收被控站通过通信系统专用透明以太网络通道上传的生数据,将其处理成熟数据后,从网络服务器后端的双网提供给全系统其它节点机使用。
位于停车场的供电复示系统,通过通信系统提供的透明以太网通道与控制中心监控系统通信。供电复示系统利用网络服务器作为路由,从采集网经由网络服务器享受后端主网的数据服务。
3 软件设计
控制中心系统软件设计应根据城市轨道交通被控单元分布特性,以及集中控制与分布控制相结合的应用特点来考虑。在此仅列举某些要素。
基于开放式支撑平台,并采用面向对象技术的分组分层分块式,中间层为构件块的软件体系结构(如图2 所示) 。此分层平台体系设计旨在保证平台的中性结构,支持应用层面上多样性的各应用系统。
系统中的所有软件功能,如应用程序、数据处理与通信任务等按功能进程都基于客户/ 服务器结构在网上相对分划,分布于整个网络中。网络中任何一节点都可在线同时访问到系统中的所有功能, 实现完全意义上的功能分布。
跨平台的电力监控自动化一体化解决方案中, 如设计一个可视化及图形用户接口( gu i) 子平台, 一次性gu i 设计及绘图,多平台(各种unix 、win2 dows 、web 浏览器) 调用,可实现可视化效果的一致性、调图实时性及良好的可维护性。
图2 控制中心系统软件层次结构
采用商用数据库和实时数据库相结合的数据库系统,可同时满足对数据的可靠性管理和电力监控系统对数据实时性的要求。商用关系型数据库具备开放的国际标准数据库语言访问接口,方便与外系统的互联和数据共享。客户/ 服务器分布式处理及访问模式,数据源统一,从根本上保证数据的一致性。完善的触发器处理机制,可保证相关数据的一致性、完整性。所设计的实时数据库与描述参数库有完备的映射关系。更改描述库内容时,自动更新实时库,保证一致性。应采用“软总线”应用程序访问接口,支持各种实时应用。系统应支持不同类型的实时数据库或者同一实时数据库的备份,分布在不同的网络节点上。分布式实时数据库应设定主值数据库(参考库) 、数据库的备份(用于冗余服务器) 和镜像(用于客户端) 。同一数据库的不同镜像的数据要保证一致性。一幅画面上的动态数据可取自不同数据库节点。
网络上任何节点对服务器的写访问,均由分布式数据库透明访问机制导向主备双服务器。对服务器的读访问,均由分布式数据库透明访问机制导向主服务器。简言之,全网均使用主服务器处理的结果为唯一数据源;备份服务器的数据库仅供热备用,不提供使用。镜像库结点不处理,完全依照主服务器的实时库进行可靠同步。
提供针对高实时性应用及突发性数据需专门开发瞬时同步大批量存储技术,使得本来适用于信息事务处理的商用数据库能够高速而有效地存取实时系统的数据。
网关机配有web 实时画面服务,以开放的方式向外系统提供最便利的anytime & any2 where 实时画面浏览访问及远程系统维护支持,还可有效地支持大屏幕系统和信号系统的实时画面浏览访问。设计矢量画面技术,保证web 画面调用响应与常规监控界面接近。
4 结语
本文涉及的城市轨道交通电力控制中心监控系统的设计与技术,仅为快速发展的计算机技术、网络通信技术、数据库管理技术以及相关设计要素中的几项。从今后轨道交通企业网发展的全局考虑,一个电力监控系统的建设包含诸多相互关连的部门应用及设计属性,例如电力监控系统所处企业网系统的位置、与环境及其它辅助监控系统的平台一致性、网络架构优化、系统安全性、数据优先性、传输系统开销等。重要的是,应制订一个适合的近、远期发展体系结构,以保证系统构架的现实性、实用性、长远性、经济性,可拓性以及技术持续先进性的有机协调发展。
摘 要 从运营的角度对现行城市轨道交通总体设计中的客流、线路配线、列车配属、环控制式、轨道等提出了看法。在新一轮城市轨道交通建设高潮中,必须要从系统的角度,综合考虑已建轨道交通存在的一些问题。
关键词 城市轨道交通,总体设计,运行
作为城市公共客运体系的骨干和城市最大规模的基础设施项目,城市轨道交通的建设不但决定了城市公共交通发展的水平和方向,而且对城市经济、城市结构和规划发展方向均产生了巨大而深远的影响。由于我国绝大多数城市处于一种超常规发展阶段,城市总体规划滞后,交通规划、轨道交通的路网规划处于一种不稳定状态或空白状态。作为城市轨道交通的总体设计单位必须要认识到这一特征。笔者结合自己十多年参与轨道交通建设、运营的切身体会后认为,运营业绩应是贯穿城市轨道交通总体设计的主线,应成为轨道交通建设的出发点和归宿点。为此,从运营角度谈一谈自己对城市轨道交通总体设计的一些看法。
1城市轨道交通总体定位
城市轨道交通的总体定位是决定项目建设的战略性问题,它应偏重于宏观性、整体性和策略性的分析。由于各城市在轨道交通前期研究阶段技术积累不多,因此对轨道交通总体定位的把握在宏观层面上、定性分析上就显得格外重要。主要体现在以下几个方面。
1.1 客流预测
客流预测是通过交通预测模型并在分析现状的基础上,对各年限内轨道交通线路客流的模型、分布、特征、规律等进行预测。然而,这种预测是利用没有轨道交通情况下的现状数据建立交通方式的分担模式,由于模型与城市发展的规划与变化的矛盾影响了其结果的可信度,因此对客流预测的结果要有一个理性的分析。要充分认识到现行客流预测不足的一面,以及还需要经过运营实践反馈调整的另一面。国内对城市轨道交通系统规模的决策完全依靠预测客流这一做法,虽列入《地铁设计规范》等国家标准,但设计依据似乎仍嫌不足。上海地铁自1号线开通以来,关于客流大小的争论就是一个最好的例证。唯客流论很容易掺入人为的因素。因此,不妨依据客流预测结果,再以国际上其它一些城市的形态、中心城市人口总量、人口密度和功能定位等相当的城市客流作为参考来比较,可能更接近实际情况。从表1可见,上海的市区人口数、人口密度、中心城区面积等指标,与东京、汉城等城市比较接近,所以其客流可参考这两个城市来考虑。
1.2 城市超常规发展
我国正处于一个城市化进程加速发展阶段,然而城市的总体规划以及交通规划、轨道交通路网规划处于一种滞后或不稳定的状态。根据发达国家的经验,当城市发展成熟以及复合化功能提高以后,居住地和工作地选择将会更加自由,交通更加活跃,地域之间的交通量将会更大。如东京市民生活半径为60km,而北京市民生活半径仅为20km。因此,现阶段在轨道交通总体设计上对一些预留项目一定要有预见性。如车站换乘问题,以上海轨道交通4号线(明珠线二期)为例,作为上海路网中唯一的一条环线,它与路网中其它直径线的换乘必然很多,如果全部采用“岛—岛”换乘模式,不论在换乘客流上怎么自圆其说,其在预见性方面的考虑显然是不足的。北京复兴门站换乘方式也有很深刻的教训。笔者认为,像上海城市轨道交通的换乘型式,应首推华盛顿地铁“侧—岛”换乘模式。
1.3 建设规模、速度及标准
各地建造城市轨道交通都面临资金压力,因此怎样控制建设规模、建设速度和建设标准,不仅需要一个科学的态度,而且需要掌握好分寸,具有前瞻性。轨道交通工程尤其是地下工程有一个最大的特点,就是建造完以后很难更改,因此一味为了追求建设规模和速度而人为降低建设标准是不足取的。
2 线路总体设计与路网的关系
2.1 路网对单条线路的影响
每一座城市要修建轨道交通都不能没有路网。每条线路在总体设计阶段都需要在线路走向、换乘点设计、规划控制、联络线设计、修建顺序、停车场布置等方面和路网发生关系。线路走向不稳定会影响路网整体布局的合理性;换乘点不明确会导致换乘方式严重缺陷以及增加后续工程的建设难度;没有预留停车场和联络线用地位置,就不能从整个线路的角度做到资源共享,这对工程建设和运营的经济性都十分不利;不重视修建顺序的研究,很难尽早合理发挥轨道交通的整体效益。
做好路网的规划,最终是为了控制建设用地规划,保证路网规划的可实施性,减少今后工程实施难度并降低造价。在这一方面我们的教训应该说是很深刻的了,如上海地铁1、2号线人民广场换乘问题,东方路站节点等问题,都是路网和单条线路没有很好衔接的最好例证。
路网的规划一定要做到专业规划的深度。仅有概念性的路网规划等于没有路网规划。除此之外,路网规划还应考虑大交通网络,包括公交、私车、市郊铁路、地铁轻轨等多种形式,应是一个多样化的综合体系。轨道交通的铺设方式也应是多样化的,地面、高架、地下有机结合,不能一味修建地下线。
2.2枢纽站设计
由上海市和法国索菲图公司联合编制的上海城市轨道交通路网规划中,共设置了16座大型换乘枢纽站,其中4线换乘站为2座,3线换乘站12座,2条市域线换乘站为2座。这种以大型换乘枢纽站为锚固点,根据城市形态进行路网规划的主题思想是合理的。但在枢纽站设计过程中,应与商业中心、行政中心、地面交通中心合理分布,不宜过于集中。应避免一味强调所谓“零距离”换乘。大型换乘枢纽站设计原则应“疏而不散”。作为客流的集散中心,必须要有充分的空间提供给客流“集与散”。像东方路这种4线换乘枢纽站,远期日均客流总量可能高达60～70万人次,如果不与周边地块规划较好地融合(最好同步规划),客流会对附近地面道路形成很大的冲击。如法国巴黎著名的换乘枢纽站———拉德芳斯,全天客流为50多万人次(其中包括少量公共汽车系统),换乘客流达40万人次,而整个换乘枢纽站占地面积(结合地块开发)达750hm2。
3 线路的配线设计
线路配线设置包括渡线、折返线、联络线、车辆停放线、存车线以及出入库线。对比国内外线路配线的设计不难看出,国外配线设计注重功能设置,而国内线路配线设置则较多注重“形式”。如《地铁设计规范》规定:每隔3至5个车站的站端设渡线或车辆停车线。为满足规范要求而设一条渡线的例子举不胜举。国外配线设计还表现在注重长远,甚至考虑到土建结构大修时运营组织方案;而国内配线设置只看到眼前,如投资规模是否大,建设节点目标能否完成等。这种线路配线的设计很难在运营阶段发挥较好的客运效果。图1为德国慕尼黑路网配线图,从中可以得到一些启示。
应该先有运营组织的设想,再考虑线路的配线设计。而我们较多的线路设计对远期运营方式还是停留在“纸上谈兵”阶段,线路总体设计在运营方式上考虑还是“烂泥萝卜吃一段揩一段”。这对运行里程较短的线路,问题还不算十分突出,无非是运行效能发挥不是最优,运营灵活性差一些。而对上海路网中规划长达100多km的市域线来说,若不尽早进行研究运营模式,将来运营问题可能会非常突出。很明显,市域线采用一个交路的运营模式肯定是不经济的,而采用何种模式的确值得探讨。研究市域线的运营模式一定要结合上海的城市特征及总体规划。
笔者认为,市域线如果是一种制式,应在中心城区和市郊区采用交错运营的模式,交错点的选择可分别设置在内、外环线附近,中间折返站最好采用双岛式车站方式,便于两端折返。以规划中的上海市r3线为例,其运行交路设想如图2所示,具体折返点的选择可根据规划、客流等作进一步研究后酌定。
如果客流分布悬殊或因市域规划等因素,中心区客流高度集中,新发展的城市带发展不快,造成客流“中间大两头小”的特点而很不匹配,即使采用图2的交路也避免不了土建设备投资的浪费;则采用不同制式的轨道交通,则可能会更为经济合理,其运行交路亦可采用“纺锤型”。
4 列车配属数
列车配属数主要是根据客流和行车组织方案来表示。总体设计往往根据客流预测表,通过大小交路的设置,提出运营组织方案来满足客流断面的要求。初期列车配属数通常约为每公里一列车。如上海现运营线路长度为65km,列车配属数为64列384节。从国内现有运营地铁线路的实际情况来看,这种方式配属列车不太合理。首先,客流断面没有明显变化的情况,正常运营方案小交路很难实施;若采用大交路运营,列车行走里程增加,原有的列车配属就显得紧张。其次,按现行建设管理的实际情况,在土建、机电设备安装完成后,列车才能陆续抵达进行调试;列车全部调试结束,一般比试运营要晚2年左右;为了使早已完工的线路尽早发挥运营功能,往往采用从其它线路借车的办法,使原本不够的车辆更加紧张。此外,客流的不确定性,以及土地利用和交通之间本身明显的互动联系,在客流预测阶段不能很好地反映出来;若规划没有很好对地铁沿线用地进行控制的话,轨道交通的导向作用将导致沿线地块迅速开发。如上海地铁1号线南延伸段沿线的开发密度过大,造成客流激增。鉴于以上因素,建议列车配属按近期考虑。表2为国外部分城市车辆配属一览表。由表可知,若按6节编组计算,每公里列车配属数约为2列。
5 环控模式
地铁的环控模式不外乎3种:开式、闭式和屏蔽门模式。按新颁布的《地铁设计规范》,在夏季当地最热月的平均温度超过25℃,全年平均温度超过15℃,且地铁高峰时间内每小时行车对数和每列车车辆数的乘积大于120时,可采用空调系统。鉴于此,上海地铁环控系统制式也只有闭式系统(开、闭运行)和屏蔽门系统两类。有趣的是,上海地铁1号线采用屏蔽门系统(缓装),2号线采用闭式系统(开、闭运行)方式。从表3可看出,线路规模相当的两条地铁线,且1号线客流大于2号线的情况下,2号线的照明、空调费就比1号线多将近1000万元。由此,两种制式技术经济指标一目了然。
因此,上海地区地铁环控最佳制式是采用屏蔽门系统。至于采用屏蔽门系统后长大区间隧道温度升高问题,可采用局部预留冷源或增设中间风井的办法来解决。香港地铁“香港—九龙”海底隧道就是采用预留冷源的办法。上海地铁4号线设计时则采用增设中间风井的方法。
从地铁新老规范中关于采用空调系统的规定对比来看,新标准的制定是有意识降低空调的使用条件,鼓励使用空调提高舒适度。然而,现上海正在实施的部分线路中,车站设计采用“路堑”式,单层、侧式站台,环控只考虑通风不使用空调。这一设计标准值得商榷。显然,现行做法可能与规范修订的初衷相违背。
6 轨道结构
地铁轨道结构的设计有别于干线铁路,其自身的特点决定了轨道结构的设计原则是“减振、降噪,少维修”。国内外大量研究表明,地铁轨道结构按其减振效果来划分,可分成3大类:第一大类为一般扣件,其竖向刚度在20～69kn/mm,有一定的减振效果;第二大类为柔性扣件,其竖向刚度在10～25kn/mm之间,用于减振要求相对较高的区域;第三大类为特殊要求的减振轨道结构(减振型轨下基础),用于对减振降噪有特殊要求的地段。
上海自地铁1号线建设以来,在轨道结构设计上由于受特定环境的限制,走了一些弯路。地铁1、2号线总体设计原则没错,但考虑到当时的投资及市场环境的制约,减振扣件设计采取模仿国外产品。但从这么多年的使用效果来看,是“有其形、无其魂”,主要还是归结到橡胶制品加工工艺、配比、材料选用等问题。对此,虽做过大量反复改进,使产品的测试能满足设计指标,但橡胶实施阶段的老化问题总过不了关。不难理解,这是因为涉及到橡胶行业优秀技术,不是凭简单的模仿可以学到的。从国外轨道结构的设计来看,设计者对轨道扣件的设计只是产品的选型,而非轨道扣件产品的设计。设计只提供技术指标和相关参数,产品生产厂家去做动力学分析,设计出产品。从国外通行的做法中可以看出它的合理性:厂家的产品竞争不仅是价格竞争,还是专利和优秀技术的竞争。这种产品选型的习惯做法既有利于技术进步,也有利于保证产品的质量。
轨道交通3号线自开通以来,噪声影响一直是困扰管理者的一个难题。这个问题既涉及设计理念,也涉及建设标准。在轨道结构设计中,片面强调扣件高度可调节量而忽视扣件弹性,不能不算是一个失误。高架结构噪声是一个综合性的问题,需要采用综合措施才能解决。国内外的专业人士对解决这一问题的相关措施都较熟悉,但关键是建设标准怎么控制。如果一味强调造价,其结果是将使后期改造费用更高。
摘要：工程咨询设计是利用准确适用的信息和专家的智慧及经验，运用手段、管理、和工程技术等方面的知识，为建设项目的决策和管理提供咨询的智力服务。城市轨道建设项目是大型的系统工程，有其自身的特殊性，本文针对当今城市轨道交通建设方兴未艾的形势，结合城市轨道交通项目的特点，重点论述了咨询设计在该特殊行业的作用及如何发挥其作用的。
关键词：轨道交通；咨询设计；项目管理
o引言-中国城市轨道交通建设方兴未艾
据统计，今后五年中国城市轨道交通将有大，将建成总长度四百五十公里左右的城市轨道交通线路。中国人口过百万的三十四个城市中，有二十个超大城市和特大城市正在建设和筹建自己的轨道交通。其中，北京、上海、广州在续建地铁。北京规划未来地铁总长将达到四百零八公里。上海目前已有三条地铁线投入营运，“十五”期间将建设包括磁悬浮、轻轨、地铁在内的十条轨道交通线路，全长超过二百公里；广州全长十八点四八公里的地铁一号线已在一九九九年六月通车，目前全长二十三公里的地铁二号线工程正在积极展开，预计到2010年将构成全长近一百三十公里的广州轨道交通网络。此外，深圳、南京已在动工兴建地铁。西安、沈阳、成都、大连、青岛、哈尔滨、郑州、天津、长春、重庆、武汉等城市已在拟建地铁及轻轨交通。中国城市轨道交通建设方兴未艾。据中国国家计委有关部门提供的资料显示，“十五”计划期间，中国城市轨道交通建设投资将达二千亿元人民币。
轨道交通建设项目是大型的综合性系统工程。它具有投资大、建设周期长、专业繁多、设计面广的特点，在其整个建设过程中，设计咨询起着至关重要的作用。设计咨询是一种高智能的技术服务活动，咨询设计的质量及效果直接项目的结果。咨询设计服务，将贯穿于建设项目的前期策划、设计、建设和运营管理过程中。随着中国加入wto的临近，建设项目的管理和设计咨询业务均必须与国际接轨，使之规范化、科学化、国际化，尤其是设计咨询更应超前，同时带动轨道交通项目建设管理的规范化。
1城市轨道交通建设项目的特点
城市轨道交通交通建设项目与一般的建设项目有很大区别，它主要表现在以下几个方面：投资大
一项轨道交通建设投资动辄几十亿、几百亿元，京、沪、穗近年来修建地铁的综合平均造价已高达每公里六亿至八亿元人民币。投资的巨大使得工程的资金风险很大。
工期长
一个轨道交通建设项目从筹划运作开始到运营使用一般需要5年左右的时间，如受政府审批和资金筹措等方面的因素影响，时间会更长。
涉及面广
轨道交通项目是一个城市的生命线工程，它直接关系到居民的生产、生活，关系到城市的国民经济发展，她除能解决沿线及周边地区的交通外，还能促进房地产市场、市场的开发，带动整个地区乃至城市的繁荣和发展。在建设过程中，会涉及到城市交通、建筑、市政、环保等方面，甚至带动相关产业的发展，它涉及到的方方面面及建设的意义，是一般建设项目远不能及的。
系统、专业多，接口繁杂
轨道交通项目包括土建、机电、运营管理和投资经济四大系统，下有二十几个子系统三十多个专业，有多个单独的分项分部工程，各系统、专业接口复杂。
由于城市轨道交通的上述特点，首先运作项目的业主必须具备专业的项目管理能力、宽泛的专业知识和较强的决策能力，但仅靠业主的实力是远远不够的，这就必须充分发挥设计咨询公司在城市轨道交通交通建设项目中的作用。
2设计咨询在城市轨道交通交通建设项目中的作用
城市轨道交通项目同其它建设项目一样，都必须经历从酝酿、策划开始，进而通过可行性、论证决策、计划立项之后，进入项目设计和施工阶段，直至竣工验收和交付使用的项目周期。从项目建议书开始，咨询设计贯穿于整个项目建设过程。在项目策划阶段，即参与项目的组织策划、项目融资策划、项目目标策划和项目管理策划。
项目组织策划指建立工程项目法人责任制（即项目甲方），按现代组织模式组建与项目建设有关的管理机构及人事安排；融资策划即为实现项目建设提供资金保障；目标策划即制定项目投资目标、质量目标和进度目标的体系设定与实现；项目管理策划是对项目实施的任务分解和任务组织工作的策划，着力于提出行动方案和管理界面的设计。
项目管理策划结构如下图：&nbs
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3优化项目管理模式，充分发挥咨询设计公司的作用
以上谈到城市轨道交通建设项目的系统性和行业特点以及设计咨询的作用。作为一个城市轨道交通资深的设计咨询公司，我们积累了近年来国内多个城市的轨道交通建设经验，近几年国内各个城市的轨道交通的建设及国外的建设模式，可以归纳为以下三种方式：
第一种方式：政府作为投资的主体，委托项目法人代行政府控制的职能。这种模式在已建成的地铁线路中采用，如北京地铁复八线、城市铁路；上海地铁一、二号线；广州地铁一号线。
第二种方式：采用多元投资体制，促进轨道商业化运作。这在正在建设的北京地铁5#线、上海正在建设的几条线路中采用。
第三种方式：交钥匙工程，即由工程总承包商负责整个项目的融资、设计咨询、施工及调试。这在国际上已是通行的建设模式，相信在加入wto后，建设模式会逐步与国际接轨，而在这方面，设计咨询公司有很大优势，这与建设部对勘察设计行业改制的要求也是一致的。
以上建设方式可在今后的实践中继续摸索，但不管采用怎样的建设方式，设计咨询的作用是不变的，甚至如果采用第三种方式，设计咨询公司将成为项目的主体。
轨道交通建设项目的管理，追求的是成本、质量和工期三大目标，咨询设计也是同样的，为实现上述三大目标体系，充分发挥咨询设计公司的作用，必须制定相应的管理模式，配置合理的组织机构，具体措施是：
实现工程咨询设计的相关主体单位：
a．甲方即业主或委托方，甲方应设专门机构对设计咨询系统实施全程监控，并根据设计方的主要技术要求，提供或配合设计方搜集所需的基础资料，编制并下达设计任务书，组织项目设计方案竞赛与设计招标策划。
b．乙方即设计方，对于大型系统工程，由于多系统、多单项工程，往往会涉及到多家设计单位，因此为实现项目设计的总体协调，必须设定一家有资质的设计单位作为总体单位，统一设计原则，协调系统接口。
c．监督方即设计监理方，由有资质的单位承担，代表甲方对设计方的设计质量进行监督，审查全套设计图纸。
项目咨询设计系统管理结构
a项目咨询设计的组织结构如图3。建设项目法人聘请设计技术决策机构、设计监理和专家组，后者代表业主对设计咨询成果进行评审决策，总体设计单位是设计咨询工作执行的主体，对整个项目各子系统起协调和统一的作用，分项设计单位可根据情况设置一个和多个，总体组由多个设计单位的资深专家组成。这样的层次结构能明确执行层和决策在技术和管理上的归属。
以上组织结构是实现项目咨询设计系统三大目标体系的组织保障。
规范的质量保证体系是实现项目质量控制的保障
咨询设计提供的产品为具有高含量的咨询设计成果。设计方案的优劣与质量的好坏决定整个工程建设的造价和质量，质量是建设项目追求的关键目标。
①严格按iso9001质量保证体系进行设计控制和管理，各分包单位也要制定相应的质量保证措施并交总体院和甲方审查备案；
②对单项工程的协调和管理建立专门制度和纪律规定，如方案审查制度；定期例会制度；文件审查会签制度；资料管理制度；相互来往联系单制度；统一软件环境制度等等。以上活动均以表格进行记录，并按照统一要求编号，使管理规范化。
③严格按工程质量控制程序进行设计。
高素质的人才是项目成功的保证
设计咨询业与其他行业的不同关键在于它具有较高的技术含量。因此，高素质的人才是项目成功的保证。在项目实施过程中，有三类人是非常关键的，他们是：既懂技术又懂管理的项目负责人；有较高业务素质、认真敬业的专业技术人员；懂、会经营、熟悉国际工程运作的经营管理人员。这三种人不论对设计咨询单位还是对业主，都是非常重要的。
咨询设计单位加强规范化管理，与国际接轨
总之，工程项目的咨询设计，包括投资机会、编制项目建议书、可行性研究、工程设计（包括初步设计、技术设计和施工设计）、建设阶段咨询、生产准备阶段咨询、生产阶段咨询包括后评估等。轨道交通工程作为大的系统工程，必须严格按照建设程序进行项目建设，并突出设计咨询系统的重要作用，使项目的建设更经济、更合理、更。
提 要: 根据莘闵轨道交通线高架桥的设计, 重点介绍了轨道高架桥设计的整体构思, 和一些重要问题的处理方法, 并给出部分参考数据, 对同类设计具有一定的借鉴作用。
关键词: 轨道交通; 高架桥; 设计
1 前言
上海市莘闵轨道交通线是上海市闵行区南北向一条重要的公共交通干线, 是上海市轨道交通网络系统中的一个组成部分, 同时也是我国在建的第一条城市轻轨交通线。工程全长约17. 2km, 其中高架桥合计总长约16. 7km 。高架桥主要包括区间标准简支跨(lp= 30 m )、区间连续梁及跨1 号线处沪杭铁路线、横沥港等节点工程。
自2000 年7 月起, 我们承担了连续梁和横沥港节点等的初步设计及施工图设计工作。工程计有预应力及钢筋混凝土连续梁、岔线梁17 联, 其中含节点工程1 个, 合计线路长度约1. 8km, 12 月底完成了设计。该工程于2002 年初施工完成。
2 莘闵轨道交通线高架桥建设环境、工程特点及整体设计构思
2. 1 莘闵轨道交通线高架桥建设环境
莘闵轨道交通线是上海市在建的第四条轨道交通线, 其中三条已建成或部分建成, 第一条线路地铁1 号线全部走行于地下和地面, 第二条地铁2 号线仅有局部(约一个半区间) 为高架线路, 第三条明珠线大部分为高架线路(约21. 4 km)。1999 年开始修建的明珠线是上海乃至我国首次在城市轨道交通线建中大规模采用高架线路, 城市轨道高架桥的设计、建造第一次在大型工程建设中得以实践。
1998 年明珠线高架桥设计时, 已针对性地作了一些专题研究, 理论上解决了一些设计、施工上的难题, 提出工程上处理措施。截止2000 年, 从部分施工完成的工程上看, 这些方案和措施, 大部分都是成功和有明显效果的, 但也发现了一些问题, 如桥梁整体造型差、结构安全储备偏大和箱梁底板出现沿筋纵向裂缝等。此外, 还由于时间关系, 对一些关键问题, 如基础竖向沉降等, 也无法观测和验证。由于明珠线为地铁, 莘闵线为轻轨, 两者也存在一些差别。所以, 对莘闵线有关专家评价为: 国内初次建造, 没有成熟的经验, 更无现成的规范。
2. 2 莘闵轨道交通线高架桥工程特点
与一般铁路桥梁相比, 莘闵轨道交通线高架桥有下列特点:
(1) 列车荷载小(轴重110 kn ); 运营最大车速v y, m ax= 60 km /h,
(2) 车速中等(最大设计车速vm ax= 80 km /h);
(3) 线路设计坡度大(最大设计坡度im ax= 30‰);
(4) 制动长度短(要求在100 m 长度内, 将车速由60 km ?h 制动至零速);
(5) 长钢轨;
(6) 无碴承轨台结构;
(7) 造型美观度要求高;
(8) 乘坐舒适度要求高。
2. 3 莘闵轨道交通线高架桥整体设计构思
根据我国、特别是上海市轨道交通线高架桥建设的现状和能力, 重点考虑我国公路、城市道路和铁路桥梁建设多年来积累的成熟经验和方法, 充分吸收和借鉴上海市城市轨道明珠线高架桥建设的经验、教训, 适当兼顾高架桥的现浇施工方法的需要, 在莘闵轨道交通线高架桥整体设计时, 在以下几方面进行了重点研究:
2. 3. 1 高架桥造型
城市轨道高架桥的选型应考虑功能、景观、经济、施工、占地和工期等几方面的需要, 其景观度的要求远高于铁路和公路桥。通过对已建成的明珠线高架桥(如图1) 的调研, 认为其景观度中等, 主要不足为外形滞重, 给人一种粗笨的视角效果; 另外, 从桥梁受力上讲, 桥墩安全储备略显偏大。本次根据上海位于江南的地理环境和上海市道路用地范围窄、两侧高楼林立的特点, 采用融合法和消去法, 使之从属城市环境。如图2 为最后采用的造型, 其具有造型柔和, 色彩暗淡, 弱华视角效果的特点。
梁部同明珠线一样采用箱梁, 主要考虑了两方面的原因: (1) 箱梁整体受力好, 收缩徐变小; 适于中跨和大跨、简支或连续结构, 可用于直线段、曲线段、出岔段和变宽段等, 减少桥梁类型; 设计施工经验丰富、成熟。
(2) 与明珠线保持协调一致。
墩柱采用不同于明珠线的变形单柱墩, 主要考虑莘闵线为桥宽仅8. 80m 的单箱单室箱梁, 其梁部支承点相距较近; 箱梁侧面与墩柱上部可采用一致斜率的直线, 而墩柱上下部采用大半径圆曲线过渡, 使得线条流畅、比例恰当、造型优美; 对墩高的变化适应性极强; 受力合理, 材料节省, 施工方便、快速。
2. 3. 2 连续梁梁部预应力配束型式
通常, 对于跨度小于60 m、联长小于150 m 的中等跨度现浇预应力混凝土连续梁, 为方便施工, 对预应束的锚固采用端锚型式, 与之相应, 预应力束多采用“长配束”型式布束。但莘闵线由于高架线路长达10 多km , 而梁部又只能采用现浇法施工, 为使大部分梁可以平行施工, 互不影响, 预应束的锚固只得采用内锚型式。所以, 对联长均不大于150 m , 且多为三孔一联的莘闵线连续梁如仍沿用传统的“ 长配束”型式布束, 显然是不经济的。为此, 对莘闵线连续梁配束式进行了研究。
结合悬灌法施工的连续梁的“ 短配束”型式, 共提出了三种配束方案: 长配束、短配束和长短束。并以(27 + 40+ 27) m 连续梁, 按施工图设计阶段进行地了同精度比较, 详见表1:
表1 钢束布置型式比较表
经综合比较结构尺寸及受力、施工难易程度和工程投资等, 最终连续梁采用“ 长短束”配束方案。
2. 3. 3 纵向力及墩顶位移的控制
对于无碴无枕的无缝线路, 由于温度变化、梁部挠曲引起梁轨间发生相对位移和低温时钢轨断裂均产生很大的纵向力。通过研究, 纵向力对连续梁梁部影响一般小于3% , 梁部设计时可以不计; 但对于墩柱及基础, 受到的纵向力作用非常大, 在设计中起主导作用, 往往控制设计; 若按单墩承全部纵向力, 则墩台身及基础都比较庞大, 工程上造成浪费, 设计时应考虑墩台的共同作用, 将纵向力按墩身刚度(含支座刚度) 进行分配, 以使受力趋于合理, 经济上节约。
对于墩顶位移如按一般桥梁? ≤5l 1/2 (mm ) 控制, 旅客乘车的舒适性就会很差。本次参照秦沈高速铁路的意见, 采用更严格的控制指标: 按下部结构纵向水平线刚度控制。但由于轻轨与高速铁路存在区别, 设计时将秦沈水平线刚度指标进行了适当折减。
2. 3. 4 竖向位移控制
高架桥上的无碴无枕轨道在施工完成后, 可以调节轨道高程只有轨道扣件。为保持运营期间线路设计坡度、减少线路竖向变形, 桥梁工后竖向变位必须控制在轨道扣件允许范围以内。莘闵线采用的w j21 型的调高量为40 mm , 用于正线或辅助线; ? 型为10 mm , 用于岔线。
图3 竖向变位关系示意图
工后竖向变位主要由预应力梁的收缩徐变和基础不均匀沉降产生, 参见图3, 可按下面方法计算: 由图3, 可得s= m ax[sz, sz-s”(x)+ s’(x)] (1) 预应力梁的收缩徐变s′(x) 和基础不均匀沉降s”(x) 为时间的函数, 竖向变位s 可表示为: s= s (t) (2) 桥梁竖向变位允许值[s ]一般取为轨道扣件调高量的50～ 75% , 但对于? 型, 取为10 mm 。
2. 3. 5 抗震设计
目前, 我国还没有轨道交通高架桥的抗震设计规范, 而通常桥梁抗震设计中普遍采用的《铁路工程抗震设计规范》及《公路工程抗震设计规范》, 又没有或无法考虑桥上无缝线路轨道对桥梁结构的作用。对此, 同济大学的马坤全等进行了研究。在设计中采取了如下原则或措施来进行抗震设计。① 高架桥上轨道结构对桥梁的纵向约束作用, 显著减少了桥梁的纵向地震响应及对桥梁的抗震延性要求。② 板式橡胶支座可以明显减少桥梁的地震响应, 改善桥梁的抗震延性性能。③ 墩柱纵向钢筋的配筋率θ1≥0. 95% , 能确保该高架桥满足“ 小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的强度和变形控制原则。
2. 2. 3. 6 基础沉降控制
由于莘闵线设计时, 明珠线高架桥基础沉降的资料还来不及反馈, 故莘闵线仍采用明珠线高架桥基础沉降控制的专题研究结论。定性上将大部分桩基础置于⑦2 层上, 对于少量⑦2 缺失者, 置于⑧1 层上; 定量上采用铁路、公路及上海市规范进行沉降检算, 控制绝对沉降不大于30 mm, 相对沉降差不大于10～ 15 mm 。为减少沉降, 要求桩基础施工完成与承轨台开始施工的时间间隔不小于一定的时间。该时间一般取为90 d。
2. 3. 7 施工方法
根据上海市建设的经验、莘闵线的实际情况和上海市现有的施工水平、经验等, 考虑到高架桥高度通常不大于8. 0m, 个别地段(如车站范围等) 也不大于2. 12. 0m, 经过综合比较工期、经济、施工难易程度和施工期间对环境、居民的影响等, 桥梁采取现浇法施工, 且以满堂支架现浇法为主。梁部采用商品混凝土、泵送、满堂支架浇筑; 墩柱采用商品混凝土、泵送或人工倒运、现浇。基础桩基若为打入桩, 则以预制为主; 若为灌注桩或其他形式基础, 多为商品混凝土就地浇筑。为减少梁部结构的收缩徐变和基础的沉降以满足无碴轨道结构对桥梁竖向变形限制的要求, 要求承轨台施工开始与梁体施工完成的时间间隔不小于一定数值, 对简支梁, 一般为90 d, 对连续梁为180 d。为保证工期, 采取多点、面平行施工梁部。
3 连续梁梁部设计
3. 1 设计基本资料和参数取值
3. 1. 1 基本资料
(1) 列车活载: 如图4:
(2) 线路数: 双线, 线间距3. 3m;
(3) 桥梁宽度: 直线段8. 0m;
(4) 行车最大速度: 80 km /h;
(5) 地震力: 设计烈度7 度, 场地土类别类。
3. 1. 2 设计参数
·二期恒载: 64 kn /m;
·支座不均匀沉降: 考虑徐变折减后取0. 5～ 1. 0 cm;
·温度力: 均匀升温20℃ 、降温-10℃; 非均匀升温5℃;
·列车横向摇摆力: 按竖向活载的2. 5% 计;
·列车活载冲击系数: 1+ λ= 1+ 12/(38+ l ) r jy= 1 860m pa, stm 1529 锚具。
·制动力和牵引力: 按竖向活载的15% 计, 当与(2) 施工方法: 满堂脚手架现浇法施工。离心力或和冲击力组合时, 按10% 计。(3) 计算理论: 全预应力结构。
3. 1. 3 其他资料
(1) 材料: 3. 2 梁部横断面、立面设计
混凝土: c50; 典型的横断面如图5, 立面图根据需要设计有三j 15. 20 高强度低松驰钢绞线, 如图6:
交大李乔教授等的a s23. 3 结构受力分析、计算cb 和大桥局的prb p 等电算程序, 对个别项目, 采用对于结构受力分析、计算, 按薄壁曲线箱梁理论, 手工计算和调整。采用箱梁有限元法。首先将结构简化为计算简图, 并划对于具体计算过程, 可参见专著或文献资料。下面分单元和节点, 根据不同施工阶段荷载、结构和约束等给出部分计算成果: 的不同进行计算。具体设计时国内有很多成熟的专用
x ——控制点至梁端的距离(m )。n 采用的预应力根数。
3. 4 徐变、疲劳分析计算土龄期3 年时, 结构徐变拱度为11. 9mm 。另外, 也对30 m 简支预应力梁进行了疲劳分析, 常用荷载下, 钢为定量预应力混凝土梁的徐变影响, 采用徐变量绞线的活载应力幅为9. 2m pa, 小于允许的疲劳强度较大的进行了分析计算, 其在二期恒载施加后至混凝值52. 0m pa; 混凝土的最大疲劳应力为6. 2m pa, 小于允许的最大疲劳应力20. 1m pa 。由以上计算, 认为3. 5 主要经济指标徐变、疲劳对连续梁不控制, 可不予检算。
表4 连续梁主要经济指标
指标1: 每m2 桥面的含量。指标2: 每m3 混凝土的含量(对普通钢筋, 不含齿块, 隔板、横梁)。混凝土指标: 每m2 桥面的桥宽按线间距+ 4. 7m 计。
3. 6 按主+ 特检算, 允许应力提高45% 。通过计算, 莘闵线的活载作用与汽2超20 级相当 4. 2 墩柱结构尺寸或略大。与明珠线相比, 总体上讲略小, 具体为活载比约为明珠线的0. 84, 总荷载比约为0. 94, 随跨度增大该值也变大。从混凝土、预应力钢束和普通钢材用量上讲, 一般均大于公路汽2超20 级梁; 与明珠线比较, 除普通钢筋大于明珠线外, 其余两项相当。从结构尺寸上讲, 一般均大于公路汽2超20 级梁; 与明珠线接近。
4 墩柱及基础设计
墩柱及基础的设计、计算, 除荷载组合与铁路及公路桥梁差别较大外, 计算原理、方法均无本质差别。荷载组合的差别主要由轨道高架桥特有的轨道纵向力引起。为节约篇幅, 以下重点介绍其与铁路、公路桥设计上的不同处和主要设计成果。
5 结束语
墩柱配筋一般远大于汽2超20 级桥梁, 接近普通正在成为城市基础设施的轨道交通中, 高架桥占国铁桥梁。对于墩高小于8. 0m, 跨度30～ 40 m 高架线路长度85～ 95% , 而轨道交通高架桥的设计、施工桥, 一般每延m、每m2 桥梁墩柱混凝土为1. 2m3、在我国刚刚起步, 为此, 研究桥梁结构型式、造型、荷载0. 15m 3, 钢筋为234 kg 、29. 3kg 。承台混凝土含筋量的作用和施工方法、工艺等, 已成为迫切课题。
摘要 简要介绍屏蔽门系统在城市轨道交通建设中的发展,及城市轨道交通屏蔽门系统的组成,并对其配电方式、蓄电池容量计算、控制设计进行描述,以供地铁电气设计人员参考借鉴。
关键词 城市轨道交通 屏蔽门 系统 电气设计
1概述
目前我国城市轨道交通项目建设处在快速发展和不断完善的过程中。改善轨道交通设备系统及其配套设施,优化地铁候车环境,提高城市轨道交通的服务水平,采用节约能源的新设备和新技术将是一种必然的要求和趋势。
城市轨道交通站台屏蔽门安装于地铁、轻轨等交通车站站台边缘,将轨道与站台候车区隔离,设有与列车门相对应, 可多级控制开启与关闭滑动门的连续屏障,简称屏蔽门。屏蔽门作为城市轨道交通的新型设备系统,在广州地铁二号线首次投入使用,由于其良好的节能效果和对乘客的安全舒适保障,越来越得到相关建设部门的认同。
2构成及功能
2.1基本构成
屏蔽门系统由机械和电气两部分构成,一般有三种结构形式,见图1、2、3。
2.2基本功能
屏蔽门在轨道交通站台中的基本功能如下:
a.屏蔽门可以防止人和物体落入轨道和非法闯入隧道,杜绝因而引发的事故、延迟运营与增加额外成本。
b.减少站台区与轨行区之间气流的交换,通过对地下车站通风空调制式的改变,降低车站通风空调系统的运营能耗。
c.成为铁路车辆和车站基础设施之间的紧急栏障和安全整合的安全系统。
d.减少列车运行噪声及活塞风对站台候车乘客的影响,改善乘客候车环境。
e.保障乘客和工作人员的人身安全,阻挡乘客进入轨道,拓宽乘客在站台候车的有效站立空间。
f.更好的乘客管理。当列车停靠在正确的位置上,乘客才进入列车或站台。
g.在火灾或其他故障模式下,可以配合相关系统进行联动控制。
h.可以利用屏蔽门采用一体化的信息、广告显示屏,达到资源的最大化利用,同时对车站整体空间布置进行简化。
3配电系统设计
3.1电源
主要包括驱动电源、控制电源,电源设备设置在屏蔽门系统设备室。
3.2供电方式
根据目前国内屏蔽门设计和投标的情况,控制电源采用ups(不间断电源系统)供电,驱动电源的供电方式则分为两种:直流供电、交流供电。
3.2.1直流供电
电源设备由ups、隔离变压器、整流器、蓄电池等设备组成。屏蔽门直流无刷电机及dcu(门控单元)采用直流10供电;psc(主控机)和psl(就地控制盘)采用直流2v或5v供电。低压配电系统提供两路20/30电源到自动切换箱,输出一路三相30电源及一路单相20电源。30电源经过ups、三相隔离变压器和整流器至10直流母线,然后由直流10母线每侧馈出三路直流送至各个门控单元。当供电回路、开关或整流器均故障时,蓄电池的容量应能满足屏蔽门驱动系统每小时开/关门5次的要求,见图4。
3.2.2交流供电
3.2.2.1正常运行
正常情况下,屏蔽门的驱动电源由主电源供应,当主电源故障时,电源自动切换装置自动将主回路切换到备用电源,将备用电源投入。
ups充电模块通过内部的交直交转换,一方面除对蓄电池组进行浮充电外,另一方面通过ac30隔离变压器向屏蔽门配电单元交流供电,并由门控单元经交直流转换驱动电机运动,见图5。
3.2.2.2故障运行
充电模块采用n+1冗余配置,当某个充电模块发生故障时,由于ups充电模块的在线式热插拔的固有特性,使其不会对其余充电模块产生影响,其余充电模块继续给负荷供电。
当主电源、备用电源均发生故障时,由电池组经逆变器将直流转换为交流,通过ac380v隔离变压器向屏蔽门/安全门配电单元交流供电,并由门控单元经交直流转换驱动电机运动。在低压一主一备两路交流电源断电后,蓄电池的容量应能满足屏蔽门驱动系统每小时开/关门5次的要求。当交流电源恢复供电时,系统具有自启动功能,保证交流电恢复时能自动恢复正常运行。
3.3电源容量计算
屏蔽门系统驱动电源主要是为门机提供稳定的电源。驱动电源主要由电源自动切换装置、充电模块、降压硅链、微机监控装置、绝缘监测装置、防雷装置、进口免维护蓄电池和馈线回路等构成。
控制电源是为屏蔽门系统的控制设备如主控机(psc)、屏蔽门紧急操作指示盘(ibp)、站台端头控制盒(psl)等提供电力需求。控制电源由ups(含蓄电池)、直流变换稳压电源装置、馈线回路等构成。
3.3.1驱动电源容量的计算
a.确定驱动设备用电参数。dcu额定工作电压、dcu工作电压范围、滑动门启动时的最大电流、滑动门恒定最大速度时的额定连续电流、dcu控制电流、滑动门顶盒上指示灯等。
b.绘制屏蔽门开/关门dcu电力负荷曲线图。
c.蓄电池容量及单体数量的确定(以目前屏蔽门普遍采用的德国阳光电池为例)。
考虑最严峻的条件,当标准两侧站台的屏蔽门同时动作时,蓄电池需要放出的电流为:
imax1=i1+i2 (1)
式中:imax1———蓄电池最大放电电流;
i1———站台两侧滑动门同时开关时dcu最大电流;
i2———门顶盒指示灯电流。
依据阳光蓄电池的选择原则,需要考虑设计系数(δ1=11)、温度系数(δ2=10)、寿命系数(δ3=12)。则:
imax2=imax1×δ (2)
式中:imax2———计算电流;
δ———可靠系数,δ=δ1×δ2×δ3=11×10×12≈14。
按照屏蔽门开/关门dcu电力负荷曲线图的负荷曲线,依据《电站变电所用大型铅酸蓄电池容量确定》(ansi-ist45-17)的标准,将蓄电池放电时间确定为3i。查阳光电池5i恒电流放电数据表,进行蓄电池容量选择。
考虑到线路压降及安全因素,蓄电池的浮充电压选择为10,则:
3.3.2控制电源容量的计算(以标准岛式车站站台为例)
a.首先确定控制设备的工作电压(控制设备指psc、ip、psl)。
b其次计算控制电源容量:
wk=n×iσk/(η×δ) (4)
式中:wk———控制电源(ups)最大功率需求(k);
iσk———控制设备总电流(a);
n———单侧站台的屏蔽门滑动门数量;
η———ups效率;
δ———直流稳压电源装置效率。
3.3.3屏蔽门供电总容量
屏蔽门三相ac30电源为屏蔽门系统提供的电力需求应满足屏蔽门系统驱动电源、控制电源(ups)及蓄电池充电的需求,则有:
wz=wq+wk+wx (5)
式中:wz———整个站台最大功率需求;
wq———屏蔽门开/关时dcu(包括门指示灯)的最大功率需求;
wx———蓄电池充电最大功率需求,蓄电池最大充电电流取01c10(c10为电池1小时放电参数)。
其中:wq=umax×imax/η (6)
式中:umax———dcu最大工作电压(10);
imax———站台屏蔽门同时开/关时dcu(包括门指示灯)最大电流;
η———充电模块效率,取为09。
3.4控制系统设计
屏蔽门控制系统应由以下几个主要部分构成:主控机(包括逻辑控制单元及状态监视单元)psc、就地控制盘(psl)、门控单元(dcu)组、通讯介质及通讯接口等设备。
每个车站的每侧站台屏蔽门应具有独立的一套逻辑控制单元,每个车站应有至少一套远程状态监视系统;每个车站内的屏蔽门系统内应具有足够的与其它系统设备进行接口的接线端子、接口设备。每侧屏蔽门的控制完全独立,相互之间不设置互锁。
根据屏蔽门系统内部通信的需要,以每侧站台单元控制器、psl和dcu为单位组成一个相对独立的子系统,通信方式采用现场总线和硬线连接。每个门控单元(dcu)之间没有通讯需求,单个控制系统中,只存在单元控制器向每个dcu进行广播式通讯,而每个dcu向单元控制器反馈每个门机状态信息。根据屏蔽门系统设置特性,控制系统采用总线型的局域网。
采用标准通用、开放的网络通讯协议,方便与其它专业进行接口。现场总线采用tcp/i(传输控制协议/网际协议)通信协议,每个dcu作为一个网络结点挂接在网络现场总线上,psc作为网络服务器,dcu作为网络工作站。采用冗余设计,当总线上其中一个节点发生故障时,其它网络结点不会受影响。现场总线采用部分点对点的通讯线路进行命令及响应的传输。对于一些关键信号,psc与psl间以及psc与dcu之间、单元控制器与dcu之间、psl与dcu之间采用点对点的硬线连接。
3.5安全设计
3.5.1安全系统组成
屏蔽门系统在城市轨道交通的采用,其中一个最主要的原因就是应保证运营、乘客的安全,为达到这个要求,需要屏蔽门设计在本身的结构性能、安全保障以及设计周全等方面作好相应的工作。除采用设置站台监控亭、应急门、防夹设计外;电气设计方面,还有安全回路设计、接地及绝缘层设计等。
3.5.2安全回路设计
安全回路的概念是,为了保证屏蔽门关闭和锁定状态的故障安全检测,采用一个串联式连线回路,沿车站站台穿过所有的滑动门与应急门。当回路闭合时,向信号系统发出一个“所有滑动门/应急门关闭和锁定”的信号,此回路就简称安全回路。
其作用在于,当回路闭合时,授权列车才能离开车站;当回路断开时,禁止列车离开或进入车站。
3.5.3接地及绝缘层设计
地铁牵引配电系统采用直流供电,并把钢轨作为汇流通道,因此钢轨与大地间存在电位差会对乘客造成影响。因此为确保乘客及工作人员的安全,要求在乘客及工作人员易接触到的金属部件与列车的金属部件之间采用等电位连接。在站台两端各用一根电缆与钢轨回流线相连,同时屏蔽门采用绝缘安装,以保持轨道与站台的电气隔离。
3.5.4紧急控制盘(ibp)
屏蔽门系统紧急控制盘设置在车站车控室,一般与消防、emcs(设备监控)、fas(防灾报警)等紧急操作按钮统一布置,紧急控制盘上的操作按钮高度应方便运营人员紧急操作。在允许紧急控制盘操作状态下,紧急控制盘能控制屏蔽门进行开门、关门操作。
4小结
城市轨道站台屏蔽门系统是一项集建筑、机械、电子、自动控制和计算机等多种学科于一体的高科技产品,在中国高速发展的城市轨道交通领域,将会得到更多、更广泛应用。由于它涉及地铁领域的相关专业较多,诸如:行车组织、限界、车辆、通信、信号、自动化集成系统、供电、结构、建筑等专业,相互关联的处理接口也众多,这就需要相关的专业人员进行更深的研究,紧跟时展的步伐为业主提出更好更合理的解决方案。
[摘要]客流预测是轨道交通建设的重要基础工作，本文阐述了客流预测的目的和内容，分析了客流预测的难度和风险，提出了可信性评价的要点，对客流预测提出丁波动范围的要求；同时采取了面对现实的观点，创建了抗风险设计的现念，对客流预测的风险做了有限性和突破性的分析，提出了抗风险的适应性和转移性的措施。使客流预测的数据与运营能力设计之间，具有较大适应弹性，为今后轨道交通的客流预测分析和系统运能设计提供新的思路。
[关键词]轨道交通 客流预测 可信性评价设计运能 抗风险设计
1 客流预测的目的和作用
城市轨道交通客流预测是为轨道交通建设规模决策的主要依据，并在项目设计中起着重要作用。根据客流预测各项数据，将对轨道交通建设的重要问题作出判断和决策，例如：
①轨道交通工程建设的必要性和迫切性；
②选定轨道交通制式和车辆选型；
③确定系统设计运能，列车编组，行车密度和行车交路；
④确定车站基本规模，站台长度、宽度，车站楼梯和出人口总宽
⑤选择机电设备系统，计算其容量和用电负荷；
⑥选定售检票系统制式和规模，拟定票价政策；
⑦核算运营成本和经济效益评价。
由此可见，客流预测工作在轨道交通工程建设的前期工作中处于十分重要地位，可以说做好对客流预测数据分析和应用，是进行轨道交通建设和设计工作的起步点，是工程项目建设规模和运营经济评价的基础，是项目风险的评价要素和关键。因此在轨道交通领域内，客流预测已成为一项专题研究，专题评审的专项课题。
2 客流预测的内容和难度
城市轨道交通客流预测是近年发展起来的一门预测学。在我国22世纪60年代建设地铁开始，虽对地铁客流预测有所研究，但方法简单，尚属于启蒙阶段，当时以“战备为主，兼顾交通”为建设原则，对地铁客流预测尚未放置重要地位，缺乏系统认识。20世纪80年代开始，因国家改革开放政策，使地铁建设原则转变为“交通为主，兼顾战备”。在思想上是一个大解放，在技术上与国外有了充分交流，并从国外引进了客流预测方法及其数学模型，随电子计算机技术发展，使轨道交通客流预测成为一项专门的技术学科。
多年来，客流预测的数学漠型经过我国交通专家的研究开发，结合各城市的实际情况，经多年积累资料，摸索城市客流的特征和规律，对各项参数和程序进行不断修正，已经逐步建立起—套完整的预测方法和计算模型体系，并还在不断的积累经验，不断的完善，使客流预测的可信度也在不断提高。
但在实际运用中要达到较高的可信度，仍存在较大的难度，这是值得重视的问题。客流预测的难度主要是难在客流预测的内容和预测条件的复杂性。
2．1 客流预测的内容
根据实际运用经验，在轨道交通系统中，从系统功能要求出发，在城市总体规划和轨道交通线网规划的前提下，按各设计年限、对客流预测的成果可归纳为如下五类基本内容：
(1)全线客流：全日客流量和各小时段的客流量及比例
①全日客流量，是表现和评价运营效益的直观指标，并进一步评价线路负荷强度的重要指标。
②各小时段的客流量及l咖，是为全日行车组织计划提供依据，在保证运营能力和服务水平的前提下，合理安排行车间隔，提高列车满载率及运营效益。
(2)车站客流：包括全日、早、晚高峰小时的上下车客流、站间断面流量以及相应的超高峰系数。其中：
①高峰小时时段的站间最大单向断面流量。这是决定建设轨道交通的必要性和确定系统运量规模的基本依据，由此选定交通制式，车型，车辆编组长度，行车密度及车站站台长度；
②全线早、晚高峰小时的站间断面流量。这是全线运行交路设计的基本依据，由此确定区域折返交路、折返列车数量、折返车站位置及配线形式。并计算运用车辆配置数量。
③各车站早、晚高峰小时的上下车客流量及相应的超高峰系数。这是各车站规模设计的基本依据，由此计算站台宽度；楼、扶梯宽度；售、检票机数量；车站出入口的总宽度等。其中晚高峰小时客流量对地下车站的空调、通风量计算具有控制性作用。
④此外，必要时应对车站客流进一步分析，预测到达本站的客流所采用的各种交通方式的分类和比例。这为本车站附近女n何考虑停车场用地的规模提供依据。
(3)分段客流：站间od表、平均运距及各级运距的乘客量
此项数据是为进行分段客流统计，制订票制和票价的分析，最终对建设投资、运营成本作财务分析，对社会经济效益分析，提出项目效益评价意见。
(4)换乘客流：各换乘站分向换乘客流量
这项数据对线路主客流方向的评价很重要。并为换乘形式设计和换乘车站间的换乘通道或楼梯的宽度的计算提供依据。
(5)出入口分向客流
根据每一座车站确定的出人口分布位置，对每个出入口作分向客流预测，并作波动性分析，为每个出入口宽度计算提供依据。
以上各种预测数据的内容繁多，要求较高，必然存在较大难度。
2．2 客流预测的难度
以上数据的预测，在各阶段的要求是不同的。从预可、可研、总体设计，初步设计等各个阶段进行分步预测，内容和深度总是由宏观到微观、逐步深人细化。
回顾近年来，核对以往各城市轨道交通线路的客流预测结果，与实际运营客流统计值相差较大，并非令人满意。是哪些原因造成的呢，这需要我们进行实事求是的客观分析。主要原因是：
(1)预测年限较长，积累资料不足，预测技术尚须改进完善
从工程立项开始至建成通车，一般需要五年。然后再预测通车后25年的远期客流规模，总共要预测30年的客流，时间跨度大，难以掌握城市发展中晒隙、经济和人们活动的规律，不定因素太多。同时这项技术尚在不断发展研究之中，积累资料不足，数学模型和预测技术尚未定型，还须不断改进完善，对预测数据的把握，评价标准，都有很大的难度。
(2)城市发展过程中的规划背景难以稳定
客流预测是必须以城市发展规划为依据。对城市范围和结构形态，用地分布性质，人口分布数量，居民和流动人口的出行量等，均为预测的基础数据。这些数据都是来自城市总体规划，而城市规划一般只做10-20年的近期和远期的城市建设规划，虽然也做远景规划，却是长远性和宏观性的规划。经验告诉我们，城市发展过程是难于控制的，规划不等于实施，往往是规划超前于实施；也有规划落后于实施，这是少数。这些现象主要决定于国民经济发展水平和财政支持能力。因此城市规划总是要不断的进行调整修改，所以城市规划是属于动态规划。由此可见，客流预测依靠城市发展过程中难以稳定的规划为工作背景，必将造成预测结果与将来的实际有一定差异，这种差异是难以估计的。
(3)票价的竞争性和敏感性，对客流量的波动性
乘客的消费观念和对票价的承受能力是难以控制的活动因素，尤其在市场经济条件下，城市交通中各种交通的存在，必定会与轨道交通形成竞争局面，对于乘客来说，需要面对时间与票价之间进行权衡和选择，关键在票价。那么就看票价定位在哪个薪水阶层，乘距为多长的客流对象。这与运营的经营政策密切相关。但是在客流预测时，可以从需求进行预测，但很难对票价进行正确定位，也很难对客流量的竞争性和敏感陛进行数量级的准确分析，这需要长年在运营中不断积累和探索。从国内外运营经验证明，票价对客流是具有较大的敏感性，同时也说明了票价对客流具有可调节性和可控性的，这一点是值得我们重视。
(4)线网规划不完整，线路总体规模不明
城市轨道交通线网规划工作仅仅是在最近几年有—个比较全面的认识，虽然线网规划总是随城市总体规划而动态变化，有时候也会发生局部调整。一般来说，由于城市中心区建设的形态和规模应该是比较稳定的，对于城市远景发展规模也是相对稳定的。这对于做好城市轨道交通线网规划是提供了基本条件。事实上有些城市对于线网规划还缺乏深层的研究，线网规划内容还不完整，对城市结构形态发展认识不足，造成各条线路建设的起终点和走向有很大的随意性，缺少严肃性。单条线路和线网关系模糊，往往会造成线网规划不稳定，线网总体规模不明，造成各条线路之间关系变化不定，尤其对已建线路的客流影响很大。使原预测的客流量值在量级上发生“质”的变化。这种情况已在国内发生多例，应引起重视。
综上所述，客流预测是一门新生的预测学。由于对城市规划有极大的依赖性，对人(乘客)的思维和行为只能规划导向，不可强制；对客流量只能从合理需求预测，淡化未来的票价政策及其影响；因此，客流预测成果不可能做到准确性，而是存在较大的风险性，只能做到在预定的城市规划条件下，具有相对的可信性。
3 对客流预测值的评价
城市轨道交通客流预测是为轨道交通建设规模决策的主要依据，这在本文开始已经阐述，但按目前的方法和技术，只能做到相对的可信性，这是事实。我们应面对现实，既然客流预测只具有相对的可信性，那么如何评价和应用这些数据，为轨道交通工程规模决策服务呢，是当前值得研究的实际问题。
经多年来的实践，我国城市交通研究单位和学者，对客流预测工作已经取得较大的进步和发展，对城市轨道交通客流的特征和规律又有深层认识，在预测结果的数据上表现出十分谨慎的态度，加强了定性定量的分析论证，使客流预测成果的可信度日趋提高，这是可喜的一面；同时我们还必须用积极和科学的态度去探讨和评价，要从预测的过程中找控制点，从控制点找关键，从结果看风险，从运营评适用性，这样才能得到有效的应用。为此本文对客流预测的方法和过程，对客流预测成果的评价，归纳为如下评价要点。
3．1 客流预测的评价要点
①客流预测的依据和背景资料来源清楚，有据可查。
②客流预测的年限和范围正确，对已建或规划的线路关系明确。
③客流预测的技术路线清晰，选用的参数，经过推算论证，纵横比较
④客流预测的模型和技术成熟，经过实例验证，力祛可用。
相对合理。
⑤客流预测的内容完整，数据齐全。对预测成果经分析论证，从量级上宏观判断，基本可信。
⑥对预测客流进行敏感性分析，波动幅度基本可信。
以上客流预测评价要点，也是客流预测报告中需要讲清楚的内容。因为预测的背景资料、技术路线与有关参数，内容是否完整，都是摆在明处，容易判断。但预测的过程是看不到的。因此作为评审者如何评价其预测的各项数据从量级上宏观判断成果的可信度；如何对客流预测成果进行风险分析，这是评价的关键。
3．2 客流预测的可信度评价
在客流预测的评审中，要各位专家将每项数值进行推测、分析，再判断其正确性，这是不可能的。由于轨道交通系统规模的控制性关键，是全线各区间的高峰小时客流和车站乘降客流，上述数值起主要控制性的环节是全日客流总量。为此，把全日客流总量作为客流预测可信度评价的主控点是可行的。
在实际工程中，最容易出问题的就是全日客流总量失控。有些城市对轨道交通某—条线路客流预测时，没有注意从线网规划的客流总量平衡，往往造成总量突破，必然使预测成果可信度严重下降，即无可信度。所以，每条线路的客流预测必须从全市轨道交通的规划线网去考虑，把握线网客流总量控制和分配。所以，对全日客流总量做好宏观总量控制是一个总体控制环节，是客流预测成果评价的质量控制点。
对全日客流总量评价，应注意几项参数选定。如：人口数量(包括流动人口)和出行强度；各种出行方式分配中，公共交通系统承担的比例和轨道交通系统分担的比例；以及轨道交通系统内的换乘系数。
上述基本参数，均在城市总体规划和交通战略规划所定。在客流预测时，必须与其保持一致。只要对轨道交通系统内的换乘系数估计恰当，轨道交通(全网)系统的全日客运总量估算是可信的。这样对每条线的总量分配得到相对控制，保证每条线的车站乘降客流和区间断面流量在运量级上不会产生太离奇的偏离。
以上分析说明，客流预测必须看重线网规划的客流总量控制和分配；对客流预测结果应重视宏观的量级的控制。这是对客流预测结果可信度评价的基本点。
4 客流预测值的应用和抗风险设计
客流预测是依据城市远景规划条件下进行预测的，客流预测的结果经过专家评审，只要认为基本可信的，我们应该可用。但是风险依然存在，可信度有多高，不会有人下定论的。还是要设计人员自己去学会分析判断，所以我们对客流预测结果的应用，既要现实一些，又要谨慎—些；既要重视定性分析，更要加强宏观性的量级判断，才能做好抗风险设计。
4．1 系统运能的概念
为了研究抗风险设计，先没定系统运能的几种概念，即设汁运能；储备运能；潜在运能。
设计运能：按客流需求设计的运能。即：按设计的列车编组、定员、运行密度而定的运输能力（万人次/h），设计运能必须满足远期设计年限的高峰小时单向最大断面流量的预测值。 储备运能：按运营系统配置的线路和设备，可承担的最大运能。这是按选定的列车长度为前提，根据全线车站的折返线，车场出入线的配线形式和信号配置的功能，计算出最大通过能力，取其中较小的值为控制性运能。上述控制性运能必须大于设计运能，并有一定的贮备系数。
潜在运能：考虑未来技术的发展，可能提高的运能。一般来说，必须进行信号及相关设备的技术改造。开发原线路远期潜在的可发展的运能。
4．2抗风险设计理念
抗风险设计是在充分理解客流预测存在一定风险的前提下，针对客流预测的不捆角性和波动性，充分估计到客流预测数值有限的波动范围，进行定性分析和定量估计；在上述前提下，对城市轨道交通运营系统的设计运能，应采取的抗风险对策，以保证系统设计的运能，既能满足长期的客运需求，又能保证规定的服务水平，使该运营系统在未来的较长的刊期内，具有较强的适应性，这就是抗风险设计的基本理念。
为此，在运行能力设计时，一方面必须充分考虑到实际客流可能比预测值大的风险，一定要留有运能余量储备；另方面也要考虑到实际客流可能比预测值小的风险，为保证运营的经济性，既要减少列车运行密度，又要保障正常运营的服务水平；为此，根据抗风险设计理念提出两个层次风险：基本风险和突破性风险，及其帽应的抗风险设计和适应性分析。
4．2．1对基本风险的适应性设计
基本风险是对客流预测数值的波动范围限定为-30％～+10％的条件下进行系统运能的抗风险设计。为此在运营能力设计时，提出必须满足的两个条件：
系统的设计运能必须以满足远期高峰小时单向最大断面流量为基本，而系统设备配置的储备运能
应具有+10％-+15％的储备余量；此可满足客流预测数值的波动范围限定值的上限。
在服务水平上应保证经济合理的行车间隔，在远期高峰小时段的列车运行间隔时间不得大于3min的服务水平。此可满足客流预测数值的波动范围限定值的下限。
如果系统设计运能为30对／h，全线运能控制点是车站折返线，则车站折返线和信号的配置能力应比设计运能大10％~15％，符合运能风险储备的要求。若运营设备配置的运能为34对/h，贝悄备系数为13％。
如果实际客流小于预测值，按远期高峰小时段的列车运行间隔时间不得大于3min的要求，即：运行密度为不小于20对/h，列车编组及长度不变，设计运能调整为24或20对/h，即适应预测客流下降20％-30％的下限。
根据当前的预测方法，参照国内外经验，因为城市规划往往是超前性较大，故预测数据向高突破较少；而城市中各种交通的竞争性和票价定位的适当与否，却对客流造成的波动影响很大。所以，客流风险正值取10％，负值取-30％，是比较符合实际。作为基本风险的波动范围是比较恰当的。
实际经验告诉我们，初、近期和远期的列车编组应采用不同长度的列车编组方案是值得推广的设计思路。使初近期运行的短列车，尽可能采用提高运行密度的方法提高运能，跟随实际客流的增长，直至达到最大运行密度。如果实际客流小于预测值，可以延缓长列车投入运行，既不降低运行服务水平，也充分发挥运营效益，这是最好的抗风险设计。
4．2．2 对突破性风险的转移性设计
上述抗基本风险设计是做了限定条件的，如果突破了限定条件，就叫突破性风险。那么是否会产生更大的风险，这是人们所关心的重要问题。因此对突破性风险必须进行风险转移设计——即“削峰”设计，是一种在特定条件下的合理设计和避风险措施。
系统的设计运能是按全线高峰小时单向最大断面流量值来决定的。但是在全线各区间的高峰小时断面流量不是相同的。因此我们可以按上、下行分别列出第一、第二、第三的高峰值，并再将其余的断面流量按不同的运量级进行分段划分，可以得到各段运能的储备系数。根据系统能适应的最大运能为界线，对突破的客流进行“削峰”设计。
“削峰’设计是仅限于对个别或少数的尖峰客流的处理。例如：某条线路的上行方向高峰小时单向断面最大流量为3．50万人次，第二高断面为3．4万人次m，第三高断面为2．98 万人次/h；下行方向高峰小时单向断面最大流量为3．00万人次，第二高断面为2．81万人/h，第三高断面为2．67 万人次/h；如果以大于3万人次/h为突破界线，可见突破3万人脚h的折面仅需对上行方向2处锋客流进行“削峰”设计。经过站间od客流的分析，利用票价上浮的敏感效应，对于经过尖峰的部分短途客流实现“自动”转移，达到“削峰”设计目的。使新的高断面客流与运行通过能力相适应。但是这种风险转移的做法，对于转移量是要得到严格控制的。
如果客流高峰全线大部分区间有较大的突破，则无法进行“削峰”设计，这说明线路运能已经饱和，也许应该新建其他规划线路来实现分流；也许应该对系统‘潜在运能’再次开发。这种情况实际上是对未来的远景年可能发生的估计，可能对现有运营设备，主要是信号系统需要进行全面升级改造和开发。
由于近年来，尤其是信号系统发展较快，技术上不断的改进和创新，列车运行间隔时间还可能减小，使列车运行通过能力得到继续提高，这就要开发系统的‘潜在运能以适应新的运量需要，这是可能的，也是有限的。
5 小结
综上所述，本文对客流预测的风险性做了有限性和突破性分析，提出了可信性评价的要点，采取了面对现实的观点，创建了抗风险设计的理念，对运能设计提出了的适应性和转移性(削峰)的抗风险措施，使客流预测的数据与运营能力设计之间，具有较大适应弹性。对于轨道交通运营组织采取分期设计很重要，如何分别确定初、近期和远期的车辆编组和行车密度至关重要。总之，在远期运营系统设计时，必须充分考虑客流预测的风险，做好抗风险的适应性分析是十分必要的；但是如何使客流预测提高可信度，仍然是需要努力攀登的永无止境的高峰。
摘 要:小号码道岔在城市轨道交通领域占据主力市场,在城市轨道交通领域发挥着不可估量的作用。小号码道岔设计应结合城市轨道交通的特点,合理地选择未被平衡的离心加速度和线型,合理地计算其轨距加宽及解决自身的构造加宽问题。小号码道岔跟端应当向弹性可弯方向发展。小号码对称道岔需要重新认识并重视起来。
关键词:城市轨道;小号码道岔;设计
为缓解交通压力,愈来愈多的大中城市开始大力发展城市轨道交通(诸如地铁、高架轻轨等)。作为轨道系统最薄弱环节的道岔,设计理念开始了新的转变,不被国铁重视的小号码道岔在城市轨道交通领域却占据了主力市场,其中以9号、7号道岔为代表,广泛应用于各大城市轨道交通。9号道岔主要应用于城市轨道交通正线轨道,7号道岔主要应用于城市轨道交通车辆段及车场线。值得一提的是最近广州城市轨道交通4号线大学城专线段又采用了5号道岔,大大节省了车辆段占地面积。小号码道岔在城市轨道交通领域发挥着不可估量的作用,重新被城市轨道交通设计及施工人员所认识。
小号码道岔之所以被广泛应用于城市轨道交通,与城市轨道交通的特点密不可分。城市轨道交通与国铁相比,通过速度较低,所以小号码道岔即可满足;但旅客舒适度要求较高,即要求未被平衡的离心加速度较小。这里需要说明的一点是合理地选择未被平衡的离心加速度。《地铁设计规范》(gb50157—2003)第6 2 8条规定:曲线的最大超高值为120mm。当设置的超高不能满足行车速度要求时,允许有不超过61mm的欠超高,即允许有0 4m/s2的未被平衡离心加速度。此处的未被平衡离心加速度是指正线,为保证旅客舒适度而定的。而城市轨道交通用道岔主要是为空载列车提供折返、停放、检查、转线及出入段作业设置的,不存在旅客舒适度问题。经测试δ0=0.4～0.68m/s2时,旅客无不良感觉,国铁采用δ0=0 5m/s2。因此,地铁道岔采用δ0=0.5m/s2设计即可。
小号码道岔的设计,虽然不像高速大号码道岔那样有复杂的线型,但作为城市轨道交通的主力分子,线型的优劣直接影响旅客舒适度,所以要求道岔线型更加圆顺。由此,国铁中小号码道岔所用的尖轨由直线线型在城市轨道交通中逐渐转变设计为曲线线型。然而,据上海地铁9号道岔的使用情况调查,上海地铁的半切线型弹性可弯式曲线尖轨(地岔211)仅使用了4个月,直线尖轨(国铁)使用了24个月,均因磨耗超限下道。曲线尖轨磨耗严重,不管道岔使用工况是否特殊,就其原因主要还是道岔的尖轨线型不够合理,需要进一步研究。目前,为广州城市轨道交通4号线大学城专线段所作的9号道岔是将尖轨线型由切线型改为相离型,希望可以改变曲线尖轨磨耗严重的现象。因此,小号码道岔的设计在方案谨慎合理比选的同时,还必须进行试制试验。
在小号码道岔的设计过程中,首先遇到的“难题”就是轨距加宽问题。之所以称其为“难题”并不是因为轨距加宽值多么难算,而是目前中国城市轨道交通市场有一个怪现象,那就是轨道工程总是比机车车辆先行,即“路”都建好了,还没有“车”。作为轨道设计本来就需要有机车车辆资料,尤其是有了轮对资料才能计算轨距加宽值,所以说它“难”。目前设计中只能还是以国铁的设计思想,按照《地铁设计规范》(gb50157—2003)的规定来进行经验计算,这对小号码道岔的设计十分不利。
小号码道岔设计的另一个难题就是自身的构造加宽问题。主要发生在直线尖轨与曲基本轨的配合上,需要检算最大轨距值是否超限。目前,道岔设计号数不大于12号的道岔,尤其是小号码道岔,由于侧向通过速度较低,加工上为了便于保证直线尖轨与曲基本轨的密贴度,直线尖轨0～70mm断面采用直线刨切,曲基本轨在直线尖轨70mm断面以前弯折为直线段。以这次刚刚设计的5号道岔为例(直线尖轨0～70mm断面仍采用直线刨切),当尖轨尖端轨距加宽15mm后,曲基本轨在直线尖轨0～70mm断面范围内的最大矢度f=4 5mm,最大轨距为1454 5mm,已接近规定的最大轨距(1456mm)。可想而知,道岔号码愈小,曲基本轨在直线尖轨0～70mm断面范围内的矢度愈大,有可能超限。换言之,在超限情况下,直线尖轨0～70mm断面就不能再采用直线刨切,若采用曲刨又难以保证直线尖轨与曲基本轨的密贴度。所以,这也是道岔设计和制造人员今后需共同努力的地方。
城市轨道交通中应用的小号码道岔不能简单照搬国铁,因为两者应用的条件不同,范围亦不同。所以,在设计过程中应当充分考虑到城市轨道交通的特点。目前,小号码道岔转辙器跟端设计沿袭了国铁设计,多为间隔铁式活接头联结设计,尽管城市轨道交通机车车辆较国铁轴重轻,但其尖轨扳动较国铁频繁,跟端活接头设计不利于尖轨的频繁搬动,且国铁线路已开始推广采用跨区间无缝线路,取得了良好的使用效果。而城市轨道交通,至今还未见采用。由于地铁线路温差较小,采用跨区间无缝线路是非常有利的。为此,今后的道岔设计应考虑适用于跨区间无缝线路,应当向跟端弹性可弯发展(国外小号码道岔大多为此设计)。当然,目前我国城市轨道交通中转辙器跟端采用活接头设计还是弹性可弯设计直接影响到道岔造价,具体来说主要是电务转换设备造价。以9号道岔为例,转辙器跟端采用活接头设计时,需用1套电务转换装置;若采用跟端弹性可弯设计时,由于尖轨长度较长,需用2套电务转换装置。这也是我国大多数城市轨道交通小号码道岔中没有采用跟端弹性可弯设计的主要原因。所以,很有必要研究小号码道岔一点牵引的可行性。这对今后城市轨道交通小号码道岔的发展方向有着非常积极重要的作用。
小号码道岔设计看似简单,实际在设计过程中,尤其采用跟端活接头设计时,辙跟部分是个难点。道岔号码越小,所用的零件越多,所以设计者不仅要细心,还需要有足够的耐心。以这次刚刚设计的5号道岔为例,由于道岔号数小,半径只有65m,在转辙器辙跟处,弯曲矢度大,光是钢轨垫圈就用了8种,所以这个地方设计时很容易遗漏东西。这也是小号码道岔设计的特别之处,应该引起设计人员的足够重视。
特别要指出的是小号码道岔家族中还有一个重要的成员就是小号码对称道岔,长期以来被人们所忽视。尤其在存车线及折返线设计时,过去大多采用的是9号单开道岔的渡线,而国外城轨交通轨道连接道岔号数的采用比较灵活,例如德国,两正线间设存车线时多用对称道岔。采用对称道岔,缩短道岔咽喉区的长度,能够降低地铁的工程造价,减少维修成本,有利于行车安全,而且有利于车辆段、停车场的布置,能够节约用地,充分发挥土地的使用效能。当然,为了适应提高折返线过岔速度的需求,提高运能对称道岔需进行特殊设计(例如要采用曲线型尖轨和曲线型固定辙叉等)。曾经有人计算过,以在车站正线间设置线间距为4m的存车线为例,采用4 5号对称道岔布置道岔咽喉较目前常用的9号单开道岔布置道岔咽喉,其长度可缩短32m,地下车站可节约投资350万元,高架车站可节约投资100万元。所以,号码对称道岔需要重新认识并重视起来。
总之,小号码道岔日益被从事城市轨道交通设计及施工人员所重视,作为设计者很有必要对其进行学习研究,不断优化设计,使我国城市轨道交通小号码道岔迈上一个新台阶。
摘要：城市轨道高架线路型式因其造价低、建设周期短而越来越受到决策者和建设者的青睐，正在建设的16条线路中，高架长度已占到约40%。本文即重点论述了高架结构型式选择的因素及高架结构设计应注意的。
关键词：轨道交通；设计；高架结构
1高架城市轨道交通建设现状
众所周知，伴随着新世纪的到来，的城市轨道交通建设也翻开了崭新的一页。中国人口过百万的三十四个城市中，有二十个超大城市和特大城市正在建设和筹建自己的轨道交通。目前在建的线路长度近400公里，这其中高架线路型式因其造价低、建设周期短而越来越受到决策者和设计者的青睐。据统计，在已建成通车的8条146.94公里的线路中，仅有一条高架线，长度占17%，而正在建设的16条线路中，高架长度已占到约40%。表1为已建项目高架线路情况统计。
城市快速轨道交通高架桥梁与一般城市高架道路桥梁不同，虽与铁路桥近似，但也有其特殊性，主要体现在以下几个方面：
①桥上铺设无缝线路无碴轨道结构，因而对结构型式的选择及上、下部结构的设计造成特别的影响；
②城市轨道交通特有的桥面系布置及接口关系；
③列车的运行最高速度为80km/h，运行密度大，维修时间短；
④建设地点一般位于城区或近郊区，对景观要求、施工工期及环保要求较高。
目前，正在建设高架轨道交通项目的北京、上海、武汉等地，业主和设计者已充分认识到了上述特点，并积极开展了工作，为高架结构的选择和设计积累了一定的经验，正在修编的《地下铁道设计规范》也特别加入了高架结构这一章。本文重点论述了高架结构型式选择的影响因素及高架结构设计应注意的问题，供大家探讨交流。
3高架结构设计应注意的问题
3.1特殊荷载
轨道交通高架桥因桥上铺设无缝线路，引起了一些特殊力。桥上铺设无缝线路因温度变化、列车荷载的作用以及冬季钢轨折断致使梁轨之间产生相对位移，因扣件纵向阻力的作用，梁轨相对位移受到约束，因此梁轨间产生大小相等、方向相反的纵向力。它们分别是：伸缩力、挠曲力、断轨力，制动力与铁路桥也不同。
3.2变形控制
由于城市轨道高架桥采用无渣无枕轨道结构，钢轨扣件调高量仅为40mm，即桥梁的后期变形不能大于40mm.桥梁设计时必须考虑变形控制。主要的变形包括予应力混凝土梁的徐变变形和基础的后期沉降。从1997年开始，笔者有幸参加了国内第一条高架城市轨道交通线路-上海明珠一期工程的设计及该工程对桥梁的徐变控制和基础沉降的课题，课题从设计、施工监测、到运营阶段对桥梁的徐变和沉降进行了深入研究，课题历时4年多。正在建设的北京城市铁路，也对桥梁的徐变进行了测试，工程实践表明，在设计和施工过程中采取一些适当措施，其变形是可以得到有效控制的。
控制徐变变形的措施：
1．设计时适当增加梁的刚度，减少弹性变形，从而减少徐变变形基数；
2．优化予应力钢束布置，控制张拉应力。
3．提高张拉时混凝土的龄期。
4．梁体设计预拱度时考虑徐变变形的。
5．施工加强对混凝土的养护，减低水灰比。
6．梁浇注完成后，要做好施工组织，尽量延迟承轨台开始浇注的时间。
7．加强监测，将测量信息及时反馈给设计。
基础变形控制
1．尽量采用桩基础；
2．增加桩长；
3．增加桩数；
4．选择持力层。
3.3桥梁结构形式的选择
长距离的高架桥结构形式的选择应遵循安全、、美观、便于施工，满足桥下道路交通及环保要求，因此，高架桥区间标准段桥式选择的成功与否，是高架线路建设能否成功的关键因素之一。
3.3.1合理跨径：从景观、经济和施工技术等各方面综合考虑确定。区间标准梁的合理跨度以25m-30m为宜。
3.3.2结构体系：城市中小跨度桥多采用简支梁体系或连续梁体系。简支梁结构简单,受力明确，容易做到设计标准化、制造工厂化、施工机械化，安装架设方便，施工速度较快。连续梁桥为超静定体系，其优点是结构刚度大，变形小，动力性能好，有利于改善行车条件，减小列车运行产生的噪音和振动。优先推荐简支梁体系。
3.3.3梁型
根据几条线的建设经验，区间标准梁的结构型式重点应考虑预应力混凝土箱梁、预应力混凝土槽形梁和预应力混凝土t形梁。
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sp; 箱梁能适应各类条件，是国内广泛采用的高架结构形式之一，它具有闭合薄壁截面，抗扭刚度大，整体受力性能好、动力稳定性好。箱梁外观简洁、适应性强，在区间直线段、曲线段、折返线及渡线段等处均可采用，对于斜弯桥尤为有利。
t形梁属肋梁式结构的一种，其抗弯性能好。由于主梁为工厂或现场预制，故质量较高。桥梁上部结构由四片t梁相互联结而成，吊装重量轻，施工方便，且构件容易修复或更换。
槽形梁为下承式梁，与上承式梁相比，其最大优点是结构高度相对较低，且两侧的主梁可起到隔音作用。
表2列出了各种型式梁特性的综合比较。
3.4施工方式选择
对于标准区间桥梁，其施工主要有整孔预制方案、节段拼装和现浇三种方式。从表1可以看出，在目前国内建成和在建的线路中，桥梁施工方法多采用现浇，这是由于当时国内桥梁运输和吊装设备的限制及标段划分较小的原因造成的。但是，世界上桥梁技术迅速，桥梁的结构也在多样化，特别是由于桥梁架设施工技术的发展，促使各类桥梁的架设质量与进度不断提高。由于高速铁路桥梁和轻轨交通高架桥梁发展的需要，也使架桥设备与技术日新月异。修建城市轻轨高架桥，应采用预制简支梁吊运架设法，利用桥梁施工设备与技术，以流水作业方式进行建设施工。这种方法已在意大利、法国、南韩、墨西哥等国家被证明是保证桥梁外观质量、缩短工期、降低总成本、减少施工对的负效应的最佳方式。
预制施工方案的特点：
1)在现场预制箱梁，通过运输机械将箱梁运到桥位，再利用架桥机械将箱梁安装就位。
2)对施工现场周边的城市环境影响较小。由于采用预制、吊装的施工方法，在桥墩及基础施工完成后即可对施工沿线现场进行清理，并在线上完成桥梁架设，可有效减小拆迁量，减少施工场地占用面积和时间以及对城市交通的影响。
3)桥梁上部结构为工厂化生产，施工工艺简单易行，技术成熟，桥梁的内部质量及外观都能得到保障，可有效避免全线现浇作业中桥梁质量参差不一，外观相差较大的现象。
4)整孔预制、运输、架设方案单工作面施工速度远远快于其他施工方案。如采取恰当运梁方式，更有利于减少施工对城市环境及城市交通的影响。
5)预制施工的发展-阶段拼装法：分段箱梁的运输、安装方便，采用跨越式架桥桁机，对交通和社区的干扰最小。此外桥梁跨度较大并可灵活调整。
3.5车站结构型式及减振措施
从结构形式上高架车站主要分三类：站桥分离式，桥从车站穿过，与车站的构件不发生任何关系；站、桥结合式，即行车道处设行车道梁，该梁简支在车站框架横梁上，支承点采取减振措施；站、桥合一式，即车站部分框架结构作为行车道，列车直接在框架梁板上行走。这三种结构形式有如下的优缺点：
高架车站结构型式比较表 表3
4需进一步研究的课题
虽然城市轨道交通高架桥的建设已有一些经验，但仍需解决以下：
1)桥梁结构耐久性及100年设计基准期的设计参数选择。
2)施工方法研究，如整孔预制运架技术、阶段拼装技术、先张预应力技术等。
3)车站型式及规模优化。
4)减振降噪技术。
5结语
综上所述，城市轨道交通高架型式的设计有其自身的特点，它涉及了线路、桥梁、轨道、建筑景观、建筑结构、环境保护、施工等多个领域，是一个综合的设计系统。作者在这里只是抛砖引玉，希望的高架城市轨道交通系统建设不断完善、持续创新。
摘 要:城市轨道交通运用车的配属数量直接决定了轨道交通线路的“输送能力、服务水平”,并对工程总投资有很大影响。在简要总结目前使用的城市轨道交通运用车计算方法的基础上,根据上海市已建成线路(1 号线和3 号线) 的实际运营情况,进行分析研究,提出基于功能和定位的新的计算思路,并提出初步的计算方法。
关键词:城市铁路; 轨道交通; 运用车; 计算方法; 系统能力
首先,客流预测的主要依据:城市人口规模发生了变化。当时在进行客流预测时,上海人口指标为2020 年达到1 600 万,而实际上这一数值目前已经达到了。还有一个原因就是对城市轨道交通发展的导向作用估计不足。上海城市轨道交通1 号线南段莘庄地区随着该线建成而迅速发展,是1 号线的主要客流源,也导致1 号线高峰小时客流量超出了设计预计。还应该考虑到:设计年度一般跨度为25 年,客流预测也只预测到25 年后,所以产生了城市轨道交通工程是“5 年设计建设、按25 年设计、使用却要100 年”的不合理逻辑。
所以,客流预测虽然是建立在科学的数学模型基础上的,但是由于模型中大多数参数的变动性大,随着时间的不断推移,往往超出预计范围之外,从而导致预测结果难以准确,故轨道交通设计以客流预测为唯一依据值得商榷。
(1) 轨道交通服务水平、车型及列车编组
轨道交通服务水平、车型及列车编组在设计过程中总是相互影响并关联着,也正是由于这个原因,在设计过程中,这3 个因素有着多个能够达到要求的不同组合,是争议较为集中的地方。在实际设计过程中,往往总是由工程甲方先确定车型,设计单位再按照用足最小行车间隔并在合理拖动比和预留一定输送能力储备的条件下进行列车编组确定。
笔者以为,设计过程的科学性难以保证。
(2) 工程投资
城市轨道交通的车辆价格昂贵,车辆购置费在工程总投资中占有较大的比重。目前采购进口的大型车价格为115 万美元/ 辆,小型车为90 万美元/ 辆,国产轨道交通车辆也要500 万元/ 辆。
轨道交通车辆的配属可以分步实施,根据客流量的需要,分期采购,以达到较佳的投资效益。
(3) 固定设施利用
城市轨道交通的顺利运营还需要大量的配属设施为之服务。与运用车配属相关的还有车辆段和停车场等设施,运用车的数量决定了这些设施的总规模,其规模也应当分期实施,但要做好预留。
(4) 舒适度标准
城市轨道交通的舒适度是城市文明程度的反映。为使舒适度标准达到一个较高的水平,这就要求设计中每m2 的定员数量应该取得较低才能满足这一要求。在满足客流需求和相同行车密度的条件下,较低的定员标准要求加大列车编组辆数,虽然增大了投资,但却有更大的社会效益。同时,高标准的舒适度在一定程度上也是储备了输送能力,提高了城市轨道交通应对突发性客流的能力。
3 建议
从以上分析,城市轨道交通设计中的运用车计算应当以“ 效能”为优秀,以最优的投资换取最佳的社会效益。
(1) 按照线路在城市公共交通系统或者城市轨道交通路网中的地位和等级来决定一些设计参数。在满足远期客流需求的基础上,综合考虑最小行车间隔、车型和列车编组等相互制约的因素来决定各自的取值。
(2) 按线路最小行车间隔(目前为2 min) 计算运用车数,得出的值为线路系统能力。
(3) 以计算得出的系统能力作为该线设施配属远期总规模的依据。 4 公式修正
若采纳以上建议,则前述的计算公式并不发生变化,只是计算过程的重新调整。
(1) 根据该线路在城市公共交通网络或者城市轨道交通网络中的地位,确定其采用的车型和列车编组辆数。
以上海市城市轨道交通路网为例,分析认为: r 线采用大型车,6 辆～8 辆编组,行车间隔取最小值;m 线采用大型车,4 辆～6 辆编组,行车间隔取最小值;l 线采用小型车,3 辆～6 辆编组,行车间隔取值最大不得超过6 min 。相关参数确定后必须满足下式60 r高峰≤ r列× t间隔
其中,t 间隔必须不小于全线设施所允许的最小行车间隔。
(2) 将既定的列车编组辆数和最小行车间隔代入式(1) ,得最终运用车配属数量。
5 评价
通过修正后的计算方法计算出的结果比原方法计算结果大,因为两者的目标函数不同。原方法为节省投资,修正后则是以最合理的投资达到最佳的社会效益,充分发挥城市轨道交通的“ 效能”,而且“按需投资” 的原则,为达到目标提供了机动空间。
