發布時間：2022-05-17 09:38:08
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇城市軌道交通設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘要:通過對傳統地鐵和直線電機地鐵線路軌道標準、軌道強度及穩定性檢算比較分析,了解國內一種新的城市軌道交通模式,探討這種軌道交通無縫線路計算的特點。
關鍵詞:城市軌道交通;無縫線路;強度及穩定性
1概述
城市軌道交通采用以旋轉電機驅動為代表的傳統地鐵的歷史源遠,從1865年英國倫敦世界上第一條地鐵(Metro)投入運營,迄今已經有140多年的歷史。傳統地鐵主要依靠的是輪軌的作用力來傳遞牽引(制動)力的一種技術模式。城市軌道交通的另一種新的模式是直線電機驅動系統,此項技術從20世紀70年代后期,主要是國外(德國、日本等)開始研制,直到20世紀中才應用于鐵路運輸、煤礦、冶金等自動化生產各方面。其中直線電機在鐵路運輸方面的應用尤為引人關注。城市軌道交通用直線電機是采用直線同步電動機,實質就是把直線電機的初級(定子)安裝在車上,次級(轉子)鋪設在線路上,需要接觸軌和變流器牽引驅動的一種技術模式。
2003年廣州市城市軌道交通地鐵四號線在國內首次采用直線電機技術,2005年12月首通段已開始投入運營。之后的幾年,廣州市城市軌道交通五號線、六號線及北京市機場線均采用該項技術。筆者主要對兩種運營模式下,對無縫線路的強度和穩定性做一個分析比較。
2線路軌道主要技術標準比較
2.1線路的最大坡度
傳統地鐵正線的最大坡度不宜大于30‰,困難地段可采用35‰。直線電機線路設計一般地段最大坡度為50‰,困難地段可采用55‰。直線電機理論計算的最大爬坡能力在100‰,但實際應用值到80‰。在無縫線路強度檢算中,應注意軌道在制動的條件下,產生的制動附加力。
2.2最小曲線半徑
時速100km/h條件下,傳統地鐵B型車正線最小曲線半徑500m,困難的條件下為400m;直線電機車輛設計線路最小曲線半徑200m,困難條件下為15m。在不同曲線半徑條件下,軌道結構的強度穩定性需進一步的檢算。
2.3車輛主要參數比較
傳統地鐵B型車輛及直線電機主要參數見表1。
其中,對于直線電機車輛應考慮其轉子與定子間吸力,廣州市四號線直線電機車輛采用日本技術,其吸力為20kN,縱向推進力最大可達到40kN,在軌道強度檢算過程中均應考慮此部分的影響。
3無縫線路鋼軌強度檢算
依據《鐵路軌道強度檢算法》(TB—2034—88)將鋼軌視為支承在等彈性的連續點支座上的連續長梁進行檢算。鋼軌軌底動拉應力與軌道結構剛度D、速度V、偏載系數β、曲線水平力系數f等因素有關。
直線電機車輛在動態運行的過程,為有效的保證輸出功率,軌道結構剛度的連續性尤為重要。直線電機強度檢算鋼軌支承剛度40~50kN/mm;傳統地鐵其剛度均小于30kN/mm。由于傳統列車重心高度比直線電機車輛大,因此傳統地鐵列車通過時,由于存在未被平衡的超高,所產生的偏載比直線電機列車大約12%。
按彈性支承連續長梁方法,在曲線半徑400m、時速100km等同條件下,傳統地鐵軌底的拉應力δgd=107·5MPa,動位移yd=1.4mm。直線電機軌底的拉應力Md=98.9MPa,動位移yd=1.1mm。
直線電機車輛軸重輕,車輛重心底,其緊急制動減速度較傳統地鐵大,但綜合的制動附加力又比傳統地鐵小。在列車運行的條件下,直線電機鋼軌只是導向牽引作用,強度檢算計算應力小,有利于延長鋼軌的使用壽命。
4無縫線路穩定性檢算
無縫線路穩定性檢算其主要目的是通過力學模型研究脹軌跑道的軌道,以求保持軌道穩定。軌道脹軌跑道基本分成持續發展、脹軌漸變、脹軌跑道三個階段。國內無縫線路穩定性分析研究理論很多,其中應用比較廣泛有“統一無縫線路穩定性計算公式”和“波長不等模型”兩種。
“統一無縫線路穩定性計算公式”采用等效道床阻力Q,最早較多的應用于50kg/m鋼軌,后長沙鐵道學院對60kg/m鋼軌的原始彈性彎曲矢度foe、塑性矢度fop等參數進行優化研究,這些參數在秦沈跨區間無縫線路設計中得到應用。公式如下
“波長不等模型”采用冪函數模式回歸橫向阻力方程(Q=Q0-ByZ+Cyn)分析計算,運用勢能的駐值理論,建立無縫線路的穩定計算公式,其允許溫度力與鋼軌壓縮變形能τ1、軌道框架彎曲變形能τ2、道床變形能τ3、扣件的變形能τ4有關。該方法數學推導較為嚴密,但計算的過程比較的復雜,公式如下
應用VB程序對兩種方法編程計算,程序結果與鐵路工務技術手冊《軌道》和《鐵道工程》(西南交通大學)書中范例在同條件下結果一致。筆者主要是針對傳統和直線電機的線路最小曲線半徑標準,用兩種不同的穩定性計算模型,采用1667根/kmⅢ型枕道床q=14.6-357.2y+784.7y0.75同條件下的橫向阻力,計算曲線半徑R=200m、R=500m鋼軌的允許溫度力P,計算結果見表2。
從兩種穩定性計算公式可見,兩種模式地鐵在無縫線路穩定性計算方法上沒有明顯的差別。兩種穩定性計算結果的差異原因可能在阻力的取值方式上,統一公式采用常阻力方式及安全系數K=1.25取值等因素。
由于直線電機可適應較小的曲線半徑,為保證軌道平順性,應盡量鋪設無縫線路。由表2計算的允許溫度壓力可見,曲線半徑越小允許的溫度力越小,可允許溫升也越小,因此直線電機軌道結構應盡量高溫鎖定。
5結語
直線電機做為國內一種新的城市軌道交通模式,由于車輛的轉子安裝在軌道線路中,軌道結構參數選取與車輛結構的匹配尤為重要。通過對比分析傳統和直線電機地鐵系統線路軌道標準、無縫線路強度、穩定性檢算幾個方面,直線電機曲線半徑條件應做為無縫線路的控制因素。直線電機地鐵由于車輛輕、轉向架固定軸距小的特點,可適當提高鎖定軌溫,有利于軌道穩定。對于直線電機這種新的城市軌道交通模式,無縫線路設計的強度及穩定性檢算的參數選取還需在實踐中逐步優化。
一、城市軌道交通安全工程的概念
1.1定義
城市軌道交通安全工程，是影響城市軌道交通安全建造與安全運營的全部工作的總稱。
1.2安全工程的設計范圍
安全工程貫穿于各設計研究階段，這包括：預可行性研究階段；可行性研究階段；總體設計階段；初步設計階段；施工圖設計階段；后續服務階段。
1.3安全工程的設計內容
按照“安全第一、預防為主”的方針，在設計中采取有效措施，避免因設計不合理導致城市軌道交通工程在施工和運營中發生安全事故，這就是城市軌道交通安全工程的設計內容。對于下述安全事故，在設計時就應給予充分考慮，以避免或減少事故損失。
1.3.1火災
在火災情況下，人員的傷亡，主要有以下幾方面：燒死燒傷；高溫灼傷；缺氧窒息；煙氣中毒；踩踏；不正確逃生方式造成的摔死、摔傷；引發其他并發癥等。
1.3.2撞擊
撞擊事故，包括：車撞車；車撞物；車撞人。
車撞車：追尾事故或乘客列車與其他車輛相撞(當線路不封閉時)。
車撞物：列車與永久性物體相碰，如：在永久性建筑物及構筑物變形、斷裂、松動、脫落時，侵入限界，未能及時處理，而導致與列車碰撞或剮蹭；列車與臨時性物體相碰。
車撞人：列車與工作人員、乘客、闖入或穿越行車線路者、平交道口搶行者等相碰。
1.3.3電擊
產生電擊的因素很多，主要有：觸及電氣設備的帶電體(裸露或絕緣破壞)；觸及漏電電氣設備的外殼(接觸電位差超標)；電纜金屬屏蔽層感應電壓超標等。
1.3.4踩踏
在發生突發客流、突發事件、自動扶梯失控等情形下，處理不當，會造成不同程度的踩踏事故。產生突發客流的因素有：節假日(如北京清明節)、大型群眾活動、惡劣氣象等。
1.3.5人為襲擊等
爆炸、縱火、毒氣等。
1.3.6建筑物垮塌
運營期間，車站、隧道、其他建筑物或構筑物發生垮塌
1.3.7其他災害
針對地震等地質災害、透水、洪水、雨雪風霧、沙塵等，設計應考慮防震、防淹、防洪、防雷、防風等。
1.4施工期間
城市軌道交通工程，在施工安裝期間，也會發生各種各樣的安全事故，如：結構開裂、坍塌以及建設項目周邊環境出現沉降或坍塌等。施工不當或設計失誤會導致這些事故的發生。
1.5設計期間
項目前期決策失誤，雖不會直接威脅到人身安全，但會給項目帶來財產損失或影響項目經濟效益。
二、安全工程的設計原則
主要原則城市軌道交通安全工程的設計，應以下述要求為目標，在正常使用時：
必須防止因乘客使用系統而造成對乘客的傷害與危險；必須防止系統對運營人員及其他人員的傷害與危險;必須防止運營設施及車輛遭受損害與損失。
城市軌道交通車輛和運營設備的選擇，必須技術成熟、安全可靠、滿足功能、維修方便、經濟合理。乘客使用或操作的設備，必須易于識別，設置在便于觸及的地方，并保證不當的操作或使用也不會導致系統發生危險。必須為殘疾人、老人、孕婦及帶領兒童的人在使用該系統時提供安全舒適的措施。應當在軌道線路、隧道及車站站臺、站廳、疏散通道、出入口、通風亭、列車車廂內及其他運營場所的醒目位置設置保障城市軌道交通安全運營的各類發光導向、疏散、提示、警告、限制、禁止等安全標志。對于起火風險大的設施必須加以圍護，減少可能的火情蔓延；在對火情及有害燃燒氣體與熱量控制的基礎上，應保障有效疏散措施；鋪設在地下車站、隧道及車輛上的電纜應不含鹵化物，并避免燃燒時產生有毒氣體；一旦發生火災，通風排煙系統應能進入火災運行模式，以保障人員疏散或滅火。
三、防火設計的重點提示
在城市軌道交通工程的各種災害中，火災是首位的。所謂火災，是指在時間和空間上失去控制的燃燒所造成的災害。
3.1火源
在城市軌道交通工程中，引起火災的火源是多方面的，歸結起來，主要有以下幾種。了解這些火源，將有利于防火設計。
電氣火災：絕緣老化、違反用電規定、電氣設備設計或安裝不當、過負荷、電氣短路等，都可能導致火災；生活用火引燃：如煙頭等引燃可燃物；生產用火引燃：如施工中由電焊、氣割、打磨、切割等的火花或其他火種引燃可燃物；人為破壞縱火。
3.2火災應急處置預案的編制
在系統投入試運行前，設計單位應協助業主單位編制火災應急處置預案。
3.3建筑防火的設計要素
疏散通道、疏散門、安全出口、疏散用樓梯及自動扶梯、隧道聯絡通道的設置；疏散能力；設備及管理用房的門至安全出口的距離。
3.4消防給水與滅火裝置的設計要素
消防給水系統、滅火器配置、自動噴水(或噴霧)滅火系統、氣體滅火系統、消火栓系統
3.5防煙、排煙與事故通風系統的設計要素
機械防煙、排煙設施的設置、防煙、排煙系統與事故通風的功能、防煙分區的劃分、設備的排煙能力、排煙設備的耐熱能力、送風量的要求
3.6防災用電、應急照明與疏散指示的設計要素
消防用電的要求、應急照明的連續供電時間、應急照明的設置、疏散指示標志的設置
四、結語
城市軌道交通安全工程的設計工作，需要給與重點關注。這樣做的目的在于，強化城市軌道交通安全工程設計的重要性，使城市軌道交通安全工程的設計更加系統化、程序化、規范化。為實現這個目的，只研究設計導則還不夠，還應該建立一套安全工程的設計評價體系。
內容提要：線網規劃設計是進行軌道交通建設中其他工作的基礎和先決條件。本文就北京快速軌道交通線網規劃設計為例介紹一些思路和體會，希望對于我國城市軌道交通的發展起到一定的借鑒作用。
關鍵詞：快速軌道交通線網規劃
一、前言
隨著我國經濟的發展和城市化進程的加快，如何合理地解決城市迅速增長所引發的交通需求和有限的城市空間資源規劃與管理是目前我國各大城市所關注的問題。國內外實踐證明，發展以軌道交通系統為骨干、以公共交通為主體、各種交通方式相結合的多層次、多功能、多類型的城市綜合交通運輸體系是解決城市交通問題的主要途徑。城市快速軌道交通工程是一項大型的系統工程，技術復雜、涉及專業多、投資大、建設周期長。快速軌道交通線網規劃（以下簡稱“線網規劃”）作為軌道交通發展的基礎和先決條件，具有舉足輕重的作用，是關系到今后地鐵建設及運營能否順利實施，并能否有效地節省投資的重要問題。
線網規劃設計中所涉及的問題很多。最近，筆者有幸參加了關于北京快速軌道交通線網規劃的設計工作。筆者將結合此工程實例和一些粗淺的體會，談談線網規劃中的一些新思路和方法。本文將從線網規模的確定、線網規劃合理的設計原則、線網詳細的統計分析、多標準評價體系、最佳方案的功能、技術和運營分析、最優方案分期實施計劃等方面進行介紹。
二、線網規模的確定
線網的規劃研究首先要確定城市軌道交通線網合理的規模，以此在宏觀上判斷一個城市大概的軌道交通規模范圍。線網規模要以城市今后的發展、經濟發展、城市交通發展政策和服務水平目標為依據，應當是出行需求與交通服務之間的最佳結合點，堅持近遠期相結合、定性定量分析相結合原則和經濟性原則。線路走向盡可能滿足城市布局結構和出行總量需要，并適當兼顧城市將要開發地區發展的需要。線網規模的準確把握應使其在不同階段都能滿足出行客流的要求，發揮最大的作用。線網的規模要包括不同階段線網的編織密度和服務水平等級。
1定性的確定
（1）線網的規模與城市發展規劃緊密結合
根據城市發展規劃，結合城市特點、出行需求、客流預測，對重點發展地區、商業區、高新技術開發區等進行重點開發。對人口增長和就業崗位的分布進行科學的預測，以指導和幫助我們更合理地確定不同區域中線網的編織密度。北京目前的規劃布局為，進一步加強由天安門廣場、長安街、復興門、建國門組成的“超級中心”；發展CBD商務區；發展王府井、西單、朝外等主要商業區；優先發展具有戰略意義的海淀高新技術開發區以及上地、豐臺、石景山、望京等技術園區、2008年奧運會在北京的舉行將為增加北京的城市活力以及發展交通基礎設施起到積極推動作用；積極推動邊緣集團和衛星城發展；加強對綠化環帶和市區的規劃綠地建設；加大對北京文化遺產的保護力度。作為首都、國家政治文化中心、歷史名城，在保護其特色的基礎上，改善生活環境、交通狀況，提高市民生活水平和出行需求。
（2）線網的規模與經濟發展政策緊密相關
經濟發展是支持城市進步，活躍城市社會活動和影響全市居民出行的重要因素之一。很顯然，出行率與市民富裕程度休戚相關。同時，發展交通的投資力度也與經濟發展緊密相連。
由于經濟發展與機動化程度，總出行率和私人機動化出行率之間有緊密的聯系，因此，未來GDP的增長趨勢對交通發展有重大的意義。根據經濟發展的預測，可推算出未來各種交通模式的綜合投資潛力及未來公共交通的投資潛力，從而更好地確定不同時期線網的規模。
（3）線網的規模與城市交通發展政策緊密相關
進行準確的交通調查，掌握居民的出行情況。如進行出行方式、出行率、主要出行客流分配等調查，以此確定合理的交通發展政策。
積極發展公共交通，有效控制私人機動化出行，對自行車出行人員合理引導，使這部分人能轉向公共交通。必須推行合理的總體交通發展政策，使各交通體系協調發展。
（4）軌道交通服務水平目標的制定
軌道交通服務水平目標的制定對線網規模的確定起到重要指導作用，很大程度上決定了線網的發展方向和未來建設速度。北京市軌道線網服務水平目標制定時考慮如下幾點:
a.易達性：居民住所或上班地點距與其最近車站的距離不超過750m；
b.出行時間：在市區范圍內，出行時間不超過60min；
c.候車時間：高峰小時候車時間不超過3min；
d.舒適度：除座位外，6人/m2標準。
2定量的分析
在定性確定設計原則后，可根據公共交通客流總量、人均指標測算法和面積密度測算公式分別定量計算軌道線網規模。
對線網規模的影響作用有的可以量化，有的無法量化，所以確定城市軌道交通線網規模要采用定量計算和定性分析相結合的方法。定性分析對線網規模具有宏觀指導作用，而定量計算是對定性分析的一種合理驗證和修正，在以往的工作中，由于技術手段和調查數據積累的不足，定量計算的可信度大打折扣。今后隨著數據采集手段的提高和城市公共交通信息化平臺的建立，將為城市軌道交通的合理規劃提供有力的技術保障。
三、制定線網規劃的原則
在線網規模確定的基礎上，制定合理的軌道線網規劃設計原則，為下一步規劃線網提供依據。北京作為首都，是政治、經濟和文化中心,人口繁多、地域面積很大、地下狀況復雜，為達到較高的交通服務等級，制定了很多的設計原則，列舉以下部分內容來說明。
1.支持城市多中心發展和經濟發展的政策，重點支持CBD、金融街、主要商業中心、文化旅游中心、邊緣集團、奧林匹克公園、高新技術開發區及衛星城等已建、在建和規劃建設的地區的發展。按照SOD和TOD結合的方式合理規劃線網，是其更加適應城市發展和經濟發展的需要。
2.根據不同的標準對各種交通模式進行分類，選擇適合不同城市的不同功能等級和交通服務等級的交通模式。北京作為特大城市，其人口較多，我們就選擇了重型大運量的市域線和市區線的模式。市域線服務于市區和城郊，站間距相對較大、速度快、運量大，較好地吸引遠程的客流。市區線主要服務于市中心區域，站間距相對小一些，發車間隔較小，較好的吸引近距離乘客，但較小的站間距就勢必造成工程造價的升高。所以，有效的確定站間距對于線網的合理性也是很重要的。而對于小型的人口相對較少的城市，也許，發展有軌電車就可滿足出行的需求。
a.按照線路的服務功能等級不同分為市域線、市區線、局域線。
b.按照運量的大小分為重型大運量的地鐵、輕軌、有軌電車系統。
c.按照封閉形式分為混合交通、半封閉、全封閉線路。
d.為滿足不同等級的交通服務，車站分為大型樞紐站、一般換乘車站和一般車站。
e.根據客流的要求選擇不同的車輛類型，目前我國規范規定：有A、B、C三種車型。
3.依據城市的出行特征來確定線網的結構形式。經過科學的客流預測，分區域測算出城市中的主要交通走廊，是從市區-市郊的放射形出行、還是穿越市中心的穿越形出行；是優先考慮線路走向，還是先錨固住車站的站位；多種設計思路組合運用可構造出不同的線網結構形式。但無論以哪種思路為出發點來設計的結構形式都需要用客流預測來驗證其適用性，并根據結果進行調整后，再進行測試，直到其合理為止。
4.線路的鋪設形式需根據所處的地理位置、地質情況、城市景觀等來確定地下、地面和高架形式。例如，北京在三環路以內規定均采用地下線形式；而頤和園地區雖處三環外，但由于景觀原因，從其門口通過的線路需埋入地下。
5.對線網中線路和車站進行設計和施工的可行性研究，分析并選取最優方案。施工中針對不同情況選取與之相適應的施工方法，包括暗挖、明挖、蓋挖；同時，車站設計中還需考慮站臺的形式、站臺和站廳的相對位置等問題。這些都是應該在線網規劃中需考慮和確定的。線網規劃作為前期工作，應該在大的原則上具有規范作用，一旦確定，就不應輕易改變。因此，在做這項工作，一定要慎之又慎，通盤考慮。
6.對于大型公交樞紐，我們應當根據樞紐站周邊的環境條件及其所發揮的作用，以及對此區域的土地規劃、預留發展和客流預測進行深入的研究，合理確定樞紐站的規模。并且優化其易達性，方便乘客進入車站或與其他交通模式的換乘（地面公交、出租車、自行車、步行），從而使其更有效地吸引客流。這就需要規劃部門的大力支持，對于此規劃區域得到合理安排和監控，盡量減少原則性的變動。
大型公交樞紐站的換乘形式多種多樣，我們以前設計的車站換乘形式多為十字換乘、T型換乘和通道換乘，設計不夠合理。一方面是設計上較為死板老套，另一個造成目前狀況的重要原因是，規劃和前期的準備工作做的不夠細致深入，控制規劃的后續工作執行的又不嚴格。比如多條線路在某一地段交匯，往往缺乏深入地綜合分析和規劃。在車站設計時，哪條線先設計，就把有利的土地資源占盡，很少為后續線路統籌考慮，從而導致土地資源的浪費、并使后續工程的施工設計難度加大、費用增加、換乘形式單一、換乘距離加長，甚至造成許多好的規劃方案難以實施。因此，在開始建設時就需要統籌考慮,把大型樞紐站的土建結構一次建成，為后續工程的建設提供條件。例如：在西客站和東直門站的下方就已考慮和建成預留的地鐵車站。
7.我們經常認為多線交匯的交通樞紐在設計上較為困難，因交匯線路越多，車站規模越大，投資越多。但為了提高乘客的換乘方便，對線路可進行適當合理的優化，使其換乘合理，同時有效降低投資。以3條線路交匯為例：圖1(a)是有兩條線路平行通過車站，形成換乘，另一條線路分別與其形成換乘，此形式為兩層的較理想的車站線路形式。若遇到圖1（b）的形式，即3條線路相互交叉，形成三層的規模較大的車站。我們可以對其進行合理的優化調整，使其中的兩條線在同一標高平行通過交匯處，這樣使其形成同站臺換乘形式，即在同一站臺上就可換乘其他線路上的車輛，大大地方便了乘客，在香港等許多城市都采用了這種換乘形式；也可使兩條或更多的線路在此車站區域共用同一條線路和站臺，形成共線運營的形式，德國法蘭克福等城市的地鐵就有許多車站采用這種形式，換乘極為方便，但同時對運營管理的要求大大提高，為圖1（c）所示。
8.在規劃階段還應該考慮到線網中各條線路之間的聯絡線，使整個線網在各個階段都能達到最佳的運營效果，成為一個有機的整體，相互協調，資源共享。同時還應考慮到與外部鐵路專用線的銜接，使外部的資源有效的通過鐵路專用線運送進入線網中來。
四、線網的規劃
線網規模確定后，依據所設定的設計原則，在分析研究的基礎上，設計并規劃出合理的線網，形成城市交通骨架。
五、對線網進行詳細的統計
隨后對所設計的線網進行詳細的統計和分析，得出的統計數據反映了路網的各方面的特征，為下一步對各線網方案做出客觀的評價提供了有利的依據。詳細統計分析包括如下幾個方面：
1.分類統計體現線網主要特征的數據。包括線網總長、不同類型線路（市域線、市區線、局域線）的總長度和數目、各種功能等級的車站總數，包括一般車站、一般換乘站和大型公交樞紐站的總數。
2.體現交通服務水平的數據。此項是由線網對各大型城市活動中心和公共設施的覆蓋程度來體現，包括商務區、商業中心、體育設施、醫院、學校、工業區、高新技術開發區以及旅游景區等。這些區域都是城市規劃中大力支持的項目。
3.客流預測分析是評價線網結構質量的有力數據。包括出行結構、出行量、出行率、各交通模式的出行比例以及對公交產生的影響。
4.線路鋪設形式。統計不同鋪設形式（高架、地面、地下）的線路總長度和不同鋪設形式車站總數。
5.車輛總數。按照高峰時段市區線、市域線的不同行車間隔、旅行速度及車輛編組等數據來計算每天運營線路所需的車輛總數和需備用的車輛數。
6.車輛段和維修車間。統計線網中，所需設置的車輛段和維修車間的總數量。
7.投資總額。對基礎設施（線路、車站）和設備（車輛、沿線設備和車站設備）進行估算，計算出整個線網所需的投資總額。
六、多標準評價體系
對各備選方案進行了詳細分析并獲得了相關數據后，要對各方案進行客觀的評價。評價的標準應由乘客、運營者、建設者、經營管理和市政府等各方商討形成一個全面、客觀的多標準評價體系。評價體系應由以下幾個方面組成：
1．乘客要求高品質的交通服務，提出線網的吸引性指標。
2．運營者要求降低運營成本、增加收入，提出運營目標。
3．建設者要求施工的可行性和簡便性，提出建設目標。
4．經營管理者需要降低投資，并使各種交通模式之間良好銜接，提出經營管理目標。
5．市政府要求維持城市可持續發展戰略，提出發展戰略和對資源的全面管理目標。
各個不同的城市所適用的評價體系不同，這需要在長期的實踐中進行摸索，形成了一套適合本城市發展的多標準評價體系。這套評價體系對于我們今后城市的發展、軌道交通的發展都有極為深遠的意義。
在形成了完善的評價體系后，我們就須依照該評價體系對各備選方案進行客觀的評價比較計算，其中需要針對各指標的重要程度進行適當的加權處理。在經過綜合評價比選過后，較客觀地評選出最佳的線網方案。
七、對最佳方案進行作進一步的分析
對評選出的最佳方案進行進一步詳細的功能、技術以及運營管理方面的分析。對其進行總體評價，以檢驗這個線網是否符合所確定的相關原則。下面就從3個方面具體分析。
1．對各條線的長度、走向、車站定位、樞紐數目進行分析；對重點發展區域的覆蓋、對城市布局、經濟發展的支持程度等進行詳細的功能分析。按公認的經驗數據，市中心的線網覆蓋率應在90%左右，線網的密度1~1.2km/km2，車站密度為1座/km2，即一個車站為市中心區1km2的市民出行服務，服務半徑約為500m。
2．對線路走向、鋪設形式及換乘車站的構成和組織形式進行詳細的技術分析。尤其要對線網中的大型換乘樞紐進行深入的分析研究，如線與線間的換乘、地鐵與城市公交的銜接、車站與城市地下空間的開發相結合等。例如:上海就在人民廣場、徐家匯、靜安寺、虹口體育場四大城市中心區組織了大量的人力、物力進行了方案研究，為下一步的設計、施工的順利進行打下了堅實的基礎。
3．檢測線網在今后運營上是否能達到快捷、準點、安全、舒適；線路設計是否簡便、靈活。科學的客流預測對確定合理的運營模式和選定合理的車型有很大的幫助。在運營中，可根據不同的線路特性和客流需求（各區段客流量不同）制定不同等級的服務（例如：常規服務、中間折返區間運營、支線運營、跨站運營等）；制定緊急事故處理方案；合理設置中間折返站和聯絡線；設置終點站折返區間和方案；設置運營規程、時刻表等問題。
在對最優方案進行詳細的分析后，可對其不完善處進行適當的調整和優化，使其滿足我們的設計原則和要求。
八、最優方案分期實施計劃的研究
在對最優方案進行詳細的分析和優化后，對此最優方案進行分期實施計劃的研究。分期實施計劃是使線網能夠分階段、有計劃、有步驟、連貫協調的實施。對不同階段制定不同的發展目標和實施計劃。
首先，先確定已建和在建的線路；其次，再對建設資金的來源進行分析；最后針對不同階段、不同投資額制定出切實可行的實施方案。
九、結束語
本文對快速軌道交通線網規劃設計工作中，規劃的主要制定過程和思路進行了簡要的介紹，希望對于我國各大城市正在蓬勃發展的軌道交通事業，具有一定的借鑒作用。值得強調的是，軌道交通建設中，首先要做好線網規劃工作，這是進行其他工作的基礎和先決條件，對于軌道交通的全局建設具有舉足輕重的作用。
摘 要 信號系統作為城市軌道交通工程中重要的組成部分,對行車的安全、正點、高效的運行起著至關重要的作用,但由于其中的設計標準不全面,給系統設計方案造成了一定的隨意性。本文就其中的系統構成、設計行車間隔和atp 信息傳輸方式等主要的設計方案進行了探討。
關鍵詞 城市軌道交通,信號系統,設計方案
城市軌道交通的信號系統擔當著控制和指揮列車運行的任務,是影響整個城軌交通系統運營安全和效益的關鍵點。信號系統的水平也成為城市快速軌道交通現代化的重要標志。設計出一個優秀的系統方案不僅有利于保證行車安全,提高運輸能力,實現迅速、及時、準確的行車調度指揮和運輸管理現代化,提高服務質量,而且還有利于合理使用工程投資,降低工程造價。
1 系統構成方案
城市軌道交通是一個技術先進,具備相當程度自動化水平的運輸體系。其中信號控制系統的構成必須與整個交通運輸相適應。
在《城市快速軌道交通工程項目建設標準—試行本》中,把信號系統劃分了三個層次:第一層次設備在運量較小、行車密度較低的線路上,可配置聯鎖設備、自動閉塞、機車信號和自動停車系統;第二層次設備在運量較大、行車密度較高的線路上,可配置列車自動監控(ats) 系統和列車自動防護(atp) 系統; 第三層次設備在運量大、行車密度高的線路上,配置列車自動監控系統、列車自動防護系統和列車自動運行(ato) 系統。
上述第一層次系統配置屬最低水平等級,只適于行車間隔大于3 min 的線路運用。也就是說,在行車密度較高時, 這種線路將面臨整個系統的改造,造成大量的廢棄工程;另一方面,由于機車信號和自動停車裝置所能容納的信息量少,列車運行的安全性很大程度上只能依賴于司機的駕駛;然而其國產化率水平是最高的,工程造價是最低的。應該說,該層次的設備適宜在近期運量小、行車密度低, 而且遠期運量無明顯變化的工程,如在中等城市或是郊區軌道交通系統中運用。
第二層次的信號系統配置,適于行車間隔在2 min 以上的線路運用,行車安全可以完全由列車自動防護系統來保證。雖然其國產化率水平降低,工程造價增高,但是該層次設備技術先進,便于向第三層次擴展,不存在明顯的廢棄工程,符合工程按近遠期分步實施、合理預留的原則,所以系統的綜合經濟指標是合理的。這種系統能適應大多數城市軌道交通的運用需要,是大運量的城市輕軌交通的首選方案。
第三層次的系統配置具備很高的現代化技術水平,適于行車間隔小于2 min 的線路運用,不僅行車安全可以完全由列車自動防護系統來保證,而且列車自動運行系統還可以完成站間自動運行、定位停車,接收控制中心運行指令,實現列車運行自動調整,使整套信號系統能夠滿足列車高速、高密度運行的需要。這種系統的國產化率水平低,工程造價高,是其在工程運用中不利的一面,但系統高水平的自動化程度無疑將給日后的運營、管理帶來巨大的經濟和社會效益;另外,由于安裝屏蔽門對列車精確定位停車功能和大運量對列車高折返能力等等方面的具體需求,這種線路的運行都要由列車自動運行(ato) 系統來保證。所以只要條件許可,在城市軌道交通中,特別是高運量的地鐵工程中,該系統方案非常值得推薦。
2 主要技術方案
2. 1 設計行車間隔
城市軌道交通工程為適應乘客運量大、行車密度高的特點,往往采取縮短行車間隔的辦法。這樣一方面有利于減少旅客候車時間以提高服務質量; 另一方面可以減少列車編組輛數,節省工程投資。但是由于信號atp 系統技術的限制,如軌道區段的長度、“ 車-地”通信的有效速率、列車進路的建立和恢復時間等等因素,正常的行車間隔不可能無限制縮短。換言之,最小行車間隔極大地影響著信號的atp 系統方案和工程造價。確定合理的行車間隔時分成為信號atp 系統方案設計的控制參數。
根據一些發達國家城市軌道交通的運營經驗, 信號atp 系統可按滿足高峰運營流量130 % 的能力標準進行設計。也就是說,如果線路的客流量在某個特殊時段增加到預測高峰值的130 % 時,atp 系統仍有能力滿足運營采取的臨時措施,如臨時增加運營列車等。表1 以某一條線路運營方案為例予以說明。
兩種方案均可滿足運量要求,但它們的運能余量,即單向運輸能力與高峰小時單向最大斷面客流量比是不同的。其中方案a 為1. 00 , 方案b 為1. 08 。那么,如果按方案a 實施,在高峰時間內的線路運營將處于全飽和狀態, 按上述標準設計相應的atp 系統應采用184 s 的設計行車間隔;如果按方案b 實施,在高峰時間內的線路運營尚有8 % 的調節余量,相應的atp 系統只需采用245 s 的設計行車間隔。顯而易見,從信號系統的設計角度來看,方案b 優于方案a 。
應該指出的是,ats 系統所具備的行車間隔調控能力與上述的atp 的設計行車間隔能力是有區別的。ats 對列車運行的調控主要是當列車運行秩序有紊亂時,通過控制列車停站時分而使列車運行秩序盡快恢復的一種措施。當然,這種調控能力的實現也是要體現在atp 行車間隔能力上的。
在實際的工程運用中,應結合線路近、遠期運量,以及工程實施方案、ats 調控能力等綜合因素, 確定一個合理的滿足運營要求、節省工程投資的設計行車間隔。
2. 2 atp 信息傳輸方式
atp 系統是確保列車運行安全的關鍵設備,它由軌旁設備和車載設備組成, 列車通過地面atp 設備接收運行信息,實現列車的間隔控制。atp 設備主要有兩種劃分方式,一是按“車-地”atp 信息傳輸方式分為連續式和點式發碼方式;另一種是按對列車控制方式分為模式曲線方式和階梯式控制方式。其中按前一種劃分的兩種atp 設備工程造價差異大,是選擇atp 系統方案的主要比較點。
連續式的atp 設備一般可利用軌道電路或連續敷設的電纜向車載接收設備連續不斷地傳遞地面信息。其特點是信息傳遞實時性高、技術復雜、造價昂貴。點式atp 設備利用地面應答器或點式環線把地面信息傳至列車。這種方式實時性較差, 但技術簡單、造價低廉。
控制實時性較差高行車間隔大于90 s 可小于90 s 自動駕駛功能尚無產品有列車檢測功能需另設軌道電路有系統擴展對行車干擾較小對行車干擾大安裝調試周期較短周期長工程造價較低高維修成本低高生產廠家少多
在我國現有的地鐵交通中,由于運量大、行車密度高、地鐵隧道內駕駛條件較差等特點,均采用連續發碼方式的atp 系統是適宜的。
隨著點式atp 技術的發展,在城市軌道交通工程,特別是城市輕軌工程中采用點式atp 設備顯得越來越合理。在點式atp 系統中,以目前較有代表性的西門子公司zub120 為例,其主要的技術指標如下:
·地面應答器平均故障間隔時間 9 ×105 h 對于點式系統控制實時較差、缺乏緊急停車功能等缺點,則可以通過接近連續式發碼方式進行彌補。上海莘閔輕軌交通線作為我國第一條城市輕軌線路就已按點式atp 系統進行設計。另據西門子公司介紹,目前該公司新研制的點式atp 系統不僅打破了90 s 行車間隔的限制,也具備了自動駕駛功能。
3 小結
在實際的工程運用中,結合工程具體情況就不難設計出優秀的系統方案。例如:在天津市區至濱海新區輕軌工程招標中,我方依據輕軌客運量近、遠期分別為18. 4 萬人次/ 日、28. 4 萬人次/ 日,列車運行近、遠期3 min 的追蹤間隔,以及列車4 列、6 列的不同編組,首先確定的投標方案中設計行車間隔為135 s , 采用點式atp 和國產ats , 預留ato 方案;而結合本線列車運行速度高達100 km/h , 列車制動距離長的特點,從保證行車安全、節省工程造價的角度出發,我方又推薦了采用模擬無絕緣軌道電路加連續式環線的atp 方案。兩種方案的技術論證受到了評判專家組的一致好評。
總之,在系統構成和主要的技術方案確定以后,信號系統雖已基本定型,但要真正全面地設計出一個良好的系統,還有許多細節需要考慮。例如:為發揮投資效益,根據城市軌道交通工程近、遠期不同的建設規模和標準,信號系統的配置應考慮按不同階段的運量要求分步實施、合理預留,并使之容易進行技術改造和升級;信號系統設計方案中應充分考慮到國家對機電設備國產化率的要求,除某些必須引進的設備外,盡量選用國產設備或與引進國外技術國內組裝相結合的方式。
另外,城市軌道交通信號系統的特殊技術指標也是應在設計過程中重點考慮的問題。如在長大坡道上設立的保護性延續進路對列車運行追蹤時分的影響;為縮短折返進路建立時間,如何處理折返進路有關的渡線道岔等技術問題。
摘要：線網規劃設計是進行軌道交通建設中其他工作的基礎和先決條件。本文就北京快速軌道交通線網規劃設計為例介紹一些思路和體會，希望對于我國城市軌道交通的發展起到一定的借鑒作用。
關鍵詞：快速軌道交通 線網規劃
一、前言
隨著我國經濟的發展和城市化進程的加快，如何合理地解決城市迅速增長所引發的交通需求和有限的城市空間資源規劃與管理是目前我國各大城市所關注的問題。國內外實踐證明，發展以軌道交通系統為骨干、以公共交通為主體、各種交通方式相結合的多層次、多功能、多類型的城市綜合交通運輸體系是解決城市交通問題的主要途徑。城市快速軌道交通工程是一項大型的系統工程，技術復雜、涉及專業多、投資大、建設周期長。快速軌道交通線網規劃（以下簡稱“線網規劃”）作為軌道交通發展的基礎和先決條件，具有舉足輕重的作用，是關系到今后地鐵建設及運營能否順利實施，并能否有效地節省投資的重要問題。
線網規劃設計中所涉及的問題很多。最近，筆者有幸參加了關于北京快速軌道交通線網規劃的設計工作。筆者將結合此工程實例和一些粗淺的體會，談談線網規劃中的一些新思路和方法。本文將從線網規模的確定、線網規劃合理的設計原則、線網詳細的統計分析、多標準評價體系、最佳方案的功能、技術和運營分析、最優方案分期實施計劃等方面進行介紹。
二、 線網規模的確定
線網的規劃研究首先要確定城市軌道交通線網合理的規模，以此在宏觀上判斷一個城市大概的軌道交通規模范圍。線網規模要以城市今后的發展、經濟發展、城市交通發展政策和服務水平目標為依據，應當是出行需求與交通服務之間的最佳結合點，堅持近遠期相結合、定性定量分析相結合原則和經濟性原則。線路走向盡可能滿足城市布局結構和出行總量需要，并適當兼顧城市將要開發地區發展的需要。線網規模的準確把握應使其在不同階段都能滿足出行客流的要求，發揮最大的作用。線網的規模要包括不同階段線網的編織密度和服務水平等級。
1定性的確定
（1）線網的規模與城市發展規劃緊密結合
根據城市發展規劃，結合城市特點、出行需求、客流預測，對重點發展地區、商業區、高新技術開發區等進行重點開發。對人口增長和就業崗位的分布進行科學的預測，以指導和幫助我們更合理地確定不同區域中線網的編織密度。北京目前的規劃布局為，進一步加強由天安門廣場、長安街、復興門、建國門組成的“超級中心”；發展cbd商務區；發展王府井、西單、朝外等主要商業區；優先發展具有戰略意義的海淀高新技術開發區以及上地、豐臺、石景山、望京等技術園區、2008年奧運會在北京的舉行將為增加北京的城市活力以及發展交通基礎設施起到積極推動作用；積極推動邊緣集團和衛星城發展；加強對綠化環帶和市區的規劃綠地建設；加大對北京文化遺產的保護力度。作為首都、國家政治文化中心、歷史名城，在保護其特色的基礎上，改善生活環境、交通狀況，提高市民生活水平和出行需求。
（2） 線網的規模與經濟發展政策緊密相關
經濟發展是支持城市進步，活躍城市社會活動和影響全市居民出行的重要因素之一。很顯然，出行率與市民富裕程度休戚相關。同時，發展交通的投資力度也與經濟發展緊密相連。
由于經濟發展與機動化程度，總出行率和私人機動化出行率之間有緊密的聯系，因此，未來gdp的增長趨勢對交通發展有重大的意義。根據經濟發展的預測，可推算出未來各種交通模式的綜合投資潛力及未來公共交通的投資潛力，從而更好地確定不同時期線網的規模。
（3） 線網的規模與城市交通發展政策緊密相關
進行準確的交通調查，掌握居民的出行情況。如進行出行方式、出行率、主要出行客流分配等調查，以此確定合理的交通發展政策。
積極發展公共交通，有效控制私人機動化出行，對自行車出行人員合理引導，使這部分人能轉向公共交通。必須推行合理的總體交通發展政策，使各交通體系協調發展。
（4） 軌道交通服務水平目標的制定
軌道交通服務水平目標的制定對線網規模的確定起到重要指導作用，很大程度上決定了線網的發展方向和未來建設速度。北京市軌道線網服務水平目標制定時考慮如下幾點:
a.易達性：居民住所或上班地點距與其最近車站的距離不超過750m；
b.出行時間：在市區范圍內，出行時間不超過60min；
c.候車時間：高峰小時候車時間不超過3min；
d.舒適度： 除座位外，6人/m2標準。
2定量的分析
在定性確定設計原則后，可根據公共交通客流總量、人均指標測算法和面積密度測算公式分別定量計算軌道線網規模。
對
線網規模的影響作用有的可以量化，有的無法量化，所以確定城市軌道交通線網規模要采用定量計算和定性分析相結合的方法。定性分析對線網規模具有宏觀指導作用，而定量計算是對定性分析的一種合理驗證和修正，在以往的工作中，由于技術手段和調查數據積累的不足，定量計算的可信度大打折扣。今后隨著數據采集手段的提高和城市公共交通信息化平臺的建立，將為城市軌道交通的合理規劃提供有力的技術保障。
三、制定線網規劃的原則
在線網規模確定的基礎上，制定合理的軌道線網規劃設計原則，為下一步規劃線網提供依據。北京作為首都，是政治、經濟和文化中心,人口繁多、地域面積很大、地下狀況復雜，為達到較高的交通服務等級，制定了很多的設計原則，列舉以下部分內容來說明。
1. 支持城市多中心發展和經濟發展的政策，重點支持cbd、金融街、主要商業中心、文化旅游中心、邊緣集團、奧林匹克公園、高新技術開發區及衛星城等已建、在建和規劃建設的地區的發展。按照sod和tod結合的方式合理規劃線網，是其更加適應城市發展和經濟發展的需要。
2. 根據不同的標準對各種交通模式進行分類，選擇適合不同城市的不同功能等級和交通服務等級的交通模式。北京作為特大城市，其人口較多，我們就選擇了重型大運量的市域線和市區線的模式。市域線服務于市區和城郊，站間距相對較大、速度快、運量大，較好地吸引遠程的客流。市區線主要服務于市中心區域，站間距相對小一些，發車間隔較小，較好的吸引近距離乘客，但較小的站間距就勢必造成工程造價的升高。所以，有效的確定站間距對于線網的合理性也是很重要的。而對于小型的人口相對較少的城市，也許，發展有軌電車就可滿足出行的需求。
a.按照線路的服務功能等級不同分為市域線、市區線、局域線。
b.按照運量的大小分為重型大運量的地鐵、輕軌、有軌電車系統。
c.按照封閉形式分為混合交通、半封閉、全封閉線路。
d.為滿足不同等級的交通服務，車站分為大型樞紐站、一般換乘車站和一般車站。
e.根據客流的要求選擇不同的車輛類型，目前我國規范規定：有a、b、c三種車型。
3. 依據城市的出行特征來確定線網的結構形式。經過科學的客流預測，分區域測算出城市中的主要交通走廊，是從市區-市郊的放射形出行、還是穿越市中心的穿越形出行；是優先考慮線路走向，還是先錨固住車站的站位；多種設計思路組合運用可構造出不同的線網結構形式。但無論以哪種思路為出發點來設計的結構形式都需要用客流預測來驗證其適用性，并根據結果進行調整后，再進行測試，直到其合理為止。
4. 線路的鋪設形式需根據所處的地理位置、地質情況、城市景觀等來確定地下、地面和高架形式。例如，北京在三環路以內規定均采用地下線形式；而頤和園地區雖處三環外，但由于景觀原因，從其門口通過的線路需埋入地下。
5. 對線網中線路和車站進行設計和施工的可行性研究，分析并選取最優方案。施工中針對不同情況選取與之相適應的施工方法，包括暗挖、明挖、蓋挖；同時，車站設計中還需考慮站臺的形式、站臺和站廳的相對位置等問題。這些都是應該在線網規劃中需考慮和確定的。線網規劃作為前期工作，應該在大的原則上具有規范作用，一旦確定，就不應輕易改變。因此，在做這項工作，一定要慎之又慎，通盤考慮。
6. 對于大型公交樞紐，我們應當根據樞紐站周邊的環境條件及其所發揮的作用，以及對此區域的土地規劃、預留發展和客流預測進行深入的研究，合理確定樞紐站的規模。并且優化其易達性，方便乘客進入車站或與其他交通模式的換乘（地面公交、出租車、自行車、步行），從而使其更有效地吸引客流。這就需要規劃部門的大力支持，對于此規劃區域得到合理安排和監控，盡量減少原則性的變動。
大型公交樞紐站的換乘形式多種多樣，我們以前設計的車站換乘形式多為十字換乘、t型換乘和通道換乘，設計不夠合理。一方面是設計上較為死板老套，另一個造成目前狀況的重要原因是，規劃和前期的準備工作做的不夠細致深入，控制規劃的后續工作執行的又不嚴格。比如多條線路在某一地段交匯，往往缺乏深入地綜合分析和規劃。在車站設計時，哪條線先設計，就把有利的土地資源占盡，很少為后續線路統籌考慮，從而導致土地資源的浪費、并使后續工程的施工設計難度加大、費用增加、換乘形式單一、換乘距離加長，甚至造成許多好的規劃方案難以實施。因此，在開始建設時就需要統籌考慮,把大型樞紐站的土建結構一次建成，為后續工程的建設提供條件。例如：在西客站和東直門站的下方就已考慮和建成預留的地鐵車站。
7. 我們經常認為多線交匯的交通樞紐在設計上較為困難，因交匯線路越多，車站規模越大，投資越多。但為了提高乘客的換乘方便，對線路可進行適當合理的優化，使其換乘合理，同時有效降低投資。以3條線路交匯為例：圖1(a)
是有兩條線路平行通過車站，形成換乘，另一條線路分別與其形成換乘，此形式為兩層的較理想的車站線路形式。若遇到圖1（b）的形式，即3條線路相互交叉，形成三層的規模較大的車站。我們可以對其進行合理的優化調整，使其中的兩條線在同一標高平行通過交匯處，這樣使其形成同站臺換乘形式，即在同一站臺上就可換乘其他線路上的車輛，大大地方便了乘客，在香港等許多城市都采用了這種換乘形式；也可使兩條或更多的線路在此車站區域共用同一條線路和站臺，形成共線運營的形式，德國法蘭克福等城市的地鐵就有許多車站采用這種形式，換乘極為方便，但同時對運營管理的要求大大提高，為圖1（c）所示。
8. 在規劃階段還應該考慮到線網中各條線路之間的聯絡線，使整個線網在各個階段都能達到最佳的運營效果，成為一個有機的整體，相互協調，資源共享。同時還應考慮到與外部鐵路專用線的銜接，使外部的資源有效的通過鐵路專用線運送進入線網中來。
四、 線網的規劃
線網規模確定后，依據所設定的設計原則，在分析研究的基礎上，設計并規劃出合理的線網，形成城市交通骨架。
五、 對線網進行詳細的統計
隨后對所設計的線網進行詳細的統計和分析，得出的統計數據反映了路網的各方面的特征，為下一步對各線網方案做出客觀的評價提供了有利的依據。詳細統計分析包括如下幾個方面：
1. 分類統計體現線網主要特征的數據。包括線網總長、不同類型線路（市域線、市區線、局域線）的總長度和數目、各種功能等級的車站總數，包括一般車站、一般換乘站和大型公交樞紐站的總數。
2. 體現交通服務水平的數據。此項是由線網對各大型城市活動中心和公共設施的覆蓋程度來體現，包括商務區、商業中心、體育設施、醫院、學校、工業區、高新技術開發區以及旅游景區等。這些區域都是城市規劃中大力支持的項目。
3. 客流預測分析是評價線網結構質量的有力數據。包括出行結構、出行量、出行率、各交通模式的出行比例以及對公交產生的影響。
4. 線路鋪設形式。統計不同鋪設形式（高架、地面、地下）的線路總長度和不同鋪設形式車站總數。
5. 車輛總數。按照高峰時段市區線、市域線的不同行車間隔、旅行速度及車輛編組等數據來計算每天運營線路所需的車輛總數和需備用的車輛數。
6. 車輛段和維修車間。統計線網中，所需設置的車輛段和維修車間的總數量。
7. 投資總額。對基礎設施（線路、車站）和設備（車輛、沿線設備和車站設備）進行估算，計算出整個線網所需的投資總額。
六、多標準評價體系
對各備選方案進行了詳細分析并獲得了相關數據后，要對各方案進行客觀的評價。評價的標準應由乘客、運營者、建設者、經營管理和市政府等各方商討形成一個全面、客觀的多標準評價體系。評價體系應由以下幾個方面組成：
1． 乘客要求高品質的交通服務，提出線網的吸引性指標。
2． 運營者要求降低運營成本、增加收入，提出運營目標。
3． 建設者要求施工的可行性和簡便性，提出建設目標。
4． 經營管理者需要降低投資，并使各種交通模式之間良好銜接，提出經營管理目標。
5． 市政府要求維持城市可持續發展戰略，提出發展戰略和對資源的全面管理目標。
各個不同的城市所適用的評價體系不同，這需要在長期的實踐中進行摸索，形成了一套適合本城市發展的多標準評價體系。這套評價體系對于我們今后城市的發展、軌道交通的發展都有極為深遠的意義。
在形成了完善的評價體系后，我們就須依照該評價體系對各備選方案進行客觀的評價比較計算，其中需要針對各指標的重要程度進行適當的加權處理。在經過綜合評價比選過后，較客觀地評選出最佳的線網方案。
七、對最佳方案進行作進一步的分析
對評選出的最佳方案進行進一步詳細的功能、技術以及運營管理方面的分析。對其進行總體評價，以檢驗這個線網是否符合所確定的相關原則。下面就從3個方面具體分析。
1． 對各條線的長度、走向、車站定位、樞紐數目進行分析；對重點發展區域的覆蓋、對城市布局、經濟發展的支持程度等進行詳細的功能分析。按公認的經驗數據，市中心的線網覆蓋率應在90%左右，線網的密度1~1.2km/km2，車站密度為1座/ km2，即一個車站為市中心區1 km2的市民出行服務，服務半徑約為500m。
2． 對線路走向、鋪設形式及換乘車站的構成和組織形式進行詳細的技術分析。尤其要對線網中的大型換乘樞紐進行深入的分析研究，如線與線間的換乘、地鐵與城市公交的銜接、車站與城市地下空間的開發相結合等。例如:上海就在人民廣場、徐家匯、靜安寺、虹口體育場四大城市中心區組織了大量的人力、物力進行了方案研究，為下一步的設計、施工的順
利進行打下了堅實的基礎。
3． 檢測線網在今后運營上是否能達到快捷、準點、安全、舒適；線路設計是否簡便、靈活。科學的客流預測對確定合理的運營模式和選定合理的車型有很大的幫助。在運營中，可根據不同的線路特性和客流需求（各區段客流量不同）制定不同等級的服務（例如：常規服務、中間折返區間運營、支線運營、跨站運營等）；制定緊急事故處理方案；合理設置中間折返站和聯絡線；設置終點站折返區間和方案；設置運營規程、時刻表等問題。
在對最優方案進行詳細的分析后，可對其不完善處進行適當的調整和優化，使其滿足我們的設計原則和要求。
八、最優方案分期實施計劃的研究
在對最優方案進行詳細的分析和優化后，對此最優方案進行分期實施計劃的研究。分期實施計劃是使線網能夠分階段、有計劃、有步驟、連貫協調的實施。對不同階段制定不同的發展目標和實施計劃。
首先，先確定已建和在建的線路；其次，再對建設資金的來源進行分析；最后針對不同階段、不同投資額制定出切實可行的實施方案。
九、結束語
本文對快速軌道交通線網規劃設計工作中，規劃的主要制定過程和思路進行了簡要的介紹，希望對于我國各大城市正在蓬勃發展的軌道交通事業，具有一定的借鑒作用。值得強調的是，軌道交通建設中，首先要做好線網規劃工作，這是進行其他工作的基礎和先決條件，對于軌道交通的全局建設具有舉足輕重的作用。
摘 要 重點論述城市軌道交通工程鋼軌用扣件的性能、技術參數及設計要求,分析目前我國城市軌道交通中主要鋼軌扣件的使用情況及需要研究的問題。
關鍵詞 城市軌道交通 鋼軌扣件 減振 軌距 水平調整量 道床
鋼軌扣件的作用是保持鋼軌的正確位置,防止鋼軌縱橫向位移,提供一定的軌道彈性,并將鋼軌所受的力傳遞給軌下基礎。
1 主要性能
1)有足夠的強度和耐久性
城市軌道交通運營時間長、行車密度高、維修條件差,要求鋼軌扣件必須具有足夠的強度和耐久性,以確保行車安全。
2)有一定的軌距和水平調整性能
城市軌道交通多采用整體道床結構,線路曲線半徑小,鋼軌存在磨耗。這就要求扣件應具有一定的軌距、水平調整性能,以解決曲線鋼軌磨耗和結構的不均勻沉降及施工誤差所造成的軌距、鋼軌水平超限。
3)有良好的絕緣性能
城市軌道交通一般均利用走行軌作為回流軌,這就要求扣件必須具備良好的絕緣性能,防止電流通過扣件泄漏,造成結構鋼筋和市政管線的電腐蝕。
4)有良好的減振彈性
城市軌道交通穿行于居民區內,對減振降噪的環保要求很高,鋼軌扣件必須具有良好的減振性能,衰減軌道振動,降低噪聲傳播。
5)有一定的通用互換性
扣件結構應力求簡單,零部件少,具有一定的通用互換性,造價低,施工和維修方便。
2 設計參數
確定城市軌道交通鋼軌扣件的設計參數必須考慮其相關工程的情況:線路敷設方式、線路技術參數、行車速度、車輛軸重及鋼軌類型等。扣件的主要設計參數包括:扣壓力、防爬阻力、節點剛度、耐疲勞性能、軌距及水平調整量、絕緣性能等。一般可通過下列方式,確定其設計參數。
2.1 扣壓力及防爬阻力
扣件的扣壓力和防爬阻力是一對共生參數,靜態防爬阻力等于扣壓力乘以綜合摩擦系數。
扣件的扣壓力的大小是確保鋼軌穩定的關鍵,它與車輛的軸重、速度及是否采用無縫線路及軌下墊層的性能有關。當車輛軸重大、速度較高,采用一般線路時,要求鋼軌扣件的扣壓力就大;軸重輕、速度低,采用無縫線路時,扣壓力可以小一些。扣壓力的大小應保證在扣件的使用周期里,當列車制動時,鋼軌不發生永久性位移。對于城市輕軌,一般軸重低于160kn,速度不超過100km/h,故對扣件扣壓力的要求不是很高,理論計算及實踐證明,單一扣壓件的扣壓力在6~8kn是可以滿足要求的。值得注意的是:過大的扣壓力并不是有利的,這將導致軌下彈性墊層的初始壓縮量增大,損失減振彈性。
2.2 扣件節點剛度
扣件的節點剛度是考查扣件彈性的指標,包括靜剛度值、動剛度值及動靜比,均需通過室內試驗確定。扣件垂向靜剛度值是取扣件壓縮變形曲線某一段的割線斜率來確定的,一般20~40kn/mm比較合適;動剛度值是扣件的重要指標,表明扣件在動荷載作用下的彈性,即減振性能;設計扣件動靜比應控制在1.4以下。
2.3 軌距及水平調整性能
考慮城市景觀及運營維修的方便,城市軌道交通地下線、高架線多采用整體道床,在施工、運營中結構均會有施工誤差,產生不均勻的沉降。同時,也會因輪軌互相作用使軌距及鋼軌水平發生變化而超限。
軌距調整量主要是解決施工誤差和鋼軌側磨而致軌距超限的問題,故要求負的調整量要大。考慮城市軌道交通工務大修周期長,日常維修條件差,要求扣件的軌距調整量比國鐵的大,整體道床扣件軌距調整量一般可設計為+8、-12mm。
結構的沉降絕大部分是在結構設計時考慮并采取措施,但小量的變化仍需鋼軌扣件來調整。就目前的結構及軌道施工技術,對地下線要求鋼軌扣件有20~30mm的水平調整量。水平調整量的大小與地質情況密切相關,在不良地質條件下,需要扣件有大的水平調整量。對于高架線,要求鋼軌扣件有30~40mm水平調整量,主要解決由于相鄰橋墩的沉降差落值及梁的收縮徐變而引起的梁面上拱。
2.4 絕緣性能
城市軌道交通對鋼軌扣件的絕緣性能要求很高,一方面是走行軌作為供電回流軌的要求,另一方面是移動閉塞信號的要求。扣件絕緣性能不好,長此以往,除導致大量電流泄漏、浪費電能外,還會因雜散電流而腐蝕結構鋼筋和市政管線。
在城市軌道設計中,供電、信號等專業對鋼軌扣件的絕緣性能都會提出具體要求。就目前的材料技術,達到這些要求是完全可行的。通常扣件中的單個絕緣部件常態絕緣電阻均可以達到108ω以上,能滿足對扣件的絕緣要求。
2.5 耐久性能
扣件的耐久性是通過疲勞試驗來驗證的,疲勞試驗能驗證扣件抵抗重復荷載的性能,我國通常是取小半徑曲線上的扣件所受的最大荷載來進行試驗的。設計扣件時,要依據地鐵實測小半徑200m曲線地段扣件所受的力,并參照國內外同類扣件的設計荷載。要求組裝扣件疲勞荷載一般取豎向50kn,橫向30kn,能承受300萬次疲勞荷載的循環試驗,各部件不損壞。
3 設計要求
城市軌道交通鋼軌扣件從結構型式上大致分為兩種:一種是帶鐵墊板的彈性分開式扣件,用于整體道床和地面線木枕碎石道床,另一種是不帶鐵墊板的彈性不分開式扣件,用于地面線和高架線砼枕碎石道床,一般采用國鐵扣件。
從扣壓件型式上分也有兩種:一種是有螺栓的彈條扣件,用于高架線、地面線和地下線的整體道床,可以根據無縫線路對扣件扣壓力的要求適時調整;另一種是無螺栓彈條扣件,多用于地下線整體道床和地面線碎石道床。
從輪軌橫向力的承受形式上分有兩種:一種是靠傳遞給軌枕擋肩承受,一種是靠扣件鐵墊板與軌枕間的水平摩擦力和螺旋道釘承受。前一種是傳統的構造形式,扣件結構較安全,但限制了鋼軌水平調整量;后一種目前采用較多,要求扣件鐵墊板與軌下基礎必須有可靠的連接,避免螺旋道釘彎曲應力過大而折斷,這就必須控制好鐵墊板下的墊層彈性及厚度。
設計鋼軌扣件應首先從與之相關的工程特點及車輛技術條件入手,研究線路平面條件和車輛相關參數,并對相似工程的鋼軌扣件使用情況調研,由此初步確定扣件的整體結構型式和設計參數,進而對各部件進行詳細設計,并加工試制,驗證其工藝可行性,再對各部件進行室內整裝試驗,驗證其可靠性,最終完成設計。
4 使用情況
1965年北京城建設計研究總院承擔了我國第一條地下鐵道鋼軌扣件的研究設計,經過了近40年的研究設計、探索,逐步形成了適用于各種線路敷設方式、門類齊全的城市軌道交通鋼軌扣件系列,滿足了我國城市軌道交通發展的需要,見圖1~圖4及表1。
5 需進一步研究的問題
近年來,我國城市軌道交通發展迅速,對軌道技術的要求也越來越高,隨著我國工程設計市場的開放及與國外軌道技術的交流,促進了鋼軌扣件技術的發展。目前,需著重研究以下課題。
5.1 扣件結構及統一性的研究
扣件結構的統一性無疑會對加工訂貨和運營設備的維護管理帶來很大的方便。
目前,國內同一條地鐵線上同時存在多種扣件結構,分別適用于地下線、高架線及地面線,車場線及庫內又各自不同,給設備的管理帶來一定麻煩。運營部門要求扣件結構統一的呼聲較高,設計部門對此也十分重視。對于高架線和地下線,通過與相關專業的緊密配合,調整扣件設計參數,有可能統一;對于地面線和車場線,可以統一用一種扣件,使一條線的扣件種類大大減少,為設備管理提供方便。
5.2 減振彈性的研究
通過扣件的減振降噪,可在一定程度上降低軌道振動和噪聲,且工程投資遠低于其他減振措施的投資。
對減振彈性的研究側重于兩個方面,一是從改變扣件的結構設計入手,采用黏結鐵墊板的結構,利用減振材料將上、下鐵墊板黏結,這樣可有效過濾軌道振動,研究的重點是黏結材料的減振性能及耐久性。二是尋求探索新的減振材料,如熱塑性彈性體材料的研究應用。新材料的研究重點是改善傳統的橡膠減振材料的動靜比、材料的回收翻新使用、提高材料的耐久性等,這有利于環保。
通過研究,單靠扣件即能將振動降低12db,可以達到彈性套靴整體道床的減振效果。
5.3 扣件與軌枕連接技術的研究
現在的軌道交通中,扣件與軌枕的連接多采用預埋套管和螺旋道釘的方式,連接時將道釘按規定的扭緊力矩擰進套管。這種方式存在兩個問題:一是隨著車軸荷載的反復作用,螺旋道釘有松弛的現象,導致摩擦力抵抗橫向力的能力降低,螺旋道釘受彎而折斷失效;二是由于兩種材料的部件生產制造、公差配合困難,使套管螺扣受力極不均勻,容易產生螺扣破損而使連接失效。要進一步研究螺旋道釘的振動緩沖和防松措施,研究兩部件螺紋的配合關系,確保有效連接。
5.4 扣件防銹技術的研究
城市軌道交通鋼軌扣件的防銹尤為重要,一方面是延長其使用壽命,另一方面是整潔、美觀的要求。傳統防銹技術包括浸油、噴漆、渡鋅,均不是長效的防銹措施。目前,最新防銹技術為達克羅表面涂覆和多元氣體共滲防銹,但在軌道交通領域的使用效果尚無定論。今后應著重研究彈條及螺旋道釘的防銹技術,徹底解決因銹蝕而折斷失效的問題。
我國不同時期研究與設計使用的鋼軌扣件系列,適應了城市軌道交通的迅速發展,滿足了建設需要,保證了行車安全。目前,國際軌道技術發展很快,應結合我國情況,解決好目前存在的問題,研究出高新技術扣件,使我國鋼軌扣件技術再上新臺階。
內容提要：線網規劃設計是進行軌道交通建設中其他工作的基礎和先決條件。本文就北京快速軌道交通線網規劃設計為例介紹一些思路和體會，希望對于我國城市軌道交通的發展起到一定的借鑒作用。
關鍵詞：快速軌道交通 線網規劃
一、前言
隨著我國經濟的發展和城市化進程的加快，如何合理地解決城市迅速增長所引發的交通需求和有限的城市空間資源規劃與管理是目前我國各大城市所關注的問題。國內外實踐證明，發展以軌道交通系統為骨干、以公共交通為主體、各種交通方式相結合的多層次、多功能、多類型的城市綜合交通運輸體系是解決城市交通問題的主要途徑。城市快速軌道交通工程是一項大型的系統工程，技術復雜、涉及專業多、投資大、建設周期長。快速軌道交通線網規劃（以下簡稱“線網規劃”）作為軌道交通發展的基礎和先決條件，具有舉足輕重的作用，是關系到今后地鐵建設及運營能否順利實施，并能否有效地節省投資的重要問題。
線網規劃設計中所涉及的問題很多。最近，筆者有幸參加了關于北京快速軌道交通線網規劃的設計工作。筆者將結合此工程實例和一些粗淺的體會，談談線網規劃中的一些新思路和方法。本文將從線網規模的確定、線網規劃合理的設計原則、線網詳細的統計分析、多標準評價體系、最佳方案的功能、技術和運營分析、最優方案分期實施計劃等方面進行介紹。
二、 線網規模的確定
線網的規劃研究首先要確定城市軌道交通線網合理的規模，以此在宏觀上判斷一個城市大概的軌道交通規模范圍。線網規模要以城市今后的發展、經濟發展、城市交通發展政策和服務水平目標為依據，應當是出行需求與交通服務之間的最佳結合點，堅持近遠期相結合、定性定量分析相結合原則和經濟性原則。線路走向盡可能滿足城市布局結構和出行總量需要，并適當兼顧城市將要開發地區發展的需要。線網規模的準確把握應使其在不同階段都能滿足出行客流的要求，發揮最大的作用。線網的規模要包括不同階段線網的編織密度和服務水平等級。
1定性的確定
（1）線網的規模與城市發展規劃緊密結合
根據城市發展規劃，結合城市特點、出行需求、客流預測，對重點發展地區、商業區、高新技術開發區等進行重點開發。對人口增長和就業崗位的分布進行科學的預測，以指導和幫助我們更合理地確定不同區域中線網的編織密度。北京目前的規劃布局為，進一步加強由天安門廣場、長安街、復興門、建國門組成的“超級中心”；發展cbd商務區；發展王府井、西單、朝外等主要商業區；優先發展具有戰略意義的海淀高新技術開發區以及上地、豐臺、石景山、望京等技術園區、2008年奧運會在北京的舉行將為增加北京的城市活力以及發展交通基礎設施起到積極推動作用；積極推動邊緣集團和衛星城發展；加強對綠化環帶和市區的規劃綠地建設；加大對北京文化遺產的保護力度。作為首都、國家政治文化中心、歷史名城，在保護其特色的基礎上，改善生活環境、交通狀況，提高市民生活水平和出行需求。
（2） 線網的規模與經濟發展政策緊密相關
經濟發展是支持城市進步，活躍城市社會活動和影響全市居民出行的重要因素之一。很顯然，出行率與市民富裕程度休戚相關。同時，發展交通的投資力度也與經濟發展緊密相連。
由于經濟發展與機動化程度，總出行率和私人機動化出行率之間有緊密的聯系，因此，未來gdp的增長趨勢對交通發展有重大的意義。根據經濟發展的預測，可推算出未來各種交通模式的綜合投資潛力及未來公共交通的投資潛力，從而更好地確定不同時期線網的規模。
（3） 線網的規模與城市交通發展政策緊密相關
進行準確的交通調查，掌握居民的出行情況。如進行出行方式、出行率、主要出行客流分配等調查，以此確定合理的交通發展政策。
積極發展公共交通，有效控制私人機動化出行，對自行車出行人員合理引導，使這部分人能轉向公共交通。必須推行合理的總體交通發展政策，使各交通體系協調發展。
（4） 軌道交通服務水平目標的制定
軌道交通服務水平目標的制定對線網規模的確定起到重要指導作用，很大程度上決定了線網的發展方向和未來建設速度。北京市軌道線網服務水平目標制定時考慮如下幾點:
a.易達性：居民住所或上班地點距與其最近車站的距離不超過750m；
b.出行時間：在市區范圍內，出行時間不超過60min；
c.候車時間：高峰小時候車時間不超過3min；
d.舒適度： 除座位外，6人/m2標準。
2定量的分析
在定性確定設計原則后，可根據公共交通客流總量、人均指標測算法和面積密度測算公式分別定量計算軌道線網規模。
對線網規模的影響作用有的可以量化，有的無法量化，所以確定城市軌道交通線網規模要采用定量計算和定性分析相結合的方法。定性分析對線網規模具有宏觀指導作用，而定量計算是對定性分析的一種合理驗證和修正，在以往的工作中，由于技術手段和調查數據積累的不足，定量計算的可信度大打折扣。今后隨著數據采集手段的提高和城市公共交通信息化平臺的建立，將為城市軌道交通的合理規劃提供有力的技術保障。
三、制定線網規劃的原則
在線網規模確定的基礎上，制定合理的軌道線網規劃設計原則，為下一步規劃線網提供依據。北京作為首都，是政治、經濟和文化中心,人口繁多、地域面積很大、地下狀況復雜，為達到較高的交通服務等級，制定了很多的設計原則，列舉以下部分內容來說明。
1. 支持城市多中心發展和經濟發展的政策，重點支持cbd、金融街、主要商業中心、文化旅游中心、邊緣集團、奧林匹克公園、高新技術開發區及衛星城等已建、在建和規劃建設的地區的發展。按照sod和tod結合的方式合理規劃線網，是其更加適應城市發展和經濟發展的需要。
2. 根據不同的標準對各種交通模式進行分類，選擇適合不同城市的不同功能等級和交通服務等級的交通模式。北京作為特大城市，其人口較多，我們就選擇了重型大運量的市域線和市區線的模式。市域線服務于市區和城郊，站間距相對較大、速度快、運量大，較好地吸引遠程的客流。市區線主要服務于市中心區域，站間距相對小一些，發車間隔較小，較好的吸引近距離乘客，但較小的站間距就勢必造成工程造價的升高。所以，有效的確定站間距對于線網的合理性也是很重要的。而對于小型的人口相對較少的城市，也許，發展有軌電車就可滿足出行的需求。
a.按照線路的服務功能等級不同分為市域線、市區線、局域線。
b.按照運量的大小分為重型大運量的地鐵、輕軌、有軌電車系統。
c.按照封閉形式分為混合交通、半封閉、全封閉線路。
d.為滿足不同等級的交通服務，車站分為大型樞紐站、一般換乘車站和一般車站。
e.根據客流的要求選擇不同的車輛類型，目前我國規范規定：有a、b、c三種車型。
3. 依據城市的出行特征來確定線網的結構形式。經過科學的客流預測，分區域測算出城市中的主要交通走廊，是從市區-市郊的放射形出行、還是穿越市中心的穿越形出行；是優先考慮線路走向，還是先錨固住車站的站位；多種設計思路組合運用可構造出不同的線網結構形式。但無論以哪種思路為出發點來設計的結構形式都需要用客流預測來驗證其適用性，并根據結果進行調整后，再進行測試，直到其合理為止。
4. 線路的鋪設形式需根據所處的地理位置、地質情況、城市景觀等來確定地下、地面和高架形式。例如，北京在三環路以內規定均采用地下線形式；而頤和園地區雖處三環外，但由于景觀原因，從其門口通過的線路需埋入地下。
5. 對線網中線路和車站進行設計和施工的可行性研究，分析并選取最優方案。施工中針對不同情況選取與之相適應的施工方法，包括暗挖、明挖、蓋挖；同時，車站設計中還需考慮站臺的形式、站臺和站廳的相對位置等問題。這些都是應該在線網規劃中需考慮和確定的。線網規劃作為前期工作，應該在大的原則上具有規范作用，一旦確定，就不應輕易改變。因此，在做這項工作，一定要慎之又慎，通盤考慮。
6. 對于大型公交樞紐，我們應當根據樞紐站周邊的環境條件及其所發揮的作用，以及對此區域的土地規劃、預留發展和客流預測進行深入的研究，合理確定樞紐站的規模。并且優化其易達性，方便乘客進入車站或與其他交通模式的換乘（地面公交、出租車、自行車、步行），從而使其更有效地吸引客流。這就需要規劃部門的大力支持，對于此規劃區域得到合理安排和監控，盡量減少原則性的變動。
大型公交樞紐站的換乘形式多種多樣，我們以前設計的車站換乘形式多為十字換乘、t型換乘和通道換乘，設計不夠合理。一方面是設計上較為死板老套，另一個造成目前狀況的重要原因是，規劃和前期的準備工作做的不夠細致深入，控制規劃的后續工作執行的又不嚴格。比如多條線路在某一地段交匯，往往缺乏深入地綜合分析和規劃。在車站設計時，哪條線先設計，就把有利的土地資源占盡，很少為后續線路統籌考慮，從而導致土地資源的浪費、并使后續工程的施工設計難度加大、費用增加、換乘形式單一、換乘距離加長，甚至造成許多好的規劃方案難以實施。因此，在開始建設時就需要統籌考慮,把大型樞紐站的土建結構一次建成，為后續工程的建設提供條件。例如：在西客站和東直門站的下方就已考慮和建成預留的地鐵車站。
7. 我們經常認為多線交匯的交通樞紐在設計上較為困難，因交匯線路越多，車站規模越大，投資越多。但為了提高乘客的換乘方便，對線路可進行適當合理的優化，使其換乘合理，同時有效降低投資。以3條線路交匯為例：圖1(a)是有兩條線路平行通過車站，形成換乘，另一條線路分別與其形成換乘，此形式為兩層的較理想的車站線路形式。若遇到圖1（b）的形式，即3條線路相互交叉，形成三層的規模較大的車站。我們可以對其進行合理的優化調整，使其中的兩條線在同一標高平行通過交匯處，這樣使其形成同站臺換乘形式，即在同一站臺上就可換乘其他線路上的車輛，大大地方便了乘客，在香港等許多城市都采用了這種換乘形式；也可使兩條或更多的線路在此車站區域共用同一條線路和站臺，形成共線運營的形式，德國法蘭克福等城市的地鐵就有許多車站采用這種形式，換乘極為方便，但同時對運營管理的要求大大提高，為圖1（c）所示。
8. 在規劃階段還應該考慮到線網中各條線路之間的聯絡線，使整個線網在各個階段都能達到最佳的運營效果，成為一個有機的整體，相互協調，資源共享。同時還應考慮到與外部鐵路專用線的銜接，使外部的資源有效的通過鐵路專用線運送進入線網中來。
四、 線網的規劃
線網規模確定后，依據所設定的設計原則，在分析研究的基礎上，設計并規劃出合理的線網，形成城市交通骨架。
五、 對線網進行詳細的統計
隨后對所設計的線網進行詳細的統計和分析，得出的統計數據反映了路網的各方面的特征，為下一步對各線網方案做出客觀的評價提供了有利的依據。詳細統計分析包括如下幾個方面：
1. 分類統計體現線網主要特征的數據。包括線網總長、不同類型線路（市域線、市區線、局域線）的總長度和數目、各種功能等級的車站總數，包括一般車站、一般換乘站和大型公交樞紐站的總數。
2. 體現交通服務水平的數據。此項是由線網對各大型城市活動中心和公共設施的覆蓋程度來體現，包括商務區、商業中心、體育設施、醫院、學校、工業區、高新技術開發區以及旅游景區等。這些區域都是城市規劃中大力支持的項目。
3. 客流預測分析是評價線網結構質量的有力數據。包括出行結構、出行量、出行率、各交通模式的出行比例以及對公交產生的影響。
4. 線路鋪設形式。統計不同鋪設形式（高架、地面、地下）的線路總長度和不同鋪設形式車站總數。
5. 車輛總數。按照高峰時段市區線、市域線的不同行車間隔、旅行速度及車輛編組等數據來計算每天運營線路所需的車輛總數和需備用的車輛數。
6. 車輛段和維修車間。統計線網中，所需設置的車輛段和維修車間的總數量。
7. 投資總額。對基礎設施（線路、車站）和設備（車輛、沿線設備和車站設備）進行估算，計算出整個線網所需的投資總額。
六、多標準評價體系
對各備選方案進行了詳細分析并獲得了相關數據后，要對各方案進行客觀的評價。評價的標準應由乘客、運營者、建設者、經營管理和市政府等各方商討形成一個全面、客觀的多標準評價體系。評價體系應由以下幾個方面組成：
1． 乘客要求高品質的交通服務，提出線網的吸引性指標。
2． 運營者要求降低運營成本、增加收入，提出運營目標。
3． 建設者要求施工的可行性和簡便性，提出建設目標。
4． 經營管理者需要降低投資，并使各種交通模式之間良好銜接，提出經營管理目標。
5． 市政府要求維持城市可持續發展戰略，提出發展戰略和對資源的全面管理目標。
各個不同的城市所適用的評價體系不同，這需要在長期的實踐中進行摸索，形成了一套適合本城市發展的多標準評價體系。這套評價體系對于我們今后城市的發展、軌道交通的發展都有極為深遠的意義。
在形成了完善的評價體系后，我們就須依照該評價體系對各備選方案進行客觀的評價比較計算，其中需要針對各指標的重要程度進行適當的加權處理。在經過綜合評價比選過后，較客觀地評選出最佳的線網方案。
七、對最佳方案進行作進一步的分析
對評選出的最佳方案進行進一步詳細的功能、技術以及運營管理方面的分析。對其進行總體評價，以檢驗這個線網是否符合所確定的相關原則。下面就從3個方面具體分析。
1． 對各條線的長度、走向、車站定位、樞紐數目進行分析；對重點發展區域的覆蓋、對城市布局、經濟發展的支持程度等進行詳細的功能分析。按公認的經驗數據，市中心的線網覆蓋率應在90%左右，線網的密度1~1.2km/km2，車站密度為1座/ km2，即一個車站為市中心區1 km2的市民出行服務，服務半徑約為500m。
2． 對線路走向、鋪設形式及換乘車站的構成和組織形式進行詳細的技術分析。尤其要對線網中的大型換乘樞紐進行深入的分析研究，如線與線間的換乘、地鐵與城市公交的銜接、車站與城市地下空間的開發相結合等。例如:上海就在人民廣場、徐家匯、靜安寺、虹口體育場四大城市中心區組織了大量的人力、物力進行了方案研究，為下一步的設計、施工的順利進行打下了堅實的基礎。
3． 檢測線網在今后運營上是否能達到快捷、準點、安全、舒適；線路設計是否簡便、靈活。科學的客流預測對確定合理的運營模式和選定合理的車型有很大的幫助。在運營中，可根據不同的線路特性和客流需求（各區段客流量不同）制定不同等級的服務（例如：常規服務、中間折返區間運營、支線運營、跨站運營等）；制定緊急事故處理方案；合理設置中間折返站和聯絡線；設置終點站折返區間和方案；設置運營規程、時刻表等問題。
在對最優方案進行詳細的分析后，可對其不完善處進行適當的調整和優化，使其滿足我們的設計原則和要求。
八、最優方案分期實施計劃的研究
在對最優方案進行詳細的分析和優化后，對此最優方案進行分期實施計劃的研究。分期實施計劃是使線網能夠分階段、有計劃、有步驟、連貫協調的實施。對不同階段制定不同的發展目標和實施計劃。
首先，先確定已建和在建的線路；其次，再對建設資金的來源進行分析；最后針對不同階段、不同投資額制定出切實可行的實施方案。
九、結束語
本文對快速軌道交通線網規劃設計工作中，規劃的主要制定過程和思路進行了簡要的介紹，希望對于我國各大城市正在蓬勃發展的軌道交通事業，具有一定的借鑒作用。值得強調的是，軌道交通建設中，首先要做好線網規劃工作，這是進行其他工作的基礎和先決條件，對于軌道交通的全局建設具有舉足輕重的作用。 參考文獻：
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摘 要 給出在設計咨詢階段對項目投資進行節約控制的重要意義,分析城市軌道交通項目在設計咨詢階段投資控制的主要方法,把各階段的投資控制目標、手段加以明確區分,對價值工程和限額設計的具體運用方式方法進行了闡述和比較,界定了各設計咨詢階段投資控制的實施原則和控制要點。
關鍵詞 城市軌道交通 投資控制 價值工程 限額設計
伴隨我國城市化進程的加快,城市軌道交通工程作為大城市交通組織的重要手段,日益引起廣泛的關注,如何合理確定投資規模以及如何有效地控制投資,已成為軌道交通建設管理領域的重大課題。本文從設計咨詢階段投資控制的手段和方法研究入手,對軌道交通工程投資目標的合理確定和投資控制手段進行探討。
1 設計咨詢階段進行投資控制的重要意義
投資控制是項目管理的優秀目標之一,圍繞項目生命周期成本發生規律(見圖1所示)可以發現,只有在項目早期進行投資的優化控制,才能取得最佳的成本控制效果。
在項目設計咨詢階段,項目的具體實施方案仍處于研究優化階段,投資具有較大的可調整性,投資控制活動對項目投資具有最大的影響力,采取價值工程等手段,圍繞功能分析和成本分析確定合理的項目投資目標,可以有效地降低項目投資。
到項目施工階段,設計方案已開始實施,項目投資基本穩定,投資控制活動對項目投資的影響力已低于20%,項目成本控制的重心在于通過招投標選擇優秀的施工承包商,通過嚴格的設計變更管理、有效的施工組織優化,保證項目投資整體受控并實現一定的節約。
在項目運營維護階段,項目已經建成,投資控制活動對項目投資的影響已經很微弱,投資控制的重心在于實現預定的運營方案和成本設計方案,并根據實際運行效果進行局部的改良,以達到部分節約運營成本的目的。
因此,項目投資控制活動的關鍵在于抓好設計咨詢階段的投資控制和活動。
2 投資控制的主要管理工具和手段
根據國內城市軌道交通工程項目管理和設計咨詢工作實踐,價值工程和限額設計是有效的投資控制工具和手段。
價值工程是投資控制的關鍵分析管理工具,從功能與成本的合理匹配入手,在保證工程安全和基本功能需求的基礎上,減少冗余功能,優化有效成本費用的功能貢獻,以達到充分發揮成本費用效益的目的。應該說,價值工程是投資控制的優秀分析和管理手段,同時也上升為項目管理的關鍵理念之一。
限額設計是目標管理在投資控制方面的具體運用,在價值工程思路的指導下,圍繞價值分析確定的限額投資目標,通過細化的多方案經濟比選、設備選型分析等手段,確保設計過程投資控制在預定目標之內,其優秀在于限額目標的合理確定、嚴格的過程控制,包括嚴格的設計變更管理。
在項目投資管理過程中,價值工程與限額設計兩種手段的關系見表1。
3 設計咨詢階段投資控制的目標與手段
設計咨詢階段通常劃分為總體設計、初步設計、施工圖設計和后期服務四個階段。各階段投資控制工作從粗到細,逐步深入,采取價值工程研究、方案比選、方案優化、設備選型等手段,充分挖掘投資節約潛力,在設計咨詢階段就保證工程投資的有效控制。
3.1 各階段目標和主要手段
項目投資控制工作總目標為:在滿足功能需求、質量標準的基礎上,設計投資控制在預定目標范圍內。項目投資控制目標與手段的階段分解見表2。
3.2 設計咨詢投資控制工作流程
設計咨詢投資控制工作流程見圖2。
3.3 投資控制管理活動的基本原則要求
(1)價值工程作為投資控制活動開展的主線和起點,必須基于價值工程成果。通過對項目功能、業主需求的全面分析,從大交通、多專業綜合角度,進一步尋找提高項目成本效益水平的手段,研究其與項目全壽命周期成本的合理匹配,在綜合比較同類工程技術經濟指標的基礎上,提出本項目限額設計的具體指標,報業主批準作為項目投資控制和限額設計控制的依據。
(2)設計咨詢工作應遵循“安全第一、標準適度、經濟合理”的原則開展,在投資限額目標的基礎上,結合項目設計內容進一步分解投資,明確投資控制主要指標,在編制設計概、預算時逐步細化落實。
(3)在保證項目功能和設計質量的前提下,設計工作按投資限額開展,在限額設計范圍內充分運用價值分析、多方案技術經濟比較等技術手段,對設計方案進行優化,降低工程投資、嚴格控制投資概算。
(4)設計方案比選都應進行技術經濟比較,并推薦采用性能價格比最優的方案。經濟比選應根據階段設計成果,采取相應的投資估算指標,保證估算的準確性和比選結果的有效性。
(5)設計概算依據當地概算定額等計價法規規定編制,采用市場價格必須多方詢價,選擇適中的價格,保證投資的準確性和合理性。在投資編制過程中,還應適當考慮漲價、不可遇見因素可能導致的風險損失。
(6)重視過程檢查,將限額設計作為項目設計工作例會的重要內容,定期根據進展情況,檢查限額設計目標執行情況,及時對影響投資控制的因素進行分析,采取有效措施,保證工程投資控制在預定目標范圍內。
(7)嚴格控制擴大初步設計和施工圖設計的變更,設計變更必須提出經濟影響后果分析,重大方案變更必須提出技術經濟比選方案,經審批后方可實施,確保工程概、預算不突破限額目標。
3.4 各設計咨詢階段投資控制管理要點
3.4 .1總體設計階段
價值工程是總體設計階段投資控制活動的主線,通過價值工程研究成果,確定適宜的項目目標投資,為后續投資控制活動的開展奠定基礎。
(1)功能分析:識別業主功能需求要點,明確項目總體設計的總目標,并分解確定各工點系統功能目標。
(2)各專業圍繞所識別功能開展設計優化。
(3)依照當地價格水平進行詳細投資估算,估算指標精度應與設計方案深度相符。
(4)分析項目總投資及分項投資指標,并與類似工程比較,研究分析差異,確定下一步方案優化重點。
(5)按照價值工程要求,對項目功能、成本全面評估。
(6)進行項目投資風險分析和經濟評價,為業主融資方案優化和投資控制提供決策支持。
(7)確定限額設計總指標和分項指標。
3.4 .2 初步設計階段
初步設計階段是設計咨詢活動中最重要的階段,通過在預定投資目標下開展的方案比較、方案優化和價值工程研究活動,編制完成項目初步設計文件和初步設計概算,基本確定本項目投資。
(1)方案深化,并對投資有重要影響的方案進行多方案經濟比選。
(2)編制確定本項目設計概算編制原則,統一投資計算辦法。
(3)對設計方案進行總體審查,重要方案可邀請外部專家論證,尋找方案功能成本性價比的最優匹配。
(4)檢查設計過程的限額設計執行情況,重點檢查設計方案和重大設備選型。
(5)穩定設計方案和外部規劃銜接條件。
(6)編制初步設計概算,并對投資指標進一步對比分析,檢查限額指標的執行情況。
(7)評審確認初步設計概算。
3.4 .3 施工圖設計階段
施工圖設計階段是項目投資的細化落實階段,在初步設計文件基礎上,細化設備材料選型和具體設計工作,在初步設計概算限額內進一步挖掘投資節約潛力。
(1)在初步設計概算投資限額范圍內,進一步深化方案、設備詢價比選,對超限額的設計方案必須分析原因,不合理提高預定功能標準或投資浪費的設計方案一律否決。
(2)嚴格設計變更管理,必須結合對項目功能的影響,進行多方案經濟比選,控制投資在限額范圍內。
3.4.4后期服務階段
后續服務階段主要是監控投資的發生過程,并對投資管理的總體效果進行評價和總結。
(1)嚴格設計變更管理,所有變更都必須附投資影響分析,超限額變更方案必須經原限額審批主管批準;
(2)總結分析項目投資管理過程,對限額目標設置的合理性、投資控制管理流程與實際操作情況、變更管理情況、項目遇到的風險因素及對投資的影響和控制手段、投資控制活動的總體效果等進行綜合評價和總結,以提高后續項目的投資管理能力。
摘 要： 按一般的設計慣例，牽引計算工作僅僅是在線路方案穩定后所作的列車運行模擬計算，從而得出列車在各個區間內的走行時間、走行速度以及能耗。但隨著城市軌道交通項目綜合技術要求的不斷提高，如何從最經濟合理的角度確定設計規模，以最小的投入得到最大的回報，這就存在各專業之間相互制約的一系列復雜關系，而牽引計算工作在這中間所起的作用，就是從經濟運行的角度，找出最合理的技術參數，從而指導線路、車輛、信號、供電及環控專業的設計工作。
關鍵字：牽引計算、指導、線路、車輛、信號、牽引供電、環境控制、設計
1、指導線路專業對平、縱斷面的優化設計
選線就是選擇軌道交通路線，它是城市軌道交通工程設計的龍頭。選線首先是經濟
選線，或稱行車路線的選擇，然后是技術選線。經濟選線就是選擇行車路線的起訖點和經濟據點，主要是站在吸引客流量，切實解決交通擁擠狀況的角度出發的。行車路線的選擇應結合城市規劃，符合客流產生、流動和消失的規律，并要符合城市客流發展的規劃。技術選線就是按照行車路線，結合有關設計規范，平縱斷面設計要求，落實線路位置的技術工作。在城市軌道交通項目的設計中，由于城市已有道路的既有條件或管線埋設、地質結構的影響，使得線路定線工作難度頗大。牽引計算工作主要在技術選線過程中，根據列車在線路上的自由運行速度值，核算緩和曲線長度、夾直線長度的設置是否符合要求，以及曲線超高的設置是否滿足速度要求，從而確定曲線超高的加寬值是否達到限界要求。反之，線路對緩和曲線長度、夾直線長度以及曲線超高、超高的加寬值的核算結果又影響牽引計算列車運行速度的確定。
以重慶跨座式單軌交通為例。由于跨座式單軌交通線路不同于鋼輪鋼軌，它的超高直接在軌道梁上反映，且必須在線路設計中結合列車在該地段的運行速度，將線路超高、限界加寬值一次設計到位，無法在施工完成后調整超高值。重慶輕軌濱江路段ck4+200~ck4+350地段，正好位于穿越嘉陵江匝道橋橋墩柱位置，由于既有匝道橋修建時未預留夠輕軌雙線位置，迫使線路右線繞行穿行于兩匝道橋橋墩間，且有一段半徑150m的小半徑，如果列車以正常情況穿越該段，速度可達55km/h，但由于兩匝道橋橋墩間間距無法滿足55km/h速度超高的加寬要求，限制了列車在該段的運行速度，最終使得該段右線不能設置超高，列車運行速度僅達到30km/h。如下圖所示。
2、指導車輛專業對車輛技術參數的選擇
由于城市軌道交通車輛選型工作難度較大，既要考慮車輛的技術性能，又要考慮美觀舒適實用，從建設方角度還要考慮經濟合算，所以在設計中，車輛選型工作幾乎貫穿整個設計過程。
為了保證擬定車輛技術指標能滿足設計要求，我們可在擬定車輛技術條件前提下，利用牽引計算，先核算部分車輛技術指標是否達得到線路技術要求。例如，我們可以核算列車在定員或者超員狀況下，如果失去一部分動力，能在多大的坡道上起動，能以多高的速度通過線路限坡等等。我們還可以在擬定的列車牽引特性下，完成整個線路的牽引計算工作，再求算出整個列車運營范圍內所需的等效發熱電流，或稱均方根電流值（irm），如果滿足以下關系式：
irm≤（0.8~0.9）im
公式中：im——為車輛電機的額定電流值。 則表示擬定車輛電機的額定功率選定是正確的，滿足要求的。反之，不能滿足上式要求，則說明擬定車輛電機的額定功率選定是不夠的，不能滿足要求，需重新選定。
3、指導信號專業進行閉塞分區的設計
軌道交通系統的能力大小，主要是靠信號系統的制式來保證的，先進的信號系統能最大程度地降低兩列相鄰列車的追蹤距離，從而降低列車的折返時間，提高列車的追蹤能力。同時，不同等級的軌道交通系統，其乘客輸送能力差異大，線路、車輛條件有別，行車管理、運營組織方式也不同。因此，信號系統必須滿足和適應這一特殊需要。在以上條件確定的前提下，我們要進行信號閉塞分區設計。信號閉塞分區長度的確定，以及信號速度碼的確定必須在牽引計算工作的配合下完成。牽引計算不僅能直觀的反映出列車在各個點所處的速度，而且還可以反映線路要求限速的位置、范圍，從而有效地劃分出閉塞分區的長度及速度碼。閉塞分區長度的計算公式如下：
l=lf+lz+ls 層式中：l——閉塞分區長度；
lf——制動反映時間所走距離； lz——列車從某一速度值制動為0速度所需制動距離；
ls——安全保護距離。
其中lz就靠牽引計算來測算。
在折返站信號閉塞分區設計時，我們也是根據不同的折返站布置形式，盡可能地用信號系統來滿足折返能力要求。這一設計過程也與牽引計算工作密不可分。
4、指導牽引供電專業對主變電站規模的確定以及各牽引降壓所數量與分布的確定
主變電所是軌道交通能源優秀部位，它的容量大小直接影響整個軌道交通系統的運輸能力。為了節省能源，我們在設計中又不能將它設計成無限大，如何正確合理選定主變電所容量及牽引降壓所數量與分布，必需依靠列車牽引模擬計算，即牽引計算。只有在牽引計算工作完成之后，根據列車在不同的位置上所處的工況，確定在該位置時間矢量的耗電量大小，從而累計出列車在整個運營線路上的耗電量大小，為牽引供電專業提供設計依據。
5、指導環控專業對地下車站和地下區間的環控通風設計
列車在地下區間運行時，由于列車運動帶動區間空氣運動，造成活塞風，如何利用活塞風，保持地下空間的溫度，是環控專業需要解決的問題，這個問題的解決，也必須在列車牽引計算工作完成后，才能有針對性地確定列車在不同的速度下通過地下區間造成活塞風的大小以及產生熱量的大小，從而選定隧道風機和排熱風機設置位置及風機功率大小。根據列車通過地下區間的頻率以及每列車所散發的熱量，來確定如何調劑地下區間的溫度。
6、結論
當然，線路、車輛、信號、供電及環控專業的設計工作的制約因素還很多，牽引計算工作所起的指導和制約作用只是其中之一，但是正確、合理、經濟地作好牽引計算工作對優化平、縱斷面設計，經濟合理地選擇車輛類型、正確完成信號閉塞分區設計、選擇經濟合理的牽引供電系統容量以及正確合理地完成地下區間和車站的環控通風設計均具有指導作用。
摘 要 針對城市軌道交通自動化技術的快速發展, 提出了電力監控控制中心系統應考慮的設計與技術問題, 旨在保證系統健壯性及應用開放性。
關鍵詞 城市軌道交通,供電系統,電力監控,控制中心系統,監控和數據采集
電力監控系統完成對城市軌道交通全線各種變電所、接觸網設備運行的遠程實時控制、監視及測量,處理供變電系統的各種事故及報警事件,實現供變電系統的運行、維修調度管理自動化,提高供電質量,保證供電系統安全、可靠。
在軌道交通電力監控系統整體網絡拓撲結構中,控制中心監控系統是數據采集、數據處理、數據管理、數據存儲、數據共享、數據分析與系統實時控制的優秀節點。控制中心監控系統通過通信通道與變電所綜合自動化系統進行信息交換,變電所綜合自動化系統通過所內通信網與所內各智能化電氣裝置( ied) 通信。因此控制中心監控系統設計的可用性、健壯性、開放性、拓廣性與可維護性極為關鍵。本文通過一個設計方案論述了部分設計思想與技術要素。
1 系統設計準則
(1) 開放性設計原則
從今后軌道交通企業信息網發展的全局考慮, 控制中心監控系統位于承上啟下的中間環節。為此,系統設計應充分考慮其應用擴展性及與其它系統的互連性。開放性設計是關鍵要素,要應用成熟的國際與工業標準。在系統構成上,采用并設計開放式的系統支撐平臺結構與應用平臺結構。兩平臺應為分離架構。
(2) 分布式系統原則
按照不同的功能要求,將不同的應用及其數據駐留于空間上分布于不同位置的工作站節點。按功能進程分劃,將處理能力分布到所需之處,包括硬件/ 軟件/ 功能/ 處理/ 數據的分布等。網上客戶/ 服務器分布式模式是一種優化模式,提供了所必需的靈活性。它不僅僅是客戶/ 服務器在網上的物理連接與通信,而且其優化的優秀在于應用程序、數據和處理任務按功能進程在網上分劃,并使故障清晰隔離;并以響應/ 請求的網絡通信模式構成分布技術支持,從而成為規模優化的性價比高的構架方案。
(3) 網絡互連原則
以工業標準為標志,如tcp/ ip 網絡協議、u2 n ix 等操作系統和迅速發展的全球internet 網,形成軌道交通監控系統有效集成,從而可使各個分布網絡數據共享。從總體應用及網絡拓撲意義上講, 這些分布系統的綜合將更為有效地保證軌道交通各監控系統運行,減少系統集成的復雜性及高成本,使數據共享的意義大為增值。
2 系統結構
基于以上原則所設計的一個軌道交通的電力監控和數據采集系統(scada) 整體網絡拓撲結構如圖1 所示。控制中心與被控站之間采用通信系統專用透明以太網絡通信通道。控制中心監控系統利用兩個標準的獨立網絡端口與各變電所自動化系統之間構成共享總線式以太網結構形式。
系統集成架構應基于系統不同的應用層次綜合考慮不同節點的配置。如優秀與骨干計算機節點可采用64 位risc unix 服務器。其中數據庫服務器采用部門級服務器和共享磁盤陣列方案,數據庫平臺采用主流的標準關系型商用數據庫管理系統,從而提高系統可用性與可靠性指標。
由于以太網使用基于競爭的介質訪問機制,應考慮通過網絡分層及分段來分割沖突域。應注意的是,為減少網流負荷、提高網絡性能所建立的網絡互連構件應以交換機為主,以區別采用路由分段2003 年
的不同。局域網(lan) 交換機可用于對多個同/ 異類lan 的分段。如同類交換機透明地將一個單一lan 分成多段,每段代表一個獨立的不連續單元,成多個相對獨立的客戶/ 服務器族。每一族中客戶與服務器等同地位于同一交換機上,從而平滑網絡結構。
圖1 電力監控系統結構圖
系統整體結構均采用客戶/ 服務器模式,將實時數據處理工作分配給scada 服務器端。而將人機界面部分集中至客戶端,實現信息資源的高度共享,提高系統整體性能。此外,這種分布式結構使得系統的配置(硬件與任務) 靈活,系統擴充和升級方便;同時,開放式系統設計可保證系統資源得到充分共享。
控制中心監控系統主要包括冗余scada 服務器、冗余數據庫服務器、操作員工作站、統計報表工作站、維護工作站、網關等主要節點。其中冗余數據庫服務器采用共享磁盤陣列實現數據高度一致共享,采用ra id5 邏輯磁盤組實現磁盤冗余備份。系統采有冗余100 mbit 以太網雙網體系結構,網絡通信協議為tcp/ ip 。正常情況下,兩個lan 網同時工作,傳送不同的系統信息。當其中一個網絡發生異常或故障時,系統自動將全部需傳送的信息切換到另一個網絡上。
scada 服務器利用隔離的數據采集網,接收被控站通過通信系統專用透明以太網絡通道上傳的生數據,將其處理成熟數據后,從網絡服務器后端的雙網提供給全系統其它節點機使用。
位于停車場的供電復示系統,通過通信系統提供的透明以太網通道與控制中心監控系統通信。供電復示系統利用網絡服務器作為路由,從采集網經由網絡服務器享受后端主網的數據服務。
3 軟件設計
控制中心系統軟件設計應根據城市軌道交通被控單元分布特性,以及集中控制與分布控制相結合的應用特點來考慮。在此僅列舉某些要素。
基于開放式支撐平臺,并采用面向對象技術的分組分層分塊式,中間層為構件塊的軟件體系結構(如圖2 所示) 。此分層平臺體系設計旨在保證平臺的中性結構,支持應用層面上多樣性的各應用系統。
系統中的所有軟件功能,如應用程序、數據處理與通信任務等按功能進程都基于客戶/ 服務器結構在網上相對分劃,分布于整個網絡中。網絡中任何一節點都可在線同時訪問到系統中的所有功能, 實現完全意義上的功能分布。
跨平臺的電力監控自動化一體化解決方案中, 如設計一個可視化及圖形用戶接口( gu i) 子平臺, 一次性gu i 設計及繪圖,多平臺(各種unix 、win2 dows 、web 瀏覽器) 調用,可實現可視化效果的一致性、調圖實時性及良好的可維護性。
圖2 控制中心系統軟件層次結構
采用商用數據庫和實時數據庫相結合的數據庫系統,可同時滿足對數據的可靠性管理和電力監控系統對數據實時性的要求。商用關系型數據庫具備開放的國際標準數據庫語言訪問接口,方便與外系統的互聯和數據共享。客戶/ 服務器分布式處理及訪問模式,數據源統一,從根本上保證數據的一致性。完善的觸發器處理機制,可保證相關數據的一致性、完整性。所設計的實時數據庫與描述參數庫有完備的映射關系。更改描述庫內容時,自動更新實時庫,保證一致性。應采用“軟總線”應用程序訪問接口,支持各種實時應用。系統應支持不同類型的實時數據庫或者同一實時數據庫的備份,分布在不同的網絡節點上。分布式實時數據庫應設定主值數據庫(參考庫) 、數據庫的備份(用于冗余服務器) 和鏡像(用于客戶端) 。同一數據庫的不同鏡像的數據要保證一致性。一幅畫面上的動態數據可取自不同數據庫節點。
網絡上任何節點對服務器的寫訪問,均由分布式數據庫透明訪問機制導向主備雙服務器。對服務器的讀訪問,均由分布式數據庫透明訪問機制導向主服務器。簡言之,全網均使用主服務器處理的結果為唯一數據源;備份服務器的數據庫僅供熱備用,不提供使用。鏡像庫結點不處理,完全依照主服務器的實時庫進行可靠同步。
提供針對高實時性應用及突發性數據需專門開發瞬時同步大批量存儲技術,使得本來適用于信息事務處理的商用數據庫能夠高速而有效地存取實時系統的數據。
網關機配有web 實時畫面服務,以開放的方式向外系統提供最便利的anytime & any2 where 實時畫面瀏覽訪問及遠程系統維護支持,還可有效地支持大屏幕系統和信號系統的實時畫面瀏覽訪問。設計矢量畫面技術,保證web 畫面調用響應與常規監控界面接近。
4 結語
本文涉及的城市軌道交通電力控制中心監控系統的設計與技術,僅為快速發展的計算機技術、網絡通信技術、數據庫管理技術以及相關設計要素中的幾項。從今后軌道交通企業網發展的全局考慮,一個電力監控系統的建設包含諸多相互關連的部門應用及設計屬性,例如電力監控系統所處企業網系統的位置、與環境及其它輔助監控系統的平臺一致性、網絡架構優化、系統安全性、數據優先性、傳輸系統開銷等。重要的是,應制訂一個適合的近、遠期發展體系結構,以保證系統構架的現實性、實用性、長遠性、經濟性,可拓性以及技術持續先進性的有機協調發展。
摘 要 從運營的角度對現行城市軌道交通總體設計中的客流、線路配線、列車配屬、環控制式、軌道等提出了看法。在新一輪城市軌道交通建設高潮中,必須要從系統的角度,綜合考慮已建軌道交通存在的一些問題。
關鍵詞 城市軌道交通,總體設計,運行
作為城市公共客運體系的骨干和城市最大規模的基礎設施項目,城市軌道交通的建設不但決定了城市公共交通發展的水平和方向,而且對城市經濟、城市結構和規劃發展方向均產生了巨大而深遠的影響。由于我國絕大多數城市處于一種超常規發展階段,城市總體規劃滯后,交通規劃、軌道交通的路網規劃處于一種不穩定狀態或空白狀態。作為城市軌道交通的總體設計單位必須要認識到這一特征。筆者結合自己十多年參與軌道交通建設、運營的切身體會后認為,運營業績應是貫穿城市軌道交通總體設計的主線,應成為軌道交通建設的出發點和歸宿點。為此,從運營角度談一談自己對城市軌道交通總體設計的一些看法。
1城市軌道交通總體定位
城市軌道交通的總體定位是決定項目建設的戰略性問題,它應偏重于宏觀性、整體性和策略性的分析。由于各城市在軌道交通前期研究階段技術積累不多,因此對軌道交通總體定位的把握在宏觀層面上、定性分析上就顯得格外重要。主要體現在以下幾個方面。
1.1 客流預測
客流預測是通過交通預測模型并在分析現狀的基礎上,對各年限內軌道交通線路客流的模型、分布、特征、規律等進行預測。然而,這種預測是利用沒有軌道交通情況下的現狀數據建立交通方式的分擔模式,由于模型與城市發展的規劃與變化的矛盾影響了其結果的可信度,因此對客流預測的結果要有一個理性的分析。要充分認識到現行客流預測不足的一面,以及還需要經過運營實踐反饋調整的另一面。國內對城市軌道交通系統規模的決策完全依靠預測客流這一做法,雖列入《地鐵設計規范》等國家標準,但設計依據似乎仍嫌不足。上海地鐵自1號線開通以來,關于客流大小的爭論就是一個最好的例證。唯客流論很容易摻入人為的因素。因此,不妨依據客流預測結果,再以國際上其它一些城市的形態、中心城市人口總量、人口密度和功能定位等相當的城市客流作為參考來比較,可能更接近實際情況。從表1可見,上海的市區人口數、人口密度、中心城區面積等指標,與東京、漢城等城市比較接近,所以其客流可參考這兩個城市來考慮。
1.2 城市超常規發展
我國正處于一個城市化進程加速發展階段,然而城市的總體規劃以及交通規劃、軌道交通路網規劃處于一種滯后或不穩定的狀態。根據發達國家的經驗,當城市發展成熟以及復合化功能提高以后,居住地和工作地選擇將會更加自由,交通更加活躍,地域之間的交通量將會更大。如東京市民生活半徑為60km,而北京市民生活半徑僅為20km。因此,現階段在軌道交通總體設計上對一些預留項目一定要有預見性。如車站換乘問題,以上海軌道交通4號線(明珠線二期)為例,作為上海路網中唯一的一條環線,它與路網中其它直徑線的換乘必然很多,如果全部采用“島—島”換乘模式,不論在換乘客流上怎么自圓其說,其在預見性方面的考慮顯然是不足的。北京復興門站換乘方式也有很深刻的教訓。筆者認為,像上海城市軌道交通的換乘型式,應首推華盛頓地鐵“側—島”換乘模式。
1.3 建設規模、速度及標準
各地建造城市軌道交通都面臨資金壓力,因此怎樣控制建設規模、建設速度和建設標準,不僅需要一個科學的態度,而且需要掌握好分寸,具有前瞻性。軌道交通工程尤其是地下工程有一個最大的特點,就是建造完以后很難更改,因此一味為了追求建設規模和速度而人為降低建設標準是不足取的。
2 線路總體設計與路網的關系
2.1 路網對單條線路的影響
每一座城市要修建軌道交通都不能沒有路網。每條線路在總體設計階段都需要在線路走向、換乘點設計、規劃控制、聯絡線設計、修建順序、停車場布置等方面和路網發生關系。線路走向不穩定會影響路網整體布局的合理性;換乘點不明確會導致換乘方式嚴重缺陷以及增加后續工程的建設難度;沒有預留停車場和聯絡線用地位置,就不能從整個線路的角度做到資源共享,這對工程建設和運營的經濟性都十分不利;不重視修建順序的研究,很難盡早合理發揮軌道交通的整體效益。
做好路網的規劃,最終是為了控制建設用地規劃,保證路網規劃的可實施性,減少今后工程實施難度并降低造價。在這一方面我們的教訓應該說是很深刻的了,如上海地鐵1、2號線人民廣場換乘問題,東方路站節點等問題,都是路網和單條線路沒有很好銜接的最好例證。
路網的規劃一定要做到專業規劃的深度。僅有概念性的路網規劃等于沒有路網規劃。除此之外,路網規劃還應考慮大交通網絡,包括公交、私車、市郊鐵路、地鐵輕軌等多種形式,應是一個多樣化的綜合體系。軌道交通的鋪設方式也應是多樣化的,地面、高架、地下有機結合,不能一味修建地下線。
2.2樞紐站設計
由上海市和法國索菲圖公司聯合編制的上海城市軌道交通路網規劃中,共設置了16座大型換乘樞紐站,其中4線換乘站為2座,3線換乘站12座,2條市域線換乘站為2座。這種以大型換乘樞紐站為錨固點,根據城市形態進行路網規劃的主題思想是合理的。但在樞紐站設計過程中,應與商業中心、行政中心、地面交通中心合理分布,不宜過于集中。應避免一味強調所謂“零距離”換乘。大型換乘樞紐站設計原則應“疏而不散”。作為客流的集散中心,必須要有充分的空間提供給客流“集與散”。像東方路這種4線換乘樞紐站,遠期日均客流總量可能高達60～70萬人次,如果不與周邊地塊規劃較好地融合(最好同步規劃),客流會對附近地面道路形成很大的沖擊。如法國巴黎著名的換乘樞紐站———拉德芳斯,全天客流為50多萬人次(其中包括少量公共汽車系統),換乘客流達40萬人次,而整個換乘樞紐站占地面積(結合地塊開發)達750hm2。
3 線路的配線設計
線路配線設置包括渡線、折返線、聯絡線、車輛停放線、存車線以及出入庫線。對比國內外線路配線的設計不難看出,國外配線設計注重功能設置,而國內線路配線設置則較多注重“形式”。如《地鐵設計規范》規定:每隔3至5個車站的站端設渡線或車輛停車線。為滿足規范要求而設一條渡線的例子舉不勝舉。國外配線設計還表現在注重長遠,甚至考慮到土建結構大修時運營組織方案;而國內配線設置只看到眼前,如投資規模是否大,建設節點目標能否完成等。這種線路配線的設計很難在運營階段發揮較好的客運效果。圖1為德國慕尼黑路網配線圖,從中可以得到一些啟示。
應該先有運營組織的設想,再考慮線路的配線設計。而我們較多的線路設計對遠期運營方式還是停留在“紙上談兵”階段,線路總體設計在運營方式上考慮還是“爛泥蘿卜吃一段揩一段”。這對運行里程較短的線路,問題還不算十分突出,無非是運行效能發揮不是最優,運營靈活性差一些。而對上海路網中規劃長達100多km的市域線來說,若不盡早進行研究運營模式,將來運營問題可能會非常突出。很明顯,市域線采用一個交路的運營模式肯定是不經濟的,而采用何種模式的確值得探討。研究市域線的運營模式一定要結合上海的城市特征及總體規劃。
筆者認為,市域線如果是一種制式,應在中心城區和市郊區采用交錯運營的模式,交錯點的選擇可分別設置在內、外環線附近,中間折返站最好采用雙島式車站方式,便于兩端折返。以規劃中的上海市r3線為例,其運行交路設想如圖2所示,具體折返點的選擇可根據規劃、客流等作進一步研究后酌定。
如果客流分布懸殊或因市域規劃等因素,中心區客流高度集中,新發展的城市帶發展不快,造成客流“中間大兩頭小”的特點而很不匹配,即使采用圖2的交路也避免不了土建設備投資的浪費;則采用不同制式的軌道交通,則可能會更為經濟合理,其運行交路亦可采用“紡錘型”。
4 列車配屬數
列車配屬數主要是根據客流和行車組織方案來表示。總體設計往往根據客流預測表,通過大小交路的設置,提出運營組織方案來滿足客流斷面的要求。初期列車配屬數通常約為每公里一列車。如上海現運營線路長度為65km,列車配屬數為64列384節。從國內現有運營地鐵線路的實際情況來看,這種方式配屬列車不太合理。首先,客流斷面沒有明顯變化的情況,正常運營方案小交路很難實施;若采用大交路運營,列車行走里程增加,原有的列車配屬就顯得緊張。其次,按現行建設管理的實際情況,在土建、機電設備安裝完成后,列車才能陸續抵達進行調試;列車全部調試結束,一般比試運營要晚2年左右;為了使早已完工的線路盡早發揮運營功能,往往采用從其它線路借車的辦法,使原本不夠的車輛更加緊張。此外,客流的不確定性,以及土地利用和交通之間本身明顯的互動聯系,在客流預測階段不能很好地反映出來;若規劃沒有很好對地鐵沿線用地進行控制的話,軌道交通的導向作用將導致沿線地塊迅速開發。如上海地鐵1號線南延伸段沿線的開發密度過大,造成客流激增。鑒于以上因素,建議列車配屬按近期考慮。表2為國外部分城市車輛配屬一覽表。由表可知,若按6節編組計算,每公里列車配屬數約為2列。
5 環控模式
地鐵的環控模式不外乎3種:開式、閉式和屏蔽門模式。按新頒布的《地鐵設計規范》,在夏季當地最熱月的平均溫度超過25℃,全年平均溫度超過15℃,且地鐵高峰時間內每小時行車對數和每列車車輛數的乘積大于120時,可采用空調系統。鑒于此,上海地鐵環控系統制式也只有閉式系統(開、閉運行)和屏蔽門系統兩類。有趣的是,上海地鐵1號線采用屏蔽門系統(緩裝),2號線采用閉式系統(開、閉運行)方式。從表3可看出,線路規模相當的兩條地鐵線,且1號線客流大于2號線的情況下,2號線的照明、空調費就比1號線多將近1000萬元。由此,兩種制式技術經濟指標一目了然。
因此,上海地區地鐵環控最佳制式是采用屏蔽門系統。至于采用屏蔽門系統后長大區間隧道溫度升高問題,可采用局部預留冷源或增設中間風井的辦法來解決。香港地鐵“香港—九龍”海底隧道就是采用預留冷源的辦法。上海地鐵4號線設計時則采用增設中間風井的方法。
從地鐵新老規范中關于采用空調系統的規定對比來看,新標準的制定是有意識降低空調的使用條件,鼓勵使用空調提高舒適度。然而,現上海正在實施的部分線路中,車站設計采用“路塹”式,單層、側式站臺,環控只考慮通風不使用空調。這一設計標準值得商榷。顯然,現行做法可能與規范修訂的初衷相違背。
6 軌道結構
地鐵軌道結構的設計有別于干線鐵路,其自身的特點決定了軌道結構的設計原則是“減振、降噪,少維修”。國內外大量研究表明,地鐵軌道結構按其減振效果來劃分,可分成3大類:第一大類為一般扣件,其豎向剛度在20～69kn/mm,有一定的減振效果;第二大類為柔性扣件,其豎向剛度在10～25kn/mm之間,用于減振要求相對較高的區域;第三大類為特殊要求的減振軌道結構(減振型軌下基礎),用于對減振降噪有特殊要求的地段。
上海自地鐵1號線建設以來,在軌道結構設計上由于受特定環境的限制,走了一些彎路。地鐵1、2號線總體設計原則沒錯,但考慮到當時的投資及市場環境的制約,減振扣件設計采取模仿國外產品。但從這么多年的使用效果來看,是“有其形、無其魂”,主要還是歸結到橡膠制品加工工藝、配比、材料選用等問題。對此,雖做過大量反復改進,使產品的測試能滿足設計指標,但橡膠實施階段的老化問題總過不了關。不難理解,這是因為涉及到橡膠行業優秀技術,不是憑簡單的模仿可以學到的。從國外軌道結構的設計來看,設計者對軌道扣件的設計只是產品的選型,而非軌道扣件產品的設計。設計只提供技術指標和相關參數,產品生產廠家去做動力學分析,設計出產品。從國外通行的做法中可以看出它的合理性:廠家的產品競爭不僅是價格競爭,還是專利和優秀技術的競爭。這種產品選型的習慣做法既有利于技術進步,也有利于保證產品的質量。
軌道交通3號線自開通以來,噪聲影響一直是困擾管理者的一個難題。這個問題既涉及設計理念,也涉及建設標準。在軌道結構設計中,片面強調扣件高度可調節量而忽視扣件彈性,不能不算是一個失誤。高架結構噪聲是一個綜合性的問題,需要采用綜合措施才能解決。國內外的專業人士對解決這一問題的相關措施都較熟悉,但關鍵是建設標準怎么控制。如果一味強調造價,其結果是將使后期改造費用更高。
摘要：工程咨詢設計是利用準確適用的信息和專家的智慧及經驗，運用手段、管理、和工程技術等方面的知識，為建設項目的決策和管理提供咨詢的智力服務。城市軌道建設項目是大型的系統工程，有其自身的特殊性，本文針對當今城市軌道交通建設方興未艾的形勢，結合城市軌道交通項目的特點，重點論述了咨詢設計在該特殊行業的作用及如何發揮其作用的。
關鍵詞：軌道交通；咨詢設計；項目管理
o引言-中國城市軌道交通建設方興未艾
據統計，今后五年中國城市軌道交通將有大，將建成總長度四百五十公里左右的城市軌道交通線路。中國人口過百萬的三十四個城市中，有二十個超大城市和特大城市正在建設和籌建自己的軌道交通。其中，北京、上海、廣州在續建地鐵。北京規劃未來地鐵總長將達到四百零八公里。上海目前已有三條地鐵線投入營運，“十五”期間將建設包括磁懸浮、輕軌、地鐵在內的十條軌道交通線路，全長超過二百公里；廣州全長十八點四八公里的地鐵一號線已在一九九九年六月通車，目前全長二十三公里的地鐵二號線工程正在積極展開，預計到2010年將構成全長近一百三十公里的廣州軌道交通網絡。此外，深圳、南京已在動工興建地鐵。西安、沈陽、成都、大連、青島、哈爾濱、鄭州、天津、長春、重慶、武漢等城市已在擬建地鐵及輕軌交通。中國城市軌道交通建設方興未艾。據中國國家計委有關部門提供的資料顯示，“十五”計劃期間，中國城市軌道交通建設投資將達二千億元人民幣。
軌道交通建設項目是大型的綜合性系統工程。它具有投資大、建設周期長、專業繁多、設計面廣的特點，在其整個建設過程中，設計咨詢起著至關重要的作用。設計咨詢是一種高智能的技術服務活動，咨詢設計的質量及效果直接項目的結果。咨詢設計服務，將貫穿于建設項目的前期策劃、設計、建設和運營管理過程中。隨著中國加入wto的臨近，建設項目的管理和設計咨詢業務均必須與國際接軌，使之規范化、科學化、國際化，尤其是設計咨詢更應超前，同時帶動軌道交通項目建設管理的規范化。
1城市軌道交通建設項目的特點
城市軌道交通交通建設項目與一般的建設項目有很大區別，它主要表現在以下幾個方面：投資大
一項軌道交通建設投資動輒幾十億、幾百億元，京、滬、穗近年來修建地鐵的綜合平均造價已高達每公里六億至八億元人民幣。投資的巨大使得工程的資金風險很大。
工期長
一個軌道交通建設項目從籌劃運作開始到運營使用一般需要5年左右的時間，如受政府審批和資金籌措等方面的因素影響，時間會更長。
涉及面廣
軌道交通項目是一個城市的生命線工程，它直接關系到居民的生產、生活，關系到城市的國民經濟發展，她除能解決沿線及周邊地區的交通外，還能促進房地產市場、市場的開發，帶動整個地區乃至城市的繁榮和發展。在建設過程中，會涉及到城市交通、建筑、市政、環保等方面，甚至帶動相關產業的發展，它涉及到的方方面面及建設的意義，是一般建設項目遠不能及的。
系統、專業多，接口繁雜
軌道交通項目包括土建、機電、運營管理和投資經濟四大系統，下有二十幾個子系統三十多個專業，有多個單獨的分項分部工程，各系統、專業接口復雜。
由于城市軌道交通的上述特點，首先運作項目的業主必須具備專業的項目管理能力、寬泛的專業知識和較強的決策能力，但僅靠業主的實力是遠遠不夠的，這就必須充分發揮設計咨詢公司在城市軌道交通交通建設項目中的作用。
2設計咨詢在城市軌道交通交通建設項目中的作用
城市軌道交通項目同其它建設項目一樣，都必須經歷從醞釀、策劃開始，進而通過可行性、論證決策、計劃立項之后，進入項目設計和施工階段，直至竣工驗收和交付使用的項目周期。從項目建議書開始，咨詢設計貫穿于整個項目建設過程。在項目策劃階段，即參與項目的組織策劃、項目融資策劃、項目目標策劃和項目管理策劃。
項目組織策劃指建立工程項目法人責任制（即項目甲方），按現代組織模式組建與項目建設有關的管理機構及人事安排；融資策劃即為實現項目建設提供資金保障；目標策劃即制定項目投資目標、質量目標和進度目標的體系設定與實現；項目管理策劃是對項目實施的任務分解和任務組織工作的策劃，著力于提出行動方案和管理界面的設計。
項目管理策劃結構如下圖：&nbs
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3優化項目管理模式，充分發揮咨詢設計公司的作用
以上談到城市軌道交通建設項目的系統性和行業特點以及設計咨詢的作用。作為一個城市軌道交通資深的設計咨詢公司，我們積累了近年來國內多個城市的軌道交通建設經驗，近幾年國內各個城市的軌道交通的建設及國外的建設模式，可以歸納為以下三種方式：
第一種方式：政府作為投資的主體，委托項目法人代行政府控制的職能。這種模式在已建成的地鐵線路中采用，如北京地鐵復八線、城市鐵路；上海地鐵一、二號線；廣州地鐵一號線。
第二種方式：采用多元投資體制，促進軌道商業化運作。這在正在建設的北京地鐵5#線、上海正在建設的幾條線路中采用。
第三種方式：交鑰匙工程，即由工程總承包商負責整個項目的融資、設計咨詢、施工及調試。這在國際上已是通行的建設模式，相信在加入wto后，建設模式會逐步與國際接軌，而在這方面，設計咨詢公司有很大優勢，這與建設部對勘察設計行業改制的要求也是一致的。
以上建設方式可在今后的實踐中繼續摸索，但不管采用怎樣的建設方式，設計咨詢的作用是不變的，甚至如果采用第三種方式，設計咨詢公司將成為項目的主體。
軌道交通建設項目的管理，追求的是成本、質量和工期三大目標，咨詢設計也是同樣的，為實現上述三大目標體系，充分發揮咨詢設計公司的作用，必須制定相應的管理模式，配置合理的組織機構，具體措施是：
實現工程咨詢設計的相關主體單位：
a．甲方即業主或委托方，甲方應設專門機構對設計咨詢系統實施全程監控，并根據設計方的主要技術要求，提供或配合設計方搜集所需的基礎資料，編制并下達設計任務書，組織項目設計方案競賽與設計招標策劃。
b．乙方即設計方，對于大型系統工程，由于多系統、多單項工程，往往會涉及到多家設計單位，因此為實現項目設計的總體協調，必須設定一家有資質的設計單位作為總體單位，統一設計原則，協調系統接口。
c．監督方即設計監理方，由有資質的單位承擔，代表甲方對設計方的設計質量進行監督，審查全套設計圖紙。
項目咨詢設計系統管理結構
a項目咨詢設計的組織結構如圖3。建設項目法人聘請設計技術決策機構、設計監理和專家組，后者代表業主對設計咨詢成果進行評審決策，總體設計單位是設計咨詢工作執行的主體，對整個項目各子系統起協調和統一的作用，分項設計單位可根據情況設置一個和多個，總體組由多個設計單位的資深專家組成。這樣的層次結構能明確執行層和決策在技術和管理上的歸屬。
以上組織結構是實現項目咨詢設計系統三大目標體系的組織保障。
規范的質量保證體系是實現項目質量控制的保障
咨詢設計提供的產品為具有高含量的咨詢設計成果。設計方案的優劣與質量的好壞決定整個工程建設的造價和質量，質量是建設項目追求的關鍵目標。
①嚴格按iso9001質量保證體系進行設計控制和管理，各分包單位也要制定相應的質量保證措施并交總體院和甲方審查備案；
②對單項工程的協調和管理建立專門制度和紀律規定，如方案審查制度；定期例會制度；文件審查會簽制度；資料管理制度；相互來往聯系單制度；統一軟件環境制度等等。以上活動均以表格進行記錄，并按照統一要求編號，使管理規范化。
③嚴格按工程質量控制程序進行設計。
高素質的人才是項目成功的保證
設計咨詢業與其他行業的不同關鍵在于它具有較高的技術含量。因此，高素質的人才是項目成功的保證。在項目實施過程中，有三類人是非常關鍵的，他們是：既懂技術又懂管理的項目負責人；有較高業務素質、認真敬業的專業技術人員；懂、會經營、熟悉國際工程運作的經營管理人員。這三種人不論對設計咨詢單位還是對業主，都是非常重要的。
咨詢設計單位加強規范化管理，與國際接軌
總之，工程項目的咨詢設計，包括投資機會、編制項目建議書、可行性研究、工程設計（包括初步設計、技術設計和施工設計）、建設階段咨詢、生產準備階段咨詢、生產階段咨詢包括后評估等。軌道交通工程作為大的系統工程，必須嚴格按照建設程序進行項目建設，并突出設計咨詢系統的重要作用，使項目的建設更經濟、更合理、更。
提 要: 根據莘閔軌道交通線高架橋的設計, 重點介紹了軌道高架橋設計的整體構思, 和一些重要問題的處理方法, 并給出部分參考數據, 對同類設計具有一定的借鑒作用。
關鍵詞: 軌道交通; 高架橋; 設計
1 前言
上海市莘閔軌道交通線是上海市閔行區南北向一條重要的公共交通干線, 是上海市軌道交通網絡系統中的一個組成部分, 同時也是我國在建的第一條城市輕軌交通線。工程全長約17. 2km, 其中高架橋合計總長約16. 7km 。高架橋主要包括區間標準簡支跨(lp= 30 m )、區間連續梁及跨1 號線處滬杭鐵路線、橫瀝港等節點工程。
自2000 年7 月起, 我們承擔了連續梁和橫瀝港節點等的初步設計及施工圖設計工作。工程計有預應力及鋼筋混凝土連續梁、岔線梁17 聯, 其中含節點工程1 個, 合計線路長度約1. 8km, 12 月底完成了設計。該工程于2002 年初施工完成。
2 莘閔軌道交通線高架橋建設環境、工程特點及整體設計構思
2. 1 莘閔軌道交通線高架橋建設環境
莘閔軌道交通線是上海市在建的第四條軌道交通線, 其中三條已建成或部分建成, 第一條線路地鐵1 號線全部走行于地下和地面, 第二條地鐵2 號線僅有局部(約一個半區間) 為高架線路, 第三條明珠線大部分為高架線路(約21. 4 km)。1999 年開始修建的明珠線是上海乃至我國首次在城市軌道交通線建中大規模采用高架線路, 城市軌道高架橋的設計、建造第一次在大型工程建設中得以實踐。
1998 年明珠線高架橋設計時, 已針對性地作了一些專題研究, 理論上解決了一些設計、施工上的難題, 提出工程上處理措施。截止2000 年, 從部分施工完成的工程上看, 這些方案和措施, 大部分都是成功和有明顯效果的, 但也發現了一些問題, 如橋梁整體造型差、結構安全儲備偏大和箱梁底板出現沿筋縱向裂縫等。此外, 還由于時間關系, 對一些關鍵問題, 如基礎豎向沉降等, 也無法觀測和驗證。由于明珠線為地鐵, 莘閔線為輕軌, 兩者也存在一些差別。所以, 對莘閔線有關專家評價為: 國內初次建造, 沒有成熟的經驗, 更無現成的規范。
2. 2 莘閔軌道交通線高架橋工程特點
與一般鐵路橋梁相比, 莘閔軌道交通線高架橋有下列特點:
(1) 列車荷載小(軸重110 kn ); 運營最大車速v y, m ax= 60 km /h,
(2) 車速中等(最大設計車速vm ax= 80 km /h);
(3) 線路設計坡度大(最大設計坡度im ax= 30‰);
(4) 制動長度短(要求在100 m 長度內, 將車速由60 km ?h 制動至零速);
(5) 長鋼軌;
(6) 無碴承軌臺結構;
(7) 造型美觀度要求高;
(8) 乘坐舒適度要求高。
2. 3 莘閔軌道交通線高架橋整體設計構思
根據我國、特別是上海市軌道交通線高架橋建設的現狀和能力, 重點考慮我國公路、城市道路和鐵路橋梁建設多年來積累的成熟經驗和方法, 充分吸收和借鑒上海市城市軌道明珠線高架橋建設的經驗、教訓, 適當兼顧高架橋的現澆施工方法的需要, 在莘閔軌道交通線高架橋整體設計時, 在以下幾方面進行了重點研究:
2. 3. 1 高架橋造型
城市軌道高架橋的選型應考慮功能、景觀、經濟、施工、占地和工期等幾方面的需要, 其景觀度的要求遠高于鐵路和公路橋。通過對已建成的明珠線高架橋(如圖1) 的調研, 認為其景觀度中等, 主要不足為外形滯重, 給人一種粗笨的視角效果; 另外, 從橋梁受力上講, 橋墩安全儲備略顯偏大。本次根據上海位于江南的地理環境和上海市道路用地范圍窄、兩側高樓林立的特點, 采用融合法和消去法, 使之從屬城市環境。如圖2 為最后采用的造型, 其具有造型柔和, 色彩暗淡, 弱華視角效果的特點。
梁部同明珠線一樣采用箱梁, 主要考慮了兩方面的原因: (1) 箱梁整體受力好, 收縮徐變小; 適于中跨和大跨、簡支或連續結構, 可用于直線段、曲線段、出岔段和變寬段等, 減少橋梁類型; 設計施工經驗豐富、成熟。
(2) 與明珠線保持協調一致。
墩柱采用不同于明珠線的變形單柱墩, 主要考慮莘閔線為橋寬僅8. 80m 的單箱單室箱梁, 其梁部支承點相距較近; 箱梁側面與墩柱上部可采用一致斜率的直線, 而墩柱上下部采用大半徑圓曲線過渡, 使得線條流暢、比例恰當、造型優美; 對墩高的變化適應性極強; 受力合理, 材料節省, 施工方便、快速。
2. 3. 2 連續梁梁部預應力配束型式
通常, 對于跨度小于60 m、聯長小于150 m 的中等跨度現澆預應力混凝土連續梁, 為方便施工, 對預應束的錨固采用端錨型式, 與之相應, 預應力束多采用“長配束”型式布束。但莘閔線由于高架線路長達10 多km , 而梁部又只能采用現澆法施工, 為使大部分梁可以平行施工, 互不影響, 預應束的錨固只得采用內錨型式。所以, 對聯長均不大于150 m , 且多為三孔一聯的莘閔線連續梁如仍沿用傳統的“ 長配束”型式布束, 顯然是不經濟的。為此, 對莘閔線連續梁配束式進行了研究。
結合懸灌法施工的連續梁的“ 短配束”型式, 共提出了三種配束方案: 長配束、短配束和長短束。并以(27 + 40+ 27) m 連續梁, 按施工圖設計階段進行地了同精度比較, 詳見表1:
表1 鋼束布置型式比較表
經綜合比較結構尺寸及受力、施工難易程度和工程投資等, 最終連續梁采用“ 長短束”配束方案。
2. 3. 3 縱向力及墩頂位移的控制
對于無碴無枕的無縫線路, 由于溫度變化、梁部撓曲引起梁軌間發生相對位移和低溫時鋼軌斷裂均產生很大的縱向力。通過研究, 縱向力對連續梁梁部影響一般小于3% , 梁部設計時可以不計; 但對于墩柱及基礎, 受到的縱向力作用非常大, 在設計中起主導作用, 往往控制設計; 若按單墩承全部縱向力, 則墩臺身及基礎都比較龐大, 工程上造成浪費, 設計時應考慮墩臺的共同作用, 將縱向力按墩身剛度(含支座剛度) 進行分配, 以使受力趨于合理, 經濟上節約。
對于墩頂位移如按一般橋梁? ≤5l 1/2 (mm ) 控制, 旅客乘車的舒適性就會很差。本次參照秦沈高速鐵路的意見, 采用更嚴格的控制指標: 按下部結構縱向水平線剛度控制。但由于輕軌與高速鐵路存在區別, 設計時將秦沈水平線剛度指標進行了適當折減。
2. 3. 4 豎向位移控制
高架橋上的無碴無枕軌道在施工完成后, 可以調節軌道高程只有軌道扣件。為保持運營期間線路設計坡度、減少線路豎向變形, 橋梁工后豎向變位必須控制在軌道扣件允許范圍以內。莘閔線采用的w j21 型的調高量為40 mm , 用于正線或輔助線; ? 型為10 mm , 用于岔線。
圖3 豎向變位關系示意圖
工后豎向變位主要由預應力梁的收縮徐變和基礎不均勻沉降產生, 參見圖3, 可按下面方法計算: 由圖3, 可得s= m ax[sz, sz-s”(x)+ s’(x)] (1) 預應力梁的收縮徐變s′(x) 和基礎不均勻沉降s”(x) 為時間的函數, 豎向變位s 可表示為: s= s (t) (2) 橋梁豎向變位允許值[s ]一般取為軌道扣件調高量的50～ 75% , 但對于? 型, 取為10 mm 。
2. 3. 5 抗震設計
目前, 我國還沒有軌道交通高架橋的抗震設計規范, 而通常橋梁抗震設計中普遍采用的《鐵路工程抗震設計規范》及《公路工程抗震設計規范》, 又沒有或無法考慮橋上無縫線路軌道對橋梁結構的作用。對此, 同濟大學的馬坤全等進行了研究。在設計中采取了如下原則或措施來進行抗震設計。① 高架橋上軌道結構對橋梁的縱向約束作用, 顯著減少了橋梁的縱向地震響應及對橋梁的抗震延性要求。② 板式橡膠支座可以明顯減少橋梁的地震響應, 改善橋梁的抗震延性性能。③ 墩柱縱向鋼筋的配筋率θ1≥0. 95% , 能確保該高架橋滿足“ 小震不壞, 中震可修, 大震不倒”的強度和變形控制原則。
2. 2. 3. 6 基礎沉降控制
由于莘閔線設計時, 明珠線高架橋基礎沉降的資料還來不及反饋, 故莘閔線仍采用明珠線高架橋基礎沉降控制的專題研究結論。定性上將大部分樁基礎置于⑦2 層上, 對于少量⑦2 缺失者, 置于⑧1 層上; 定量上采用鐵路、公路及上海市規范進行沉降檢算, 控制絕對沉降不大于30 mm, 相對沉降差不大于10～ 15 mm 。為減少沉降, 要求樁基礎施工完成與承軌臺開始施工的時間間隔不小于一定的時間。該時間一般取為90 d。
2. 3. 7 施工方法
根據上海市建設的經驗、莘閔線的實際情況和上海市現有的施工水平、經驗等, 考慮到高架橋高度通常不大于8. 0m, 個別地段(如車站范圍等) 也不大于2. 12. 0m, 經過綜合比較工期、經濟、施工難易程度和施工期間對環境、居民的影響等, 橋梁采取現澆法施工, 且以滿堂支架現澆法為主。梁部采用商品混凝土、泵送、滿堂支架澆筑; 墩柱采用商品混凝土、泵送或人工倒運、現澆。基礎樁基若為打入樁, 則以預制為主; 若為灌注樁或其他形式基礎, 多為商品混凝土就地澆筑。為減少梁部結構的收縮徐變和基礎的沉降以滿足無碴軌道結構對橋梁豎向變形限制的要求, 要求承軌臺施工開始與梁體施工完成的時間間隔不小于一定數值, 對簡支梁, 一般為90 d, 對連續梁為180 d。為保證工期, 采取多點、面平行施工梁部。
3 連續梁梁部設計
3. 1 設計基本資料和參數取值
3. 1. 1 基本資料
(1) 列車活載: 如圖4:
(2) 線路數: 雙線, 線間距3. 3m;
(3) 橋梁寬度: 直線段8. 0m;
(4) 行車最大速度: 80 km /h;
(5) 地震力: 設計烈度7 度, 場地土類別類。
3. 1. 2 設計參數
·二期恒載: 64 kn /m;
·支座不均勻沉降: 考慮徐變折減后取0. 5～ 1. 0 cm;
·溫度力: 均勻升溫20℃ 、降溫-10℃; 非均勻升溫5℃;
·列車橫向搖擺力: 按豎向活載的2. 5% 計;
·列車活載沖擊系數: 1+ λ= 1+ 12/(38+ l ) r jy= 1 860m pa, stm 1529 錨具。
·制動力和牽引力: 按豎向活載的15% 計, 當與(2) 施工方法: 滿堂腳手架現澆法施工。離心力或和沖擊力組合時, 按10% 計。(3) 計算理論: 全預應力結構。
3. 1. 3 其他資料
(1) 材料: 3. 2 梁部橫斷面、立面設計
混凝土: c50; 典型的橫斷面如圖5, 立面圖根據需要設計有三j 15. 20 高強度低松馳鋼絞線, 如圖6:
交大李喬教授等的a s23. 3 結構受力分析、計算cb 和大橋局的prb p 等電算程序, 對個別項目, 采用對于結構受力分析、計算, 按薄壁曲線箱梁理論, 手工計算和調整。采用箱梁有限元法。首先將結構簡化為計算簡圖, 并劃對于具體計算過程, 可參見專著或文獻資料。下面分單元和節點, 根據不同施工階段荷載、結構和約束等給出部分計算成果: 的不同進行計算。具體設計時國內有很多成熟的專用
x ——控制點至梁端的距離(m )。n 采用的預應力根數。
3. 4 徐變、疲勞分析計算土齡期3 年時, 結構徐變拱度為11. 9mm 。另外, 也對30 m 簡支預應力梁進行了疲勞分析, 常用荷載下, 鋼為定量預應力混凝土梁的徐變影響, 采用徐變量絞線的活載應力幅為9. 2m pa, 小于允許的疲勞強度較大的進行了分析計算, 其在二期恒載施加后至混凝值52. 0m pa; 混凝土的最大疲勞應力為6. 2m pa, 小于允許的最大疲勞應力20. 1m pa 。由以上計算, 認為3. 5 主要經濟指標徐變、疲勞對連續梁不控制, 可不予檢算。
表4 連續梁主要經濟指標
指標1: 每m2 橋面的含量。指標2: 每m3 混凝土的含量(對普通鋼筋, 不含齒塊, 隔板、橫梁)。混凝土指標: 每m2 橋面的橋寬按線間距+ 4. 7m 計。
3. 6 按主+ 特檢算, 允許應力提高45% 。通過計算, 莘閔線的活載作用與汽2超20 級相當 4. 2 墩柱結構尺寸或略大。與明珠線相比, 總體上講略小, 具體為活載比約為明珠線的0. 84, 總荷載比約為0. 94, 隨跨度增大該值也變大。從混凝土、預應力鋼束和普通鋼材用量上講, 一般均大于公路汽2超20 級梁; 與明珠線比較, 除普通鋼筋大于明珠線外, 其余兩項相當。從結構尺寸上講, 一般均大于公路汽2超20 級梁; 與明珠線接近。
4 墩柱及基礎設計
墩柱及基礎的設計、計算, 除荷載組合與鐵路及公路橋梁差別較大外, 計算原理、方法均無本質差別。荷載組合的差別主要由軌道高架橋特有的軌道縱向力引起。為節約篇幅, 以下重點介紹其與鐵路、公路橋設計上的不同處和主要設計成果。
5 結束語
墩柱配筋一般遠大于汽2超20 級橋梁, 接近普通正在成為城市基礎設施的軌道交通中, 高架橋占國鐵橋梁。對于墩高小于8. 0m, 跨度30～ 40 m 高架線路長度85～ 95% , 而軌道交通高架橋的設計、施工橋, 一般每延m、每m2 橋梁墩柱混凝土為1. 2m3、在我國剛剛起步, 為此, 研究橋梁結構型式、造型、荷載0. 15m 3, 鋼筋為234 kg 、29. 3kg 。承臺混凝土含筋量的作用和施工方法、工藝等, 已成為迫切課題。
摘要 簡要介紹屏蔽門系統在城市軌道交通建設中的發展,及城市軌道交通屏蔽門系統的組成,并對其配電方式、蓄電池容量計算、控制設計進行描述,以供地鐵電氣設計人員參考借鑒。
關鍵詞 城市軌道交通 屏蔽門 系統 電氣設計
1概述
目前我國城市軌道交通項目建設處在快速發展和不斷完善的過程中。改善軌道交通設備系統及其配套設施,優化地鐵候車環境,提高城市軌道交通的服務水平,采用節約能源的新設備和新技術將是一種必然的要求和趨勢。
城市軌道交通站臺屏蔽門安裝于地鐵、輕軌等交通車站站臺邊緣,將軌道與站臺候車區隔離,設有與列車門相對應, 可多級控制開啟與關閉滑動門的連續屏障,簡稱屏蔽門。屏蔽門作為城市軌道交通的新型設備系統,在廣州地鐵二號線首次投入使用,由于其良好的節能效果和對乘客的安全舒適保障,越來越得到相關建設部門的認同。
2構成及功能
2.1基本構成
屏蔽門系統由機械和電氣兩部分構成,一般有三種結構形式,見圖1、2、3。
2.2基本功能
屏蔽門在軌道交通站臺中的基本功能如下:
a.屏蔽門可以防止人和物體落入軌道和非法闖入隧道,杜絕因而引發的事故、延遲運營與增加額外成本。
b.減少站臺區與軌行區之間氣流的交換,通過對地下車站通風空調制式的改變,降低車站通風空調系統的運營能耗。
c.成為鐵路車輛和車站基礎設施之間的緊急欄障和安全整合的安全系統。
d.減少列車運行噪聲及活塞風對站臺候車乘客的影響,改善乘客候車環境。
e.保障乘客和工作人員的人身安全,阻擋乘客進入軌道,拓寬乘客在站臺候車的有效站立空間。
f.更好的乘客管理。當列車停靠在正確的位置上,乘客才進入列車或站臺。
g.在火災或其他故障模式下,可以配合相關系統進行聯動控制。
h.可以利用屏蔽門采用一體化的信息、廣告顯示屏,達到資源的最大化利用,同時對車站整體空間布置進行簡化。
3配電系統設計
3.1電源
主要包括驅動電源、控制電源,電源設備設置在屏蔽門系統設備室。
3.2供電方式
根據目前國內屏蔽門設計和投標的情況,控制電源采用ups(不間斷電源系統)供電,驅動電源的供電方式則分為兩種:直流供電、交流供電。
3.2.1直流供電
電源設備由ups、隔離變壓器、整流器、蓄電池等設備組成。屏蔽門直流無刷電機及dcu(門控單元)采用直流10供電;psc(主控機)和psl(就地控制盤)采用直流2v或5v供電。低壓配電系統提供兩路20/30電源到自動切換箱,輸出一路三相30電源及一路單相20電源。30電源經過ups、三相隔離變壓器和整流器至10直流母線,然后由直流10母線每側饋出三路直流送至各個門控單元。當供電回路、開關或整流器均故障時,蓄電池的容量應能滿足屏蔽門驅動系統每小時開/關門5次的要求,見圖4。
3.2.2交流供電
3.2.2.1正常運行
正常情況下,屏蔽門的驅動電源由主電源供應,當主電源故障時,電源自動切換裝置自動將主回路切換到備用電源,將備用電源投入。
ups充電模塊通過內部的交直交轉換,一方面除對蓄電池組進行浮充電外,另一方面通過ac30隔離變壓器向屏蔽門配電單元交流供電,并由門控單元經交直流轉換驅動電機運動,見圖5。
3.2.2.2故障運行
充電模塊采用n+1冗余配置,當某個充電模塊發生故障時,由于ups充電模塊的在線式熱插拔的固有特性,使其不會對其余充電模塊產生影響,其余充電模塊繼續給負荷供電。
當主電源、備用電源均發生故障時,由電池組經逆變器將直流轉換為交流,通過ac380v隔離變壓器向屏蔽門/安全門配電單元交流供電,并由門控單元經交直流轉換驅動電機運動。在低壓一主一備兩路交流電源斷電后,蓄電池的容量應能滿足屏蔽門驅動系統每小時開/關門5次的要求。當交流電源恢復供電時,系統具有自啟動功能,保證交流電恢復時能自動恢復正常運行。
3.3電源容量計算
屏蔽門系統驅動電源主要是為門機提供穩定的電源。驅動電源主要由電源自動切換裝置、充電模塊、降壓硅鏈、微機監控裝置、絕緣監測裝置、防雷裝置、進口免維護蓄電池和饋線回路等構成。
控制電源是為屏蔽門系統的控制設備如主控機(psc)、屏蔽門緊急操作指示盤(ibp)、站臺端頭控制盒(psl)等提供電力需求。控制電源由ups(含蓄電池)、直流變換穩壓電源裝置、饋線回路等構成。
3.3.1驅動電源容量的計算
a.確定驅動設備用電參數。dcu額定工作電壓、dcu工作電壓范圍、滑動門啟動時的最大電流、滑動門恒定最大速度時的額定連續電流、dcu控制電流、滑動門頂盒上指示燈等。
b.繪制屏蔽門開/關門dcu電力負荷曲線圖。
c.蓄電池容量及單體數量的確定(以目前屏蔽門普遍采用的德國陽光電池為例)。
考慮最嚴峻的條件,當標準兩側站臺的屏蔽門同時動作時,蓄電池需要放出的電流為:
imax1=i1+i2 (1)
式中:imax1———蓄電池最大放電電流;
i1———站臺兩側滑動門同時開關時dcu最大電流;
i2———門頂盒指示燈電流。
依據陽光蓄電池的選擇原則,需要考慮設計系數(δ1=11)、溫度系數(δ2=10)、壽命系數(δ3=12)。則:
imax2=imax1×δ (2)
式中:imax2———計算電流;
δ———可靠系數,δ=δ1×δ2×δ3=11×10×12≈14。
按照屏蔽門開/關門dcu電力負荷曲線圖的負荷曲線,依據《電站變電所用大型鉛酸蓄電池容量確定》(ansi-ist45-17)的標準,將蓄電池放電時間確定為3i。查陽光電池5i恒電流放電數據表,進行蓄電池容量選擇。
考慮到線路壓降及安全因素,蓄電池的浮充電壓選擇為10,則:
3.3.2控制電源容量的計算(以標準島式車站站臺為例)
a.首先確定控制設備的工作電壓(控制設備指psc、ip、psl)。
b其次計算控制電源容量:
wk=n×iσk/(η×δ) (4)
式中:wk———控制電源(ups)最大功率需求(k);
iσk———控制設備總電流(a);
n———單側站臺的屏蔽門滑動門數量;
η———ups效率;
δ———直流穩壓電源裝置效率。
3.3.3屏蔽門供電總容量
屏蔽門三相ac30電源為屏蔽門系統提供的電力需求應滿足屏蔽門系統驅動電源、控制電源(ups)及蓄電池充電的需求,則有:
wz=wq+wk+wx (5)
式中:wz———整個站臺最大功率需求;
wq———屏蔽門開/關時dcu(包括門指示燈)的最大功率需求;
wx———蓄電池充電最大功率需求,蓄電池最大充電電流取01c10(c10為電池1小時放電參數)。
其中:wq=umax×imax/η (6)
式中:umax———dcu最大工作電壓(10);
imax———站臺屏蔽門同時開/關時dcu(包括門指示燈)最大電流;
η———充電模塊效率,取為09。
3.4控制系統設計
屏蔽門控制系統應由以下幾個主要部分構成:主控機(包括邏輯控制單元及狀態監視單元)psc、就地控制盤(psl)、門控單元(dcu)組、通訊介質及通訊接口等設備。
每個車站的每側站臺屏蔽門應具有獨立的一套邏輯控制單元,每個車站應有至少一套遠程狀態監視系統;每個車站內的屏蔽門系統內應具有足夠的與其它系統設備進行接口的接線端子、接口設備。每側屏蔽門的控制完全獨立,相互之間不設置互鎖。
根據屏蔽門系統內部通信的需要,以每側站臺單元控制器、psl和dcu為單位組成一個相對獨立的子系統,通信方式采用現場總線和硬線連接。每個門控單元(dcu)之間沒有通訊需求,單個控制系統中,只存在單元控制器向每個dcu進行廣播式通訊,而每個dcu向單元控制器反饋每個門機狀態信息。根據屏蔽門系統設置特性,控制系統采用總線型的局域網。
采用標準通用、開放的網絡通訊協議,方便與其它專業進行接口。現場總線采用tcp/i(傳輸控制協議/網際協議)通信協議,每個dcu作為一個網絡結點掛接在網絡現場總線上,psc作為網絡服務器,dcu作為網絡工作站。采用冗余設計,當總線上其中一個節點發生故障時,其它網絡結點不會受影響。現場總線采用部分點對點的通訊線路進行命令及響應的傳輸。對于一些關鍵信號,psc與psl間以及psc與dcu之間、單元控制器與dcu之間、psl與dcu之間采用點對點的硬線連接。
3.5安全設計
3.5.1安全系統組成
屏蔽門系統在城市軌道交通的采用,其中一個最主要的原因就是應保證運營、乘客的安全,為達到這個要求,需要屏蔽門設計在本身的結構性能、安全保障以及設計周全等方面作好相應的工作。除采用設置站臺監控亭、應急門、防夾設計外;電氣設計方面,還有安全回路設計、接地及絕緣層設計等。
3.5.2安全回路設計
安全回路的概念是,為了保證屏蔽門關閉和鎖定狀態的故障安全檢測,采用一個串聯式連線回路,沿車站站臺穿過所有的滑動門與應急門。當回路閉合時,向信號系統發出一個“所有滑動門/應急門關閉和鎖定”的信號,此回路就簡稱安全回路。
其作用在于,當回路閉合時,授權列車才能離開車站;當回路斷開時,禁止列車離開或進入車站。
3.5.3接地及絕緣層設計
地鐵牽引配電系統采用直流供電,并把鋼軌作為匯流通道,因此鋼軌與大地間存在電位差會對乘客造成影響。因此為確保乘客及工作人員的安全,要求在乘客及工作人員易接觸到的金屬部件與列車的金屬部件之間采用等電位連接。在站臺兩端各用一根電纜與鋼軌回流線相連,同時屏蔽門采用絕緣安裝,以保持軌道與站臺的電氣隔離。
3.5.4緊急控制盤(ibp)
屏蔽門系統緊急控制盤設置在車站車控室,一般與消防、emcs(設備監控)、fas(防災報警)等緊急操作按鈕統一布置,緊急控制盤上的操作按鈕高度應方便運營人員緊急操作。在允許緊急控制盤操作狀態下,緊急控制盤能控制屏蔽門進行開門、關門操作。
4小結
城市軌道站臺屏蔽門系統是一項集建筑、機械、電子、自動控制和計算機等多種學科于一體的高科技產品,在中國高速發展的城市軌道交通領域,將會得到更多、更廣泛應用。由于它涉及地鐵領域的相關專業較多,諸如:行車組織、限界、車輛、通信、信號、自動化集成系統、供電、結構、建筑等專業,相互關聯的處理接口也眾多,這就需要相關的專業人員進行更深的研究,緊跟時展的步伐為業主提出更好更合理的解決方案。
[摘要]客流預測是軌道交通建設的重要基礎工作，本文闡述了客流預測的目的和內容，分析了客流預測的難度和風險，提出了可信性評價的要點，對客流預測提出丁波動范圍的要求；同時采取了面對現實的觀點，創建了抗風險設計的現念，對客流預測的風險做了有限性和突破性的分析，提出了抗風險的適應性和轉移性的措施。使客流預測的數據與運營能力設計之間，具有較大適應彈性，為今后軌道交通的客流預測分析和系統運能設計提供新的思路。
[關鍵詞]軌道交通 客流預測 可信性評價設計運能 抗風險設計
1 客流預測的目的和作用
城市軌道交通客流預測是為軌道交通建設規模決策的主要依據，并在項目設計中起著重要作用。根據客流預測各項數據，將對軌道交通建設的重要問題作出判斷和決策，例如：
①軌道交通工程建設的必要性和迫切性；
②選定軌道交通制式和車輛選型；
③確定系統設計運能，列車編組，行車密度和行車交路；
④確定車站基本規模，站臺長度、寬度，車站樓梯和出人口總寬
⑤選擇機電設備系統，計算其容量和用電負荷；
⑥選定售檢票系統制式和規模，擬定票價政策；
⑦核算運營成本和經濟效益評價。
由此可見，客流預測工作在軌道交通工程建設的前期工作中處于十分重要地位，可以說做好對客流預測數據分析和應用，是進行軌道交通建設和設計工作的起步點，是工程項目建設規模和運營經濟評價的基礎，是項目風險的評價要素和關鍵。因此在軌道交通領域內，客流預測已成為一項專題研究，專題評審的專項課題。
2 客流預測的內容和難度
城市軌道交通客流預測是近年發展起來的一門預測學。在我國22世紀60年代建設地鐵開始，雖對地鐵客流預測有所研究，但方法簡單，尚屬于啟蒙階段，當時以“戰備為主，兼顧交通”為建設原則，對地鐵客流預測尚未放置重要地位，缺乏系統認識。20世紀80年代開始，因國家改革開放政策，使地鐵建設原則轉變為“交通為主，兼顧戰備”。在思想上是一個大解放，在技術上與國外有了充分交流，并從國外引進了客流預測方法及其數學模型，隨電子計算機技術發展，使軌道交通客流預測成為一項專門的技術學科。
多年來，客流預測的數學漠型經過我國交通專家的研究開發，結合各城市的實際情況，經多年積累資料，摸索城市客流的特征和規律，對各項參數和程序進行不斷修正，已經逐步建立起—套完整的預測方法和計算模型體系，并還在不斷的積累經驗，不斷的完善，使客流預測的可信度也在不斷提高。
但在實際運用中要達到較高的可信度，仍存在較大的難度，這是值得重視的問題。客流預測的難度主要是難在客流預測的內容和預測條件的復雜性。
2．1 客流預測的內容
根據實際運用經驗，在軌道交通系統中，從系統功能要求出發，在城市總體規劃和軌道交通線網規劃的前提下，按各設計年限、對客流預測的成果可歸納為如下五類基本內容：
(1)全線客流：全日客流量和各小時段的客流量及比例
①全日客流量，是表現和評價運營效益的直觀指標，并進一步評價線路負荷強度的重要指標。
②各小時段的客流量及l咖，是為全日行車組織計劃提供依據，在保證運營能力和服務水平的前提下，合理安排行車間隔，提高列車滿載率及運營效益。
(2)車站客流：包括全日、早、晚高峰小時的上下車客流、站間斷面流量以及相應的超高峰系數。其中：
①高峰小時時段的站間最大單向斷面流量。這是決定建設軌道交通的必要性和確定系統運量規模的基本依據，由此選定交通制式，車型，車輛編組長度，行車密度及車站站臺長度；
②全線早、晚高峰小時的站間斷面流量。這是全線運行交路設計的基本依據，由此確定區域折返交路、折返列車數量、折返車站位置及配線形式。并計算運用車輛配置數量。
③各車站早、晚高峰小時的上下車客流量及相應的超高峰系數。這是各車站規模設計的基本依據，由此計算站臺寬度；樓、扶梯寬度；售、檢票機數量；車站出入口的總寬度等。其中晚高峰小時客流量對地下車站的空調、通風量計算具有控制性作用。
④此外，必要時應對車站客流進一步分析，預測到達本站的客流所采用的各種交通方式的分類和比例。這為本車站附近女n何考慮停車場用地的規模提供依據。
(3)分段客流：站間od表、平均運距及各級運距的乘客量
此項數據是為進行分段客流統計，制訂票制和票價的分析，最終對建設投資、運營成本作財務分析，對社會經濟效益分析，提出項目效益評價意見。
(4)換乘客流：各換乘站分向換乘客流量
這項數據對線路主客流方向的評價很重要。并為換乘形式設計和換乘車站間的換乘通道或樓梯的寬度的計算提供依據。
(5)出入口分向客流
根據每一座車站確定的出人口分布位置，對每個出入口作分向客流預測，并作波動性分析，為每個出入口寬度計算提供依據。
以上各種預測數據的內容繁多，要求較高，必然存在較大難度。
2．2 客流預測的難度
以上數據的預測，在各階段的要求是不同的。從預可、可研、總體設計，初步設計等各個階段進行分步預測，內容和深度總是由宏觀到微觀、逐步深人細化。
回顧近年來，核對以往各城市軌道交通線路的客流預測結果，與實際運營客流統計值相差較大，并非令人滿意。是哪些原因造成的呢，這需要我們進行實事求是的客觀分析。主要原因是：
(1)預測年限較長，積累資料不足，預測技術尚須改進完善
從工程立項開始至建成通車，一般需要五年。然后再預測通車后25年的遠期客流規模，總共要預測30年的客流，時間跨度大，難以掌握城市發展中曬隙、經濟和人們活動的規律，不定因素太多。同時這項技術尚在不斷發展研究之中，積累資料不足，數學模型和預測技術尚未定型，還須不斷改進完善，對預測數據的把握，評價標準，都有很大的難度。
(2)城市發展過程中的規劃背景難以穩定
客流預測是必須以城市發展規劃為依據。對城市范圍和結構形態，用地分布性質，人口分布數量，居民和流動人口的出行量等，均為預測的基礎數據。這些數據都是來自城市總體規劃，而城市規劃一般只做10-20年的近期和遠期的城市建設規劃，雖然也做遠景規劃，卻是長遠性和宏觀性的規劃。經驗告訴我們，城市發展過程是難于控制的，規劃不等于實施，往往是規劃超前于實施；也有規劃落后于實施，這是少數。這些現象主要決定于國民經濟發展水平和財政支持能力。因此城市規劃總是要不斷的進行調整修改，所以城市規劃是屬于動態規劃。由此可見，客流預測依靠城市發展過程中難以穩定的規劃為工作背景，必將造成預測結果與將來的實際有一定差異，這種差異是難以估計的。
(3)票價的競爭性和敏感性，對客流量的波動性
乘客的消費觀念和對票價的承受能力是難以控制的活動因素，尤其在市場經濟條件下，城市交通中各種交通的存在，必定會與軌道交通形成競爭局面，對于乘客來說，需要面對時間與票價之間進行權衡和選擇，關鍵在票價。那么就看票價定位在哪個薪水階層，乘距為多長的客流對象。這與運營的經營政策密切相關。但是在客流預測時，可以從需求進行預測，但很難對票價進行正確定位，也很難對客流量的競爭性和敏感陛進行數量級的準確分析，這需要長年在運營中不斷積累和探索。從國內外運營經驗證明，票價對客流是具有較大的敏感性，同時也說明了票價對客流具有可調節性和可控性的，這一點是值得我們重視。
(4)線網規劃不完整，線路總體規模不明
城市軌道交通線網規劃工作僅僅是在最近幾年有—個比較全面的認識，雖然線網規劃總是隨城市總體規劃而動態變化，有時候也會發生局部調整。一般來說，由于城市中心區建設的形態和規模應該是比較穩定的，對于城市遠景發展規模也是相對穩定的。這對于做好城市軌道交通線網規劃是提供了基本條件。事實上有些城市對于線網規劃還缺乏深層的研究，線網規劃內容還不完整，對城市結構形態發展認識不足，造成各條線路建設的起終點和走向有很大的隨意性，缺少嚴肅性。單條線路和線網關系模糊，往往會造成線網規劃不穩定，線網總體規模不明，造成各條線路之間關系變化不定，尤其對已建線路的客流影響很大。使原預測的客流量值在量級上發生“質”的變化。這種情況已在國內發生多例，應引起重視。
綜上所述，客流預測是一門新生的預測學。由于對城市規劃有極大的依賴性，對人(乘客)的思維和行為只能規劃導向，不可強制；對客流量只能從合理需求預測，淡化未來的票價政策及其影響；因此，客流預測成果不可能做到準確性，而是存在較大的風險性，只能做到在預定的城市規劃條件下，具有相對的可信性。
3 對客流預測值的評價
城市軌道交通客流預測是為軌道交通建設規模決策的主要依據，這在本文開始已經闡述，但按目前的方法和技術，只能做到相對的可信性，這是事實。我們應面對現實，既然客流預測只具有相對的可信性，那么如何評價和應用這些數據，為軌道交通工程規模決策服務呢，是當前值得研究的實際問題。
經多年來的實踐，我國城市交通研究單位和學者，對客流預測工作已經取得較大的進步和發展，對城市軌道交通客流的特征和規律又有深層認識，在預測結果的數據上表現出十分謹慎的態度，加強了定性定量的分析論證，使客流預測成果的可信度日趨提高，這是可喜的一面；同時我們還必須用積極和科學的態度去探討和評價，要從預測的過程中找控制點，從控制點找關鍵，從結果看風險，從運營評適用性，這樣才能得到有效的應用。為此本文對客流預測的方法和過程，對客流預測成果的評價，歸納為如下評價要點。
3．1 客流預測的評價要點
①客流預測的依據和背景資料來源清楚，有據可查。
②客流預測的年限和范圍正確，對已建或規劃的線路關系明確。
③客流預測的技術路線清晰，選用的參數，經過推算論證，縱橫比較
④客流預測的模型和技術成熟，經過實例驗證，力祛可用。
相對合理。
⑤客流預測的內容完整，數據齊全。對預測成果經分析論證，從量級上宏觀判斷，基本可信。
⑥對預測客流進行敏感性分析，波動幅度基本可信。
以上客流預測評價要點，也是客流預測報告中需要講清楚的內容。因為預測的背景資料、技術路線與有關參數，內容是否完整，都是擺在明處，容易判斷。但預測的過程是看不到的。因此作為評審者如何評價其預測的各項數據從量級上宏觀判斷成果的可信度；如何對客流預測成果進行風險分析，這是評價的關鍵。
3．2 客流預測的可信度評價
在客流預測的評審中，要各位專家將每項數值進行推測、分析，再判斷其正確性，這是不可能的。由于軌道交通系統規模的控制性關鍵，是全線各區間的高峰小時客流和車站乘降客流，上述數值起主要控制性的環節是全日客流總量。為此，把全日客流總量作為客流預測可信度評價的主控點是可行的。
在實際工程中，最容易出問題的就是全日客流總量失控。有些城市對軌道交通某—條線路客流預測時，沒有注意從線網規劃的客流總量平衡，往往造成總量突破，必然使預測成果可信度嚴重下降，即無可信度。所以，每條線路的客流預測必須從全市軌道交通的規劃線網去考慮，把握線網客流總量控制和分配。所以，對全日客流總量做好宏觀總量控制是一個總體控制環節，是客流預測成果評價的質量控制點。
對全日客流總量評價，應注意幾項參數選定。如：人口數量(包括流動人口)和出行強度；各種出行方式分配中，公共交通系統承擔的比例和軌道交通系統分擔的比例；以及軌道交通系統內的換乘系數。
上述基本參數，均在城市總體規劃和交通戰略規劃所定。在客流預測時，必須與其保持一致。只要對軌道交通系統內的換乘系數估計恰當，軌道交通(全網)系統的全日客運總量估算是可信的。這樣對每條線的總量分配得到相對控制，保證每條線的車站乘降客流和區間斷面流量在運量級上不會產生太離奇的偏離。
以上分析說明，客流預測必須看重線網規劃的客流總量控制和分配；對客流預測結果應重視宏觀的量級的控制。這是對客流預測結果可信度評價的基本點。
4 客流預測值的應用和抗風險設計
客流預測是依據城市遠景規劃條件下進行預測的，客流預測的結果經過專家評審，只要認為基本可信的，我們應該可用。但是風險依然存在，可信度有多高，不會有人下定論的。還是要設計人員自己去學會分析判斷，所以我們對客流預測結果的應用，既要現實一些，又要謹慎—些；既要重視定性分析，更要加強宏觀性的量級判斷，才能做好抗風險設計。
4．1 系統運能的概念
為了研究抗風險設計，先沒定系統運能的幾種概念，即設汁運能；儲備運能；潛在運能。
設計運能：按客流需求設計的運能。即：按設計的列車編組、定員、運行密度而定的運輸能力（萬人次/h），設計運能必須滿足遠期設計年限的高峰小時單向最大斷面流量的預測值。 儲備運能：按運營系統配置的線路和設備，可承擔的最大運能。這是按選定的列車長度為前提，根據全線車站的折返線，車場出入線的配線形式和信號配置的功能，計算出最大通過能力，取其中較小的值為控制性運能。上述控制性運能必須大于設計運能，并有一定的貯備系數。
潛在運能：考慮未來技術的發展，可能提高的運能。一般來說，必須進行信號及相關設備的技術改造。開發原線路遠期潛在的可發展的運能。
4．2抗風險設計理念
抗風險設計是在充分理解客流預測存在一定風險的前提下，針對客流預測的不捆角性和波動性，充分估計到客流預測數值有限的波動范圍，進行定性分析和定量估計；在上述前提下，對城市軌道交通運營系統的設計運能，應采取的抗風險對策，以保證系統設計的運能，既能滿足長期的客運需求，又能保證規定的服務水平，使該運營系統在未來的較長的刊期內，具有較強的適應性，這就是抗風險設計的基本理念。
為此，在運行能力設計時，一方面必須充分考慮到實際客流可能比預測值大的風險，一定要留有運能余量儲備；另方面也要考慮到實際客流可能比預測值小的風險，為保證運營的經濟性，既要減少列車運行密度，又要保障正常運營的服務水平；為此，根據抗風險設計理念提出兩個層次風險：基本風險和突破性風險，及其帽應的抗風險設計和適應性分析。
4．2．1對基本風險的適應性設計
基本風險是對客流預測數值的波動范圍限定為-30％～+10％的條件下進行系統運能的抗風險設計。為此在運營能力設計時，提出必須滿足的兩個條件：
系統的設計運能必須以滿足遠期高峰小時單向最大斷面流量為基本，而系統設備配置的儲備運能
應具有+10％-+15％的儲備余量；此可滿足客流預測數值的波動范圍限定值的上限。
在服務水平上應保證經濟合理的行車間隔，在遠期高峰小時段的列車運行間隔時間不得大于3min的服務水平。此可滿足客流預測數值的波動范圍限定值的下限。
如果系統設計運能為30對／h，全線運能控制點是車站折返線，則車站折返線和信號的配置能力應比設計運能大10％~15％，符合運能風險儲備的要求。若運營設備配置的運能為34對/h，貝悄備系數為13％。
如果實際客流小于預測值，按遠期高峰小時段的列車運行間隔時間不得大于3min的要求，即：運行密度為不小于20對/h，列車編組及長度不變，設計運能調整為24或20對/h，即適應預測客流下降20％-30％的下限。
根據當前的預測方法，參照國內外經驗，因為城市規劃往往是超前性較大，故預測數據向高突破較少；而城市中各種交通的競爭性和票價定位的適當與否，卻對客流造成的波動影響很大。所以，客流風險正值取10％，負值取-30％，是比較符合實際。作為基本風險的波動范圍是比較恰當的。
實際經驗告訴我們，初、近期和遠期的列車編組應采用不同長度的列車編組方案是值得推廣的設計思路。使初近期運行的短列車，盡可能采用提高運行密度的方法提高運能，跟隨實際客流的增長，直至達到最大運行密度。如果實際客流小于預測值，可以延緩長列車投入運行，既不降低運行服務水平，也充分發揮運營效益，這是最好的抗風險設計。
4．2．2 對突破性風險的轉移性設計
上述抗基本風險設計是做了限定條件的，如果突破了限定條件，就叫突破性風險。那么是否會產生更大的風險，這是人們所關心的重要問題。因此對突破性風險必須進行風險轉移設計——即“削峰”設計，是一種在特定條件下的合理設計和避風險措施。
系統的設計運能是按全線高峰小時單向最大斷面流量值來決定的。但是在全線各區間的高峰小時斷面流量不是相同的。因此我們可以按上、下行分別列出第一、第二、第三的高峰值，并再將其余的斷面流量按不同的運量級進行分段劃分，可以得到各段運能的儲備系數。根據系統能適應的最大運能為界線，對突破的客流進行“削峰”設計。
“削峰’設計是僅限于對個別或少數的尖峰客流的處理。例如：某條線路的上行方向高峰小時單向斷面最大流量為3．50萬人次，第二高斷面為3．4萬人次m，第三高斷面為2．98 萬人次/h；下行方向高峰小時單向斷面最大流量為3．00萬人次，第二高斷面為2．81萬人/h，第三高斷面為2．67 萬人次/h；如果以大于3萬人次/h為突破界線，可見突破3萬人腳h的折面僅需對上行方向2處鋒客流進行“削峰”設計。經過站間od客流的分析，利用票價上浮的敏感效應，對于經過尖峰的部分短途客流實現“自動”轉移，達到“削峰”設計目的。使新的高斷面客流與運行通過能力相適應。但是這種風險轉移的做法，對于轉移量是要得到嚴格控制的。
如果客流高峰全線大部分區間有較大的突破，則無法進行“削峰”設計，這說明線路運能已經飽和，也許應該新建其他規劃線路來實現分流；也許應該對系統‘潛在運能’再次開發。這種情況實際上是對未來的遠景年可能發生的估計，可能對現有運營設備，主要是信號系統需要進行全面升級改造和開發。
由于近年來，尤其是信號系統發展較快，技術上不斷的改進和創新，列車運行間隔時間還可能減小，使列車運行通過能力得到繼續提高，這就要開發系統的‘潛在運能以適應新的運量需要，這是可能的，也是有限的。
5 小結
綜上所述，本文對客流預測的風險性做了有限性和突破性分析，提出了可信性評價的要點，采取了面對現實的觀點，創建了抗風險設計的理念，對運能設計提出了的適應性和轉移性(削峰)的抗風險措施，使客流預測的數據與運營能力設計之間，具有較大適應彈性。對于軌道交通運營組織采取分期設計很重要，如何分別確定初、近期和遠期的車輛編組和行車密度至關重要。總之，在遠期運營系統設計時，必須充分考慮客流預測的風險，做好抗風險的適應性分析是十分必要的；但是如何使客流預測提高可信度，仍然是需要努力攀登的永無止境的高峰。
摘 要:小號碼道岔在城市軌道交通領域占據主力市場,在城市軌道交通領域發揮著不可估量的作用。小號碼道岔設計應結合城市軌道交通的特點,合理地選擇未被平衡的離心加速度和線型,合理地計算其軌距加寬及解決自身的構造加寬問題。小號碼道岔跟端應當向彈性可彎方向發展。小號碼對稱道岔需要重新認識并重視起來。
關鍵詞:城市軌道;小號碼道岔;設計
為緩解交通壓力,愈來愈多的大中城市開始大力發展城市軌道交通(諸如地鐵、高架輕軌等)。作為軌道系統最薄弱環節的道岔,設計理念開始了新的轉變,不被國鐵重視的小號碼道岔在城市軌道交通領域卻占據了主力市場,其中以9號、7號道岔為代表,廣泛應用于各大城市軌道交通。9號道岔主要應用于城市軌道交通正線軌道,7號道岔主要應用于城市軌道交通車輛段及車場線。值得一提的是最近廣州城市軌道交通4號線大學城專線段又采用了5號道岔,大大節省了車輛段占地面積。小號碼道岔在城市軌道交通領域發揮著不可估量的作用,重新被城市軌道交通設計及施工人員所認識。
小號碼道岔之所以被廣泛應用于城市軌道交通,與城市軌道交通的特點密不可分。城市軌道交通與國鐵相比,通過速度較低,所以小號碼道岔即可滿足;但旅客舒適度要求較高,即要求未被平衡的離心加速度較小。這里需要說明的一點是合理地選擇未被平衡的離心加速度。《地鐵設計規范》(gb50157—2003)第6 2 8條規定:曲線的最大超高值為120mm。當設置的超高不能滿足行車速度要求時,允許有不超過61mm的欠超高,即允許有0 4m/s2的未被平衡離心加速度。此處的未被平衡離心加速度是指正線,為保證旅客舒適度而定的。而城市軌道交通用道岔主要是為空載列車提供折返、停放、檢查、轉線及出入段作業設置的,不存在旅客舒適度問題。經測試δ0=0.4～0.68m/s2時,旅客無不良感覺,國鐵采用δ0=0 5m/s2。因此,地鐵道岔采用δ0=0.5m/s2設計即可。
小號碼道岔的設計,雖然不像高速大號碼道岔那樣有復雜的線型,但作為城市軌道交通的主力分子,線型的優劣直接影響旅客舒適度,所以要求道岔線型更加圓順。由此,國鐵中小號碼道岔所用的尖軌由直線線型在城市軌道交通中逐漸轉變設計為曲線線型。然而,據上海地鐵9號道岔的使用情況調查,上海地鐵的半切線型彈性可彎式曲線尖軌(地岔211)僅使用了4個月,直線尖軌(國鐵)使用了24個月,均因磨耗超限下道。曲線尖軌磨耗嚴重,不管道岔使用工況是否特殊,就其原因主要還是道岔的尖軌線型不夠合理,需要進一步研究。目前,為廣州城市軌道交通4號線大學城專線段所作的9號道岔是將尖軌線型由切線型改為相離型,希望可以改變曲線尖軌磨耗嚴重的現象。因此,小號碼道岔的設計在方案謹慎合理比選的同時,還必須進行試制試驗。
在小號碼道岔的設計過程中,首先遇到的“難題”就是軌距加寬問題。之所以稱其為“難題”并不是因為軌距加寬值多么難算,而是目前中國城市軌道交通市場有一個怪現象,那就是軌道工程總是比機車車輛先行,即“路”都建好了,還沒有“車”。作為軌道設計本來就需要有機車車輛資料,尤其是有了輪對資料才能計算軌距加寬值,所以說它“難”。目前設計中只能還是以國鐵的設計思想,按照《地鐵設計規范》(gb50157—2003)的規定來進行經驗計算,這對小號碼道岔的設計十分不利。
小號碼道岔設計的另一個難題就是自身的構造加寬問題。主要發生在直線尖軌與曲基本軌的配合上,需要檢算最大軌距值是否超限。目前,道岔設計號數不大于12號的道岔,尤其是小號碼道岔,由于側向通過速度較低,加工上為了便于保證直線尖軌與曲基本軌的密貼度,直線尖軌0～70mm斷面采用直線刨切,曲基本軌在直線尖軌70mm斷面以前彎折為直線段。以這次剛剛設計的5號道岔為例(直線尖軌0～70mm斷面仍采用直線刨切),當尖軌尖端軌距加寬15mm后,曲基本軌在直線尖軌0～70mm斷面范圍內的最大矢度f=4 5mm,最大軌距為1454 5mm,已接近規定的最大軌距(1456mm)。可想而知,道岔號碼愈小,曲基本軌在直線尖軌0～70mm斷面范圍內的矢度愈大,有可能超限。換言之,在超限情況下,直線尖軌0～70mm斷面就不能再采用直線刨切,若采用曲刨又難以保證直線尖軌與曲基本軌的密貼度。所以,這也是道岔設計和制造人員今后需共同努力的地方。
城市軌道交通中應用的小號碼道岔不能簡單照搬國鐵,因為兩者應用的條件不同,范圍亦不同。所以,在設計過程中應當充分考慮到城市軌道交通的特點。目前,小號碼道岔轉轍器跟端設計沿襲了國鐵設計,多為間隔鐵式活接頭聯結設計,盡管城市軌道交通機車車輛較國鐵軸重輕,但其尖軌扳動較國鐵頻繁,跟端活接頭設計不利于尖軌的頻繁搬動,且國鐵線路已開始推廣采用跨區間無縫線路,取得了良好的使用效果。而城市軌道交通,至今還未見采用。由于地鐵線路溫差較小,采用跨區間無縫線路是非常有利的。為此,今后的道岔設計應考慮適用于跨區間無縫線路,應當向跟端彈性可彎發展(國外小號碼道岔大多為此設計)。當然,目前我國城市軌道交通中轉轍器跟端采用活接頭設計還是彈性可彎設計直接影響到道岔造價,具體來說主要是電務轉換設備造價。以9號道岔為例,轉轍器跟端采用活接頭設計時,需用1套電務轉換裝置;若采用跟端彈性可彎設計時,由于尖軌長度較長,需用2套電務轉換裝置。這也是我國大多數城市軌道交通小號碼道岔中沒有采用跟端彈性可彎設計的主要原因。所以,很有必要研究小號碼道岔一點牽引的可行性。這對今后城市軌道交通小號碼道岔的發展方向有著非常積極重要的作用。
小號碼道岔設計看似簡單,實際在設計過程中,尤其采用跟端活接頭設計時,轍跟部分是個難點。道岔號碼越小,所用的零件越多,所以設計者不僅要細心,還需要有足夠的耐心。以這次剛剛設計的5號道岔為例,由于道岔號數小,半徑只有65m,在轉轍器轍跟處,彎曲矢度大,光是鋼軌墊圈就用了8種,所以這個地方設計時很容易遺漏東西。這也是小號碼道岔設計的特別之處,應該引起設計人員的足夠重視。
特別要指出的是小號碼道岔家族中還有一個重要的成員就是小號碼對稱道岔,長期以來被人們所忽視。尤其在存車線及折返線設計時,過去大多采用的是9號單開道岔的渡線,而國外城軌交通軌道連接道岔號數的采用比較靈活,例如德國,兩正線間設存車線時多用對稱道岔。采用對稱道岔,縮短道岔咽喉區的長度,能夠降低地鐵的工程造價,減少維修成本,有利于行車安全,而且有利于車輛段、停車場的布置,能夠節約用地,充分發揮土地的使用效能。當然,為了適應提高折返線過岔速度的需求,提高運能對稱道岔需進行特殊設計(例如要采用曲線型尖軌和曲線型固定轍叉等)。曾經有人計算過,以在車站正線間設置線間距為4m的存車線為例,采用4 5號對稱道岔布置道岔咽喉較目前常用的9號單開道岔布置道岔咽喉,其長度可縮短32m,地下車站可節約投資350萬元,高架車站可節約投資100萬元。所以,號碼對稱道岔需要重新認識并重視起來。
總之,小號碼道岔日益被從事城市軌道交通設計及施工人員所重視,作為設計者很有必要對其進行學習研究,不斷優化設計,使我國城市軌道交通小號碼道岔邁上一個新臺階。
摘要：城市軌道高架線路型式因其造價低、建設周期短而越來越受到決策者和建設者的青睞，正在建設的16條線路中，高架長度已占到約40%。本文即重點論述了高架結構型式選擇的因素及高架結構設計應注意的。
關鍵詞：軌道交通；設計；高架結構
1高架城市軌道交通建設現狀
眾所周知，伴隨著新世紀的到來，的城市軌道交通建設也翻開了嶄新的一頁。中國人口過百萬的三十四個城市中，有二十個超大城市和特大城市正在建設和籌建自己的軌道交通。目前在建的線路長度近400公里，這其中高架線路型式因其造價低、建設周期短而越來越受到決策者和設計者的青睞。據統計，在已建成通車的8條146.94公里的線路中，僅有一條高架線，長度占17%，而正在建設的16條線路中，高架長度已占到約40%。表1為已建項目高架線路情況統計。
城市快速軌道交通高架橋梁與一般城市高架道路橋梁不同，雖與鐵路橋近似，但也有其特殊性，主要體現在以下幾個方面：
①橋上鋪設無縫線路無碴軌道結構，因而對結構型式的選擇及上、下部結構的設計造成特別的影響；
②城市軌道交通特有的橋面系布置及接口關系；
③列車的運行最高速度為80km/h，運行密度大，維修時間短；
④建設地點一般位于城區或近郊區，對景觀要求、施工工期及環保要求較高。
目前，正在建設高架軌道交通項目的北京、上海、武漢等地，業主和設計者已充分認識到了上述特點，并積極開展了工作，為高架結構的選擇和設計積累了一定的經驗，正在修編的《地下鐵道設計規范》也特別加入了高架結構這一章。本文重點論述了高架結構型式選擇的影響因素及高架結構設計應注意的問題，供大家探討交流。
3高架結構設計應注意的問題
3.1特殊荷載
軌道交通高架橋因橋上鋪設無縫線路，引起了一些特殊力。橋上鋪設無縫線路因溫度變化、列車荷載的作用以及冬季鋼軌折斷致使梁軌之間產生相對位移，因扣件縱向阻力的作用，梁軌相對位移受到約束，因此梁軌間產生大小相等、方向相反的縱向力。它們分別是：伸縮力、撓曲力、斷軌力，制動力與鐵路橋也不同。
3.2變形控制
由于城市軌道高架橋采用無渣無枕軌道結構，鋼軌扣件調高量僅為40mm，即橋梁的后期變形不能大于40mm.橋梁設計時必須考慮變形控制。主要的變形包括予應力混凝土梁的徐變變形和基礎的后期沉降。從1997年開始，筆者有幸參加了國內第一條高架城市軌道交通線路-上海明珠一期工程的設計及該工程對橋梁的徐變控制和基礎沉降的課題，課題從設計、施工監測、到運營階段對橋梁的徐變和沉降進行了深入研究，課題歷時4年多。正在建設的北京城市鐵路，也對橋梁的徐變進行了測試，工程實踐表明，在設計和施工過程中采取一些適當措施，其變形是可以得到有效控制的。
控制徐變變形的措施：
1．設計時適當增加梁的剛度，減少彈性變形，從而減少徐變變形基數；
2．優化予應力鋼束布置，控制張拉應力。
3．提高張拉時混凝土的齡期。
4．梁體設計預拱度時考慮徐變變形的。
5．施工加強對混凝土的養護，減低水灰比。
6．梁澆注完成后，要做好施工組織，盡量延遲承軌臺開始澆注的時間。
7．加強監測，將測量信息及時反饋給設計。
基礎變形控制
1．盡量采用樁基礎；
2．增加樁長；
3．增加樁數；
4．選擇持力層。
3.3橋梁結構形式的選擇
長距離的高架橋結構形式的選擇應遵循安全、、美觀、便于施工，滿足橋下道路交通及環保要求，因此，高架橋區間標準段橋式選擇的成功與否，是高架線路建設能否成功的關鍵因素之一。
3.3.1合理跨徑：從景觀、經濟和施工技術等各方面綜合考慮確定。區間標準梁的合理跨度以25m-30m為宜。
3.3.2結構體系：城市中小跨度橋多采用簡支梁體系或連續梁體系。簡支梁結構簡單,受力明確，容易做到設計標準化、制造工廠化、施工機械化，安裝架設方便，施工速度較快。連續梁橋為超靜定體系，其優點是結構剛度大，變形小，動力性能好，有利于改善行車條件，減小列車運行產生的噪音和振動。優先推薦簡支梁體系。
3.3.3梁型
根據幾條線的建設經驗，區間標準梁的結構型式重點應考慮預應力混凝土箱梁、預應力混凝土槽形梁和預應力混凝土t形梁。
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sp; 箱梁能適應各類條件，是國內廣泛采用的高架結構形式之一，它具有閉合薄壁截面，抗扭剛度大，整體受力性能好、動力穩定性好。箱梁外觀簡潔、適應性強，在區間直線段、曲線段、折返線及渡線段等處均可采用，對于斜彎橋尤為有利。
t形梁屬肋梁式結構的一種，其抗彎性能好。由于主梁為工廠或現場預制，故質量較高。橋梁上部結構由四片t梁相互聯結而成，吊裝重量輕，施工方便，且構件容易修復或更換。
槽形梁為下承式梁，與上承式梁相比，其最大優點是結構高度相對較低，且兩側的主梁可起到隔音作用。
表2列出了各種型式梁特性的綜合比較。
3.4施工方式選擇
對于標準區間橋梁，其施工主要有整孔預制方案、節段拼裝和現澆三種方式。從表1可以看出，在目前國內建成和在建的線路中，橋梁施工方法多采用現澆，這是由于當時國內橋梁運輸和吊裝設備的限制及標段劃分較小的原因造成的。但是，世界上橋梁技術迅速，橋梁的結構也在多樣化，特別是由于橋梁架設施工技術的發展，促使各類橋梁的架設質量與進度不斷提高。由于高速鐵路橋梁和輕軌交通高架橋梁發展的需要，也使架橋設備與技術日新月異。修建城市輕軌高架橋，應采用預制簡支梁吊運架設法，利用橋梁施工設備與技術，以流水作業方式進行建設施工。這種方法已在意大利、法國、南韓、墨西哥等國家被證明是保證橋梁外觀質量、縮短工期、降低總成本、減少施工對的負效應的最佳方式。
預制施工方案的特點：
1)在現場預制箱梁，通過運輸機械將箱梁運到橋位，再利用架橋機械將箱梁安裝就位。
2)對施工現場周邊的城市環境影響較小。由于采用預制、吊裝的施工方法，在橋墩及基礎施工完成后即可對施工沿線現場進行清理，并在線上完成橋梁架設，可有效減小拆遷量，減少施工場地占用面積和時間以及對城市交通的影響。
3)橋梁上部結構為工廠化生產，施工工藝簡單易行，技術成熟，橋梁的內部質量及外觀都能得到保障，可有效避免全線現澆作業中橋梁質量參差不一，外觀相差較大的現象。
4)整孔預制、運輸、架設方案單工作面施工速度遠遠快于其他施工方案。如采取恰當運梁方式，更有利于減少施工對城市環境及城市交通的影響。
5)預制施工的發展-階段拼裝法：分段箱梁的運輸、安裝方便，采用跨越式架橋桁機，對交通和社區的干擾最小。此外橋梁跨度較大并可靈活調整。
3.5車站結構型式及減振措施
從結構形式上高架車站主要分三類：站橋分離式，橋從車站穿過，與車站的構件不發生任何關系；站、橋結合式，即行車道處設行車道梁，該梁簡支在車站框架橫梁上，支承點采取減振措施；站、橋合一式，即車站部分框架結構作為行車道，列車直接在框架梁板上行走。這三種結構形式有如下的優缺點：
高架車站結構型式比較表 表3
4需進一步研究的課題
雖然城市軌道交通高架橋的建設已有一些經驗，但仍需解決以下：
1)橋梁結構耐久性及100年設計基準期的設計參數選擇。
2)施工方法研究，如整孔預制運架技術、階段拼裝技術、先張預應力技術等。
3)車站型式及規模優化。
4)減振降噪技術。
5結語
綜上所述，城市軌道交通高架型式的設計有其自身的特點，它涉及了線路、橋梁、軌道、建筑景觀、建筑結構、環境保護、施工等多個領域，是一個綜合的設計系統。作者在這里只是拋磚引玉，希望的高架城市軌道交通系統建設不斷完善、持續創新。
摘 要:城市軌道交通運用車的配屬數量直接決定了軌道交通線路的“輸送能力、服務水平”,并對工程總投資有很大影響。在簡要總結目前使用的城市軌道交通運用車計算方法的基礎上,根據上海市已建成線路(1 號線和3 號線) 的實際運營情況,進行分析研究,提出基于功能和定位的新的計算思路,并提出初步的計算方法。
關鍵詞:城市鐵路; 軌道交通; 運用車; 計算方法; 系統能力
首先,客流預測的主要依據:城市人口規模發生了變化。當時在進行客流預測時,上海人口指標為2020 年達到1 600 萬,而實際上這一數值目前已經達到了。還有一個原因就是對城市軌道交通發展的導向作用估計不足。上海城市軌道交通1 號線南段莘莊地區隨著該線建成而迅速發展,是1 號線的主要客流源,也導致1 號線高峰小時客流量超出了設計預計。還應該考慮到:設計年度一般跨度為25 年,客流預測也只預測到25 年后,所以產生了城市軌道交通工程是“5 年設計建設、按25 年設計、使用卻要100 年”的不合理邏輯。
所以,客流預測雖然是建立在科學的數學模型基礎上的,但是由于模型中大多數參數的變動性大,隨著時間的不斷推移,往往超出預計范圍之外,從而導致預測結果難以準確,故軌道交通設計以客流預測為唯一依據值得商榷。
(1) 軌道交通服務水平、車型及列車編組
軌道交通服務水平、車型及列車編組在設計過程中總是相互影響并關聯著,也正是由于這個原因,在設計過程中,這3 個因素有著多個能夠達到要求的不同組合,是爭議較為集中的地方。在實際設計過程中,往往總是由工程甲方先確定車型,設計單位再按照用足最小行車間隔并在合理拖動比和預留一定輸送能力儲備的條件下進行列車編組確定。
筆者以為,設計過程的科學性難以保證。
(2) 工程投資
城市軌道交通的車輛價格昂貴,車輛購置費在工程總投資中占有較大的比重。目前采購進口的大型車價格為115 萬美元/ 輛,小型車為90 萬美元/ 輛,國產軌道交通車輛也要500 萬元/ 輛。
軌道交通車輛的配屬可以分步實施,根據客流量的需要,分期采購,以達到較佳的投資效益。
(3) 固定設施利用
城市軌道交通的順利運營還需要大量的配屬設施為之服務。與運用車配屬相關的還有車輛段和停車場等設施,運用車的數量決定了這些設施的總規模,其規模也應當分期實施,但要做好預留。
(4) 舒適度標準
城市軌道交通的舒適度是城市文明程度的反映。為使舒適度標準達到一個較高的水平,這就要求設計中每m2 的定員數量應該取得較低才能滿足這一要求。在滿足客流需求和相同行車密度的條件下,較低的定員標準要求加大列車編組輛數,雖然增大了投資,但卻有更大的社會效益。同時,高標準的舒適度在一定程度上也是儲備了輸送能力,提高了城市軌道交通應對突發性客流的能力。
3 建議
從以上分析,城市軌道交通設計中的運用車計算應當以“ 效能”為優秀,以最優的投資換取最佳的社會效益。
(1) 按照線路在城市公共交通系統或者城市軌道交通路網中的地位和等級來決定一些設計參數。在滿足遠期客流需求的基礎上,綜合考慮最小行車間隔、車型和列車編組等相互制約的因素來決定各自的取值。
(2) 按線路最小行車間隔(目前為2 min) 計算運用車數,得出的值為線路系統能力。
(3) 以計算得出的系統能力作為該線設施配屬遠期總規模的依據。 4 公式修正
若采納以上建議,則前述的計算公式并不發生變化,只是計算過程的重新調整。
(1) 根據該線路在城市公共交通網絡或者城市軌道交通網絡中的地位,確定其采用的車型和列車編組輛數。
以上海市城市軌道交通路網為例,分析認為: r 線采用大型車,6 輛～8 輛編組,行車間隔取最小值;m 線采用大型車,4 輛～6 輛編組,行車間隔取最小值;l 線采用小型車,3 輛～6 輛編組,行車間隔取值最大不得超過6 min 。相關參數確定后必須滿足下式60 r高峰≤ r列× t間隔
其中,t 間隔必須不小于全線設施所允許的最小行車間隔。
(2) 將既定的列車編組輛數和最小行車間隔代入式(1) ,得最終運用車配屬數量。
5 評價
通過修正后的計算方法計算出的結果比原方法計算結果大,因為兩者的目標函數不同。原方法為節省投資,修正后則是以最合理的投資達到最佳的社會效益,充分發揮城市軌道交通的“ 效能”,而且“按需投資” 的原則,為達到目標提供了機動空間。
