城市轨道交通设计

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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核心部位，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。