针对地铁车轮型面动态变化的轨底坡设置问题,本文实测LM车轮在4种运行里程下的磨耗型面数据,建立地铁车辆系统动力学模型,分析考虑车轮型面动态变化时轨底坡对车辆直线平稳性能和曲线通过性能的影响规律;采用熵权法综合评估车辆动力学性能,得到考虑车轮型面动态变化时直线及不同半径曲线时的最佳轨底坡设置方案。研究表明:车辆直线运行时,轨底坡耦合车轮磨耗型面对横向平稳性影响比垂向平稳性更显著,车轮型面动态变化加重了轨底坡对车辆平稳性的影响程度。在曲线运行时,当轨底坡一定时,随着车轮磨耗型面动态变化,车辆曲线通过性先变差后改善再恶化;车轮磨耗型面一定时,随着曲线半径增大,轨底坡对车辆曲线通过性能的影响程度逐渐变大。综合考虑车轮型面的动态变化,直线、R300m、R400m、R500m、R600m 曲线工况下,外轨/内轨轨底坡最优匹配分别为(1/30,1/40)、(1/20,1/20)、(1/20,1/40)、(1/40,1/40)、(1/40,1/40)。

针对单一储能系统在城市轨道交通中再生制动能量中的低效回收、变电站供电能力受限以及列车紧急牵引应对不足等问题,本文旨在研究超级电容钛酸锂电池混合储能系统的应用方案与技术优势。通过对超级电容、钛酸锂电池和飞轮在功率密度、能量密度及成本等关键参数上的对比,将储能介质分为功率型和能量型两类。通过仿真结果表明,由超级电容和钛酸锂电池组成的混合储能,在回收再生制动能量、提升变电站供电能力及列车紧急牵引方面比单一的储能系统方案具有更显著的优势。基于上述分析,本文突出超级电容钛酸锂电池混合储能系统在城市轨道交通中的应用潜力,尤其是在再生能量利用技术中的显著优势。

为探明市域列车通过最不利长度隧道的非定常气动特性,运用三维、非稳态、黏性雷诺平均(reynoldsaveraged navierstokes,RANS)方程和重整化群(renormalization group,RNG)kɛ 两方程湍流模型开展时速 160 km/h 市域列车隧道空气动力学的数值模拟研究。结果表明:列车的运行显著改变了隧道内的流场结构与压力分布,表现出明显的区域化特征。这种变化主要源于列车引发的压力波传播与反射,以及本体对隧道内空气的挤压作用。车体表面与隧道壁面测点的压力变化存在明显差异,车体表面压力主要受到压缩波和膨胀波到达时间的影响,而壁面压力则受到列车扰动、压力波以及低压区的共同作用,呈现出更复杂的演化规律。列车气动阻力以压差阻力为主,并受到阻塞效应及压力波影响。此外,不同车体在非定常气动响应上差异明显,前三辆车体在出入隧道时的气动力变化主要由隧道进出口扰动引起,而后五辆车体还受到压力波作用,导致侧力、侧滚力矩及摇头力矩等非定常气动力发生剧烈波动。

不合理的列车接地系统会造成车体电流增大、车体电位抬升和轴承电蚀等问题,恶化车载弱电设备的电磁环境,进而影响列车的行车安全,故需对列车接地系统进行合理设计。利用链式电路模型对牵引供电系统、双流制列车进行建模,经过牵引计算和供电计算获得列车的取流;再将列车取流作为激励源对列车接地系统进行分析,可获得列车车体轴端电位、车体电流分布。将保护电阻电流视作车体电流分布的衡量指标。利用PSO优化算法对列车接地系统进行优化,优化后的保护电阻电流降低约20%,车体轴端电位有所下降但不明显。本文列车接地系统的优化既可用于指导双流制列车接地系统的设计,也可为其他列车提供借鉴。

为提高城市轨道交通作业人员对转辙机工作时状态监测的可视化与故障诊断的智能化,提出一种基于数字孪生的转辙机三维可视化监控与故障诊断方法,为转辙机工作状态的实时监测、运行数据的高质量传输和设备故障的精准化报警提供有力的技术支持。相较现有转辙机智能运维系统,本研究利用数字孪生技术建立高保真模型,通过数据的实时交互将现场工作的转辙机映射于信息空间,通过WebGL 与模型轻量化技术实现在室内对转辙机的三维可视化监控;针对现场转辙机故障数据样本较少,建立CNNTransformer 的组合模型实现转辙机的故障诊断,在正常数据与故障数据不平衡的条件下故障诊断精确率为98.67%。为验证所提框架及改进算法方法的可行性,设计基于数字孪生的转辙机三维可视化监控与故障诊断平台。

城市轨道交通三线及以上换乘枢纽客流量大且交通组织复杂,规划设计方案的优劣直接关系到枢纽建设的成败。以深圳岗厦北枢纽规划设计实践为例,从枢纽功能定位分析、客流需求预测、总体规划布局、枢纽综合开发及地下空间规划、枢纽周边道路交通改善等方面详细阐述大城市核心区打造站城一体轨道交通枢纽的规划方法和技术体系。多线轨道交通换乘枢纽的规划建设对于促进站城一体,激发片区城市发展活力,引导城市交通发展模式转型,促进轨道交通可持续发展具有重要意义。

城市轨道交通的正外部性决定了在判断项目经济性时应开展全面的经济费用效益分析,为响应项目可研报告编写大纲及说明的最新要求,进行城市轨道交通经济费用效益的多维度研究。首先,从政府、企业和民众3个维度识别经济费用和效益,建立3级定量+定性指标体系,将定量指标由5项扩展至13项,新增14项定性指标;其次,开展关键指标分析方法研究,提出拉动 GDP、促进财政收入和增加就业机会的量化方法,突破当前城市轨道交通对宏观经济贡献评价难点,并改进节约时间效益、减少疲劳效益和减少交通事故效益的计算方法;最后,明确可纳入和不纳入经济费用效益分析流量表的指标分别为9项和4项,并结合案例全面评价项目经济费用效益,为项目前期决策提供支持,推动行业可持续发展。

针对既有地铁隧道受新建隧道近接施工引发沉降的预测问题,采用自动化机器学习方法与多源数据加权思路,建立一个以隧道属性、地层属性、相对位置关系为输入,以既有隧道沉降值为输出的预测模型,并以万级别仿真数据及现实数据进行算例分析。结果表明:自动化机器学习算法能基于仿真数据得到精度较高的预测模型,但在多源数据集上表现不佳;通过对多源数据加权的方式可以提升模型泛化能力,达到以仿真数据为基础,专精现实数据的效果,当加权后的现实数据数量与仿真数据比在同一数量级时,模型误差较低;根据表现最佳模型的特征重要度,地层损失率是预测的核心输入参数,地质、空间关系、施工属性三者的重要程度近乎一致。

本研究旨在分析城市轨道交通乘客的通勤模式,并探讨不同类型通勤乘客的特征及其规律。采用长沙市地铁2023年3月21日至4月3日两周工作日的AFC刷卡数据,选取上班进站时间、下班进站时间、地铁通勤耗时3个指标,构建高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM),最终将乘客划分为三类:经典通勤模式、长距离通勤模式、错峰通勤模式。研究结果表明:从通勤时间来看,经典通勤模式的通勤时间主要集中在常规高峰时段(7:308:30、17:3018:30),长距离通勤模式通勤时间则略有提前,而错峰通勤的乘客则避开常规通勤高峰,上班进站时间涵盖了7:00到12:00的整个时间段,下班进站时间集中在20:0022:00;从通勤耗时来看,经典通勤模式和错峰通勤模式乘客的通勤时长主要分布在15~30min, 而长距离通勤模式的通勤时长多在30min以上;从居住、工作站点分布来看,长距离通勤乘客的居住站点在市区外围的分布比例显著高于其他两类乘客,错峰通勤乘客的工作站点比其他两类更为集中,主要位于餐饮和娱乐行业聚集的商业区。

针对岩溶地质城市轨道交通控制保护区范围扩大程度不明确的问题,提出岩溶区域控制保护区具体调整方案。从岩溶不良地质影响既有结构安全的机理出发,通过对指导性行业标准和岩溶地面塌陷机理研究,确定岩溶区域城市轨道交通控制保护区范围的3个重要指标:外部作业影响范围、岩溶地面塌陷影响范围和既有城市轨道交通结构易受影响范围。通过几何分析,确定外部作业诱发岩溶地面塌陷进而引发既有城轨结构安全风险的极限范围,这一范围即为岩溶区控制保护区范围。最终提出两种典型岩溶地质条件下明挖车站与盾构区间的控制保护区范围计算模型,并以深圳市轨道交通16号线为例进行计算,计算结果可以为深圳及其他岩溶区域城市轨道交通项目的运营管理提供参考。