目前城市轨道交通可持续发展评价体系,采用简单的分层加权汇总方法,未考虑同层指标间的相互影响以及下层指标对上层指标的一对多影响,不能系统、全面、准确地反映实际可持续发展情况。针对这一问题,本文提出了一种评价新思维——ESE 评价理论与方法,即通过数据具有ESE(经济社会环境)三性影响这一新认识,构建了一个ESE 空间直角坐标系,并以此表征城市轨道交通所有业务场景。在此ESE 三维立体空间中,城市轨道交通的可持续发展状态被分成“八种四类”,同时对可持续发展程度进行了量化计算,并实现了立体的可视化表达。

中低运量轨道交通作为超大或特大城市地铁网络的加密和补充、大城市乃至中等城市的骨干线路,在解决城市交通问题方面发挥着重要作用。在对 65个国家 496 座城市的2600余条中低运量轨道交通运营线路调研的基础上,构建世界中低运量轨道交通线路数据库。基于该数据库,得到世界范围内运营的齿轨、有轨电车、悬挂式单轨、自动旅客捷运系统(automated people mover system,APM)、跨座式单轨、直线电机系统、中低速磁浮、电子导向胶轮系统和导轨式胶轮系统9种中低运量轨道交通制式,线路里程共18744.84 km;并统计中低运量轨道交通在各大洲、各国家的分布情况,结果显示其主要分布在欧洲的德国、俄罗斯等32个国家,线路里程达13 256.0 km,占比70.7%;统计各制式在不同国家/城市、不同城市特征、不同线路功能定位的分布情况,结果显示,中低运量轨道交通制式主要服务于人口小于300万的城市,76.25%的有轨电车线路、47.82%的跨座式单轨线路和42.11%的直线电机系统线路作为骨干线,84.62%的齿轨线路作为旅游线,70.73%的APM线路作为机场专线。同时,梳理总结各制式的起源与发展,并对技术特点和参数、适用性进行分析。研究成果以期为我国城市中低运量轨道交通制式的选择提供参考。

优化城市轨道交通站域慢行系统对提高轨道交通运行效率、升级站点空间品质、促进站城一体化建设具有正向作用。为整体了解城市轨道交通站域慢行系统近年来的研究进展,借助计量分析工具 CiteSpace 对 WoS 和中国知网(CNKI)核心数据库中城市轨道交通站域慢行系统相关文献进行统计与分析。首先,概述文献时空、领域及期刊分布情况,剖析研究发展历程,并识别出近期研究热点为建成环境站城协同、共享单车接驳及可达性研究;然后,重点分析慢行可达性、慢行环境、慢行接驳及慢行设施规划4个方向的研究进展情况;最后,从研究对象、方法、范围等角度提出未来的研究发展方向。本文研究成果以期为我国轨道交通站域慢行系统的理论规划及实践研究提供借鉴与参考。

双重预防机制建设是我国城市轨道交通安全管理领域的重要工作,现阶段由于实操层面法规标准的缺失,双重预防机制建设缺少明确的指导,各城市对双重预防机制的理解和执行存在差异,在实施过程中也存在各式各样的问题。通过对双重预防机制建设现状的调研与分析,得出双重预防机制建设过程中存在的问题,主要表现在名词术语混用、安全风险管理考核缺少、隐患排查工作不完整、隐患分级标准不统一、隐患整改不彻底、风险隐患结合不充分等方面,并提出规范相关名词术语、构建全过程隐患排查机制、关联风险与隐患条目、统一考核机制、配套安全教育培训等方面的对策措施建议。相关研究可为城市轨道交通工程建设领域双重预防管控的规范与提升提供参考。

针对都市圈轨道交通跨制式、付费区融合票价问题,在前期文献研究及国内外调研的基础上,首先明确单路径下跨制式无障碍票价计价原则,然后对多路径跨制式无障碍票价方案分为 OD 异价、OD 同价两类,OD 异价研究中根据乘客使用票种进行分类研究精准追踪乘客的技术手段,并得到不可行的结论;OD同价研究推荐采用加权路径算法,兼顾收益保障企业票款收入及公益保障群众乘车费用,提出效用权重路径及平均权重路径两种算法,详细阐述算法的计算步骤,并通过广州地铁两个实例验证算法的可行性。

为提高轨道交通沿线土地综合开发效益,引导城市轨道交通站点综合开发有序发展并保障对城市可持续发展的支撑作用,基于顶层设计的角度创新研究佛山市 TOD(transitoriented development)综合开发总体策略。首先,梳理作为粤港澳大湾区重要特大城市的佛山市现阶段轨道交通综合开发工作中面临的利益共享机制缺失、沿线土地未提前收储、场站选址规划统筹不足、轨道建设与综合开发时序错配等实际问题;然后,在建立合理开发的整体协调框架的基础上提出完善顶层设计、加强战略统筹、提前土地整备收储、探索多元供地等开发对策;最后,以佛山市城市轨道交通第二期建设规划线路(4号线一期、2号线二期和 11 号线)沿线用地规划实践为例,从顶层政策问题、顶层规划问题(国土空间规划与综合交通规划统筹问题)、土地问题(土地整备收储、多元供地模式问题)、TOD建设模式问题等多个层面,探索建立符合佛山市特色的综合开发顶层设计实践路径,提出适合佛山市实际的TOD综合开发总体策略,有效指导沿线站点周边土地综合开发实施落地,为国内类似的都市圈特大城市提供有借鉴意义的顶层设计实践经验与参考依据。

为明确常见的地铁车站环控系统控制方案的用能表现和节能潜力,为地铁车站节能降碳提供参考和指导,以北京、上海和广州分别作为寒冷、夏热冬冷和夏热冬暖地区的代表性城市,在TRNSYS 软件中搭建屏蔽门地铁站模型,探究增设自控系统和优化时刻表控制这2种优化方案相比于当前常规的时刻表控制方案在站内环境控制、节能潜力、改造成本方面的表现。结果显示,采用2种优化方案均可有效提高站内空调控制温度,实现类似的站内温度控制效果。用能方面,相比于当前的时刻表控制方案,增设自控系统可为各气候区地铁站环控系统降低41%~49%的年能耗,优化时刻表控制方案可降低38%~48%的年能耗。改造成本方面,优化时刻表控制方案仅需要提高管理水平,无需增加设备和系统,而增设自控系统方案的设备成本和后期运维管理成本较高。因此,综合考虑站内环境控制效果、能耗情况和改造成本,建议地铁站采用优化时刻表控制方案进行节能运行优化,以实现节能目标。

为提升城市轨道交通安检系统判图效率及准确率,设计一种新颖的判图模式,将AI(人工智能)图像识别技术与人工集中判图技术有效结合。首先针对逢液必检现状引入液体检测算法,避免对安全液体的开包查验,其次按安检品风险等级进行分类处理,最后结合AI置信度判断、人工抽检或必检判图对安检品进行判定。本判图模式可根据不同阶段下AI图像识别准确度和判图需求灵活调节 AI介入深度,随着AI图像识别准确度的不断提升,逐渐从AI为辅、人工为主判图模式向AI为主、人工为辅的判图模式平滑渐进迭代,最终实现完全智能判图模式。通过案例分析可知,在不降低城市轨道交通车站安检水平的前提下,本判图模式可以进一步达到前端过检增速、后端降本增效的目的。

道岔转辙机是信号系统核心设备,其维护量大、维保难度高、设备故障影响程度较广,随着智能运维研究在城市轨道交通行业的兴起,道岔转辙机智能运维是实现城轨信号维护智能化、运维生产组织模式智能化的基础。总结传统微机监测系统的不足,结合行业道岔转辙机维保难点和痛点,提出一套智能运维系统,主要包括关键状态感知、故障智能诊断、关键状态预警及健康评估等,并提出具体的实现方法。该系统目前已成功应用于南宁轨道交通4、5号线,具有显著效益。

为确保地铁盾构下穿古建筑物施工安全,确定先评估、先加固、施工监测、后评估、后加固总体技术路线。通过建立古建筑 1:3.52 的实体模型并进行振动台试验获取结构阻尼比,利用Ansys 进行三维建模,采用结构与模态分析,针对易损结构进行加固预防,为后续振动监测与盾构施工提供参考依据,结合试验区施工监测数据,调整施工参数。结果表明:在静力分析下该结构位移最大值约为14.01 mm,验证了三维模型的有效性。通过模态分析确定结构模型基本频率为0.590 46 Hz,最易受损位置为斗枋处。在盾构穿越过程中,古建筑物加速度变化幅度小于0.003 m/s²,振动频带主要集中在0.6~20.5 Hz,振动频带处于正常范围,对古建筑物基本无影响。针对盾构下穿古建筑物提出以“地铁盾构穿越以匀速掘进为主,避免运营高峰期作业,影响区地层之间使用注浆加固,对古建筑物易损结构进行支护,施工时采取隔振减振方案”的总体解决思路,为后续类似工程建设提供参考。

针对地铁车轮磨耗数据时间跨度较长引起的长期依赖问题,为了进一步提升预测精度,提出一种将麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化双向长短期记忆网络(bidirectional long short term memory, BiLSTM)的改进 BiLSTM(SSABiLSTM)网络模型,用于地铁车轮磨耗预测。首先,利用麻雀搜索算法对双向长短期记忆网络算法的神经元个数、迭代次数、输入批量和学习率等超参数在给定范围内进行寻优,得到参数最优值;然后,以参数最优值来构建改进 BiLSTM 网络模型,对车轮磨耗进行预测分析;最后,以车轮踏面磨耗和轮缘磨耗作为研究对象,将某地铁1车厢1号车轮的现场实测历史磨耗数据作为输入,对该模型进行训练及验证分析,并与多层感知机(multilayer perceptron, MLP)、LSTM、BiLSTM 以及 SSALSTM 模型的预测结果进行对比。研究结果表明:SSABiLSTM模型的车轮磨耗预测精度更高,与LSTM、BiLSTM 以及SSALSTM 网络模型相比,踏面磨耗的平均绝对百分误差(mean absolute percentage error,MAPE)分别降低了 13.28%、10.32%、1.47%,轮缘磨耗分别降低了9.5%、0.46%、0.02%;分别对同一地铁2号、4号车厢的1号位置车轮磨耗进行预测,并与磨耗实测数据进行对比,踏面磨耗的平均绝对百分比误差分别为1.34%、1.42%,轮缘磨耗的平均绝对百分比误差分别为0.18%、0.19%,验证了本文所提模型具有良好的泛化性,为地铁轮对智能化管理提供理论支持,延长车轮使用寿命。

针对市域铁路在运营过程中的救援场景研究缺乏及现有市域动车组能力不能完全满足救援的及时性要求等问题,本文研究了市域列车救援工况的溜逸风险及制动策略。首先,建立多编组列车连挂时的纵向动力学模型;然后,以北京大兴机场线为例,分析在救援工况下现有运营方式可能带来的列车溜逸风险;最后,结合相关标准,分析救援过程不同制动模式下乘客的舒适性。研究结果表明:在33‰坡道上救援车以5km/h连挂时,保持制动模式下列车加速度和冲击率将会达到10.5 m/s²和9.9 m/s³,且发生溜逸,而采用紧急制动模式时,列车的加速度和冲击率分别下降了63.1%和54.7%,未发生溜逸;当救援车连挂速度降低至3km/h后,列车最大加速度和最大冲击率分别降低至2.1 m/s² 和 2.4 m/s³,乘客舒适性明显提高。在坡道停车时,由于存在制动牵引切换过程,为保证在最大坡道上不溜车,列车保持制动力需达到60%最大常用制动力以上。

为解决城市轨道交通高峰小时区间满载率过高的问题,本文提出一种基于深度强化学习的城市轨道交通协同限流控制方法。该方法利用历史客流数据建立线网层面的限流仿真环境和智能体模型,以区间满载率为状态,以限流策略为动作,以客流体验为奖励,通过多轮强化学习训练产生最优的限流方案。随后利用北京地铁线网数据构建仿真实验并验证了该方法的有效性。仿真结果表明,协同限流方法可以有效降低断面客流量,缓解高峰小时区间拥挤程度,提高乘客出行舒适度。

为养护维修浸水情况下的浮置板轨道,基于流固耦合理论建立浸水条件下钢弹簧浮置板振动模型,分析浮置板和基础结构间存在积水情况时,车致振动影响下不同浸水深度浮置板轨道的减振效果。结果表明:钢弹簧浮置板的板底积水影响浮置板结构的减振性能;当积水深度小于板侧空间高度的 1/2时,隧道壁在其峰值频率 63 Hz 的振动已经增大5dB 左右;当积水深度达到板侧空间高度全满时,隧道壁加速度级在63 Hz 处增大 13.4 dB,增加约30.7%;隧道壁在63Hz和80Hz的振动级插入损失也分别增大13.36 dB和13.67 dB;浮置板板侧空间有1/2 及以上的高度浸水,峰值频率对应的浮置板、隧道壁的垂向振动级较正常情况分别大5 dB、10dB以上时,建议及时排水。

城市轨道交通U型梁沿顺桥向和横桥向的受力存在差异,而按现有设计规范U型梁桥取1.40的动力系数会导致材料浪费。针对该类结构的双向受力特征,以南京地铁S6号线U型梁为工程实例,建立车桥耦合振动模型;通过对比测试和计算结果,验证了所建模型的有效性;并通过改变车辆速度和编组,分析不同响应的动力系数。研究结果表明:梁底只承受纵向拉应力,但同一截面内却同时存在横向拉、压应力;挠度、纵向应力和横向应力的动力系数最大值分别为1.231、1.216和1.362,分别出现在6车满员和6车定员编组的工况中;在确定单线U型梁的动力系数时,应该考虑列车编组的影响,并根据受力方向对动力系数值加以区别,建议在计算挠度和纵向应力时取1.30,而在计算横向应力时仍取1.40。本研究旨在提出U型梁动力系数的合理取值,并为结构优化提供参考。

为探究城市轨道列车通过大跨度桥梁时的轮轨噪声特性,以重庆轨道交通6号线东水门长江大桥以及环线朝天门长江大桥为研究对象,采集列车通过大桥时的噪声实测数据,分析比较噪声频谱特性与能量特性,并总结规律。结果表明:大跨度桥上轨道列车产生的轮轨噪声呈现宽频特征,声压级频谱曲线呈现“中间高、两边低”的趋势;钢桁系杆结构的拱桥噪声峰值集中于800Hz处,并且结构噪声在63~80Hz范围内产生了一个相对峰值,而钢桁架梁斜拉桥的噪声峰值所在的频段更高;三跨连续钢桁系杆拱桥的噪声频谱宽、幅值大,其噪声远大于钢桁架梁斜拉桥,中高频段范围的轮轨噪声尤为显著。

针对有限差分法及有限元法等连续介质数值方法无法模拟砂卵石地层的离散介质属性的问题,基于块体离散元方法,建立离散元模型,模拟盾构穿越砂卵石地层的掘进过程,研究盾构掘进过程中砂卵石地层中块体或颗粒间结构面的位移以及围岩与管片变形;将砂卵石地层等效为连续介质,建立有限差分模型模拟盾构掘进过程,并且对比离散元模型与有限差分模型计算结果之间的差异。结果表明:离散元模型中结构面正法向位移超过 0.1 mm 的区域主要集中在仰拱处,结构面负法向位移超过0.1mm的区域位于两侧拱腰处,结构面切向位移超过0.4 mm 的区域主要集中在仰拱处;对于围岩和管片的变形,离散元法的计算结果均大于有限差分法,因此采用离散元方法对砂卵石地层中隧道及管片的设计方案进行验证相对更加安全、合理。

针对盾构渣土资源化利用,依托苏州轨道交通8号线,基于实验室研究改进固化材料配比,将区间线路盾构渣土置拌成符合工程要求的同步注浆浆液。同时,新建8号线双线盾构隧道与既有3号线双线隧道在唐庄站交汇,形成两层四线叠落的特殊工况。本项目使用的渣土浆液稠度约为113mm,7d强度≥1 MPa,28d强度≥2.5 MPa,满足工程要求。掘进过程中既有隧道结构的监测数据表明,盾构渣土浆液可以有效地控制新建盾构对既有建(构)筑物的影响。利用盾构渣土制备同步注浆浆液可实现渣土资源化利用,在推进绿色建造的同时降低隧道(双线)施工成本约75万元/km。

为提高城市轨道交通全自动运行(fully automatic operation,FAO)系统的安全性,本文从 FAO 系统运维的角度,提出一种基于情景融合的 FAO 系统危害分析技术。该技术通过场景要素识别,融合生成 FAO 应用场景后,综合选取等比例分配法、先验信息分配法或组合逻辑分配法,采用半定量安全完整性等级(safety integrity level,SIL)分配技术完成核心子系统功能安全指标分配,解决传统功能故障模式影响及危害性分析(failure mode, effect and criticality analysis, FMECA)对多系统功能 SIL 分配存在局限性的问题,为后续 FAO 系统线路的危害分析及SIL 分配工作提供参考。

地铁牵引电流在列车运行中动态变化,导致周边电网回路中产生磁感应电压,由此产生的感应电流是致使变压器发生直流偏磁的关键因素之一。磁感应电压的产生受多种因素影响,为定量分析不同影响因素对其贡献度的大小,首先利用磁感应电压公式推导出地铁磁感应电压的主要影响因素,其次建立“地铁线路输电线”磁耦合边界元模型,仿真分析关键因素对感应电压的影响,在列车平稳运行阶段,感应电压受影响很小,在1000 m处,感应电压已衰减了 90%,继而构建了产生磁感应电压的反向(back propagation,BP)神经网络,并采用平均影响值(mean impact value,MIV)解析各个影响因素对磁感应电压的贡献度。结果表明,等效回路中磁感应电压更易被等效回路长度影响,其贡献度为44.38%,相对距离的贡献度最小,仅为21.31%。因此,电力系统构成等效回路的面积是影响最终在闭合回路中产生磁感应电压值的最重要因素。

针对数币硬钱包在轨道交通过闸乘车的应用问题,采用业务流程设计及票务系统改造等方法,实现数币硬钱包在苏州轨道交通过闸乘车业务。首先,在明确数币硬钱包基本概念的基础上,确定数币硬钱包在轨道交通过闸乘车方面的应用形式;然后,综合考虑轨道交通的业务现状、使用需求及数币硬钱包的技术特点,设计数币硬钱包过闸乘车的总体方案,并对数币硬钱包的注册、进出站、票务处理等业务流程进行详细分析;最后,结合苏州轨道交通票务系统现状,提出互联网票务系统及自动售检票系统的具体改造方案,从而实现数币硬钱包过闸乘车业务。苏州轨道交通数币硬钱包的应用对于数币硬钱包具有一定的推动意义,可以为轨道交通领域数币的应用提供参考。

城市轨道交通高速发展对企业运营管理带来了前所未有的挑战,传统的运营方式制约了数据的使用和资源的共享。随着交通强国战略、智慧城市建设的快速推进,地铁作为居民交通出行的重要组成部分,高额运营成本与传统运营管理手段不匹配的矛盾,亟需从传统思维向数字思维转变,以数字化驱动运营管理质量提升,提高企业生产效率。本文对轨道交通数字化运营的难点进行了总结分析,并以昆明地铁4号线为案例,展示4号线运营数字化转型的路径及数字化运营的经济效益成果。4号线通过搭建基于云平台的轨道交通综合自动化系统及业务一体化管理系统,并同步开展企业数字化转型变革,实现地铁数字化运营,以实践推进企业降本增效,为同行业提供了面向城市轨道交通的数字化运营解决方案。

随着中国轨道交通和城市化进程的不断发展,单一功能的站前广场规划已无法满足当下多样化的城市建设需求。本研究通过对日本站前广场的建设历史和相关规划标准的梳理,针对日本多个不同级别城市的站前广场进行实地调研,并且分析代表性案例的空间规划和开发方式,总结出日本站前广场的规划经验:重视站前广场在站城一体化开发中的空间调节作用,根据规划需求调整广场的城市功能;广场建设要结合站点周边地区发展特点,注重广场的灵活布局和多样化利用;广场规划各阶段设立合作组织,注重广场各建设部门的相互沟通和责任划分以及制定持续的利用者参与机制和完善的广场运营制度等,以期为中国轨道交通可持续发展和合理的城市空间规划提供参考和借鉴。