近年来随着国家经济全面转型升级,北京城市发展方式也随之发生转变,更加强调科学、可持续的高质量发展。轨道交通与城市发展的关系也得到重新审视,“城随轨建”的规划理念应运而生。本文对北京轨道交通现状发展存在的部分问题进行剖析,总结国内外轨道交通站城融合发展经验,梳理北京近年来站城一体化相关的政策指引,对轨道交通线站位规划理念提出了新的认识与思考。在线网规划层面注重廊道与节点的选择,强化轨道交通与城市规划的互动关系;在线路规划层面注重站点与用地的资源匹配,平衡规划与建设的共赢关系。结合实际工程项目经验,将规划新理念应用到工程实践当中,为北京轨道交通站城一体化融合发展建设提供参考。

针对粤港澳大湾区城际铁路采用公交化运营模式后,存在功能层次不清晰、与城市发展不协调、网络化运营不足、服务效率不高等问题,基于相关国内外都市圈区域轨道交通发展经验,提出将城际铁路、市域快线等轨道线路按照功能层次重新整合,结合都市圈出行需求特征统筹考虑网络布局,优化都市圈外部廊道,强化核心区快速直连通道,利用车站配线及联络线进一步加强都市圈轨道交通的互联互通,优化城际车站与地铁换乘服务等相关建议,为区域内城际铁路的运营服务水平提升及可持续发展提供参考。

为解决城市轨道交通场景下如何有效应对高级持续性威胁(advanced persistent threat,APT)这一难题,提出将攻击溯源图与深度流量学习相结合的方法,集成攻击重构与流量监控,实现对 APT 攻击的判断和检测。通过实验结果可知,该模型能够实现对APT攻击的有效溯源。与传统的基于机器学习的APT攻击检测模型比较,这种组合模型在检测准确率、精确度、召回率等指标方面具有明显的优势。

为分析地铁隧道振动源强的影响因素,以某地铁线路直线段为研究对象,同步采集车致振动信号和速度信号,统计分析全天测试样本的时域、频域特征。结果表明:早晚高峰时段,隧道内振动响应不一定完全最大,振动源强的离散程度与车辆状态直接相关,V1、V2两车所引起的隧道壁测点Z振级的均值相差6.7 dB;取40组以上的测试样本计算振动源强,其结果更接近全天样本均值;由轮轨系统引起的隧道振动主频随车速的变化而偏移,车速与道床、隧道壁的振动加速度级呈现较强的线性正相关,车速每提高10km/h,振动分别增加约1.7、2.6 dB;速度差在10km/h以内时,振动源强在1dB以内变化,速度差在10~20km/h时,振动增幅为1.5~2.2 dB;计算得到车速修正C的系数为18.5,与环评振动预测公式中列车速度修正所使用系数接近;隧道壁振动在40 Hz 以下的低频段离散较大,但该频段对振动源强的贡献度较小,占15.29%,优势频段为50~63Hz,该频段对振动源强的贡献度达 59.55%。研究成果可为环评振动预测公式的进一步精确化提供参考,为提高地铁隧道源强测试结果的准确性提供理论依据。

为了研究地铁车站 PM2.5、PM10以及总悬浮颗粒物(total suspended particulates, TSP)产生源及其分布规律,首先针对某市2条地铁线路共11座车站进行颗粒物浓度检测,测试区域包括室外、车站公共区、设备管理用房区和站台端门内走廊,测试各区域 PM2.5、PM10、TSP 颗粒物浓度并对室外和站台颗粒物进行元素分析,然后分别对各区域 PM2.5、PM10、TSP 颗粒物在室外不同浓度水平情况下分布情况进行分析,最后基于检测结果给出地铁颗粒物防治措施的相关建议。研究结果表明:站内颗粒物成分组成中的铁元素较室外大幅增加,地铁站内含铁颗粒物多呈现片状不规则形,与室外不同,说明颗粒物产生原因为轮轨摩擦;在室外颗粒物浓度水平较低时,各粒径颗粒物分布情况相近,整体呈现隧道內颗粒物浓度>站內>室外的情况;当室外颗粒物浓度水平较高时,PM2.5和PM10整体呈现隧道内颗粒物浓度>室外>站內的情况,而无论室外颗粒物浓度高或低,公共区和车厢 TSP 浓度均呈现高于室外的情况。

为衡量城市轨道交通线路的旅行速度所发挥的效率,提出速度效率的概念。基于我国170条城市轨道交通线路的运营数据,涵盖全封闭运行的地铁、轻轨、单轨等系统,只考虑站站停的列车运行模式,从平均站间距和线路设计速度两个方面对旅行速度和速度效率进行分析,结果表明:大部分线路(约64%)设计速度为80 km/h,平均站间距为1.0~2.5km,其中约90%的线路旅行速度为30~40km/h,速度效率为37.5%~50.0%。此外,量化分析旅行速度和平均站间距、设计速度正相关的变化关系,以及速度效率与平均站间距正相关、与设计速度负相关的变化关系。最后,基于实际数据拟合的旅行速度和速度效率公式,计算得到平均站间距、设计速度、旅行速度和速度效率的对应分布值,可为衡量城市轨道交通线路旅行速度和速度效率的合理范围提供参考。

为识别城市轨道交通网络关键站点并研究其多年演化,构建基于截断奇异值分解(truncated singular value decomposition, TSVD)的关键站点识别方法,选取北京市 2011—2019年早高峰时段的 OD 数据,通过关键特征向量分析网络客流演变并对城轨网络中关键站点进行识别,将其与复杂网络方法的识别结果进行对比。分析表明:TSVD 法能很好地应用于考虑OD分布的网络关键站点识别,识别结果能更好代表网络客流的空间分布。从识别结果看,北京轨道交通关键站点空间布局呈现多中心发展趋势,如西北西二旗,西南丰台科技园等站点逐步形成网络客流中心并相互联系;东南土桥、东北俸伯等站点也初步呈现网络客流中心的特征。

针对既有线路自动控制系统实时性和准确性不足等问题,提出一种列控系统智能化升级方案。首先,针对列车运行中电制动和空气制动阶段的独特性,考虑电制动和空气制动间的切换,分别建立针对电制动和空气制动的精确制动模型。然后,对列车自动运行系统(automatic train operation, ATO)控制器进行优化,应用滑模自适应鲁棒控制策略进行实时调整,增强控制器鲁棒性,以适应不同车辆参数和外部环境干扰。最后,以北京地铁5号线为例,对列车精确制动模型和滑模自适应鲁棒控制器进行仿真验证,计算列车停车精度与速度误差。研究结果表明:与比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制和滑模控制算法相比,利用本文提出的控制算法计算得到的停车精度和速度误差更小,停车精度均值达8cm以下。

针对目前车辆段上盖开发中减振降噪的迫切需求,归纳车辆段轨道振动噪声的既有控制措施,提出车辆段车场线钢轨无缝化的必要性,研究无缝化对于轨枕的需求。经检算,车辆段在采用臂展式阻力枕并配合其余加强措施的情况下,能够满足无缝线路的强度和稳定性要求。进一步地,提出7号可动心轨辙叉无缝道岔技术,并结合北京地区实际使用条件进行道岔无缝化检算,得出该道岔及道岔群具备无缝化的条件。在车速为15 km/h的条件下,进行对比测试,发现可动心轨辙叉道岔相比于固定型辙叉道岔具有3~5dB的减振降噪效果。

为解决城市轨道交通管线复杂且生成管道3D模型仍依赖人机交互的问题,提出一种自动生成参数化BIM(building information modeling)管道连接件的方法。针对因绘图不规范而导致管道的起点和终点坐标无法唯一确定的问题,该方法基于直管中心线坐标,通过空间向量运算自动判断两根、三根和四根管线间应添加的弯头、三通、四通等连接件类型,然后结合标准构件尺寸表计算管件形状和位置参数。此外,利用 IFC(industry foundation classes)表达模型,使用C++语言实现模型的自动生成。经验证,该方法可显著提高管道模型生成效率和自动化程度。

为研究温度效应对小半径曲线桥梁轨相互作用的影响,以某小半径有轨电车曲线桥为背景,建立考虑无缝线路线形的线桥墩一体化空间有限元模型并进行验证。分析并对比直线桥与小半径曲线桥梁轨相互作用规律,研究了整体升温工况与局部升温工况下小半径曲线桥钢轨伸缩附加力、桥梁墩顶横向力和纵向力的大小及其分布规律,提出3种扣件布置方案并从减小钢轨伸缩附加力的角度进行对比。研究结果表明:相较于直线桥,整体升温情况下小半径曲线桥上钢轨横向位移及墩顶横向力均较大;对于小半径曲线桥,整体升温情况下,随着桥梁温度的升高,钢轨的伸缩附加力逐渐增大;采用整体升温工况进行设计检算时,钢轨所受伸缩力及墩顶纵向力与局部升温工况相比结果偏大;相较于铺设常阻力扣件,铺设小阻力扣件可以明显减小钢轨伸缩附加力,但纵向阻力过小容易导致钢轨折断时断缝过大。研究结果可以为有轨电车小半径曲线桥上无缝线路的设计提供理论参考。

为解决地铁运行引起的邻近砖混结构环境振动问题,以某7层砖混结构为研究对象,实测隧道内、室外地面、结构楼板的振动响应,分析振动沿“隧道地面结构”的传递规律,并由此提出建筑物内环境振动超标可能的原因:隧道埋深浅、建筑与隧道距离近且处于同个土层使得土体对振动的衰减效果较差;结构部分楼板共振导致振动响应超过评价规定的室外地面和室内首层。进一步建立该砖混结构的有限元模型,采用实测柱底竖向加速度作为荷载,并对比实测楼板响应验证模型的准确性。模拟计算结果证实中间层及顶层楼板的放大效应,并通过分析获得了楼层数量、层高、板厚、墙厚参数对振动响应空间分布的影响。研究成果对砖混结构的环境振动评价具有一定参考价值。

为了避免传统明挖法建造地铁车站带来的围挡占道、商铺拆迁、地下管线改迁等诸多负面问题,以广州地铁3号线东延段海傍站为工程背景,对矩形顶管暗挖地铁站建造技术进行研究。首先,提出了3种建造车站的顶管组合方案,并总结3种方案的特点,结合车站工程实际给出优选方案;然后,对车站截面设计、顶管机选型、管节设计和防水设计方案进行介绍;最后,通过理论计算、数值模拟、现场监测等手段验证组合顶管法施工的可行性。结果表明:矩形顶管暗挖地铁站建造技术可以用于下穿管线的地铁车站建设,且安全性高、可实施性强。

为控制大直径隧道预制中隔墙拼装质量,基于上海市机场联络线,对其内部预制中隔墙的拼装姿态进行研究和分析。在规定中隔墙坐标系后,分别对中隔墙在有、无初始拼装误差下的拼装姿态进行研究,得到中隔墙在上述工况下的姿态信息及其底面平面方程解析表达。分析结果表明:1)当中隔墙无初始拼装误差或其仅有平动或转动初始拼装误差时,不同控制点位的选取和调节系统千斤顶的顶进顺序不会对中隔墙的拼装控制产生影响,可根据所得中隔墙姿态表达式对其拼装姿态进行控制;2)当中隔墙仅存在平动或转动外的初始拼装误差时,应依据调节系统不同顶进顺序对中隔墙姿态进行单独计算,再依据所得表达式对中隔墙拼装进行控制,提高中隔墙拼装精度。将解析公式应用于中隔墙施工,取得了良好的工程应用效果。

为选择地铁轨排井合理设计方案,解决设计过程中较大轨排洞口严重削弱板的刚度、施工工况下传统二维框架断面计算无法满足设计需求与实际情况的问题,基于北京地铁22号线管庄站——永顺站区间高水压细颗粒地层中叠摞地铁区间轨排井设计的具体案例,从工程围护、主体结构方案的设计思路等方面,分析结构计算重难点等关键问题,并建立二维、三维模型进行结构受力分析。总结设计经验与控制工况,得出合理的设计方案:针对富水地层较深叠摞轨排井,支护结构采用地连墙与内支撑,主体结构采用加大边梁结构体系抵抗水平荷载。研究成果对以后地铁建设过程中的轨排井设计可提供参考。

为了提高土压(EPB)/隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)双模盾构掘进效率,减少滚刀磨损,以深大城际铁路机场东站—黄麻布站区间为依托,以该隧道左线里程ZDK8+583.0~ZDK8+359.8 全断面硬岩掘进段为研究对象,对区间所采用的EPB/TBM 双模盾构滚刀性能展开研究。首先,根据滚刀功能和类型的不同,对该区段的滚刀更换情况以及磨损状况进行统计分析,并获得最优性能的滚刀;然后,为更好地指导开仓换刀,以最优性能滚刀为例对滚刀使用寿命进行评估;最后,根据现场实际情况建立刀具信息管理系统。研究结果表明:中铁装备宽刀更适合该类地层的掘进,所搭建的刀具管理系统能很好地实现刀具信息化管理,确保现场施工更经济、高效。

为降低城轨牵引供电系统中的能源消耗,对多种新型城轨供电系统的节能策略开展研究。首先,基于传统潮流计算求解方法,建立城市轨道交通牵引供电系统的等效电路模型,并考虑城轨车辆牵引能量的非线性特性及多车模型中的等效电路变化。然后,利用等效电路模型以及各节点电压,设计系统的潮流解析方法。最后,结合合肥市轨道交通1号线相关数据,利用多列车运行仿真模拟结果,分析现有牵引供电系统与逆变回馈、储能、光伏3种新型牵引供电系统的牵引变电站功率、电压、能耗等指标。研究结果表明:相比于现有牵引供电系统,具有逆变回馈的牵引供电系统可以显著减小牵引变电所能耗,具有储能系统的牵引供电系统能够有效降低牵引变电所峰值功率,具有光伏系统的牵引供电系统可减小 24.89%的牵引变电站能耗。研究结果以期为提高城市轨道交通的节能减排效率提供参考。

针对地铁车站消防系统启泵不动作、时间过长等问题,研究其市政直接加压供水的消防给水控制系统自动启泵的优化方法。首先在地铁车站进行消防系统自动启泵的现场试验,然后针对现场测试数据展开分析,掌握消防系统压力与流量的变化特点,最后创建基于站点市政水压阈值条件下确定压力开关、流量开关、稳压泵组取值的新方法。研究结果表明:由于压力开关的设定值受市政水压影响,车站市政直抽消防系统应采用高压稳压;不同工况下压力开关、流量开关具有互补性,因此流量开关与压力开关均设定为自动启泵,提高自动启泵可靠性;压力开关、流量开关与稳压泵组之间的动作值逻辑关系应根据泵房不同的设置方案进行相应调整,避免消防管网渗漏引起压力开关、流量开关误动作启泵的风险,解决自动启泵时间过长或过快的问题。研究成果以期为地铁新线消火栓给水系统及消防泵房的设计提供参考,保证车站消防给水系统顺利实现自动启泵,有效提升地铁消防给水系统的效率与安全。

城市轨道交通的调度指挥工作是一项复杂的系统工程,而应急调度系统作为城市轨道交通调度指挥工作的重中之重,直接关系到企业运营服务水平和列车运营安全。以天津地铁应急调度为例,首先,在总结国内典型城市轨道交通应急调度模式的基础上,结合城市轨道交通线网一体化和运营智能化趋势,提出天津地铁应急调度指挥平台的总体目标和功能需求;然后,搭建由基础设施层、数据资源层、应用支撑层、应用软件层、信息展示层、法规标准规范和安全保障体系构成的天津市轨道交通应急指挥平台架构;最后,基于云计算和大数据等技术,探讨面向一体化需求和智能化趋势的天津地铁应急调度指挥平台技术方案与实施方案。研究成果以期为网络化条件下地铁的安全有序运营调度提供决策支持。

城市轨道交通工程在联络通道不设置防火门的情况下,隧道火灾通风控烟模式研究缺少全尺寸试验验证,针对该问题,选择郑州地铁的典型区间隧道开展列车在隧道中不同位置发生火灾的多工况通风控烟试验。通过测试不同工况下的火灾隧道及联络通道处的控烟风速,验证不设置联络通道防火门对隧道火灾通风控烟的影响以及不同通风控烟模式的实际效果。研究结果表明:对于车站采用全封闭站台门、区间设有1条联络通道的试验区间隧道,在不设置防火门条件下(即开启防火门),试验采用的各种通风控烟模式在门洞处均可获得吹向着火侧隧道且大于2m/s的风速,同时火灾隧道内的排烟风速也大于2m/s,可满足相关规范的控烟要求,在类似工程中取消防火门具有可行性;不同通风控烟模式在门洞处获得的风速有所不同,采用送风车站的2台隧道风机向火灾隧道送风、2台隧道风机向非火灾隧道加压送风,排烟车站的4台隧道风机均用于火灾隧道排烟的控烟模式,可以在联络通道门处获得较大的风速。