为分析城市轨道交通网络性能评价领域的发展历程和研究现状,基于 CiteSpace 软件对中国知网数据库中的文献进行计量分析。从城市轨道交通、城市轨道交通网络以及城市轨道交通网络性能评价3个层次的研究逐步聚焦,并对发文量、发文作者、文献来源和关键词等信息进行分析。通过追踪重要文献,归纳轨道交通网络性能评价的主要指标,并评述了不同评价方法的优缺点。研究表明,城市轨道交通网络性能评价研究正在经历几个重要的转变:首先,分析模型从无权网络向加权网络模型发展,更加注重车站和区间的差异性;其次,研究对象从轨道交通网络分析扩展到对轨道道路、轨道公交等耦合交通网络的综合评价;最后,网络性能研究焦点也由灾害或外部冲击时的抵抗能力,逐步转向包含灾后恢复能力的韧性评价。

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。

针对大型城市的城市轨道交通建设规划项目比选困难的问题,基于网络层次分析法构建城市轨道交通近期建设项目选择评价模型。从政策要求和相关利益主体的诉求出发,提出与城市协调情况、社会影响、建设实施成本效益、建成后交通效果以及网络服务提升情况5个评价准则,进一步细化为9项评价指标。以某城市为案例对评价模型进行验证。评价模型的技术路线符合城市轨道交通建设规划项目选择的决策逻辑。评价模型的输入数据均为建设规划阶段可获取的数据,评价模型的输出结果可直观反映备选项目排序优先级。

地铁列车在隧道内行驶过程中会形成活塞风,对隧道內的流场产生一定的影响,研究活塞风特性对合理利用它具有重大意义。基于非恒定流动伯努利方程,建立地铁隧道內活塞风的集总参数理论模型,从而分析非稳态活塞风特性。为了验证理论模型的准确性,建立1:16的缩尺寸模型试验台,并对活塞风风速进行测试。模型值与实测值对比结果表明,皮尔逊相关性系数高于 0.98,平均误差低于13%,验证了理论模型的相关性和准确性;利用该集总参数理论模型,探究不同因素对地铁隧道活塞风的影响,并进行灰关联度分析。研究结果表明,阻塞比是影响隧道活塞风通风效果的最大因素,列车长度和列车速度次之,而隧道长度最小,据此提出一个适用于我国常见地铁隧道活塞风通风效果的拟合公式。

针对我国城市轨道交通行业人才招聘存在的“招而难选、选而难留”的困境,以北京交通大学20182024届地铁公司就业的毕业生为样本,从毕业生基本情况、就业地点、求职过程、毕业生所看重的因素、工作匹配5个维度开展问卷调查,基于539份有效问卷和 Logit 模型构建多维分析框架,探究影响招聘效果的关键因素。研究结果表明,招聘效果受工作地点与期望地匹配、单位发展空间与职业诉求契合、知识技能与岗位适配、岗位认同感和主观评价等多方面影响。据此研究结果,针对性提出优化岗位设置与学历结构匹配、关注求职过程对满意度的深层影响、加强岗位与求职者地理期望的协调、重视不同职业期待下的岗位引导、关注岗位技能要求与毕业生能力结构的精准匹配、重视构建多元人才生态体系、加强大学生的职业规划教育的招聘优化路径,为城市轨道交通行业制定人才政策、提高招聘效率提供实证依据。

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。

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。

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。

当前城市轨道交通站台照明控制方法存在着控制方式简单、控制准确度低等问题,导致能耗严重浪费,也无法为乘客提供舒适的照明环境。根据城轨站台客流特点,结合站台区域功能特征和乘客心理需求,提出一种基于乘客密度的城轨站台照明节能控制方法。该方法首先通过分析城轨站台空间特征和乘客心理时间变化特点,建立站台不同时段不同区域乘客密度和站台区域照度的函数关系,然后建立以站台照明能耗最优为目标,站台照度需求为约束,灯具调光系数为控制变量的线性规划优化模型,最后采用单纯形法对模型进行求解并进行实例分析。结果表明,在小客流车站,本文方法与目前常规控制方式相比,在早高峰、晚高峰和平峰时段,站台照明能耗降低分别达27.68%、38.16%和38.87%,并保证区域照度在合理区间,可以有效降低城轨站台照明能耗,提高站台光环境舒适性。

针对城市轨道交通道岔区焊接式滑床板方案发生的压舌断裂、台板与底板脱焊、转换失效,整铸滑床板方案铸造工艺复杂,易出现夹渣、缩松、废品率相对较高、传统的滑床板涂油养护方式岔区养护维修工作量较大、轨行区污染严重、侵蚀扣件垫板、影响垫板的耐久性等问题。从结构设计、铸造工艺、降低表面摩擦系数、无损检测等方面对滑床板的设计、生产、检测各关键环节进行优化改进。通过理论分析及室内试验,验证新型整铸滑床板的可靠性及优异性,并进行在线试铺。结果表明,提出的新型整铸滑床板大幅降低了道岔区养护维修工作量,且养护维修便利性增强,对今后道岔板的优化设计及病害整治具有重要意义。

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。

针对浅埋矩形顶管下穿重要风险源问题,以北京地铁12号线三元桥站地下通道矩形顶管近距离下穿高速路工程为背景,采用数值模拟对高速路路基路面结构层进行精细化建模,并模拟下穿施工全过程;分析矩形顶管下穿高速路的地表变形规律,并对顶管施工中机头支护压力、地层损失、注浆压力等施工参数进行敏感性分析;最后采用视频监测对高速路沉降进行监测及验证。结果表明:浅埋矩形顶管施工引起的地表变形规律可以概括为地表轻微隆起、地表迅速沉降和沉降最终稳定3个阶段;地层损失和注浆压力变化对沉降量的变化最为敏感;由现场视频监测数据可知,建立的数值模型能够反映顶管施工对地表变形的基本规律,高速路面最大沉降满足≤15mm的控制标准。

为研究不同工况下运营期地铁隧道壁后注浆浆液的扩散机制,根据注浆所涉及的物理过程推导扩散过程中的数学模型,编制基于有限单元法与流体体积法的三维数值计算程序,以实际工程为背景分别模拟不同土体条件下运营期地铁隧道壁后注浆堵水时浆液的扩散行为,并采用室内模型试验验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明:在硬土中,浆液主要是向垂直于衬砌结构的方向劈裂,浆脉在衬砌背后难以形成较大面积的封闭加固体;而在软土中,随着注浆压力的增大,浆液逐渐沿着隧道与土体的界面扩展,注浆结束后,浆液沿着隧道壁后形成一个均匀分布的封闭加固体。模型试验与数值模拟趋势相同,证明了隧道壁后注浆扩散机制的正确性。

为保证近零距离深基坑施工过程中既有盾构隧道的结构安全,解决低净空条件下围护结构、地基加固施工难题,以长江漫滩地区基坑项目为实例,采用MJS工法桩内插H型钢的支护方式,通过高频液压免共振锤实现H型钢的静压插入,采取纵向拉条、复合腔体等措施完成盾构隧道内部的同步预加固,经深基坑施工前、后三维数值模拟分析和现场实测数据对比验证,挤土效应和时空效应对盾构隧道结构的影响得到有效控制,可为类似基坑工程设计、施工提供参考。

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。

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。

双向变电站因具有输出电压可控、可实现单位功率因数运行及能量双向流动的特点,在城市轨道交通再生制动能量利用方面颇具优势。电压传感器的误差及线路参数的不一致,会导致变电站中的两台变流器产生较大的不均衡电流,而增大变流器输出电流反馈系数,可减小变流器间的电流差,但变电站输出电压的波动程度会因此加剧。在基于变流器输出电流反馈的下垂控制策略的基础上,增加正比于变电站输出电流的电压补偿项,提出一种基于变电站输出电流补偿电压指令值的下垂控制策略。通过并联系统输出外特性曲线,分析了电压补偿项对电流均衡和降低电压波动的机制,并给出了补偿系数的取值范围。结果表明,该策略可在提升变流器间电流均衡的同时,降低变电站输出电压的波动程度。在MATLAB/Simulink 中搭建仿真模型,进行算例分析,验证本文所提策略的有效性。

全自动运行系统已经成为城市轨道交通的主流发展方向,但出于安全和应急响应及时性等因素考虑,目前我国全自动运行线路仍以人员值守方式运营,未能充分发挥“全自动”优势。为了解决运营单位的后顾之忧,提升设备故障应急处置效率,在广泛调研多个城市全自动运行线路应急预案的基础上,提出以行车关键设备为核心的FAO 线路设备相关应急预案框架。针对现行预案的完备性不足、流程不明确的问题,提出融合失效模式分析和熵权法的故障处置应急预案设计方法。考虑故障影响的严酷度、发生概率、影响范围、隔离处置难度、运营恢复难度五方面因素,结合系统设计信息和运营日志数据客观计算故障综合影响指标,并以此为依据确定故障处置策略,进而设计应急预案。最后,以计轴设备为案例,借助某线路85个月故障日志数据,完成设备故障模式分级并针对性设计应急预案。结果表明,故障处置预案的完备性和可操作性得到有效改善。

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。