關(guān)于城市軌道交通節(jié)能線路設(shè)計(jì)研究

熊 義

重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 重慶 401120

我國(guó)城市現(xiàn)代化的步伐逐漸加快，為了適應(yīng)新的城市化要求就必須發(fā)展城市軌道交通來緩解城市的交通問題。城市中交通軌道的數(shù)量和規(guī)模越來越大，建立其節(jié)能的城市軌道體系對(duì)我國(guó)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展能源策略有著重要作用。為了減少城市軌道的運(yùn)營(yíng)成本和能源消耗，結(jié)合本人工作經(jīng)驗(yàn)，通過軌道技術(shù)分析，根據(jù)對(duì)站間距、敷設(shè)方式、線路平曲線、坡段長(zhǎng)度和坡度等要素分析，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)出最為合理的節(jié)能設(shè)計(jì)方式。

1 影響能耗的因素

城市軌道交通需要消耗大量的能量，其中運(yùn)營(yíng)的能量消耗是難以通過軌道設(shè)計(jì)進(jìn)行減少的。但是通過對(duì)相關(guān)地形的線路設(shè)計(jì)能夠達(dá)到存儲(chǔ)能量的方式，這是城市軌道節(jié)能設(shè)計(jì)的重要指點(diǎn)方向。為了做好軌道的節(jié)能設(shè)計(jì)就需要對(duì)列車在運(yùn)行中的能量消耗因素進(jìn)行分析。通過對(duì)列車運(yùn)行中牽引系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、排水、通風(fēng)等因素消耗的能量進(jìn)行分析，得出了如下影響能源消耗的因素[1]。

1.1 影響牽引能耗的因素

牽引能耗是列車運(yùn)行中主要能量的消耗原因，通過大量的城市軌道列車能耗數(shù)據(jù)的調(diào)查，影響列車牽引能耗的因素包括車型、啟動(dòng)方式、制動(dòng)手段、線路設(shè)計(jì)。季節(jié)因素、供電系統(tǒng)等多重原因，甚至還和行車的密度有關(guān)。

1.2 影響動(dòng)力能耗因素

列車在運(yùn)行過程消耗的能量并非固定的，它會(huì)因?yàn)榱熊囌{(diào)控站相關(guān)調(diào)控命令出現(xiàn)一些改變，所以會(huì)受到車站人流量、出戰(zhàn)入站口、車站敷設(shè)方式而受到影響，是一項(xiàng)因?yàn)檐囌驹O(shè)計(jì)而會(huì)出現(xiàn)較大能耗波動(dòng)的影響因素。

2 線路條件對(duì)牽引能耗的影響

牽引能耗是列車行駛過程中主要的能源消耗，因?yàn)楸疚牡钠行ё⒅亟榻B線路條件對(duì)牽引能耗的消耗作用，利用4M2T的B型車對(duì)線路條件對(duì)牽引能耗進(jìn)行實(shí)際的分析[2]。

2.1 站間距

城市軌道中為了方便市民的靈活出行所以站間距的距離較短，但是站間距離越短，車站數(shù)量就越多，會(huì)極大增加列車啟動(dòng)和制動(dòng)的次數(shù)，嚴(yán)重的增加列車的能量消耗，為此在制定站間距時(shí)除了要考慮到市民出行的便捷之外，還需要考慮建設(shè)單位的建設(shè)成本和列車的運(yùn)行能耗，但是如果增加站間距就會(huì)增加居民的出行負(fù)擔(dān)，居民因?yàn)檎鹃g距過大而不選擇列車出行，這會(huì)極大增加城市普通道路的交通壓力，制約城市發(fā)展的同時(shí)也起不到城市軌道列車設(shè)計(jì)的主要目的。結(jié)合我國(guó)現(xiàn)階段的基本國(guó)情和國(guó)際上先進(jìn)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，在站間距的選擇上通常是在一公里到兩公里之間，同時(shí)根據(jù)路線附近的居民數(shù)量和人口密度進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整。

站間距之所以會(huì)對(duì)牽引能的損耗造成較大影響，其主要原因就是在列車的啟動(dòng)和制動(dòng)階段需要大量的動(dòng)力改變列車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)列車會(huì)對(duì)列車的行駛帶來較大的能源負(fù)擔(dān)，這與我國(guó)的能源使用策略的目的背道而馳。同時(shí)因?yàn)榱熊囬L(zhǎng)時(shí)間的啟動(dòng)造成線路中電流產(chǎn)生的熱量變高，使得列車運(yùn)行系統(tǒng)中電路的焦耳熱過高也會(huì)造成能量的過多消耗，難以達(dá)到節(jié)約能源的目的。為了減少列車出入站的能源損失，可以通過一定的緩坡建設(shè)，將制動(dòng)時(shí)多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為重力勢(shì)能，在列車啟動(dòng)時(shí)再將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱熊噯?dòng)需要的動(dòng)能，利用這樣的方式減少列車制動(dòng)和啟動(dòng)過程中能量的消耗。

2.2 敷設(shè)方式

城市因?yàn)槠洫?dú)特的用地緊張性，所以在選擇城市軌道建設(shè)時(shí)不能像普通道路一樣直接進(jìn)行道路拓寬或者道路建設(shè)工作，城市軌道在設(shè)計(jì)過程中會(huì)考慮三種敷設(shè)方式，分別市地面敷設(shè)、高架敷設(shè)、地下敷設(shè)，三種方式除了在占用地面面積上存在差異以外，在其他方面也對(duì)運(yùn)行能耗造成了一些不必要的影響[3]。

（1）在地下隧道中需要專門建設(shè)通風(fēng)設(shè)施，不但增加了工程的項(xiàng)目成本還對(duì)列車的運(yùn)行造成不良的影響，同時(shí)因?yàn)樗淼乐羞€需要24小時(shí)提供照明設(shè)備，所以在這方面對(duì)能耗的影響較高。

（2）氣溫原因?qū)α熊嚨哪茉聪囊矔?huì)有著不一樣的影響，比如在我國(guó)的東北地區(qū)，其冬季時(shí)間長(zhǎng)且嚴(yán)寒，地面敷設(shè)和高架敷設(shè)建設(shè)的城市軌道在運(yùn)行過程中需要大量的運(yùn)行供暖設(shè)備，所以在地下敷設(shè)在這一方面就會(huì)產(chǎn)生優(yōu)勢(shì)。

（3）我國(guó)的云貴地區(qū)是著名的丘陵地帶，在地面敷設(shè)軌道會(huì)使得列車在運(yùn)行過程因?yàn)榕榔潞拖缕螺^多造成大量的能源消耗，所以在這類地形地區(qū)的地方使用地下敷設(shè)能夠得到更多的優(yōu)勢(shì)。

3 線路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

3.1 平面設(shè)計(jì)

城市軌道的平面設(shè)計(jì)需要考慮的因素非常的多，其中必須考慮的因素就是線網(wǎng)方案，利用現(xiàn)階段先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算對(duì)該地區(qū)線網(wǎng)進(jìn)行模擬能夠很好地開展線路的平面設(shè)計(jì)工作。重慶軌道交通9號(hào)線一期工程紅巖村至化龍橋站區(qū)間，需繞避紅巖村革命紀(jì)念館核心保護(hù)線及人防保護(hù)線，同時(shí)又考慮對(duì)周邊地塊的客流服務(wù)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合線網(wǎng)規(guī)劃走向局部調(diào)整優(yōu)化線路走向[4]。

3.2 縱斷面設(shè)計(jì)

在平面設(shè)計(jì)完成后并不能對(duì)工程的各個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了增加設(shè)計(jì)的立體性和全面性就需要進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)和橫斷面設(shè)計(jì)，在進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)平面設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的調(diào)整，使得平面設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，另外利用平面設(shè)計(jì)的成果結(jié)合縱斷面設(shè)計(jì)能夠達(dá)到確定線路在實(shí)際中的空間位置。在縱斷面設(shè)計(jì)中主要的工作內(nèi)容就是以設(shè)計(jì)方案為主體建立起包容著敷設(shè)方式、過渡段、控制點(diǎn)、制圖等多重元素為一體的工作體系，科學(xué)地進(jìn)行相關(guān)的縱斷面設(shè)計(jì)達(dá)到實(shí)現(xiàn)避開不良土層并穿越不良土層的作用，為城市軌道建設(shè)的安全施工創(chuàng)造條件。

3.3 橫斷面設(shè)計(jì)

城市軌道的三種主要敷設(shè)方式中都需要利用橫斷面設(shè)計(jì)，達(dá)到和諧建設(shè)城市軌道建設(shè)和普通道路建設(shè)的目的，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)協(xié)調(diào)城市交通建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)手段。在城市軌道的鋪設(shè)中必須要考慮該地段中路面道路兩旁的建筑形式，達(dá)到軌道建設(shè)、道路建設(shè)、建筑建設(shè)科學(xué)合理的共同發(fā)展，相互促進(jìn)、互不干擾的作用[5]。

3.4 輔助線路設(shè)計(jì)

我國(guó)城市軌道建設(shè)的主要目的就是為了緩解城市道路中日益沉重的交通壓力，為此在建設(shè)相關(guān)的城市軌道時(shí)除了需要建立其重要城市交通樞紐和一些主要干道，還需要建設(shè)好一些輔助性道路已達(dá)到方便居民生活。促進(jìn)人們出行轉(zhuǎn)變的目的。在進(jìn)行輔助線路的設(shè)計(jì)中一定要吸收交通調(diào)控部門的意見，讓軌道在運(yùn)行過程中能夠擁有合理的調(diào)控方式實(shí)現(xiàn)城市交通出行的靈活化。

3.5 調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)

線路平面設(shè)計(jì)和縱斷面調(diào)整能夠做到調(diào)線調(diào)坡的作用，利用線路建設(shè)的調(diào)坡工作能夠達(dá)到對(duì)城市軌道坡度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)列車在運(yùn)行過程中有著相對(duì)平緩的運(yùn)行環(huán)境，達(dá)到節(jié)能損耗的效果。在該項(xiàng)工作中最為重要的階段就是對(duì)入侵界的判斷，利用我國(guó)在城市軌道中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到鋪軌施工整體的要求，為列車的安全行駛和存在制動(dòng)能量創(chuàng)造條件[6]。

4 結(jié)束語

綜上所述：我國(guó)日益嚴(yán)峻的城市交通狀況對(duì)城市軌道建設(shè)提出了新的要求，隨著城市軌道交通日益發(fā)展、規(guī)模逐漸壯大在城市軌道設(shè)計(jì)中融入節(jié)能的觀點(diǎn)將更加符合我國(guó)現(xiàn)階段發(fā)展經(jīng)濟(jì)的要求。城市軌道的設(shè)計(jì)體系中，需要其擁有足夠的整體意識(shí)和階段要求，只有良好的設(shè)計(jì)方案才能夠讓城市的經(jīng)濟(jì)能夠得到長(zhǎng)足發(fā)展的同時(shí)緩解城市的交通壓力。