地铁节能坡设计意义探析

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1、地铁节能坡设计意义探析　　【摘要】目前国内地铁建设的步伐逐渐加快，但在线路设计中引入节能坡的设计理念和针对具体方案的深入具体分析并不多见。本文从节能坡设计的含义出发，通过具体案例的计算、比较、分析，提出节能坡设计的重要性和因此带来的地铁长期运营的经济效果。从比较分析结果看，采用节能坡设计理念后的线路节能效益可观，如能在地铁设计中高度重视，意义重大。【关键词】节能坡；效益；仿真；优化1进行节能坡设计的意义地铁系统是一个多专业综合的复杂系统，地铁各子系统间往往互相渗透、互相影响。线路纵断面的方案差异往往会影响到地铁系统的能耗甚至供电系

2、统的方案，还可能对将来的列车运行带来影响。因此，在设计阶段，如果能够提出比较优化合理的纵断面方案将对整个地铁工程带来可观的经济效益。本文仅从列车运行能耗的角度，对线路纵断面节能坡设计应用的经济效果进行简单的分析。2合理纵断面设计的含义地铁线路纵断面直接影响地铁列车的运行效果，并对地铁运营的长期的运营成本产生长久的影响。那么，如何设计出合理的的纵断面呢？它将受以下几方面的约束：72.1要保证列车运行功能指标的要求地铁列车的运行首先要保证安全、迅速、舒适的要求，这就要求线路纵断面能与线路的平面设计要求相协调，不能存在“有害坡”，要求列

3、车有一个比较平稳的运行环境，使列车在惰行过程中不致超速而危及列车运行安全。2.2要保证列车的加速性能应用于地铁系统的动车组一般采用较大功率的电机，其目的是尽量缩短列车加速时间，从而有效提高列车商业旅行速度，满足地铁列车快速、便捷的要求。合理科学的纵断面能够有效地缩短列车加速时间和制动时间，从而提高列车平均旅行速度。2.3要受到地质条件、已存的建构筑物和土建工程造价的限制合理纵断面的设计应在工程造价与运营效果间找到最佳结合点，不应只考虑运营效果而不顾工程造价，应在合理的工程投资的基础之上确定出相对合理的线路纵断面。2.4应能够有效降

4、低运营成本地铁的土建线路工程是一次性永久工程。它的方案好坏将决定开通后运营效果的好坏，并对将来长期的运营成本造成影响。据统计，地铁能源消耗的费用一般要占地铁运营支出的20%～30%。因此，节能坡的研究对整个地铁系统的设计具有重要的意义。73节能坡研究的方法与工具地铁线路合理纵断面列车运行模拟设计方法是根据城市规划及客流分布进行选线后，按地面建筑物、地下管线、其他建筑物现状与规划以及工程地质、水文地质等条件而确定出地铁线路埋设深度、以及车站中心高程，再考虑列车重量、长度、动车特性、信号布置、行车组织等因素后，通过模拟仿真，对各种可行

5、性纵断面进行比选、优化，确定出相对科学的线路纵断面方案。进行多方案比选的主要工具是列车运行模拟软件，根据预定的列车属性对不同的纵断面方案进行运行效果比较，对能耗、运行效果和工程投资进行综合分析，最终确定最优的合理纵断面。4利用仿真模拟进行纵断面优化的优点（1）将地铁工程在设计阶段就置于系统工程的控制之下。由于从工程设计开始就考虑了综合运营目标的协调，使整个工程尽可能优化，避免了各专业间由于孤立设计而造成的工程浪费。（2）由于线路纵断面是在列车运行仿真模拟的条件下设计出来的，这样可以最大限度地接近运营后列车的实际运行情况，能够更好地

6、达到地铁系统远期的功能目标。7（3）能耗问题是一个长期的运营支出问题，地铁的能量消耗费用一般要占地铁运营支出的20%～30%。一个比较优化的纵断面设计，将在很大程度上影响地铁的长期运营支出，而且节能问题也是国家的一项重要国策。（4）由于在初期就考虑了列车运行要求，这样不仅增加了安全可靠性，同时简化了司机操纵过程，为自动驾驶简化了控制程序。5案例纵断面方案比较为更直观体现节能坡设计的实际工程意义，我们对某线路的一个区间（A—B）进行纵断面方案的具体比较分析，其中方案一为工可设计方案，方案二为基于节能坡理念的优化方案。该区间长度131

7、0米，A、B站高程差5.77米。考虑一般远期列车编组不大于6辆，列车长度小于180米，在节能坡比较过程中，站台范围的坡坡段按照坡度不大于3‰、长度不小于200米设置。在模拟计算时，是从车站中心作为列车质点中心计算，因此在下面的优化断面中，区间的第一个计算坡段为半个车站坡段长度（按照100米设置）。5.1方案I（初始）线路纵断面的初始方案表图示意如下：站名AB高程（m）-9.646-11.896-15.896-15.416里程（m）075011501310坡度（）-3-103坡长（m）7504001607通过列车运行仿真模拟，I方案

8、的模拟结果如下：走向技术速度km/h）运行时分（s）能耗（kWh）正向67.869.5942.1反向68.468.9441.35.2方案II（优化）基于节能坡理念，按照地铁设计规范规定“地下车站站台计算长度段线路坡度已采用2‰，在困难条件下，可设在