（道路与铁道工程专业论文）城市轨道交通双渡线折返站折返能力优化研究.pdf

l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 沁以遗协导师签名貔寡勿 签字日期：知p 年b 月川日 签字日期：仉l 。年月叫e t 中图分类号：u 2 3 1 2 ；u 2 3 1 4 u d c ：6 2 5 学校代码： 1 0 0 0 4 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 城市轨道交通双渡线折返站折返能力优化研究 o p t i m i z a t i o nr e s e a r c ho nt u r n - - b a c ka b i l i t yo fd o u b l e - - c r o s s o v e r r e t u r n e ds t a t i o no fu r b a nr a i lt r a n s i t 作者姓名：刘润招 导师姓名：魏庆朝 学位类别：工学 学科专业：道路与铁道工程 学号： 职称： 学位级别： 研究方向： 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 0 8 1 2 1 7 6 4 教授 硕士 轨道交通规划与设计 致谢 步临近，随着论文答辩的结束，校园生活也将告一段 在我的母校一这承载着我的梦想和青春的地方。荫荫 湖水清澈见底。风发的书生一代新人换旧人，唯有辛 这一代一代青春少年。 庆朝教授，他严谨的治学态度，一丝不苟的科研精神， 令我由衷的钦佩。能成为魏老师的学生，我感到非常荣幸。论文的选题和构思经 过魏老师的点拨使我更加明确了论文的研究方向，在此对我的导师表示崇高的敬 意和衷心的感谢。 还要感谢时瑾老师，时老师总是能在我对论文思路疑惑的时候，用其敏锐的 观察力以及独特的思维方法给我提出建设性的建议，使论文能一步步的深入下去。 感谢白雁老师以及陈建春老师，对我的论文的研究内容及方法，以及逻辑框架提 出了许多宝贵的意见。感谢万传风老师在我论文选题的时候，给过我许多的指导 和帮助。 在北京城建院实习期间，线路所的多位高级工程师对我的论文提供了宝贵的 资料，特此表示衷心的感谢。同时感谢北京城建院给我的实习机会。 感谢两年来给我提供支持和帮助的同学们，谢谢你们给予我快乐的研究生生 活，给我留下了如此美好的回忆。 最后感谢我的父母和家人，在我烦恼的时候总是能感受到你们的温暖，你们 无私的爱哺育着我。我成长的点点滴滴都与你们分不开，不管取得什么成果，我 都愿意与你们一起分享。 q 中文摘要 中文摘要 摘要：随着地铁网络化的迅速发展，既有线路的运能和需求之间的矛盾日益突出， 提高线路的运能成为目前首要研究重点之一。提高线路的运能的重要途径之一是 提高线路的发车频率，折返能力是阻碍压缩发车间隔的制约因素。优化车站折返 能力对提高线路能力、缓解线路压力具有重要意义。 本文首先从折返站的站型选择入手，分析了基于折返能力考虑的折返站站型 的选择方法，并对其车站布置进行了研究。然后，通过以最常见的站型双渡线折 返站为例，提出了城市轨道交通折返能力的解析计算方法。再建立优化模型，分 析了迸站速度、道岔限速、停站时间等关键因素对折返能力影响的影响程度，并 提出了优化折返能力的方法和措施。最后以北京地铁6 号线五路居站为例，分析 了五路居站的折返能力，提出了提高五路居站折返能力的措施。 关键词：折返能力；双渡线折返站；解析法；优化分析；提高措施 分类号：u 2 3 1 2 ：u 2 3 1 4 1 a b s t r a c t a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h eu b u mr a i lt r a i n s i t , t h ec o n t r a d i c t i o n b e t w e e nt h e e x s i t i n g l i n et r a n s p o r tc a p a c i t ya n dt h en e e d sb e c o m e i n c r e a s i n g l y p r o m i n e n t t h er e s e a r c h o ni m p r o v i n gt h el i n ec a p a c i t yb e c o m em o r ea n dm o i l i m p o r t a n t o n ei m p o r t a n tw a yt oi m p r o v e t h el i n et r a n s p o r tc a p a c i t yi st oi m p r o v et h e t r a i nf f e q u e n c y w h i l e ，t h et u r n - b a c ka b i l i t yh a sb e c o m eah i n d e r a n c ei nc o m p r e s s i n g d e p a r t i n gi n t e r v a l o p t i m i z et h es t a t i o nt u r n - b a c kc a p a c i t yt oi m p r o v et h el i n et r a n s p o r t c a p a c i t ya n d t oe a s et h ep r e s s u r eo fl i n eh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e t h ea r t i c l ef i r s ti n t r o d u c e st h em e t h o do ft h ed i f f e r e n ts t a t i o n t y p es e l e c t i o n , a n a l y z e st h em e t h o do fs e l e c t i n gs t a t i o nt y p eb a c e do ns t a t i o nt u r n - b a c ka b i l i t y , a n d m a k e sar e s e a r c ho ns t a t i o nl a y o u tm e t h o d t h e n , m a k et h em o s tc o m m o ns t a t i o n - t y p e - 一d o u b l ec r o s s o v e rl i n ea sa ne x a m p l e ，p r o p o s e da n a l y t i c a lm e t h o do nc a l c u l a t i n gt h e s t a t i o nt u r n b a c ka b i l i t y a n ds e tu po p t i m a lm o d e l ，a n a l y z eh o w e n t e r i n gs p e e d ，t u r n o u t l i m i t e ds p e e d ，d e w e l lt i m et oi n f l u e n c et h et u r n - b a c ka b l i t y , t h e n , p r o p o s et h em e a s u r et o o p t i m i z et u r n - b a c ka b i l i t y a tt h ee n do f t h ea t i c l e ，m a k et h ew u l u j us t a n t i o no f b e i j i n g m e t r ol i n e6f o re x a m p l e ，p r o p o s et h em e a s u r et oi m p r o v et h et u r n - b a c ka b i l i t yo f w u l u j us t a n t i o n k e yw o r d s ：t u r n - b a c ka b i l i t y ；d o u l el t o s s o v e rt u r n - b a c ks t a t i o n ；a n a l y t i c a lm e t h o d ； o p t i m i z a t i o na n a l y s i s ；e n h a n c e m e n tm e a s u r e s c l a s s n o ：u 2 3 1 2 ：u 2 3 1 4 1 1 目录 目录 中文摘要一v a b s l 、r a c t 。v i i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2 城市轨道交通折返能力研究综述l 1 2 1 国外折返能力研究现状1 1 2 2 国内折返能力研究现状2 1 2 3 研究现状小结6 1 3 研究的主要思路及内容6 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究9 2 1 折返能力的内涵9 2 1 1 折返能力的定义9 2 1 2 影响折返能力的因素9 2 2 折返站车站站型选择方法9 2 2 1 常见站型及车站折返能力。l o 2 2 2 车站所需折返能力分析。1 2 2 3 基于最小规模的折返站布置方法1 6 2 3 1 折返站最小长度分析。1 6 2 3 2 折返站最小宽度分析。2 0 2 4 折返站车站选型及布置方法2 l 2 5 折返站车站选型布置与折返能力关系2 3 2 6 本章小结2 4 第3 章双渡线折返站折返能力计算方法研究2 5 3 1 常用折返能力计算方法2 5 3 2 解析法研究思路2 6 3 3 双渡线折返站折返能力计算方法研究分析2 6 3 3 1 折返作业技术过程分析2 6 3 3 2 折返间隔组成时间分析。3 3 3 3 3 解析法进出站运行时间计算方法研究3 9 3 3 4 解析法计算折返能力小结5 0 3 4 双渡线折返站折返能力案例分析5 1 3 4 1 基础数据5 1 3 4 2 单位合力计算。5 2 3 4 3 列车进出站运行时间计算5 3 3 4 4 折返能力计算5 5 3 5 本章小结5 9 北京交通大学硕士学位论文 6 5 6 7 7 0 7 1 7 2 7 3 7 4 7 4 7 7 析7 8 8 1 8 1 8 7 8 7 8 9 8 9 8 9 8 9 9 1 9 1 9 3 9 3 9 5 9 5 9 6 9 7 9 8 9 9 9 9 一1 0 1 。1 0 1 1 0 2 。1 0 3 1 0 7 10 9 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第1 章绪论 自2 0 世纪6 0 年代北京建成第一条地铁线路以来，经过4 0 多年的发展，中国 进入了城市轨道交通的蓬勃发展时期。近十年来，国家给予政策上的正确引到， 各大城市积极努力，目前在中国内地，已有1 0 个城市拥有了建成并运营的城市轨 道交通线路，总里程超过8 0 0 k i n 。另有1 5 个城市正在建设，在建里程近1 3 0 0 k m ， 有3 5 个城市在规划新的城市轨道交通线路，规划里程超过7 5 0 0 k m 。 随着北京城市建设的不断发展，社会经济水平不断提高，北京市地面交通拥 堵情况非常严重，对居民出行产生越来越大的影响，而城市轨道交通所具备的快 速、便捷的特点，不仅使之成为越来越多的居民出行所依赖的交通方式，也是政 府为解决城市交通问题，实现城市公共交通发展战略，将人流从地面引入地下所 采取的重要手段。 2 0 0 8 年奥运会开幕前，北京轨道交通开通了1 0 号线一期、奥运支线和机场 线，并采取了吸引客流的票价政策。加上已经运营的1 、2 、5 、1 3 号线和八通线， 北京地铁共有8 条轨道交通线路在运营，轨道交通客流量也随之猛增，全日客运 量达到3 7 0 万人次以上，奥运会期间线网最大客流规模接近5 0 0 万人次。提高线 路的通过能力刻不容缓 2 1 。 随着地铁网络化的迅速发展，既有线路的运能和需求之间的矛盾日益突出， 提高线路的运能成为目前首要研究重点之一。提高线路的运能的重要途径之一是 提高线路的发车频率，而折返能力成为阻碍压缩发车间隔的制约因素。我国原有 线路的发车间隔通常为3 5 分钟，现在最短已达到2 分1 5 秒，原有设计未考虑如 此紧密的发车间隔，因此，在车站折返能力的设计上存在先天不足。车站折返能 力的优化研究对提高线路能力、缓解线路压力具有重要意义。从另一方面，随着 城市轨道交通的发展，对发车间隔的要求越来越高，地铁设计规范规定远期车 站通过能力要达到4 0 对l l ，初期至少3 0 对h ，但现今的折返站均不能达到此要 求，所以对现有折返站折返能力的优化研究具有重要意义【3 】。 1 2 城市轨道交通折返能力研究综述 1 2 1 国外折返能力研究现状 r 北京交通大学硕士学位论文 国外许多大城市轨道交通发展已经到了比较成熟的阶段：轨道交通在交通运 输中已经发挥了骨干作用，线网架构已基本形成、线网长度和覆盖范围已经达到 较高的水平、运营多样高效，因此，国外的研究已经不仅停留在硬件设施的层面 上，他们更多的是提高运营效率、保障经济性和安全性作为目标，折返线更多的 是从运营角度考虑。 s p o w e l l ，h y w o n 9 1 4 】认为车站的通过能力取决于线路的布置，也就是折返线 等辅助线的配置，折返能力的决定于折返线的配置，某种配置下，采用不同的列 车运行方式会有不同的通过能力。 北美交通合作研究报告( t c r p ) 1 3 ( 1 9 9 6 ) s 】对轨道交通能力进行了详尽的分 析，给出了能力的定义，讨论了设计能力和可能能力，影响因素包括服务发车结 间隔，车站停站时间等，并针对线路能力和列车能力进行了讨论。线路能力涉及 因素包括列车控制系统能力和车站停站时间等，列车能力包括车辆承载能力、车 辆尺寸、列车编组等，还详细分析了车站对能力的制约因素，其中还提到了线路 上客货共线开行的办法，这对以后研究有关快慢线共线下辅助线配置有一定的帮 助。 第1 章绪论 后在图上找出相邻两列折返列车的折返间隔时间图 的折返出发时间间隔确定，也可用来验证采用解析 表1 - 1 图解法 t a b l e1 - 1g r a p h i cm e t h o d 序号折返作业项目时间s折返作业过程及折返间隔时间 1 办理接车进路 1 5 1 2 列车进站停妥 2 5 l 1 il 1 3 列车停站下客3 0hih 4 办理进折返线进路 1 5 | 一l 。一 - 5 列车进折返线运行 3 5 ll 三1l 1 6 列车换向作业1 0 lik - i：o 7 办理出折返线进路 1 5 l ； i l-i：。1 8 列车出折返线运行 3 5h l i 一l 9 列车停站上客 3 0 1 0列车驶出车站2 59 0 _ 一一卜一 折返列车到达间隔时间s 1 0 5i 折返列车出发间隔时间s 解析法通过对列车折返作业过程、列车在折返站的作业( 进路) 干扰等影响 因素分析，确定满足最小折返出发间隔时间的条件，并在此基础上建立计算出发 间隔时间的数学关系【7 j 。解析法的优点是计算方法的应用具有普遍性，对组成折 返出发间隔时间的单项时间比较直观，便于分析影响折返能力的各项因素，本文 主要是采用解析法来论证分析的。吴慈远，陈琪瞵l 也提出了这样的计算方法，但 未进行量化研究。 计算机仿真法是利用计算机仿真程序来模拟列车的折返过程和信号的变化， 从而计算折返能力。 姜帆【9 】提出了地铁列车折返能力仿真的基本原理。文中认为，地铁列车计算 所用的图解法( 实际上就是利用公式计算线路通过能力) 的方法，对于静态列车 追踪间隔关系有明确描述，计算简单，适用于固定闭塞，信号灯控制方式下列车 折返能力的计算，随着地铁技术特别是信号控制方式的发展，常规图解法不能完 整地反映列车的折返站运行的真实过程，尤其无法反映列车运行速度及停站时间 对折返能力的影响，不能满足工程涉及和运营管理的要求。因此提出利用仿真模 型来计算折返能力。 图解法、解析法、计算机仿真法通常是结合起来使用，解析法中各作业过程 可以通过图解的形式表示，直观、简便、易懂。图解法各过程所花费时间也需要 l 一、a 北京交通大学硕士学位论文 采用解析法或计算机仿真方法来计算。 王京峰，惠伦【i o 】也对地铁车站站前折返能力进行了分析，文中提出目前出版 的文献中对折返能力计算大多数停留在方法的讨论阶段，对如何确定参数涉及很 少，并不能指导地铁设计工作，文中对站前折返设计中站型选择以及折返能力计 算问题作出详细分析。 在实际工作中，一般是以某个特定型式的折返站，首先分析折返作业的过程， 结合各种操作过程的实际时间，先计算折返站折返间隔，再根据折返能力计算公 式来计算折返能力。 关于折返时间、折返技术作业过程、信号系统、折返能力提高措施、折返线 配置，国内有以下研究。 吴憨远，陈琪【8 】对于优化折返能力方面提出增加发车线，将原来1 条发车线 改为2 条发车线，分割发车线的轨道电路，由原来发车线为1 个轨道电路分割成 2 个或2 个以上的轨道电路，在实际运行中，由列车调度员调整发车时间，将一 部分列车提前发向区间，腾出发车线来实现。还提出提出改变站形结构，做成一 岛一侧式站台，增加旅客上车通道，缩短旅客上车时间来缩短停站时间。 凌松涛，陈展华、梁东升、李晋【l l 】以站前折返双股道交叉进出列车来分析折 返间隔时间，提出了站前折返控制因素。文中还利用一条折返线折返的情况下各 运行段过程和运行时间的计算方法，分析了折返作业对运营的影响，通过计算公 式分析了缩短间隔时间的方法。但只提出了理论的计算公式，对于每一步操作的 具体时间标准没有给出确切的参考值，只是比较两种情况下折返时间差值时给出 了几项操作的假设时间。它们并不能作为实际折返间隔时间计算的依据。该文献 还指出，在列车折返作业段的基础上，提出了保证列车不在进站站台出现等待的 条件，以及出现等待情况下的等待时间。对于提高折返能力，提出在相同的道岔 号情况下应尽量减少列车的走行距离，提高线路的折返能力。并对单股道站前折 返、双股站前折返和站后折返进行了定性比较。在分析站前站后折返的基础上， 也对这两者进行了定性比较。定性比较的深度和广度在不断增加，但仍主要停留 在定性比较的层面上。 陈浩然【1 2 】对整个折返过程的间隔时间提出了参考值，没有给出每一步操作时 间的参考值，提出以站前折返、双股道交叉进出列车来分析折返间隔时间，并提 出了站前折返控制因素：双股道列车在站前道岔处相互交叉干扰，使得间隔时间 增加，同时文中还提出了最小站前折返间隔时间的参考值( 包括列车不同编组、 不同速度的请况下折返间隔时间) 。对于站后折返时间，提出列车进站运行段、列 车折返作业段、列车出站运行段将三者的最大值作为站后折返最小间隔时分的控 制值，其中一半以列车出站运行段运行时间作为控制值。对于提高折返能力措施 4 j，z 第1 章绪论 提出了利用混合折返来提高折返能力的建议，折返站和前方站直接按增加第三线， 来提高折返能，提出对于站前折返，可以提高列车过岔侧向速度，更加具体的提 出，对于站前折返，可以缩短站前咽喉区的长度。 邓红元【l3 j 分析了站后折返线折返站利用不同折返线折返过程，详细分析三种 折返方式对折返间隔时间和维修养护的影响。 蔺松良【1 4 】分析了影响因素：配线形式、咽喉区长度、列车长度、道岔号、列 车运行速度、办理进路时间和车载a t o 动作时间。另外文献还认为还与折返模式 有关，包括：完全人工驾驶折返模式、自动折返模式、有司机监视的a t o 驾驶模 式。提供了一般城市轨道交通所选用的道岔类型、技术规格、容许侧向过彷速度 等技术指标，分析了9 拌道岔和1 2 # 道岔对于折返能力的影响以及不同折返能力下 道岔选择的基本思路。并提出了折返运行时列车在各段加减速过程中所需时间的 计算公式，提供了与能力计算有关的时间参数值，包括：进路解锁时间、a t s ( 确 认列车身份) 动作时间、继电器动作和信号开放时间、转辙机动作时间、a t o 起 动时间、司机确认信号时间、折返作业时间；还提供了在某一特定情况下列车追 踪距离的参考值：超员荷载情况下和初速度8 0 k m h 时，追踪距离为3 4 0 m 。但其 中一些参数仍然是待定值，即参考值，还需进行深入的研究。这也是本文要研究 的一个方面。 单宁，宋健【l5 】提供了列车停站时间的影响因素，包括：乘客集散量、车内站 立密度、车门数量、车门开关作业时间、运营管理水平和乘客文明程度等。这些 参数选择的标准确定问题很重要，应该给出不同情况下参数的确定值。介绍了单 轨交通可挠型单开道岔的造价、侧向通过速度和转换时间，分析此种道岔的特点。 提出了信号系统的三个类型，包括：固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞，并且对 移动闭塞形式进行了简要的介绍，认为目前适用于钢轨制式的移动闭塞信号系统 可以满足9 0 秒的行车间隔，线路的通过能力可以达到4 0 对h ，并且还会有较大 的提高空间。 孙继忠【1 6 j 对折返线形式进行了总结，并分析了各自的优缺点，还提出了所谓 的“联络线型折返线”的新型的折返线形式，并详细分析其优缺点。李英【1 9 】在其城 市轨道交通折返线相关问题研究中则对尽头式折返线、贯通式折返线的布置特点 和优缺点进行了总结，还分析比较了各种折返方式的特点。 乔圮珂i l7 】提出了再综合考虑整条线的基础上，分析折返线的配置，折返线配 置时对整条线甚至线网的综合考虑问题，将是重要的研究方向。 陈冠莺i l8 j 关于北京地铁五号线部分折返站折返方式的改进建议，通过对北京 地铁5 号线宋家庄站和天坛东门站，分析了折返站改进措施，主要考虑了道岔处 速度限制所造成的运行时分不同，从而提出改变站型和道岔位置的改造措施。并 - r h 北京交通大学硕士学位论文 且在设定参数值之下详细计算折返能力提高的数值。 李英【l9 】提出了一些指标体系，例如，列车控制的简繁程度、运营灵活性、折 返能力、工程数量、工程实现难易程度、客运业务组织条件、信号系统的布设、 作业安全性等定性和定量指标。并提出了折返线优化布置方案决策理论模型和模 型求解思路。提出了评价指标体系，并建立采用多方案灰色优选模型，然而这些 评价指标的定量问题没有解决，只是提供了相关概念，定量评价的思想已经建立， 但全面、规范、科学的指标体系的选取问题还有待研究，评价模型的方法还有待 研究，评价指标体系数据库和计算机优选程序的开发还需要深入研究 国内对折返能力的研究比较全面，但定性研究比较多，对于量化的研究较少。 关于折返走行时间，国内在计算方法上大多根据计算机仿真法来实现，作业比较 标准化，未做具体详细的研究分析，并缺少对影响折返能力的因素详尽的分析和 量化研究。 1 2 3 研究现状小结 综上所述，国外提高线路折返能力主要是从运营角度去考考，根据不同运营 模式来配置折返线。由于发展阶段不同，国外针对折返线技术标准本身的研究较 少，相关研究主要集中在运营与配线的关系上，以运营为基本出发点，主要探讨 配线与运营之间的相互关系。 与国外比较，我国对折返线的研究折返线本身技术标准较多，已做了大量的 研究，并取得了不少成果。对折返能力的研究，主要集中在折返作业过程的描述 上，具体分析计算较少。虽然提出了不少提高折返能力的措施，但大多仅限于定 性分析，量化研究不多。 1 3 研究的主要思路及内容 在国内外研究的基础上，本文就折返能力优化做了进一步的研究和分析。进 行折返能力优化之前，需在一定站型及布置下进行优化，选择合理的站型对折返 站来说尤为重要，故本文首先从不同折返站站型选择入手，提出了基于折返能力 考虑的折返站站型的选择方法，并对其布置方法进行了研究。要进行折返能力优 化，需找出影响折返能力的关键因素，如今在进行折返时间间隔计算时，一般采 用较多的是计算机仿真法，但计算机仿真法无法进行影响折返能力的因素的量化 分析，故本文提出解析计算方法，通过解析计算方法，分析折返作业的具体技术 过程及提出运行时间的计算方法，找出影响折返能力的因素，通过解析法，对影 6 1 l 、一 t - l 第1 章绪论 响折返能力的各关键因素做定性和定量分析，得出优化折返能力的方法。最后选 用北京地铁6 号线的五路居折返站进行实证分析，提出优化该站折返能力的方法。 这就是本文对折返能力进行优化研究的思路。 在已运营的北京城市轨道交通线路中，采用最多的折返站布置型式为双渡线 折返站，一号线红苹果园站如图( 1 1 ( a ) ) 、五号线宋家庄站、六号线五路居站、 十三号线西直门站( 如图1 1 ( b ) ) 等多条线路的折返站均采用双渡线折返，故 本文以双渡线折返站为研究对象。 ( a )( b ) 图1 - 1 双渡线折返站布置图 f i g 1 - 1t h el a y o u to f d o u b l ec r o s s o v e rt r a c kt u m - b a c ks t a t i o n 本文研究主要内容如下： 第一章为绪论主要介绍城市轨道交通折返能力国内外的研究现状、研究成果 以及本文的研究主要内容和思路。 第二章主要从基于折返能力角度研究折返站站型的选择方法及车站布置的方 法，并总结折返站选型、布置与折返能力的关系。 第三章主要以双渡线折返站为例研究了城市轨道交通折返站折返能力的解析 计算方法，并通过实例对该方法进行分析。 第四章主要研究折返能力的优化方法，以站前双渡线折返站站型为例，通过 建立优化分析模型，分析各关键因素对折返能力的影响程度，并分别对各因素对 折返能力进行优化分析，提出优化折返能力方法。并借助正交试验原理对优化既 有车站折返能力的关键因素进行影响显著性评价。 五章以北京地铁6 号线五路居站站前双渡线折返为例，根据实际工程案例， 用解析法计算五路居站折返能力，并对影响其折返能力的因素进行了分析及显著 性评价，提出优化车站折返能力的方法。 第六章对本文的研究成果进行总结，并提出存在的问题以及对折返能力优化 方面做可以进一步研究的方法。 7 l r l i jrr1 、 【 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究 要对折返站折返能力进行优化研究，选择合适的站型及布置是进行车站折返 能力优化的基础。折返站站型的选择、布置与折返能力密切相关，站型是影响折 返能力的关键因素之一，一旦站型确定，该站折返能力的大致范围就确定了。所 以在对新建折返车站进行车站选型时，基于折返能力考虑尤为重要。 基于折返能力的车站选型及布置首先要确定车站所需折返能力，根据车站所 需折返能力选择符合条件的站型，再基于成本最小选择规模最小的车站站型布置 作为最终的车站站型及布置。规模最小不仅可以节约成本，车站长度短，折返走 行距离短，故从优化折返能力角度，按最小规模布置车站也是有利的。 2 1 折返能力的内涵 2 1 1 折返能力的定义 折返能力定义为，在线路上，某一方向1 h 内所通过的最大列车对数，由列 车达到或出发列车的最小追踪间隔时间决定。一般可分为：设计能力和可用能力。 设计能力相当于最大能力、理论能力或理论最大能力。由于受驾驶员行为、外部 干扰等因素影响，一般很难实现【2 0 】。本文所研究的折返能力均为理论最大能力。 2 1 2 影响折返能力的因素 城市轨道交通车站折返能力的影响因素有很多，有折返站站型、信号系统、 进站速度、道岔限速、安全防护距离、停站时间、列车牵引性能、调车速度等， 其中车站站型是影响折返能力的关键因素，它决定了车站折返能力的大致大小。 对于新建车站来说，车站站型的选择应更多的考虑到折返能力的需求，否则 一旦站型确定，再优化折返能力只能更多的从其他影响因素考虑。所以基于折返 能力的新建车站站型选择研究是必要的。 2 2 折返站车站站型选择方法 要选择折返站的站型，折返能力是其选择的基本依据。首先要选择站型，必 9 卜_ j 1 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究 图2 2 横列式折返站布置示意图 f i g 2 - 2t r a v e r s et u r n - b a c ks t a t i o na r r a n g e m e n t 布置特点：折返线与车站站台平行并列布置( 图2 2 ) ，列车折返作业与乘客 上下车作业同时进行。车站比较宽，占地面积较大，工程造价较大。折返走行距 离短。横列式一般采用的都是站前折返方式。 ( 3 ) 混合式折返站( 站前站后结合) 无论是横列式还是纵列式折返站，单独采用站前折返或者站后折返，因受折 返作业过程限制，折返站列车到达或者出发间隔一般都大于线路列车运行最小追 踪间隔。混合式折返站同时具有站前和站后两种折返方式，其基本原理是在普通 折返线的基础上，通过合理增设站台线或配线，形成接车、转线、发车的平行进 路，使两列( 或以上) 列车在站内能平行完成折返作业。以达到缩短列车折返间 隔时间，提高折返能力的目的。但混合折返站布置型式车站规模大，建设成本高。 a 岛侧式( 1 )b 岛侧式( 2 ) c 双岛式 图2 - 3 混合式折返站布置图 f i g 2 - 3c o m p o s i t et u r n - b a c ks t a t i o na r r a n g e m e n t ( 2 ) 常见折返站站型折返能力 根据以往研究的结果以及设计人员经验，常见站型折返能力如表( 2 - 4 ) 所示。 站前折返布置型式的车站折返能力高于站后折返，混合式站型折返能力能达到4 0 对l l 。 l - l 北京交通大学硕士学位论文 2 2 2 车站所需折返能力分析 要确定新建车站所需折返能力，与其列车开行方案有关，开行方案确定，车 站发车密度则确定，即车站所需折返能力确定。折返站列车开行方案与设计运能 有关，设计运能主要由高峰小时断面最大客流量决定，按地铁设计规范规定， 一 j il - l 、 k 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究 ( 2 2 ) ，继而得出列车的所需开行对数，确定车站所需折返能力。所以要确定车 站所需折返能力，需采用合适的列车编组，选择合适的满载率。 ( 2 ) 列车编组 列车编组不同，每列车所配属车辆不同，则列车定员不同，当满载率为1 0 0 时，行车密度分别为3 0 、2 4 、2 0 对l l 时，b 型车列车设计运能如表( 2 1 ) 所示： 表2 - 1b 型车系统运能配置表 t a b l e2 - 1t y p ebt r a i nt r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t y 北京城市轨道交通线路采用的列车编组数一般为近期4 - 6 节编组，远期为8 节编组。 ( 3 ) 满载率 当设计运能一定时，满载率越高，可以减少车辆配备数，但并不是越高越好。 城市轨道交通作为公共交通方式，既要讲究效益；又要注重乘客舒适度，要控制 一定空间的载客量。选择合适的满载率是确定列车开行方案的一个重要方面。 乘客舒适度指标如表( 2 2 ) 所示。 表2 2 车辆内站席密度评价标准 t a b l e2 - 2e v a l u a t i o nc r i t i e ro ft r a i ns t a n d i n gd e n s i t y 北京交通大学硕士学位论文 不同的拥挤度具有不同的满载率，根据舒适度标准，3 5a m 2 比较合适，空 间不至于浪费，也不影响舒适度要求。拥挤度对满载率有一定的影响，列车编组、 定员、拥挤度与满载率对比如表( 2 3 ) 。 表2 3b 型车列车编组、定员、拥挤度与满载率的对比表 t a b l e2 - 3t y p ebt r a i nf o r m a t i o n 、p e r s o n e lq u o t a 、c r o w d e dd e g r e ea n dl o a dr a t e 从表中计算结果，可以得如下分析：站席拥挤度标准对满载率影响较大，每 差1 儿m ? ，满载率相差1 4 。高峰时段的运行服务水平既要保持一定的发车密 度，也能维持良好的舒适度和一定的满载率。对于整条线路来说，拥挤度为5 6 人i n 2 的区间占全线上下行区间总量的比例2 0 比较合适【2 1 l ，即满载率在 8 6 - - - 1 0 0 的区间数不超过全线的2 0 ，当然满载率过低也不好，会造成运营成 本过高，能耗浪费。一般拥挤度在3 5 k m 2 所占比例较大，比较合理。 ( 3 ) 发车密度 按地铁规范规定，在全封闭线路上，初期不小于1 2 对l l ，远期高峰时段钢轮 1 4 j 一 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究 钢轨全封闭系统的行车密度不应小于3 0 对l l 。最大发车密度的确定是结合满载 率以及列车编组方式来满足高峰小时断面客流的需要。折返车站的折返能力需满 足最大发车密度的要求。 ( 4 ) 运营成本 在满足客流需求的情况下，一定组合下的满载率、发车密度、车辆编组应使 列车的配备数最小，以减小运营成本。所以在对开行方案进行确定时，最后应计 算各方案的车辆数。选择成本最小，又能满足客流需求的开行方案。最后确定的 折返对数，即为进行车辆选型的车站所需折返能力依据。 综上，要确定列车开行对数，即车站所需折返能力，需选择合适的列车编组， 列车编组的选择可以考虑选择倘列编组作为初近期列车编组数。对于满载率的 选择，则保持3 5 ) u m 2 占较大比例，5 6 ) k m 2 控制在2 0 l 匕较合适。最后开行 方案的确定还需考虑运能成本的要求，即车辆配备数尽可能少。 2 列车开行方案确定模型 根据以上分析，对开行方案的确定，可以建立以下模型，进而确定列车开行 对数。 设某线路有f 个区间，假设q 运，= q 高蛳，则： = q 高峰f ( 对七蠢刀定员) ( 2 - 3 ) 其中q 为第i 个区间的满载率，舭为第k 种发车密度，绽，第j 种编组。 可以建立以下开行方案确定模型： m i n h t = m i n ( n 对i ) ( 2 - 4 ) s t n i 对七2 ，舭z ( 2 - 5 ) n 3 绽，n 4 ，编，z ( 2 6 ) 口f = q 高峰f ( 对t 刀定员) ( 2 - 7 ) 0 f 刀( 2 8 ) 8 6 3 l o o o 。 ，一争i ，n 2 0 ( 2 - 9 ) 5 8 8 口，8 6 3 ，罗尹1 彳5 0 ( 2 1 0 ) 模型中，目标函数是车辆配备数最少，即遥营成本最低，其中，i - , 为第，种 车辆配备数；1 为最小发车密度，2 为最大发车密度；3 最小编组数，：最 大编组数；q 高峰f 为第i 个区间的高峰小时断面客流。约束条件：编组需在常见编 组范围；开行对数也需在常见开行对数范围；列车拥挤度保持3 5 人m 2 占较大 比例，5 - 6 ) k m 2 控制在2 0 以内。列车开行方案确定后，即车站所需折返能力 也确定。 综上，车站所需折返能力确定后，可从常见站型折返能力中选择符合所需折 返能力的备选站型，再根据下文中基于最小规模的折返站布置，选择规模最小的 1 5 北京交通大学硕士学位论文 型及布置作为车站最终的布置。 3 基于最小规模的折返站布置方法 基于最小规模的折返站布置既可以减小成本，也可以优化折返能力。车站长 短，站台规模小，折返走行距离及走行时间将缩短，折返时间间隔短，达到优 折返能力的目的。 3 1 折返站最小长度分析 对于站前折返车站，折返站长度包括站台长度，道岔咽喉区长度，道岔端部 车站端部过渡段长度以及安全线长度。对于站后折返车站，包括站台长度、道 咽喉区长度、道岔端部至车站端部过渡段长度以及折返线长度。站台长度由车 编组决定，道岔端部至车站端部过渡段长度地铁设计规范要求最小值为5 m ， 节重点研究折返线长度。涉及到的计算，采用d k t a 型列车的参数、6 辆编组 j 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究 彳：一列车计算长度( 含停车误差距离) ，与列车编组情况有关，m 。 彳，一预留停车安全防护距离，列车保护区段长度，1 1 1 。 4 一滑动车挡距固定车档间距，车挡长度，m 。 图2 4 尽头式折返线长度组成要素 f i g 2 - 4t h ec o m p o s i t i o no f t u r n b a c kt r a c ko fe n dt y p e 这里的列车保护区段长度和车挡长度我们称为安全防护距离，它的优点是有 利于提高列车入线速度，从而缩短折返间隔，提高线路通过能力；提高行车安全 可靠性。但它的缺点是增加了车站规模，工程造价上升。 3 折返线长度取值分析 ( 1 ) 基于速度及线路要求的计算取值 4 、彳，取值分析 4 、么：取值主要与道岔型号和车辆编组有关，折返线一般采用9 号单开道岔 与正线相连，道岔的a = 1 2 0 4 3 m ，因此刍近似取1 2m ；对于以，b 型8 节编组 列车取1 5 4 m ；6 节编组取1 1 6 m ；4 节编组取7 6 m ； 安全防护距离以取值分析 根据线路的要求，本节对北京地铁1 号线列车d k t _ a 型列车进站安全防护距 离作粗略的计算，按照最简单的计算方法，制动距离长度1 2 2 ： s = ，2 2 a ( 2 1 2 ) s 为制动距离长度，v 为列车最大入线折返运行速度，a 为车辆制动加速度， d k z 4 列车平均紧急制动加速为0 9 4 m s 2 ，平均常用制动加速度为o 8 3 m s 2 。考虑 不利因素，由于线路坡度，湿滑等因素，造成列车制动力不足，紧急制动取加速 度的7 5 ，正常制度取加速度的6 5 2 3 1 。则安全防护距离，应为由于列车制动力 不足而造成的列车多走行的距离。则为制动力充足的情况下列车走行的距离与制 动力不足情况下列车走行距离的差值。其关系如图( 2 5 ) 所示： 1 7 北京交通大学硕士学位论文 图2 5 入线速度与安全距离关系图 f i g 2 - 5t h er e l a t i o n s h i po fe n t r ys p e e da n d s a f ed i s t a n c e 从图( 2 5 ) 中，我们可以看出安全防护距离越长，允许的入线速度越高。对 于d k t _ a 型列车安全防护距离取4 0 5 0 m 之间比较合适。地铁设计规范安全防 护距离要求是最小4 0 m 。 车挡长度彳。计算分析 为了增强尽端的安全防护能力，一般加设滑动车挡。 对于单独折返线，列车进入折返线时为空载，按道岔的限速条件，折返线的 入线速度1 ，一入_ 1 2 - - - ，2 2 m 可以满足安全需要。 1 8 k k 第2 章基于折返能力的车站站型选择及布置方法研究 综上所述，d k z 4 列车下，6 辆编组b 型车线路要求的折返线最小长度k 取 1 8 0 2 0 3 ( m ) 。 ( 2 ) 基于信号要求的折返线长度计算取值分析 折返线信号轨盘设备主要包括两种，为计轴检测列车的信号系统【2 4 】如图( 2 6 ) 和无绝缘轨道电路“s ”棒进行列车检测的信号系统。无绝缘轨道电路“s ”棒信号系 统所要求的折返线长度小于计轴检测列车的信号系纠2 4 1 。本节仅对计轴检测列车 的信号系统予以分析。 图2 - 6 折返线信号轨盘设备典型布置图 f i g 2 - 6 ( 1 ) t h ea r r a n g e m e n to f