城市轨道交通仿真施工设计论文.doc

城市轨道交通仿真施工设计论文 1概述 随着城市轨道交通建设的高速发展无论是厂家还是设计院都需要提前对相应的信号系统进行测试仅仅通过现场试验对系统的功能和性能进行试验是不够的并且由于现在城市轨道交通设计时遇到了一些具体问题例如:行车专业与信号专业的分工行车在牵引计算时一般没有考虑信号参数而实际的线路控车又是由信号来做这样行车计算出来的牵引计算结果有时候对控车的实际需要不能够满足另外如线路的曲线半径值、曲线超高等有时候也不满足控车的需要有时候造成最终轨道交通线完工时出现一系列的问题如“平均旅行速度不够”、“站间行车间隔不够”、“撞线”、“牵引制动切换过多”等影响旅客的乘坐舒适度影响列车运行速度这些设计方面各个部门间配合上的问题最终导致系统不能达到最优的组合于是现在设计单位需要开发一套城市轨道交通相关的仿真软件它不同于生产厂家所用的仿真软件需要对我们的施工设计有指导作用首先它能够进行牵引计算仿真然后能对相关的线路、行车、信号等专业进行综合考虑对设计提出一个综合的指导意见以西南交通大学交通信息工程及控制实验室开发的“CBTC仿真系统”为例在这个系统中建立了一个城市轨道交通工程项目的计算机辅助设计平台用实际的线路数据利用系统内嵌的列车动力学模型和列车控制模型等数学模型为城市轨道交通项目的全过程设计提供定量分析的理论依据对线路上列车运营情况进行精确的仿真计算通过仿真的结果提出土建和机电系统的优化配置方案对整个线路的追踪折返的能力做一个分析以供设计院或厂家参考通过利用该仿真系统进行列车牵引计算、列车运行及追踪仿真、列车折返能力检算从而对行车组织、线路设计、车站配线、车辆参数的选择及配置数量、信号系统相关控制参数的选择及轨旁设备的配置等设计方案进行验证并可提供仿真结果以用于优化设计保证相关系统的设计满足运营要求 2计算机仿真对线路的性能分析 在城市轨道交通中由于发车间隔非常密为使列车行驶得又快又好在设计中我们更关注整个系统的性能问题由于有了线路基础数据信号数据车辆参数等再加上牵引计算的结果数据我们就可以用来分析整条线路的性能到底如何用专业的图表对这些能力直观显示出来用以验证轨道交通线路的运行能力主要负责信号系统的能力分析和行车间隔计算这些可作为后面指导施工设计的依据和基础计算机仿真通过牵引计算的结果中性能分析图大致有:时间距离图、速度距离图、线路行车间隔、折返站折返间隔、坡度距离图、站间运营时分分析和显示、平均服务旅行速度分析和显示、平均技术旅行速度分析和显示、列车全周转时间分析和显示、运用车配车数分析和显示、安全防护距离距离图分析和显示、安全制动距离距离图分析和显示、安全距离距离图分析和显示其中线路行车间隔分析包含了车站、区间和出入段线的行车间隔折返站折返间隔将针对几种基本折返站型进行分析 3计算机仿真对轨道线路设计的指导 根据牵引计算结果及性能分析结果我们可以看出站前设计中的一些问题比如不能满足信号整体系统要求让信号控车达不到要求或者影响旅客舒适度等下面从两个方面举例来探讨计算机仿真结果对线路设计的指导作用根据初步设计的线路数据比如限速另外有了坡度曲线以及信号专业的设备位置布置、各种信号参数的值这时候就可以对线路的运行进行一个比较的仿真通过仿真软件得到的旅行速度或者两个站之间的行车间隔通过以上的数据就可以知道这样的线路设计是否满足追踪折返的能力需求比如通过旅行速度站间行车间隔可以从速度距离图结合线路图上看出是一段出现了速度“卡脖子”的情况然后可以针对卡脖子的具体情况进行分析考虑在这段可以进行修改的线路设计比如可以在超高上进行修改甚至可以修改曲线半径当然有时候也可以调整停站时间经过这样的修改基本可以让行车间隔、旅行速度满足系统需求另外一种情况是根据ATO实际控车曲线如果ATO实际控车曲线出现“台阶”次数过多就说明线路在运行的时候牵引制动次数过多这样会极大地影响旅客的乘坐舒适度当我们发现仿真结果出现台阶过多的情况的时候一般也可以对线路的相关参数进行修正然后再仿真看ATO的控车曲线是否变得更好 4计算机仿真对车站配线的指导 一个好的仿真软件能够对车站配线进行指导通常体现在对安全线长度的设计指导以及折返线车过道岔时安全距离的指导工程设计过程中经常遇到在折返站、终端站等位置需预留多长的安全距离的问题安全距离预留过短会影响到行车效率过长又会增加不必要的工程投资在仿真软件计算出的牵引计算速度距离图中我们可以直观的看到ATO控车曲线和包络线之间横坐标的差值即安全距离的长度见图2可以用来指导施工设计中安全距离的设置图2中的d1、d2、d3分别表示制动的阶段一、阶段二、阶段三 5计算机仿真对行车组织的指导 对行车组织的指导以西南交大开发的仿真系统为例主要是对配车数的一个指导运用车的配车数与列车全周转时间、最小运行间隔有关按下式计算:运用车配车数N=列车全周转时间T(min)/最小运行间隔(min)其中列车全周转时间由牵引计算结果得出当仿真结果得到以后可以对运用配车数进行一个更合理的指导 6目前城市轨道交通仿真软件的缺陷 目前的城市轨道交通的仿真软件有很多各个厂家的软件大致思路一致但是牵引计算仿真之后得出的结果可能各有侧重比如西南交通大学的CBTC仿真是侧重能力计算以及对线路车站配线的指导;而opentrack是侧重对行车组织的指导但是笔者发现各个单位的仿真软件都有一些共同的缺陷 61基础数据的完整性问题 比如现在很多仿真软件没有对长短链进行处理没有对地铁的通风口的设计进行考虑当然对于隧道的风阻等不容易考虑的数据也一般没有考虑另外很多数据不一定在软件的界面进行设置之后的牵引计算时候用到 62仿真的性问题 由于在仿真基础数据结构规划的时候有些可能性就没有考虑而且在软件开发中也确实很难将线路实际运