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原文传递城市轨道交通线路纵断面节能优化

论文题名：	城市轨道交通线路纵断面节能优化
关键词：	城市轨道交通;线路纵断面;节能设计;模拟仿真
摘要：	随着中国城市轨道交通事业的迅速发展，地铁运营里程大幅度增加，电能作为地铁运行的主要能源，其消耗量也是逐年攀升。其中，列车牵引能耗约占地铁系统总耗电量的一半。因此，降低列车牵引能耗是地铁系统节能降耗的重点。城市轨道交通线路纵断面设计方案影响列车运行过程中的坡道附加阻力，进而影响列车运行曲线和牵引能耗。因此，如何优化线路纵断面以降低列车牵引能耗具有重要的研究价值。　　本文以盾构法施工的城市轨道交通地下线为研究对象，首先对地铁线路纵断面设计的基础知识进行了总结和梳理，并通过列车牵引仿真计算软件对不同纵断面设计方案下的列车运行效果进行总结，归纳出节能坡设计的一般性原则。在此基础上，构建了城市轨道交通线路纵断面节能优化模型，并设计了遗传算法求解。随后，利用Matlab GUI平台对设计的模型和算法进行二次开发，研发了城市轨道交通纵断面节能设计系统。主要研究内容包括: 　　(1)通过查阅地铁设计规范和实际设计案例等相关资料，总结了地铁线路纵断面的设计目标、内容、要求、流程及影响因素。设计了首末两站高程相等、站间距分别为1000m、1500m和2000m的三个典型站间作为案例，利用列车牵引仿真计算软件模拟不同纵断面坡度方案下列车在上述站间运行的技术经济指标，归纳总结节能坡设计的一般性原则。仿真结果表明，出站时“陡下坡+缓下坡”、进站时“缓上坡+陡上坡”的“V型坡”适用于站间距较短的站间，节能坡（即陡坡）坡长宜选取200m～300m，坡度宜设置为8‰～14‰;而“陡下坡+缓下坡+缓上坡+缓下坡+缓上坡+陡上坡”的“W型坡”更适用于站间距较长的站间，且在节能坡坡长取200m～300m，坡度取18‰～26‰时节能效果最佳。　　(2)针对盾构法施工城市轨道交通地下线，提出了以列车节时模式在区间双方向运行总牵引能耗最小为优化目标，以坡段的坡度和坡长为决策变量的纵断面节能优化模型。模型的约束条件考虑了坡度、坡长和竖曲线位置等相关设计规范和线路埋深、避让高程区域等实际工程需要。为了提高求解效率，以节能坡设计一般性原则为参考，对坡度和坡长的取值范围进行限制。针对上述模型，设计了遗传算法进行求解。案例结果表明，与既有线路的纵断面实际设计方案相比，采用本文模型所得的线路纵断面方案节能效果可达3％～15％。　　(3)基于上述模型和算法，在Matlab GUI平台上开发了城市轨道交通纵断面辅助设计系统。系统主要包括基础数据模块、纵断面评价模块和纵断面设计模块三部分，可以评价给定设计方案下的列车牵引能耗和运行时分，具有给定起讫点和相关约束下的线路区间纵断面自动设计功能，可以辅助设计人员在给定线路平面设计方案的前提下进行区间纵断面设计工作，提高设计效率和方案质量。
作者：	白骁
专业：	交通运输工程
导师：	柏赟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文