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城市軌道交通仿真施工設計論文
1概述
隨著城市軌道交通建設的高速發展，無論是廠家，還是設計院，都需要提前對相應的信號系統進行測試，僅僅通過現場試驗對系統的功能和性能進行試驗是不夠的。并且由于現在城市軌道交通設計時遇到了一些具體問題，例如:行車專業與信號專業的分工。行車在牽引計算時，一般沒有考慮信號參數，而實際的線路控車又是由信號來做，這樣行車計算出來的牽引計算結果，有時候對控車的實際需要不能夠滿足。另外，如線路的曲線半徑值、曲線超高等，有時候也不滿足控車的需要，有時候造成最終軌道交通線完工時出現一系列的問題，如“平均旅行速度不夠”、“站間行車間隔不夠”、“撞線”、“牽引制動切換過多”等，影響旅客的乘坐舒適度，影響列車運行速度。這些設計方面各個部門間配合上的問題，最終導致系統不能達到最優的組合。于是，現在設計單位需要開發一套城市軌道交通相關的仿真軟件，它不同于生產廠家所用的仿真軟件，需要對我們的施工設計有指導作用。首先它能夠進行牽引計算仿真，然后能對相關的線路、行車、信號等專業進行綜合考慮，對設計提出一個綜合的指導意見。以西南交通大學交通信息工程及控制實驗室開發的“CBTC仿真系統”為例，在這個系統中，建立了一個城市軌道交通工程項目的計算機輔助設計平臺，用實際的線路數據，利用系統內嵌的列車動力學模型和列車控制模型等數學模型，為城市軌道交通項目的全過程設計提供定量分析的理論依據，對線路上列車運營情況進行精確的仿真計算，通過仿真的結果提出土建和機電系統的優化配置方案，對整個線路的追蹤折返的能力做一個分析，以供設計院或廠家參考。通過利用該仿真系統進行列車牽引計算、列車運行及追蹤仿真、列車折返能力檢算，從而對行車組織、線路設計、車站配線、車輛參數的選擇及配置數量、信號系統相關控制參數的選擇及軌旁設備的配置等設計方案進行驗證，并可提供仿真結果以用于優化設計，保證相關系統的設計滿足運營要求。
2計算機仿真對線路的性能分析
在城市軌道交通中，由于發車間隔非常密，為使列車行駛得又快又好，在設計中我們更關注整個系統的性能問題。由于有了線路基礎數據，信號數據，車輛參數等，再加上牽引計算的結果數據，我們就可以用來分析整條線路的性能到底如何，用專業的圖表對這些能力直觀顯示出來，用以驗證軌道交通線路的運行能力，主要負責信號系統的能力分析和行車間隔計算，這些可作為后面指導施工設計的依據和基礎。計算機仿真通過牽引計算的結果中性能分析圖大致有:時間-距離圖、速度-距離圖、線路行車間隔、折返站折返間隔、坡度-距離圖、站間運營時分分析和顯示、平均服務旅行速度分析和顯示、平均技術旅行速度分析和顯示、列車全周轉時間分析和顯示、運用車配車數分析和顯示、安全防護距離-距離圖分析和顯示、安全制動距離－距離圖分析和顯示、安全距離-距離圖分析和顯示。其中線路行車間隔分析包含了車站、區間和出入段線的行車間隔，折返站折返間隔將針對幾種基本折返站型進行分析。
3計算機仿真對軌道線路設計的指導
根據牽引計算結果及性能分析結果，我們可以看出站前設計中的一些問題，比如不能滿足信號整體系統要求，讓信號控車達不到要求或者影響旅客舒適度等。下面從兩個方面舉例來探討計算機仿真結果對線路設計的指導作用。根據初步設計的線路數據，比如限速，另外有了坡度，曲線，以及信號專業的設備位置布置、各種信號參數的值，這時候就可以對線路的運行進行一個比較真實的仿真。通過仿真軟件得到的旅行速度或者兩個站之間的行車間隔。通過以上的數據就可以知道，這樣的線路設計是否滿足追蹤折返的能力需求。比如通過旅行速度，站間行車間隔，可以從速度距離圖，結合線路圖上看出，是哪一段出現了速度“卡脖子”的情況，然后可以針對卡脖子的具體情況進行分析，考慮在這段可以進行修改的線路設計，比如可以在超高上進行修改，甚至可以修改曲線半徑。當然有時候也可以調整停站時間。經過這樣的修改，基本可以讓行車間隔、旅行速度滿足系統需求。另外一種情況，是根據ATO實際控車曲線，如果ATO實際控車曲線出現“臺階”次數過多，就說明線路在運行的時候牽引制動次數過多，這樣會極大地影響旅客的乘坐舒適度。當我們發現仿真結果出現臺階過多的情況的時候，一般也可以對線路的相關參數進行修正，然后再仿真看ATO的控車曲線是否變得更好。
4計算機仿真對車站配線的指導
一個好的仿真軟件，能夠對車站配線進行指導，通常體現在對安全線長度的設計指導，以及折返線車過道岔時安全距離的指導。工程設計過程中，經常遇到在折返站、終端站等位置需預留多長的安全距離的問題。安全距離預留過短會影響到行車效率，過長又會增加不必要的工程投資。在仿真軟件計算出的牽引計算速度距離圖中，我們可以直觀的看到ATO控車曲線和包絡線之間橫坐標的差值，即安全距離的長度，見圖2，可以用來指導施工設計中安全距離的設置。圖2中的d1、d2、d3分別表示制動的階段一、階段二、階段三。
5計算機仿真對行車組織的指導
對行車組織的指導，以西南交大開發的仿真系統為例，主要是對配車數的一個指導。運用車的配車數與列車全周轉時間、最小運行間隔有關，按下式計算:運用車配車數N=列車全周轉時間T(min)/最小運行間隔(min)其中，列車全周轉時間由牽引計算結果得出，當仿真結果得到以后，可以對運用配車數進行一個更合理的指導。
6目前城市軌道交通仿真軟件的缺陷
目前的城市軌道交通的仿真軟件有很多，各個廠家的軟件大致思路一致，但是牽引計算仿真之后得出的結果可能各有側重。比如西南交通大學的CBTC仿真是側重能力計算，以及對線路，車站配線的指導;而opentrack是側重對行車組織的指導。但是筆者發現，各個單位的仿真軟件都有一些共同的缺陷。
6．1基礎數據的完整性問題
比如現在很多仿真軟件沒有對長短鏈進行處理，沒有對地鐵的通風口的設計進行考慮，當然對于隧道的風阻等不容易考慮的數據也一般沒有考慮。另外，很多數據，不一定在軟件的界面進行設置之后的牽引計算時候真實用到。
6．2仿真的真實性問題
由于在仿真基礎數據結構規劃的時候，有些可能性就沒有考慮，而且在軟件開發中，也確實很難將線路實際運行的所有情況都考慮進去。所以，所有的仿真都不是完全真實的，但需要設計人員具體問題具體分析，不能完全依靠仿真軟件。
6．3有關節能的仿真問題
由于現在全世界都提倡節能減排，不少設計單位開始關注這個問題，都在仿真中對這個有相應的需求，但是實際仿真軟件還很少有對這方面的研究。
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