關于城市軌道交通節能線路設計研究

熊 義

重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司 重慶 401120

我國城市現代化的步伐逐漸加快，為了適應新的城市化要求就必須發展城市軌道交通來緩解城市的交通問題。城市中交通軌道的數量和規模越來越大，建立其節能的城市軌道體系對我國發展可持續發展能源策略有著重要作用。為了減少城市軌道的運營成本和能源消耗，結合本人工作經驗，通過軌道技術分析，根據對站間距、敷設方式、線路平曲線、坡段長度和坡度等要素分析，利用計算機技術進行模擬設計出最為合理的節能設計方式。

1 影響能耗的因素

城市軌道交通需要消耗大量的能量，其中運營的能量消耗是難以通過軌道設計進行減少的。但是通過對相關地形的線路設計能夠達到存儲能量的方式，這是城市軌道節能設計的重要指點方向。為了做好軌道的節能設計就需要對列車在運行中的能量消耗因素進行分析。通過對列車運行中牽引系統、照明系統、弱電系統、排水、通風等因素消耗的能量進行分析，得出了如下影響能源消耗的因素[1]。

1.1 影響牽引能耗的因素

牽引能耗是列車運行中主要能量的消耗原因，通過大量的城市軌道列車能耗數據的調查，影響列車牽引能耗的因素包括車型、啟動方式、制動手段、線路設計。季節因素、供電系統等多重原因，甚至還和行車的密度有關。

1.2 影響動力能耗因素

列車在運行過程消耗的能量并非固定的，它會因為列車調控站相關調控命令出現一些改變，所以會受到車站人流量、出戰入站口、車站敷設方式而受到影響，是一項因為車站設計而會出現較大能耗波動的影響因素。

2 線路條件對牽引能耗的影響

牽引能耗是列車行駛過程中主要的能源消耗，因為本文的篇幅有效注重介紹線路條件對牽引能耗的消耗作用，利用4M2T的B型車對線路條件對牽引能耗進行實際的分析[2]。

2.1 站間距

城市軌道中為了方便市民的靈活出行所以站間距的距離較短，但是站間距離越短，車站數量就越多，會極大增加列車啟動和制動的次數，嚴重的增加列車的能量消耗，為此在制定站間距時除了要考慮到市民出行的便捷之外，還需要考慮建設單位的建設成本和列車的運行能耗，但是如果增加站間距就會增加居民的出行負擔，居民因為站間距過大而不選擇列車出行，這會極大增加城市普通道路的交通壓力，制約城市發展的同時也起不到城市軌道列車設計的主要目的。結合我國現階段的基本國情和國際上先進的發展經驗，在站間距的選擇上通常是在一公里到兩公里之間，同時根據路線附近的居民數量和人口密度進行相關的調整。

站間距之所以會對牽引能的損耗造成較大影響，其主要原因就是在列車的啟動和制動階段需要大量的動力改變列車的運動狀態，所以頻繁的啟動和制動列車會對列車的行駛帶來較大的能源負擔，這與我國的能源使用策略的目的背道而馳。同時因為列車長時間的啟動造成線路中電流產生的熱量變高，使得列車運行系統中電路的焦耳熱過高也會造成能量的過多消耗，難以達到節約能源的目的。為了減少列車出入站的能源損失，可以通過一定的緩坡建設，將制動時多余的動能轉換為重力勢能，在列車啟動時再將重力勢能轉變為列車啟動需要的動能，利用這樣的方式減少列車制動和啟動過程中能量的消耗。

2.2 敷設方式

城市因為其獨特的用地緊張性，所以在選擇城市軌道建設時不能像普通道路一樣直接進行道路拓寬或者道路建設工作，城市軌道在設計過程中會考慮三種敷設方式，分別市地面敷設、高架敷設、地下敷設，三種方式除了在占用地面面積上存在差異以外，在其他方面也對運行能耗造成了一些不必要的影響[3]。

（1）在地下隧道中需要專門建設通風設施，不但增加了工程的項目成本還對列車的運行造成不良的影響，同時因為隧道中還需要24小時提供照明設備，所以在這方面對能耗的影響較高。

（2）氣溫原因對列車的能源消耗也會有著不一樣的影響，比如在我國的東北地區，其冬季時間長且嚴寒，地面敷設和高架敷設建設的城市軌道在運行過程中需要大量的運行供暖設備，所以在地下敷設在這一方面就會產生優勢。

（3）我國的云貴地區是著名的丘陵地帶，在地面敷設軌道會使得列車在運行過程因為爬坡和下坡較多造成大量的能源消耗，所以在這類地形地區的地方使用地下敷設能夠得到更多的優勢。

3 線路設計的主要內容

3.1 平面設計

城市軌道的平面設計需要考慮的因素非常的多，其中必須考慮的因素就是線網方案，利用現階段先進的計算機模擬計算對該地區線網進行模擬能夠很好地開展線路的平面設計工作。重慶軌道交通9號線一期工程紅巖村至化龍橋站區間，需繞避紅巖村革命紀念館核心保護線及人防保護線，同時又考慮對周邊地塊的客流服務，因此，在設計時結合線網規劃走向局部調整優化線路走向[4]。

3.2 縱斷面設計

在平面設計完成后并不能對工程的各個方面進行設計，為了增加設計的立體性和全面性就需要進行縱斷面設計和橫斷面設計，在進行縱斷面設計時可以對平面設計進行一定的調整，使得平面設計更加科學合理，另外利用平面設計的成果結合縱斷面設計能夠達到確定線路在實際中的空間位置。在縱斷面設計中主要的工作內容就是以設計方案為主體建立起包容著敷設方式、過渡段、控制點、制圖等多重元素為一體的工作體系，科學地進行相關的縱斷面設計達到實現避開不良土層并穿越不良土層的作用，為城市軌道建設的安全施工創造條件。

3.3 橫斷面設計

城市軌道的三種主要敷設方式中都需要利用橫斷面設計，達到和諧建設城市軌道建設和普通道路建設的目的，是實現科學協調城市交通建設網絡的重要技術手段。在城市軌道的鋪設中必須要考慮該地段中路面道路兩旁的建筑形式，達到軌道建設、道路建設、建筑建設科學合理的共同發展，相互促進、互不干擾的作用[5]。

3.4 輔助線路設計

我國城市軌道建設的主要目的就是為了緩解城市道路中日益沉重的交通壓力，為此在建設相關的城市軌道時除了需要建立其重要城市交通樞紐和一些主要干道，還需要建設好一些輔助性道路已達到方便居民生活。促進人們出行轉變的目的。在進行輔助線路的設計中一定要吸收交通調控部門的意見，讓軌道在運行過程中能夠擁有合理的調控方式實現城市交通出行的靈活化。

3.5 調線調坡設計

線路平面設計和縱斷面調整能夠做到調線調坡的作用，利用線路建設的調坡工作能夠達到對城市軌道坡度的調整，實現列車在運行過程中有著相對平緩的運行環境，達到節能損耗的效果。在該項工作中最為重要的階段就是對入侵界的判斷，利用我國在城市軌道中的設計經驗和相關地技術標準，達到鋪軌施工整體的要求，為列車的安全行駛和存在制動能量創造條件[6]。

4 結束語

綜上所述：我國日益嚴峻的城市交通狀況對城市軌道建設提出了新的要求，隨著城市軌道交通日益發展、規模逐漸壯大在城市軌道設計中融入節能的觀點將更加符合我國現階段發展經濟的要求。城市軌道的設計體系中，需要其擁有足夠的整體意識和階段要求，只有良好的設計方案才能夠讓城市的經濟能夠得到長足發展的同時緩解城市的交通壓力。