淺談牽引計算在城市軌道交通項目設(shè)計中的作用

摘 要： 按一般的設(shè)計慣例，牽引計算工作僅僅是在線路方案穩(wěn)定后所作的列車運(yùn)行模擬計算，從而得出列車在各個區(qū)間內(nèi)的走行時間、走行速度以及能耗。但隨著城市軌道交通項目綜合技術(shù)要求的不斷提高，如何從最經(jīng)濟(jì)合理的角度確定設(shè)計規(guī)模，以最小的投入得到最大的回報，這就存在各專業(yè)之間相互制約的一系列復(fù)雜關(guān)系，而牽引計算工作在這中間所起的作用，就是從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度，找出最合理的技術(shù)參數(shù)，從而指導(dǎo)線路、車輛、信號、供電及環(huán)控專業(yè)的設(shè)計工作。

關(guān)鍵字：牽引計算、指導(dǎo)、線路、車輛、信號、牽引供電、環(huán)境控制、設(shè)計
1、指導(dǎo)線路專業(yè)對平、縱斷面的優(yōu)化設(shè)計
選線就是選擇軌道交通路線，它是城市軌道交通工程設(shè)計的龍頭。選線首先是經(jīng)濟(jì)
選線，或稱行車路線的選擇，然后是技術(shù)選線。經(jīng)濟(jì)選線就是選擇行車路線的起訖點和經(jīng)濟(jì)據(jù)點，主要是站在吸引客流量，切實解決交通擁擠狀況的角度出發(fā)的。行車路線的選擇應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃，符合客流產(chǎn)生、流動和消失的規(guī)律，并要符合城市客流發(fā)展的規(guī)劃。技術(shù)選線就是按照行車路線，結(jié)合有關(guān)設(shè)計規(guī)范，平縱斷面設(shè)計要求，落實線路位置的技術(shù)工作。在城市軌道交通項目的設(shè)計中，由于城市已有道路的既有條件或管線埋設(shè)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，使得線路定線工作難度頗大。牽引計算工作主要在技術(shù)選線過程中，根據(jù)列車在線路上的自由運(yùn)行速度值，核算緩和曲線長度、夾直線長度的設(shè)置是否符合要求，以及曲線超高的設(shè)置是否滿足速度要求，從而確定曲線超高的加寬值是否達(dá)到限界要求。反之，線路對緩和曲線長度、夾直線長度以及曲線超高、超高的加寬值的核算結(jié)果又影響牽引計算列車運(yùn)行速度的確定。
以重慶跨座式單軌交通為例。由于跨座式單軌交通線路不同于鋼輪鋼軌，它的超高直接在軌道梁上反映，且必須在線路設(shè)計中結(jié)合列車在該地段的運(yùn)行速度，將線路超高、限界加寬值一次設(shè)計到位，無法在施工完成后調(diào)整超高值。重慶輕軌濱江路段CK4+200~CK4+350地段，正好位于穿越嘉陵江匝道橋橋墩柱位置，由于既有匝道橋修建時未預(yù)留夠輕軌雙線位置，迫使線路右線繞行穿行于兩匝道橋橋墩間，且有一段半徑150m的小半徑，如果列車以正常情況穿越該段，速度可達(dá)55km/h，但由于兩匝道橋橋墩間間距無法滿足55km/h速度超高的加寬要求，限制了列車在該段的運(yùn)行速度，最終使得該段右線不能設(shè)置超高，列車運(yùn)行速度僅達(dá)到30km/h。如下圖所示。
2、指導(dǎo)車輛專業(yè)對車輛技術(shù)參數(shù)的選擇

由于城市軌道交通車輛選型工作難度較大，既要考慮車輛的技術(shù)性能，又要考慮美觀舒適實用，從建設(shè)方角度還要考慮經(jīng)濟(jì)合算，所以在設(shè)計中，車輛選型工作幾乎貫穿整個設(shè)計過程。
為了保證擬定車輛技術(shù)指標(biāo)能滿足設(shè)計要求，我們可在擬定車輛技術(shù)條件前提下，利用牽引計算，先核算部分車輛技術(shù)指標(biāo)是否達(dá)得到線路技術(shù)要求。例如，我們可以核算列車在定員或者超員狀況下，如果失去一部分動力，能在多大的坡道上起動，能以多高的速度通過線路限坡等等。我們還可以在擬定的列車牽引特性下，完成整個線路的牽引計算工作，再求算出整個列車運(yùn)營范圍內(nèi)所需的等效發(fā)熱電流，或稱均方根電流值（IRM），如果滿足以下關(guān)系式：

IRM≤（0.8~0.9）Im

公式中：Im——為車輛電機(jī)的額定電流值。 則表示擬定車輛電機(jī)的額定功率選定是正確的，滿足要求的。反之，不能滿足上式要求，則說明擬定車輛電機(jī)的額定功率選定是不夠的，不能滿足要求，需重新選定。
3、指導(dǎo)信號專業(yè)進(jìn)行閉塞分區(qū)的設(shè)計
軌道交通系統(tǒng)的能力大小，主要是靠信號系統(tǒng)的制式來保證的，先進(jìn)的信號系統(tǒng)能最大程度地降低兩列相鄰列車的追蹤距離，從而降低列車的折返時間，提高列車的追蹤能力。同時，不同等級的軌道交通系統(tǒng)，其乘客輸送能力差異大，線路、車輛條件有別，行車管理、運(yùn)營組織方式也不同。因此，信號系統(tǒng)必須滿足和適應(yīng)這一特殊需要。在以上條件確定的前提下，我們要進(jìn)行信號閉塞分區(qū)設(shè)計。信號閉塞分區(qū)長度的確定，以及信號速度碼的確定必須在牽引計算工作的配合下完成。牽引計算不僅能直觀的反映出列車在各個點所處的速度，而且還可以反映線路要求限速的位置、范圍，從而有效地劃分出閉塞分區(qū)的長度及速度碼。閉塞分區(qū)長度的計算公式如下：
L=Lf+Lz+Ls 層式中：L——閉塞分區(qū)長度；
Lf——制動反映時間所走距離； Lz——列車從某一速度值制動為0速度所需制動距離；
Ls——安全保護(hù)距離。
其中Lz就靠牽引計算來測算。
在折返站信號閉塞分區(qū)設(shè)計時，我們也是根據(jù)不同的折返站布置形式，盡可能地用信號系統(tǒng)來滿足折返能力要求。這一設(shè)計過程也與牽引計算工作密不可分。
4、指導(dǎo)牽引供電專業(yè)對主變電站規(guī)模的確定以及各牽引降壓所數(shù)量與分布的確定
主變電所是軌道交通能源核心部位，它的容量大小直接影響整個軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)輸能力。為了節(jié)省能源，我們在設(shè)計中又不能將它設(shè)計成無限大，如何正確合理選定主變電所容量及牽引降壓所數(shù)量與分布，必需依靠列車牽引模擬計算，即牽引計算。只有在牽引計算工作完成之后，根據(jù)列車在不同的位置上所處的工況，確定在該位置時間矢量的耗電量大小，從而累計出列車在整個運(yùn)營線路上的耗電量大小，為牽引供電專業(yè)提供設(shè)計依據(jù)。
5、指導(dǎo)環(huán)控專業(yè)對地下車站和地下區(qū)間的環(huán)控通風(fēng)設(shè)計
列車在地下區(qū)間運(yùn)行時，由于列車運(yùn)動帶動區(qū)間空氣運(yùn)動，造成活塞風(fēng)，如何利用活塞風(fēng)，保持地下空間的溫度，是環(huán)控專業(yè)需要解決的問題，這個問題的解決，也必須在列車牽引計算工作完成后，才能有針對性地確定列車在不同的速度下通過地下區(qū)間造成活塞風(fēng)的大小以及產(chǎn)生熱量的大小，從而選定隧道風(fēng)機(jī)和排熱風(fēng)機(jī)設(shè)置位置及風(fēng)機(jī)功率大小。根據(jù)列車通過地下區(qū)間的頻率以及每列車所散發(fā)的熱量，來確定如何調(diào)劑地下區(qū)間的溫度。
6、結(jié)論
當(dāng)然，線路、車輛、信號、供電及環(huán)控專業(yè)的設(shè)計工作的制約因素還很多，牽引計算工作所起的指導(dǎo)和制約作用只是其中之一，但是正確、合理、經(jīng)濟(jì)地作好牽引計算工作對優(yōu)化平、縱斷面設(shè)計，經(jīng)濟(jì)合理地選擇車輛類型、正確完成信號閉塞分區(qū)設(shè)計、選擇經(jīng)濟(jì)合理的牽引供電系統(tǒng)容量以及正確合理地完成地下區(qū)間和車站的環(huán)控通風(fēng)設(shè)計均具有指導(dǎo)作用。