2023年世界城市轨道交通运营统计与分析综述

参考国际上较为通用的统计标准,将城市轨道交通分为地铁、轻轨和有轨电车三大类,对世界城轨交通运营现状进行统计。分析表明:截至2023年底,全球有79个国家和地区的563座城市开通了城市轨道交通系统,总里程超过43400.40 km,其中地铁、轻轨、有轨电车分别占50.07%、10.69%和39.24%;中国(含港澳台)累计有66座城市开通运营轨道交通,运营里程达11900.29 km,其中中国内地运营里程11232.65 km。2022年,全球59个国家的183座城市地铁累计运送乘客586.52亿人次,平均负荷强度0.81万人次/(km·d),其中中国(含港澳台)地铁年客流量为212.51亿人次。我国城市轨道交通持续稳步发展,线网规模和客流规模继续居全球第一。统计国务院52号文件发布后的中国轨道交通的线网规模数据,预测低运量城市轨道交通系统将在中国内地有较好的发展前景,特别是中西部地区,以促进城市绿色、可持续发展。同时,根据疫情前后全球主要国家(地区)和城市的客流数据,预计中国内地客流量将在2024—2025年恢复至疫情前水平。

重载机车风源系统智能控制研究

针对重载机车提速运行过程中空气中不断扬起的粉尘对风源系统中处理的空气的质量提出了更高的要求。当压缩空气中粉尘颗粒浓度高或压缩空气湿度过大时,使得制动设备无法正常工作甚至损坏,给重载机车的平安行车带来安全隐患。该文通过设计一套智能重载机车风源控制系统,通过智能采集、检测风源系统中空气的洁净度与湿度参数,自动去除压缩空气中的粉尘和水,得到高质量的合格压缩空气,使得处理后的空气的湿度与洁净度符合机车制动系统管路的要求,当处理后的空气不符合要求时发出报警信号,提示工作人员进行排故处理,避免了计划维修的盲目性,提升了风源系统的有效运行效率,保障了重载机车的安全运输。

多层交通荷载下非对称一体化地下结构的动力响应

地下结构在交通荷载作用下的动力响应对其运营期的安全稳定有重要影响。为了探究大断面非对称一体化地下结构在多层交通荷载作用下的动力响应特征,依据工程典型断面建立有限元模型,模拟施加路表、市政、轨道三层交通荷载,分析了非对称一体化地下结构的振动响应和应力分布特征,探究了多层交通荷载共同作用产生的结构动力响应叠加规律。结果表明:非对称一体化结构的振动响应在市政交通层的左幅顶板中部最大,达0.5~0.7 m/s^(2),动应力在轨道交通层底角处最大,达0.08~0.10 MPa;地铁列车荷载是结构动应力的主要影响源,但土钉支护与桩基支撑能够有效降低动应力的影响;作用于地面的车辆荷载会对一体化结构的振动响应产生较显著影响,运营期应重点关注位于地面车辆行驶密集路段的结构。研究结果可为地下非对称一体化结构的优化设计、运营期养护提供参考。

基于实际地铁线路的全生命周期碳排放研究

在双碳战略的重大战略部署下,对轨道交通全生命周期碳排放进行研究,合理量化其碳排放水平是实现交通部门碳达峰、碳中和的重要措施。本文基于北京某新建地铁线路,对轨道交通全生命周期碳排放进行分析,建立了轨道交通全线、全生命周期的碳排放计算模型,并定量计算新建地铁线路全线、全生命周期的碳排放量。同时,对建设阶段和运营阶段的降碳措施做出分析,定量评估其降碳潜力。对全长81 km新建地铁线路进行碳排放量计算,得到建设阶段碳排放量为257万t CO_(2)eq,运营阶段为5.35万t CO_(2)eq/a,50年运营周期总计碳排放量524万t CO_(2)eq。建设阶段使用可再生材料及预制结构可减少碳排放量7%;运营阶段综合采用多种节能降碳措施后,可降碳27%;50年运营周期降碳潜力总计17%。该模型的建立对城轨交通全生命周期碳排放定量计算有指导意义,降碳措施的研究成果以期为城轨交通完成绿色低碳转型、实现交通部门碳达峰、碳中和提供参考。

基于Sarsa算法的城轨列车节能控制策略研究

针对城市轨道交通节能运行问题,提出一种基于Sarsa强化学习算法的城轨列车节能控制策略,实现了城轨列车在自动驾驶状态下,面对不同路况,执行减少能源消耗驾驶策略的同时兼顾准时性和舒适性。根据线路条件将列车状态进行离散化处理,将连续的驾驶过程分为若干个子区间进行分段求解。结合区间限速、初始状态、终末状态等限制条件,基于能耗及运行时间分别构造适当的奖励函数。同时,用当前状态下可达的最大速度与最小速度对可选速度集合进行限制,缩小探索空间,加快算法收敛。最后,通过对北京铁路亦庄线小红门站至肖村站的实例进行仿真。实验结果表明,与传统的动态规划方法相比,Sarsa算法在满足舒适性和准时性要求的情况下节能9.32%。相比于强化学习中的Q学习算法,在速度的选取过程中,超速次数也有明显下降。仿真结果证明Sarsa算法具有更好的节能效果和安全性。在算法参数不变的情况下,调整限速条件,与传统动态规划算法进行二次对比,依旧节能4.21%,验证了算法的鲁棒性。

城市轨道交通工程防淹能力评估方法研究

近年来我国城市轨道交通工程水淹事件频发,人民生命财产安全受到威胁。交通运输部在2022年7月修订的《城市轨道交通初期运营前安全评估管理办法》中增加了“工程项目防洪专项论证报告等材料”作为轨道交通新线投入初期运营前的前提条件之一,因此开展城市轨道交通工程防淹能力研究十分必要和紧迫。本文从外部风险、基础防汛能力、防汛预警能力、应急救援能力等方面研究了影响城市轨道交通工程防淹能力的关键因素,利用专家打分法、层次分析法构建了评估指标体系及其权重系数,并根据我国现行法律法规标准规范提出了各指标评分细则,建立了城市轨道交通运营线路防淹能力评估方法,以期为我国汛期城市轨道交通运营安全提供技术支撑。

我国城市轨道交通既有线改造投融资机制研究

我国城市轨道交通现已进入从“增量扩张”向“存量优化”转型的新发展阶段,既有线改造的现实紧迫性催生了庞大的资金需求,同时对资金长期可持续提出更高要求,构建与既有线改造需求相适应和匹配的投融资机制对于保障我国城轨交通高质量发展具有重要价值。然而,既有线改造类型多样且利益主体复杂,目前实践层面缺乏统一且完整的指导规划,理论层面也亟需为投融资模式创新提供充分研究支撑。本文在总结伦敦、日本、北京、上海、深圳、天津等典型案例经验的基础上,结合项目的经济属性、周期属性、多主体特征,探究分级分类的投融资体系和实践思路,并构建财政补贴与激励协同、存量资产与新增投资互促融合的投融资机制。以期为完善既有线改造顶层设计、形成多主体协同且面向中长期的投融资机制体系提供参考与决策依据。

钢轨短波波磨对轨道振动俘能器发电性能的影响规律研究

以轮轨摩擦自激振动理论和轨面不平顺反馈振动理论为基础,结合钢轨波磨与轨道振动能量回收两个研究方向,通过建立考虑钢轨波磨的“车轮-钢轨-吸振器”振动分析模型与轨道振动俘能器分析模型,研究了不同波深与波长的钢轨短波波磨对轨道振动俘能器的输出功率的影响规律。分析结果显示,波磨深度的增大会导致轮轨接触力和轨面垂向加速度的振幅增大,但不会影响钢轨的主振频率。波磨波长的增大会导致轮轨接触力和轨面垂向加速度的振幅先增大后减小,钢轨的主振频率随波磨波长的增大而减小。轨道振动俘能器的输出功率会受到波磨深度和波长的影响,表现为波长不变时,波深增加,俘能器的输出功率提高。波深不变时,波长增加,俘能器的输出功率先增大后减小,但仍大于光滑轨道上俘能器的输出功率,并且,采用小波包分解方法得到小波包能量值与波磨波长几乎呈线性关系。上述分析结果表明,该轨道振动俘能器在高效回收轨道振动能量的条件下,能有效地监测钢轨波磨的产生过程和预测钢轨波磨的近似波长。

含壁后空洞盾构隧道管片安全分析

为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明:隧道壁后不同位置空洞对结构安全不利影响的排序为:隧腰>隧底>隧顶;空洞面积为5.0 m^(2)时,随空洞深度增加,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩及安全系数呈先减小后反向增大的趋势,且管片椭变先减小至0后反向增大,弯矩分别在空洞深0.3、0.2 m时反弯,左隧腰空洞中心处截面安全系数不断降低,管片椭变及弯矩大幅提升;空洞深度为0.5 m时,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩均在空洞面积3.75 m^(2)时反弯;空洞范围内存在纵缝会降低空洞中心处隧道截面内力并提升其安全系数,但其最大张开为空洞内无接缝时的2.0~3.5倍。研究成果可为盾构隧道壁后空洞安全评价、拼装点位选取提供参考。

城市轨道交通大型换乘车站应急防灾设计

[目的]鉴于大型城市轨道交通(以下简称“城轨”)换乘车站数量不断增加,以及该类车站具有埋深较大、人员密集、逃生救援场地受限的特征,应急防灾难度和压力十分突出,因此需要对此类型车站的应急防灾进行设计。[方法]以武汉光谷广场综合体工程作为实际案例,从火灾防护、大客流防护、洪涝防护、恐袭防护及突发疫情防护等5个重点方面,分析大型城市轨道交通车站所面临的灾害特征,结合方案设计、模拟仿真、计算分析等方式,对不同类型的灾害提出解决方案。[结果及结论]采用开放式的建筑布局和贯通的人行交通层,结合自然排烟与下沉广场设置准安全区,是困难条件下大型地下空间的有效消防措施;结合车站特点分析客流高峰情况,对不同时段、不同类型的使用人群进行分类,并设置相对独立、交叉少的流线,以有效地进行大客流防护;除常规的洪涝防护措施外,提高与周边地下空间的硬隔离措施,如增加防淹门是作为洪涝防护的必要手段;提高站内的通透性,快速疏解乘客,避免堵塞滞留可有效防护恐怖袭击;对于突发疫情防护,应严格按照我国相关管理规定,落实日常防控管理,适时采取一般疫情或较大疫情响应措施。

地铁活塞效应的节能综述研究

随着地铁行业的蓬勃发展,利用活塞风降低车站能耗成为目前研究的热点之一。首先整理与活塞效应相关的国内外文献,研究活塞效应的形成机理和特性,分析活塞效应对地铁环控系统产生的影响,发现两者间潜在的节能关系。其次分别对隧道活塞风与车站活塞风的利用策略进行综述研究,这些策略主要与通风井的相关设计、列车的行驶、站台门的选择以及门帘的安装等有关,合理地采用这些策略可以为车站降低能耗。最后提出了活塞风的利用原则,在活塞风满足乘客需求的情况下应当优先利用活塞通风,应根据风量、温湿度、二氧化碳浓度以及颗粒物浓度等参数评价活塞风是否满足需求。

上覆堆载作用下砂性地层埋入式筒仓浮力分析

河南是国家粮食三大主产区之一,实现粮食大规模的绿色储粮利国利民,地下/半地下粮仓具有储量大、低温等优点是绿色储粮的理想仓型之一,但地下大体积结构抗浮设计问题突出。以入地式筒仓为研究对象,考虑仓周上覆堆载开展模型试验和理论研究,理论反演分析筒仓上浮时的临界状态对应的浮力折减系数。研究表明:随着筒仓周边施加的均布荷载不断增加,仓壁受土体侧摩阻力也逐渐增加,抑制仓体上浮;浮力在土体中存在着一定的折减。在饱和粗砂土质中,浮力折减系数估算为0.945;增加上覆荷载可以提升筒体埋深的设计潜力,为低温、绿色储粮提供更大可能。

基于ISSA-VMD的地铁构架应力谱门槛值自适应确定方法

针对地铁构架应力谱编制过程中小应力循环舍弃缺乏标准可依的问题,提出基于改进麻雀搜索算法(ISSA)和应力-时间历程信号变分模态分解(VMD)的应力谱门槛值自适应确定方法。首先,通过融合Tent混沌映射、鱼鹰优化算法和柯西变异策略改进麻雀搜索算法,从而避免陷入局部最优,提高分析效率;其次,采用ISSA优化VMD的分解个数和惩罚因子,实现关键参数确定;最后,根据最优参数组合,对应力信号进行VMD分解,并结合疲劳损伤占比、均方根和均方误差等参数对分解得到不同分量信号的中心频率进行综合分析,提取损伤占比较大的信号频率作为截止频率,从频域层面实现小应力门槛值的确定。结果表明:采用此方法确定的小应力门槛值使得应力雨流循环总数降低17.1%,实际损伤较传统方法所得结果减少7.8%,在有效反映应力所造成疲劳效应的同时保留了应力循环特性,提高了应力谱编制效率,从而为地铁构架应力谱编制过程中小应力门槛值的合理确定提供了参考。

杭州地铁体育主题“皮肤”创意设计探析

为了举办第十九届亚运会,杭州将全民亚运的理念内化到了每个市民的心中,每一位市民也都尽了自己的一份热情和力量,体现了这座城市强大的活力与凝聚力。地铁作为城市的重要交通工具之一,承载着大量的人流。为了提升城市形象和展示举办亚运会的热情,杭州对其进行了相应的创意设计,其中之一就是给地铁车厢添加体育主题的“皮肤”,使乘客在乘坐地铁的过程中感受到亚运会的氛围,增强广大市民对亚运会的关注和参与感。在网络媒体的传播下,杭州地铁的创意设计受到了国内外游客的广泛关注,让亚运会更具吸引力,营造出了浓厚的亚运氛围。

地铁空间公共艺术设计的策略研究

地铁空间公共艺术已成为现代城市文化最直观的体现之一,是城市公共艺术设计的重要组成部分,也是衡量城市发展的参照。由于缺乏对地域文化及大众审美的深度挖掘,各地地铁空间公共艺术同质化现象严重。本文分析地铁空间公共艺术设计存在的问题,并从供给侧改革、突破孪生性设计模式、采用一体化设计方案、应用新媒体等四个方面,提出了提升地铁空间公共艺术设计的策略。

双碳背景下场段设计与综合应用——以南宁地铁5号线那洪车辆基地为例

地铁场段作为城市大宗用地、大宗能源消耗的大户,其在落实碳达峰、碳中和政策方面具有十分重要的作用。为探究场段响应并实施双碳政策的技术路径,进一步厘清双碳战略下场段可实施的具体技术措施及效果,以南宁地铁5号线那洪车辆基地为例,以区域规划诉求、环境融合、智慧智能发展为导向,采取统筹规划、提前策划等手段,全过程采用双碳设计解决措施实现场段低碳节能。通过分析场段,可采取绿色生态体系建立、节能减排设计、智能化设计3个方面实现场段低碳节能。运营实践后表明,实施系列化双碳解决措施后,场段在节水、节电、节省人工方面效果显著,减少折合碳排放约23%,为后续城市轨道交通低碳节能提供有效参考。

环境温度对地铁刚性接触网弹性与弓网受流质量影响研究

近年来全国地铁大面积发生弓网异常磨耗事件,特别是冬季异常磨耗已然成为常态,2022年全国有30余条地铁线路出现此现象,经济损失达数亿元。为了研究环境温度对弓网关系的影响,文章首先建立了某地铁线路刚性接触网有限元模型,计算得到环境温度-20~20℃下接触网刚度曲线,并分析了环境温度对接触网刚度影响规律;然后,构建地铁变刚度弓网耦合动力学模型,依据EN 50119等标准验证了其准确性,并计算了环境温度(-20~20℃)、列车运行速度(40~90 km/h)、受电弓静抬升力(70~160 N)、定位线夹卡滞工况下的弓网接触力,着重分析了环境温度对弓网接触力、弓网受流质量的影响规律。结果表明:环境温度与弓网接触力、受流质量具有强正相关性,当环境温度低于0℃时,弓网受流指标将严重恶化;线夹卡滞会对弓网接触力、受流质量带来恶劣影响,而且行车速度越高影响越大。

地铁盾构下穿古建筑振动监测与保护研究

为确保地铁盾构下穿古建筑物施工安全,确定先评估、先加固、施工监测、后评估、后加固总体技术路线。通过建立古建筑1︰3.52的实体模型并进行振动台试验获取结构阻尼比,利用Ansys进行三维建模,采用结构与模态分析,针对易损结构进行加固预防,为后续振动监测与盾构施工提供参考依据,结合试验区施工监测数据,调整施工参数。结果表明:在静力分析下该结构位移最大值约为14.01 mm,验证了三维模型的有效性。通过模态分析确定结构模型基本频率为0.59046 Hz,最易受损位置为斗枋处。在盾构穿越过程中,古建筑物加速度变化幅度小于0.003 m/s2,振动频带主要集中在0.6~20.5 Hz,振动频带处于正常范围,对古建筑物基本无影响。针对盾构下穿古建筑物提出以“地铁盾构穿越以匀速掘进为主,避免运营高峰期作业,影响区地层之间使用注浆加固,对古建筑物易损结构进行支护,施工时采取隔振减振方案”的总体解决思路,为后续类似工程建设提供参考。

国内首座“架空+上盖开发”大架修基地设计创新

研究目的:“架空+上盖开发”的大架修车辆基地综合开发空间形态在国内没有先例,需要解决车辆基地建设对城市土地和空间的割裂、地面层空间利用、提高盖上物业开发强度、减振降噪、设备基础和管线敷设等技术难题。本文通过国内首座“架空+上盖开发”大架修车辆基地设计实践,提出解决以上技术难题的工程方案,供业内同行参考借鉴。研究结论:(1)架空方案能够有效减轻车辆基地建设对城市土地和空间的割裂;(2)通过盖上物业核心筒结构落地,将上盖物业车库置换到地面层,可高效利用地面层空间,提高物业开发强度和收益;(3)在咽喉区、库内检查坑及库外线路大面积采用橡胶弹簧浮置板减振道床等措施可以较好地解决车辆基地振动噪声问题;(4)利用架空板下沉和地面层局部空间,可以解决设备基础和管线敷设难题;(5)本研究成果提出的思路和方法对类似工程建设有参考和借鉴价值。

基于改进BiLSTM网络的地铁车轮磨耗预测模型

针对地铁车轮磨耗数据时间跨度较长引起的长期依赖问题,为了进一步提升预测精度,提出一种将麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化双向长短期记忆网络(bidirectional long short term memory,Bi LSTM)的改进BiLSTM(SSA-BiLSTM)网络模型,用于地铁车轮磨耗预测。首先,利用麻雀搜索算法对双向长短期记忆网络算法的神经元个数、迭代次数、输入批量和学习率等超参数在给定范围内进行寻优,得到参数最优值;然后,以参数最优值来构建改进BiLSTM网络模型,对车轮磨耗进行预测分析;最后,以车轮踏面磨耗和轮缘磨耗作为研究对象,将某地铁1车厢1号车轮的现场实测历史磨耗数据作为输入,对该模型进行训练及验证分析,并与多层感知机(multilayer perceptron,MLP)、LSTM、BiLSTM以及SSA-LSTM模型的预测结果进行对比。研究结果表明:SSA-Bi-LSTM模型的车轮磨耗预测精度更高,与LSTM、BiLSTM以及SSA-LSTM网络模型相比,踏面磨耗的平均绝对百分误差(mean absolute percentage error,MAPE)分别降低了13.28%、10.32%、1.47%,轮缘磨耗分别降低了9.5%、0.46%、0.02%;分别对同一地铁2号、4号车厢的1号位置车轮磨耗进行预测,并与磨耗实测数据进行对比,踏面磨耗的平均绝对百分比误差分别为1.34%、1.42%,轮缘磨耗的平均绝对百分比误差分别为0.18%、0.19%,验证了本文所提模型具有良好的泛化性,为地铁轮对智能化管理提供理论支持,延长车轮使用寿命。