城市軌道交通牽引計(jì)算曲線與信號(hào)控制列車運(yùn)行曲線差異分析
——以長(zhǎng)沙地鐵5 號(hào)線一期工程為例

王超宇

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州510010）

1 長(zhǎng)沙地鐵5 號(hào)線一期線路概況

長(zhǎng)沙地鐵5 號(hào)線工程是解決城市東部南北向客流需求，銜接望城高星組團(tuán)、城市主中心、高鐵片區(qū)和黃榔副中心為主中心的對(duì)外輻射線路。

本線呈南北走向，主要沿萬(wàn)家麗路行進(jìn)，線路全長(zhǎng)35 km，共設(shè)26 座車站。其中，一期工程線路全長(zhǎng)22.5 km，設(shè)車站18座，均為地下車站，其中，換乘站7 座，平均站間距1.28 km。本工程采用最高運(yùn)行速度為80 km/h 的6 輛編組B 型車，其中，動(dòng)拖比為4∶2。

2 長(zhǎng)沙地鐵5 號(hào)線牽引計(jì)算仿真模擬

2.1 牽引計(jì)算仿真原則

1）列車在正線區(qū)間最大運(yùn)行限制速度按80 km/h 計(jì)算，ATO（列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)）運(yùn)行時(shí)列車最高運(yùn)行速度為75 km/h。

2）列車在正線區(qū)間曲線上的最大運(yùn)行限制速度按照GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)線路曲線限速要求。

3）全線采用自動(dòng)駕駛，列車在系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行、折返以及出入段均以ATO 駕駛方式運(yùn)行[1]。

2.2 牽引計(jì)算基本參數(shù)

1）采用6 輛編組B 型車，列車最高運(yùn)行速度為80 km/h；

2）列車起動(dòng)加速度（0→35 km/h）≥1.0 m/s2（定員工況AW2、平直道）；

3）平均加速度（0→80 km/h）≥0.6 m/s2（AW2、平直道）；

4）常用制動(dòng)平均減速度（80 km/h→0）≥1.0 m /s2（空載工況AW0-超載工況AW3）；

5）列車基本阻力：（2.755 102+0.000 429 V2）N/kN（V 為列車運(yùn)行速度）；

6）列車定員總載質(zhì)量：301.44 t[2，3]。

2.3 牽引計(jì)算仿真結(jié)果

本文以上行方向列車運(yùn)行為例進(jìn)行分析，其站間距及列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)間如圖1 所示。

圖1 長(zhǎng)沙5 號(hào)線一期上行方向牽引仿真結(jié)果

3 牽引計(jì)算曲線與信號(hào)控制列車運(yùn)行曲線差異分析

3.1 加速度及減速度對(duì)比

分別計(jì)算設(shè)計(jì)牽引曲線與信號(hào)控制列車運(yùn)行曲線（CBTC 曲線）列車在靜止加速到40 km/h 和加速到區(qū)間最高運(yùn)行速度的平均加速度，以及列車在區(qū)間最高速度減速到0 的平均減速度，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)沙5 號(hào)線一期工程設(shè)計(jì)牽引曲線與CBTC 曲線加、減速度對(duì)比表

3.2 區(qū)間運(yùn)行時(shí)間對(duì)比

以上行方向?yàn)槔瑢?duì)列車設(shè)計(jì)牽引曲線以及CBTC 曲線各區(qū)間運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)CBTC 曲線各區(qū)間運(yùn)行時(shí)間均大于設(shè)計(jì)牽引曲線，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 長(zhǎng)沙5 號(hào)線一期工程設(shè)計(jì)牽引曲線與CBTC 區(qū)間運(yùn)行時(shí)間對(duì)比表

4 信號(hào)控制列車運(yùn)行曲線總結(jié)與優(yōu)化建議

4.1 信號(hào)控制列車運(yùn)行曲線總結(jié)

1）設(shè)計(jì)牽引曲線上下行所有區(qū)間列車進(jìn)站速度為39～42 km/h，均滿足進(jìn)站限速60 km/h 的要求，且具有余量。但CBTC 曲線列車進(jìn)站前額外增加制動(dòng)，且制動(dòng)時(shí)間早，進(jìn)站速度過(guò)低，導(dǎo)致增加區(qū)間運(yùn)行時(shí)間。

2）本線要求列車平均加速度需要大于0.6 km/s2，但CBTC曲線列車出站啟動(dòng)過(guò)程中，在0 至最高運(yùn)行速度對(duì)應(yīng)的平均加速度都小于0.6 km/s2，普遍僅為設(shè)計(jì)要求的67%～71%，列車加速慢，增加區(qū)間運(yùn)行時(shí)間。

3）在正常運(yùn)行時(shí)，以維持相同運(yùn)行速度為前提，即維持相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行速度。在列車以最高速度運(yùn)行時(shí)，為維持列車高速運(yùn)行，應(yīng)采用巡航運(yùn)行的方式。然而，CBTC 曲線列車幾乎不存在巡航過(guò)程，在加速至最高速度后，基本采用惰行降速。雖然該模式可視作節(jié)能模式，但在早晚高峰時(shí)段，需要采用高速度巡航趕點(diǎn)，且利用設(shè)計(jì)速度提升運(yùn)輸能力利用率，若多采用惰行，難以滿足客流需求與系統(tǒng)能力需求。此外，區(qū)間運(yùn)行速度變化較大，會(huì)對(duì)旅客乘坐的舒適性造成影響[4-6]。

4）CBTC 曲線其區(qū)間運(yùn)行時(shí)間大于設(shè)計(jì)時(shí)間，全線增加189 s，增加幅度超過(guò)13%。設(shè)計(jì)階段，本線要求信號(hào)系統(tǒng)滿足旅行速度37 km/h，相對(duì)計(jì)算旅行速度，有62 s 富余；若按遠(yuǎn)期旅行速度36 km/h，可有120 s 富余。目前，區(qū)間運(yùn)行時(shí)間增加超過(guò)富余，是導(dǎo)致旅行速度不滿足設(shè)計(jì)要求的主要原因。

4.2 信號(hào)控制列車運(yùn)行曲線優(yōu)化建議

1）提高列車出站啟動(dòng)過(guò)程中的加速度，在保證旅客舒適性的前提下，盡快達(dá)到巡航速度。

2）區(qū)間巡航速度按75 km/h，在高峰時(shí)段盡量增大列車高速巡航時(shí)間，減小列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，提高列車旅行速度。

3）列車進(jìn)站減速過(guò)程中，在滿足站臺(tái)限速和旅客舒適性條件下，確定合適的制動(dòng)時(shí)機(jī)，盡量縮短列車制動(dòng)時(shí)間，避免出現(xiàn)反復(fù)制動(dòng)情況。