关于城市轨道交通节能线路设计研究

熊 义

重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司 重庆 401120

我国城市现代化的步伐逐渐加快，为了适应新的城市化要求就必须发展城市轨道交通来缓解城市的交通问题。城市中交通轨道的数量和规模越来越大，建立其节能的城市轨道体系对我国发展可持续发展能源策略有着重要作用。为了减少城市轨道的运营成本和能源消耗，结合本人工作经验，通过轨道技术分析，根据对站间距、敷设方式、线路平曲线、坡段长度和坡度等要素分析，利用计算机技术进行模拟设计出最为合理的节能设计方式。

1 影响能耗的因素

城市轨道交通需要消耗大量的能量，其中运营的能量消耗是难以通过轨道设计进行减少的。但是通过对相关地形的线路设计能够达到存储能量的方式，这是城市轨道节能设计的重要指点方向。为了做好轨道的节能设计就需要对列车在运行中的能量消耗因素进行分析。通过对列车运行中牵引系统、照明系统、弱电系统、排水、通风等因素消耗的能量进行分析，得出了如下影响能源消耗的因素[1]。

1.1 影响牵引能耗的因素

牵引能耗是列车运行中主要能量的消耗原因，通过大量的城市轨道列车能耗数据的调查，影响列车牵引能耗的因素包括车型、启动方式、制动手段、线路设计。季节因素、供电系统等多重原因，甚至还和行车的密度有关。

1.2 影响动力能耗因素

列车在运行过程消耗的能量并非固定的，它会因为列车调控站相关调控命令出现一些改变，所以会受到车站人流量、出战入站口、车站敷设方式而受到影响，是一项因为车站设计而会出现较大能耗波动的影响因素。

2 线路条件对牵引能耗的影响

牵引能耗是列车行驶过程中主要的能源消耗，因为本文的篇幅有效注重介绍线路条件对牵引能耗的消耗作用，利用4M2T的B型车对线路条件对牵引能耗进行实际的分析[2]。

2.1 站间距

城市轨道中为了方便市民的灵活出行所以站间距的距离较短，但是站间距离越短，车站数量就越多，会极大增加列车启动和制动的次数，严重的增加列车的能量消耗，为此在制定站间距时除了要考虑到市民出行的便捷之外，还需要考虑建设单位的建设成本和列车的运行能耗，但是如果增加站间距就会增加居民的出行负担，居民因为站间距过大而不选择列车出行，这会极大增加城市普通道路的交通压力，制约城市发展的同时也起不到城市轨道列车设计的主要目的。结合我国现阶段的基本国情和国际上先进的发展经验，在站间距的选择上通常是在一公里到两公里之间，同时根据路线附近的居民数量和人口密度进行相关的调整。

站间距之所以会对牵引能的损耗造成较大影响，其主要原因就是在列车的启动和制动阶段需要大量的动力改变列车的运动状态，所以频繁的启动和制动列车会对列车的行驶带来较大的能源负担，这与我国的能源使用策略的目的背道而驰。同时因为列车长时间的启动造成线路中电流产生的热量变高，使得列车运行系统中电路的焦耳热过高也会造成能量的过多消耗，难以达到节约能源的目的。为了减少列车出入站的能源损失，可以通过一定的缓坡建设，将制动时多余的动能转换为重力势能，在列车启动时再将重力势能转变为列车启动需要的动能，利用这样的方式减少列车制动和启动过程中能量的消耗。

2.2 敷设方式

城市因为其独特的用地紧张性，所以在选择城市轨道建设时不能像普通道路一样直接进行道路拓宽或者道路建设工作，城市轨道在设计过程中会考虑三种敷设方式，分别市地面敷设、高架敷设、地下敷设，三种方式除了在占用地面面积上存在差异以外，在其他方面也对运行能耗造成了一些不必要的影响[3]。

（1）在地下隧道中需要专门建设通风设施，不但增加了工程的项目成本还对列车的运行造成不良的影响，同时因为隧道中还需要24小时提供照明设备，所以在这方面对能耗的影响较高。

（2）气温原因对列车的能源消耗也会有着不一样的影响，比如在我国的东北地区，其冬季时间长且严寒，地面敷设和高架敷设建设的城市轨道在运行过程中需要大量的运行供暖设备，所以在地下敷设在这一方面就会产生优势。

（3）我国的云贵地区是著名的丘陵地带，在地面敷设轨道会使得列车在运行过程因为爬坡和下坡较多造成大量的能源消耗，所以在这类地形地区的地方使用地下敷设能够得到更多的优势。

3 线路设计的主要内容

3.1 平面设计

城市轨道的平面设计需要考虑的因素非常的多，其中必须考虑的因素就是线网方案，利用现阶段先进的计算机模拟计算对该地区线网进行模拟能够很好地开展线路的平面设计工作。重庆轨道交通9号线一期工程红岩村至化龙桥站区间，需绕避红岩村革命纪念馆核心保护线及人防保护线，同时又考虑对周边地块的客流服务，因此，在设计时结合线网规划走向局部调整优化线路走向[4]。

3.2 纵断面设计

在平面设计完成后并不能对工程的各个方面进行设计，为了增加设计的立体性和全面性就需要进行纵断面设计和横断面设计，在进行纵断面设计时可以对平面设计进行一定的调整，使得平面设计更加科学合理，另外利用平面设计的成果结合纵断面设计能够达到确定线路在实际中的空间位置。在纵断面设计中主要的工作内容就是以设计方案为主体建立起包容着敷设方式、过渡段、控制点、制图等多重元素为一体的工作体系，科学地进行相关的纵断面设计达到实现避开不良土层并穿越不良土层的作用，为城市轨道建设的安全施工创造条件。

3.3 横断面设计

城市轨道的三种主要敷设方式中都需要利用横断面设计，达到和谐建设城市轨道建设和普通道路建设的目的，是实现科学协调城市交通建设网络的重要技术手段。在城市轨道的铺设中必须要考虑该地段中路面道路两旁的建筑形式，达到轨道建设、道路建设、建筑建设科学合理的共同发展，相互促进、互不干扰的作用[5]。

3.4 辅助线路设计

我国城市轨道建设的主要目的就是为了缓解城市道路中日益沉重的交通压力，为此在建设相关的城市轨道时除了需要建立其重要城市交通枢纽和一些主要干道，还需要建设好一些辅助性道路已达到方便居民生活。促进人们出行转变的目的。在进行辅助线路的设计中一定要吸收交通调控部门的意见，让轨道在运行过程中能够拥有合理的调控方式实现城市交通出行的灵活化。

3.5 调线调坡设计

线路平面设计和纵断面调整能够做到调线调坡的作用，利用线路建设的调坡工作能够达到对城市轨道坡度的调整，实现列车在运行过程中有着相对平缓的运行环境，达到节能损耗的效果。在该项工作中最为重要的阶段就是对入侵界的判断，利用我国在城市轨道中的设计经验和相关地技术标准，达到铺轨施工整体的要求，为列车的安全行驶和存在制动能量创造条件[6]。

4 结束语

综上所述：我国日益严峻的城市交通状况对城市轨道建设提出了新的要求，随着城市轨道交通日益发展、规模逐渐壮大在城市轨道设计中融入节能的观点将更加符合我国现阶段发展经济的要求。城市轨道的设计体系中，需要其拥有足够的整体意识和阶段要求，只有良好的设计方案才能够让城市的经济能够得到长足发展的同时缓解城市的交通压力。