城市轨道交通牵引计算曲线与信号控制列车运行曲线差异分析——以长沙地铁5 号线一期工程为例

王超宇

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州510010）

1 长沙地铁5 号线一期线路概况

长沙地铁5 号线工程是解决城市东部南北向客流需求，衔接望城高星组团、城市主中心、高铁片区和黄榔副中心为主中心的对外辐射线路。

本线呈南北走向，主要沿万家丽路行进，线路全长35 km，共设26 座车站。其中，一期工程线路全长22.5 km，设车站18座，均为地下车站，其中，换乘站7 座，平均站间距1.28 km。本工程采用最高运行速度为80 km/h 的6 辆编组B 型车，其中，动拖比为4∶2。

2 长沙地铁5 号线牵引计算仿真模拟

2.1 牵引计算仿真原则

1）列车在正线区间最大运行限制速度按80 km/h 计算，ATO（列车自动驾驶系统）运行时列车最高运行速度为75 km/h。

2）列车在正线区间曲线上的最大运行限制速度按照GB 50157—2013《地铁设计规范》中有关线路曲线限速要求。

3）全线采用自动驾驶，列车在系统内的运行、折返以及出入段均以ATO 驾驶方式运行[1]。

2.2 牵引计算基本参数

1）采用6 辆编组B 型车，列车最高运行速度为80 km/h；

2）列车起动加速度（0→35 km/h）≥1.0 m/s2（定员工况AW2、平直道）；

3）平均加速度（0→80 km/h）≥0.6 m/s2（AW2、平直道）；

4）常用制动平均减速度（80 km/h→0）≥1.0 m /s2（空载工况AW0-超载工况AW3）；

5）列车基本阻力：（2.755 102+0.000 429 V2）N/kN（V 为列车运行速度）；

6）列车定员总载质量：301.44 t[2，3]。

2.3 牵引计算仿真结果

本文以上行方向列车运行为例进行分析，其站间距及列车区间运行时间如图1 所示。

图1 长沙5 号线一期上行方向牵引仿真结果

3 牵引计算曲线与信号控制列车运行曲线差异分析

3.1 加速度及减速度对比

分别计算设计牵引曲线与信号控制列车运行曲线（CBTC 曲线）列车在静止加速到40 km/h 和加速到区间最高运行速度的平均加速度，以及列车在区间最高速度减速到0 的平均减速度，结果见表1。

表1 长沙5 号线一期工程设计牵引曲线与CBTC 曲线加、减速度对比表

3.2 区间运行时间对比

以上行方向为例，对列车设计牵引曲线以及CBTC 曲线各区间运行时间进行比较，发现CBTC 曲线各区间运行时间均大于设计牵引曲线，结果见表2。

表2 长沙5 号线一期工程设计牵引曲线与CBTC 区间运行时间对比表

4 信号控制列车运行曲线总结与优化建议

4.1 信号控制列车运行曲线总结

1）设计牵引曲线上下行所有区间列车进站速度为39～42 km/h，均满足进站限速60 km/h 的要求，且具有余量。但CBTC 曲线列车进站前额外增加制动，且制动时间早，进站速度过低，导致增加区间运行时间。

2）本线要求列车平均加速度需要大于0.6 km/s2，但CBTC曲线列车出站启动过程中，在0 至最高运行速度对应的平均加速度都小于0.6 km/s2，普遍仅为设计要求的67%～71%，列车加速慢，增加区间运行时间。

3）在正常运行时，以维持相同运行速度为前提，即维持相对稳定的运行速度。在列车以最高速度运行时，为维持列车高速运行，应采用巡航运行的方式。然而，CBTC 曲线列车几乎不存在巡航过程，在加速至最高速度后，基本采用惰行降速。虽然该模式可视作节能模式，但在早晚高峰时段，需要采用高速度巡航赶点，且利用设计速度提升运输能力利用率，若多采用惰行，难以满足客流需求与系统能力需求。此外，区间运行速度变化较大，会对旅客乘坐的舒适性造成影响[4-6]。

4）CBTC 曲线其区间运行时间大于设计时间，全线增加189 s，增加幅度超过13%。设计阶段，本线要求信号系统满足旅行速度37 km/h，相对计算旅行速度，有62 s 富余；若按远期旅行速度36 km/h，可有120 s 富余。目前，区间运行时间增加超过富余，是导致旅行速度不满足设计要求的主要原因。

4.2 信号控制列车运行曲线优化建议

1）提高列车出站启动过程中的加速度，在保证旅客舒适性的前提下，尽快达到巡航速度。

2）区间巡航速度按75 km/h，在高峰时段尽量增大列车高速巡航时间，减小列车区间运行时间，提高列车旅行速度。

3）列车进站减速过程中，在满足站台限速和旅客舒适性条件下，确定合适的制动时机，尽量缩短列车制动时间，避免出现反复制动情况。