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1、绪绪 论论城市轨道交通设备系统城市轨道交通设备系统 第一章第一章城市轨道交通设备系统课件 城市轨道交通包含了通常所说的地铁、轻轨、市郊铁路、独轨I有轨电车和磁浮系统等. “地铁”(Metro)一词已经有早期的“地下铁道”(under ground railway)演变成城市轨道交通体系的一类，其特点是：运量大，车休较宽（2.83.0m），一般单方向毎小吋的运量超过3万 人；全封闭式,全线无平交道口，可以实现高密度发车，发车密度达30对/h,所以“地铁”已经脱离了中文的原意。“轻轨”（light rail transit）也不是中文表面上钢轻轨的意思，而足指与地铁相对应的一种交通系统,即运量相对
2、较小,一般单方向客运量为13万人/h，车体的宽度相对较小，一般在2.6m以下。显然,从土建工程量来说.地铁的工程量要大些,而轻轨的相对要小些,但两种系统都可以采用高架线、地面线和地下线的方式。目前的独轨和磁浮交通系统则大都采用高架的方式，这叫两种交通系统也无平交道口，而有轨电车由于速度与运量较轻轨小，所以就可以采用平交道口的方式.因而造价更低、线路的走向也更加灵活方便。城市轨道交通设备系统课件城市轨道交通设备系统课件马德里地铁城市轨道交通设备系统课件菲律宾马尼拉轻轨城市轨道交通设备系统课件墨西哥橡胶轮车辆城市轨道交通设备系统课件城市轨道交通设备系统课件 城市轨道交通系统与其他公共交通工具相比的
3、优点除了运量大之外.就是全天候、快捷、 舒适和节能,坏保。要实现此目的,就必然要涉及土建系统的合理性、设备系统的先进性和可 靠性。无论是土建工程还是设备系统.都是随着社会整体工业水平的提高而发展的。最早的伦敦地铁采用的是蒸汽机车，随着电力机车的出现，伦敦地铁也实现了电气化，这也是世界上最早的第三轨供电的地铁系统.之所以由电力机车来替代蒸汽机车，主要有以下几方面的原因：蒸汽机车：的推烟污染大：蒸汽机车产生的噪声很大。事实上，人们乘坐这种交通工具. 除了速度比其他交通工具快之外，在舒适性方面也存在问题.同时对周边环境的影响也较大。人类的需求促进了新技术的发展。城市轨道交通设备系统课件 此外,技术的
4、发展并没有固定模式。伦敦地铁从蒸汽机改为笫三轨供电，芝加哥的西部铁 路线则采用高架接触网供电.不仅如此.在芝加哥高架铁路电气化的同时，斯卜拉(Sprague) 还于1897年发明了多单元的动车系统.也就足我们今天的动车组，一改由单一机车牵引若干机车的模式.使牵引力更加均匀，也有利于启动时加速。一般的电力机车是采用旋转电机牵引.这几乎是固定的模式。但20世纪80年代中期,为了解决城市轨道交通中困难地段的曲线半径小、坡度大等困难，日本和加拿人研发了直线电机系统，目前世界上已有5个国家建成10 余条直线电机的轨道交通线路.世界上绝人多数铁路都是由两根钢轨组成，但实际上欧洲人很早就开始研发独轨铁路了。
5、英国人派门（P.H.Palmer)于19世纪初研发了由马牵引的独轨马车，当然那时轨道材料为木轨；1888年爱尔兰建设了跨座式的独轨铁路，并由蒸汽机牵引；1897年德国人发明悬挂式的独轨.现代铁路很容易使人联想到钢轮钢轨.其实除了钢轮钢轨之外，还可以采用其他模式,如橡胶轮系统，磁浮系统等。城市轨道交通设备系统课件 城市轨道交通。只要解决大城市的公共交通问题。大城市一般都面临客流集中、用地紧张、坏境要求高等诸多的技术问题，尤其是随着现代经济的发展，一方面人们对速度和舒适性的要求越来越高，另一方面也意识到资源和环境对人类的重要性，所以对轨道交通系统的基础设施建设要求精巧细致，做到节省用地，同时由于生
6、活节奏的加速，也要求轨道交通能够更加便捷、快速和舒适，这实际上就形成庞大的系统工程。这一系统工程要求以乘客为中心，集车辆、信号、供电、还控、交通组织、土建工程等为一体。从车辆、信号、供电、还控、交通组织到土建工程的专业跨度非常大，无论是谁都难以掌握这么多门类的专业知识，所以对于轨道交通系统来说，专业之间的协调或者说专业之间的接口，显得尤为重要。尤其对土建的学生来说，更应该了解其它专业的技术要求，因为与其他专业相关的设备系统都要与土建发生关系，例如供电的接触网系统，需要土建提供安装的支架，若对刚性接触网系统，盾构隧道的下沉量或者施工中的偏差还将影响道床的结构形式；再如还控系统的设备容量一方面受控
7、于某区段的土建规模，另一方面设备容量的大小也直接影响到建筑布局的结构形式。这充分说明轨道交通是项系统工程。城市轨道交通设备系统课件1.1城市轨道交通设备系统的组成 城市轨道交通运营设备的主体是车辆。正是因为车辆的产生、发展和演变，才导致了当前多种形式的城市轨道交通模型。对土建工程师来说，车辆类型的选定也就意味着够断面也基本确定了。对于某时间段内的运量，可以采用大车大长度、大的时间间隔方式来来解决同一运量。表面上看，这是解决运输的理念不同，其实不同运输理念的背后，常常受许多技术因素的影响，例如要缩短发车的时间间隔，就需要许多先进的技术作支撑，否则是难以实现的。如前所述，现代社会对公共交通的要求非
8、常高，所以就必须要有众多的先进设备作保证。城市轨道交通设备系统课件 目前，就城市轨道交通中最为普遍的地铁和轻轨而言，除车辆系统之外，还必须包括一下设备系统：供电系统，由变电所、接触网（或接触轨）、电力监控设备等组成；通信系统，分有线通信和无线通信等；信号系统，由联锁装置和列车运行监控系统组成;防灾报警系统，目前主要是火灾自动报警系统，由火灾报警控制器和火灾探测器以及火灾联动控制装置组成；自动售检票系统，这是最近30年来出现的新技术，可以提高售票的效率，减少工作人员；通风空调系统，这又与换气方式以及隧道和站台的分隔关系有关，目前有三种基本系统：开式系统、闭式系统、屏蔽式系统；给排水及消防系统，实
9、际上这是完整的解决生活、生产、消防的用水和排水问题。除了这些设备系统之外，为了便于了解轨道交通的运行状态并及时处理各种突发事件，通常要设置控制中心，既可以一条线设置一个也可以多条线共设一个。与控制中心相类似的还有车辆段和综合基地，这是保证轨道交通正常运行的后勤基地，可以按线单独设置也可以多线共建。城市轨道交通设备系统课件 上述设备有些是为了保证行车所必须设置的，如供电、信号、通信等；有的则是面向乘客的，如自动售检票、通风空调、防灾报警等；有的是既为车辆服务又乘客服务的，如给排水系统。显然，设备系统的技术水平主要取决于电机学科和电子科学。城市轨道交通设备系统课件1.2城市轨道交通设备系统的发展
10、城市轨道交通的设备随着电力、机械、电子等工业的发展而得到迅速发展。20世纪初信号技术主要是机械式集中联锁、电话闭塞和机械式自动停车装置，到了20世纪30年代美国研制了继电式电气集中及利用轨道电路的自动闭塞，以色灯信号机取代了臂板信号机，感应式自动停车装置取代了机械接触式自动停车装置。其中轨道电路技术，实现了由列车控制信号显示，从而大大缩短了行车间隔。随后出现的计算机给信号技术和设备控制技术带来了革命性的发展。就信号技术而言，早期主要依靠驾驶的瞭望信号来操作列车的加速或减速，现在已经在计算机的控制下自动完成，列车的调度和运输的组织也可以在计算机控制下实现自动化。 随着网络技术的发展，轨道交通车站
11、及沿线分布的各种机电设备，都可以采用计算机网络实现自动化管理。例如环境与设备监控系统（EMCS）就可以对空调、通风、给排水、照明、自动扶梯 、导向系统、防淹门等实现最优化控制，从而延长设备的使用寿命。 城市轨道交通设备系统课件 火灾自动报警系统(FAS)也随着城市轨道交通客流的日益集中而得到迅速发展，特别是国外的几次火灾和毒气事故，促使人实现报警与消防救灾联动。售票系统主要依靠人工售票，所以在车站里需要设备足够面积的人工售票亭。当自动售票系统（AFC）出现之后，一方面可以节省车站内面积，另一方面也可以大大提高售检票的效率。电力对现代轨道交通来说是至关重要的，目前轨道交通的电力调度可以在控制中心
12、通过电力监控系统（SCADA），对全线变电所的运行状况实现监视和控制。 由上述几个简单的例子可以发现，设备在城市轨道交通系统中占有非常重要的地位，而设备系统的更新对于土建人员来说，是非常时髦的，计算机出现便有计算机控制，网络出现便有网络控制。但无论多么先进的设备在土建结构空间之内，所以土建工程无论从建筑布置还是结构设计，最好能够把握设备系统发展的脉络，以便留出足够的所以改建的空间。城市轨道交通设备系统课件1.3设备系统在城市轨道交通中的地位 城市轨道交通系统的主要目的是能够解决大城市客流问题，大城市的概念不仅仅是由于人员多才称其“大”，更主要的是具有相对较高的经济水平，从而成为某地区的中心，由
13、此带来的是连锁的流动人员问题。流动人员越多，城市的地位越高。在这方面除了路网规划和车站的建筑布局合理之外，能够使乘客体会到便捷和舒适的便是设备系统，例如售检票系统的便捷性，通风空调系统的舒适性，自动驾驶系统的快速和安全性。另一些设备系统如车辆段、综合基地和控制中心等，是保证安全运行所必须的。城市轨道交通设备系统课件 城市轨道交通的设备特征是以机电和网络等现在电子技术为基础的，一方面现代工业技术是直接为人服务的纽带，另一方面设备的功能也大大体现了人类自身功能的延伸，如驾驶系统、自动售检票系统。这些系统除了最大限度地满足为乘客服务之外，还应该体现节能、环保环保。尤其是对于地下线路，除了牵引用电之外
14、，照明、环控、排水等均需要消耗电能，设备的优劣也就直接影响到了耗电量的大小。 减小乘客的滞留时间，加大行车密度，从而节省建筑空间，既可以降低能耗也能够节省用地，这实际上也是对设备的功能要求更高。目前行车间隔时间最短的必须采用无人驾驶系统，该系统涉及电子科学、控制科学等众多学科领域。城市轨道交通设备系统课件1.4 城市轨道交通的系统最优思想 城市轨道交通系统涉及建筑、土建、机电、环境等众多的学科领域。对于从事专业技术研发的技术人员来说，总是希望自己的作品是最为先进的，这样才富有创新性，也更富有挑战性。 诚然，这是我们社会技术之所以能够不断进步的动力之一。但如前所述,城市轨进交通系统涉及众多的学科
15、领域,这些不同学科领域的产品或者成果组成系统的目标是有效地解决城市公 共交通问趙.其中“有效”的含义除了包含大运进和快捷之外，显然不能离开成本，以高昂代价所换取的离效不是我们追求的目标。 虽然全球的城市轨道交通从经济效益方面来看绝大多数处于亏损状态，但对技术人员来 讲,不能形成亏损是城市轨道交通必然的意识，通过系统配置的寻优避免亏损，这是今后城市 轨进交通系统集成追术的目标。城市轨道交通设备系统课件 系统集成功能的进优，是城市轨道交通功能的最佳,同时运营成本虽低。满足功能要求的最经济的配置才是虽优的配置。而不是单项技术指标最先进的配置。为此，作为城市轨道交通领域的从业人员,应该思考和研究设备配
16、置与大系统功能之问的关系.一方面设备系统的类型差别很大,导致初期投入和使用成本会相差很大。另一方面即使同一类型，因设备的功能需要不同以及技术特点的不问，也会导致经济性差别很大。最为典型的例子是大连轨道交通3 号线的信号系统采用CTC+ATP方式,在不影响使用功能的前提下，其造价仅是常规系统的 1/61/5,另一负面例子是某城市的第一条轨道交通在信号设备方面的配置是满足列车运行问隔时间为45s，但折返设备的能力是行车闻隔2min，造成了信号设备投人的浪费，这充分说明设备系统的选择空问非常大,而这恰恰是我们在认识上面需要引起重视的. 以系统集成的功能最优为目标.要求我们的专业技术人员应该既要充分了
17、解城市轨道交 通的功能,同时还得具备对设备系统的性能与配置方面的知识,这才会使设备的选型和采购趋于合理。尤其是对于设备功能相同条件下.用高低不同的配置在设备的使用寿命中如何发挥 效益，这是设备选购中值得深思的。其次,设备的配置与资金的状况是不容忽视的另一重要问题，而这是依靠任何一个单一专业都无法解决的问题。城市轨道交通设备系统课件 资源共享是节省设备系统投入的新课题。城市轨道交通一般应形成路网，不同线路之间的设拖(如车辆段、控制中心等成尽可能多线共用.由线组成网是目前我国城市轨道交通建 设、管理的基本思想。从解决城市交通的角度出发，城市轨道交通不仅要考虑自身的问题，还应与其他交通系统共同形成解
18、决城市交通的网络体系。就城市轨道交通自身而言，也应该逐 渐抛弃由线组网的思想。建立网洛运营、网铬维修、网络苷理的想想，从而在真正意义上实现资源共享。 现实中可能一时无法实现系统的真正最优.但我们依然要以最大的努力去追求系统最优 和功能最优。 从以上简单的叙述可以发现，设备在城市轨道交通系统中占有非常重要的地位，它既是实现轨道交通系统功能的保障，又是技术、经济不同层次的只体体现，应按照系统工程和价值工 程的理论，配迓符合功能宙求和全寿命周期内价值最大的设备系统。但目前本课裎只能根据轨道交通的现行悄况，介绍设备系统的一些技术特征，希望我国的城市轨道交通能够实现系统城市轨道交通设备系统课件思考题1. 新能源、新材枓、电子信息技术的发展对城市机道交通有何影响？ 2. 你心目中人的生存坏境与未来的城市交通模式是怎样的？ 3. 如何理解系统最优和局部最优？城市轨道交通设备系统课件
