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轨道交通基础知识
轨道交通基础知识
1、城市轨道交通发展简史
国内外各大城市的发展经验证明：
发展城市轨道交通是解决大城市交通问题和实现可持续发展最有效的途径之一。
自英国伦敦1863年建成世界上第一条地铁线以来，全世界已有40多个国家300多座城市修建了城市快速轨道交通系统。
中国城市轨道交通的发展历史仅仅30余年时间，但目前发展势头迅猛，已有30多个大城市正在建设和筹建自己的轨道交通，2022年前，中国仅北京、上海、广州三个城市的轨道交通总长度就将达到1000km以上。
2、城市轨道交通的分类
城市轨道交通顾名思义就是车辆在轨道上行驶并主要用于城市公共客运的交通系统。
火车，有轨电车等等都属于轨道交通，前者属于较长距离的城际间的交通，后者是低速行驶于街市的公共交通，但两者都不属于通常所说的城市轨道交通系统。
一般来说，城市轨道交通可以按照以下方式进行分类：
按构筑物的形态或轨道相对于地面的位置划分，城市轨道交通可分为三类：
（1）地下铁路：
位于地下隧道内的那部分铁路称为地下铁路；
（2）地面铁路：
位于地面的铁路称为地面铁路；
（3）高架铁路：
位于地面之上的高架桥的铁路称为高架铁路。
按服务范围和列车运营组织方式划分，城市轨道交通可分为三类：
（1）传统的城市轨道交通：
服务范围以中心城区为主，包括城市与郊区、机场之间的传统的城市轨道交通，通常站间距在l~2km以内。
（2）区域快速铁路（RegionalE某preRailway，RegionalMetro）:
服务范围包括城市郊区的轨道交通系统，通常站间距较大，含有地面线路或高架线路。
例如德国的S—Bahn，巴黎的RER，旧金山的BART，上海的R线。
（3）市郊铁路（SuburbanRailway）:
是指位于城市范围内、部分或全部服务于城市客运的那些城市间铁路，通常其所有权不属于所在的城市政府，而由铁路部门经营，主要运送城市郊区与闹市区间的乘客，故也称通勤铁路。
这种铁路通常在郊区采用平交道口形式，在市区为高架或地下铁路。
其站距长，运营组织方式与城市间铁路相近，可开行不停靠全部或部分中间站的直达列车；为减少环境污染，多采用电气化牵引方式。
纽约、东京等国际大都市的市郊铁路都很发达，营业里程达到2000km以上。
按运能范围及车辆类型划分，城市轨道交通可分为地下铁道、轻轨交通、独轨交通、有轨电车、客运自动轨行车、自动导轨电车（AGT）、微型地铁（线性电机电车）、胶轮地铁、索道等类型，在我国已有的城市轨道交通方式有：
地铁、轻轨、有轨电车、独轨、磁悬浮列车等。
3、城市轨道交通的优点
（1）安全：
地铁和轻轨或深埋地下、或高架空中，即便行驶于地面也是全封闭的。
每条轨道交通都采用双线独立运营，与地面交通之间完全是立交关系，因此其运营十分安全，比道路交通的安全性高得多，而且可全天候运行。
（2）正点：
正因为采取独立运营和立交方式，最大限度地避免了交通事故和交通阻塞，因此能确保行车的正点率在百分之九十八以上。
在北京和上海坐地铁已经成为“上班族”出行的首选交通方式。
（3）快速：
同样由于其安全性和高正点率保证了轨道交通运行的高速度。
地铁车辆的设计构造速度为80km/h，旅行速度在35km/h左右。
而地面公交车辆的旅行速度很难确保达到25km/h。
（4）舒适：
无论是在地铁车站里，还是在车厢里冬暖夏凉四季如春的小气侯、柔和的色彩、明亮的灯火、优雅的环境给人以“宾至如归”的家的感觉。
常常可以看到一些年青的旅客朋友手不释卷地坐在车厢里，完全忘却了旅途的遥远和疲劳。
这自然也是颠跛急转的地面公共交通望尘莫及的。
（5）节能：
城市轨道交通车辆都采用电动车组，以电为牵引动力。
而通常的城市地面车辆除电车外都是以柴油或汽油为能源。
众所周知，电能转换为车辆的机械能的转换效率是60%～70%，而燃料转换为机械能的效率只有25%左右，两者相差一倍以上。
每一单位运输量的能源消费量，轨道交通系统仅为公共汽车的3/5，私人用车的1/6。
所以说现代化的城市轨道交通是节能型的交通。
（6）环保：
因为现代城市轨道交通是以电为能源，所以在行驶中不排放废气、废液，对周围环境不产生有害影响。
唯一可能带来负面影响的是地面线或高架路段列车行驶中产生的噪声污染，但采取必要的措施，如：
采用减震道床、隔声屏障或胶轮车等是可以防治的，而且轨道交通所产生的噪音是一种“集中型噪音”，人均噪音小，易于治理。
（7）用地省，运能大
一条复线轨道交通线路与一条16车道的公路具有大体相同的运输能力，而轨道交通线路占地仅为公路的1／8。
4、轨道交通车站型式
车站型式主要取决于车站所处的位置环境、工程的规划条件，车站布局和服务功能要求，以及线路敷设方式、地质条件、结构形式、施工方法等。
按线路敷设方式又可分为地下站、地面站和高架站；按站台布置型式一般可分为岛式站台车站、侧式站台车站和混合式站台车站。
按运营性质分为终点站、中间站、折返站和换乘站。
侧式站台车站
侧式站台车站一般可分为设地面站厅的地下单层侧式站台车站、全地下单层侧式站台车站和全地下多层侧式站台车站等型式。
地下单层侧站台车站具有埋深浅，围护工程省的优点，但两个站台分离，增加楼扶梯和售检票设备、使用和管理不便。
岛式站台车站
岛式站地下一层为站厅层，地下二层为站台层。
其优点是站厅分区合理，布局灵活；站台利用率高、换乘方便、疏导乘客能力大；站台层埋置较深，从工程上讲与区间暗挖隧道连接较容易。
5、区间隧道
主体结构工程的设计使用年限应为100年；车辆段基地及其他房屋建筑的设计使用年限应为50年；区间施工方法对结构型式的确定和土建工程造价有决定性影响。
施工方法的选定，一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件（地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况等）、线路平面位置、隧道埋置深度及开挖宽度等多种因素的制约，同时也会对施工期间的地面交通和城市居民的正常生活、工期、工程的难易程度、城市规划的实施、地下空间的开发利用和运营效果等产生直接影响。
因此，施工方法的确定，必须因地制宜、统筹兼顾，选择的工法应技术可靠、水平先进、经济合理。
根据国内外修建地铁的经验，区间隧道的施工方法可基本分为明挖法、矿山法、盾构法、沉管法。
6、轨道交通换乘站
轨道交通线网上两条或几条线路相交的地方设轨道交通换乘站，以便实现旅
客从一条线到另一条线的换乘。
从广义上讲，所谓换乘不限于轨道交通之间的换乘，还包括各种不同交通方式之间的转换，如：
轨道交通与铁路、公交、社会车辆、私家车、自行车、轮船、航空等交通方式的换乘。
轨道交通的换乘按付费方式可分为付费区换乘和非付费区换乘，付费区换乘旅客不需要出站进站和二次购票，是设计优先采用的换乘方式。
7、轨道工程
轨道是城市轨道交通运营设备的基础，它引导列车运行，直接承受来自列车的荷载，并将其分布传至路基或桥隧结构物。
轨道结构一般由钢轨、扣件、轨枕、道床、道岔及其他附属设备组成。
钢轨的类型，一般以每米质量千克数表示。
我国铁路钢轨的主要类型有75kg/m、60kg/m、50kg/m、和43kg/m，而长沙城市轨道交通主要采用60kg/m和50kg/m钢轨。
地铁线路应为右侧行车的双线线路，并应采用1435mm标准轨距。
地铁工程设计，必须符合政府主管部门批准的城市总体规划和城市轨道交通线网规划。
8、车辆
城市轨道交通车辆（以下简称地铁车辆）是城市轨道交通系统的重要组成部分，也是技术含量较高的机电设备。
车辆应技术成熟、安全可靠、外形美观、使用方便、便于维修，且具有相应的经济性和先进性。
地铁车辆通常分为A型车、B型车、C型车、D型车和L型车等。
A型车是直流1500V受电弓受电的车辆，也是长宽尺寸最大的车辆；B型车又分为三轨受电和受电弓受电2种，三轨受电的车辆通常由直流750V供电，受电弓受电的车辆由直流1500V供电，长沙城市轨道交通采用的车辆就是由受电弓受电的B2型车辆；C、D型车是地板高度不同的铰接式车辆；L型车与以上几种车型不同，是非粘着牵引的直线电机型车辆。
现代城市轨道交通车辆的车体均采用整体承载式结构，其材料一般分为铝合金和不锈钢2种。
我国城市轨道交通的受流制式有直流750V和1500V两种，北京大多采用直流750V，上海采用直流1500V，长沙采用的是直流1500V。
9、供电系统
供电系统是城市轨道交通系统中重要的基础设施，其功能是为城市轨道交通
中的各种用电设备提供能源，确保城市轨道交通车辆和各机电设备系统的正常运行。
根据功能的不同，地铁供电系统一般划分为以下几部分：
外部电源；主变电所；牵引供电系统；动力照明系统；杂散电流腐蚀防护系统；电力监控系统。
地铁供电系统的外部电源就是地铁供电系统主变电所供电的外部城市电网电源。
外部电源方案的形式有集中式供电、分散式供电、混合式供电。
电力监控系统的功能是实时对地铁变电所、接触网设备进行远程数据采集和监控。
在城市轨道交通控制中心，通过调度端、通信通道和变电所综合自动化系统对主要电气设备进行“四遥”（遥控、遥调、遥测、遥信）控制，实现对整个供电系统的运营调度和管理。
杂散电流防护本着“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则，采用积极的防护措施。
10、通信系统
城市轨道交通通信系统是一个为了提高地铁运输效率、保证行车安全、提高现代化管理水平和能迅速、准确、可靠地传递语音、数据、图像和文字等各种信息的需要而设置的系统。
按照业务类型，一般可以分为专用通信系统、商用通信系统和警用通信系统三大类。
11、信号系统
城市轨道交通列车自动控制系统（ATC）根据闭塞方式可分为：
固定闭塞信号系统；
移动闭塞信号系统（CBTC）。
根据列控方式，固定闭塞信号系统分为：
基于分级速度控制方式的固定闭塞信号系统，即“固定闭塞”信号系统；基于目标距离控制方式的固定闭塞信号系统，即“准移动闭塞”信号系统。
根据移动闭塞信号系统的车－地信息传输方式和传输媒介，可将CBTC信号系统分为：
基于交叉感应电缆环线（InductiveLoop）传输方式的CBTC系统，即CBTC-IL信号系统；
基于无线扩频通信（RadioFrequency）传输方式的CBTC系统，即CBTC-RF信号系统。
城市轨道交通正线上的色灯信号机的颜色有：
红、黄、绿12、通风空调系统
为了保证地铁系统的运营环境，地铁设置通风空调系统，该系统为乘客提供“过渡性舒适”的候车环境、为地铁工作人员提供舒适的工作环境和为设备正常安全运行提供所需的运行环境；控制区间隧道空气的温度和压力变化率；并满足火灾和事故时通风、排烟要求等。
通风空调系统包括隧道通风系统和车站通风空调系统两大部分：
隧道通风系统分为区间隧道通风系统和车站隧道通风系统两部分；车站通风空调系统分为车站公共区通风空调系统（简称大系统）、车站设备管理用房通风空调系统（简称小系统）以及空调水系统（简称水系统）。
13、电扶梯系统
电扶梯系统（主要包括自动扶梯、电梯、轮椅升降台等）设备作为地铁车站的大型设备，是地铁车站内与乘客接触最为紧密的设备，是为了方便乘客，提高车站的集散效率，改善乘客进、出车站时的舒适度，同时考虑到无障碍出行要求，体现城市文明形象。
电扶梯系统是一套服务于乘客的公共交通提升设施。
14、消防设施
消防设施包括火灾自动报警系统、自动灭火系统、消火栓系统、防烟排烟系统、应急广播、应急照明、安全疏散设施等。
15、环境与设备监控系统（BAS）
为了满足轨道交通的运营要求，在车站设置了保障正常运营的照明设备、通风空调设备、给排水设备、屏蔽门系统、自动扶梯等机电设备；同时，为满足在紧急状态的报警、乘客疏散、救灾等要求，在轨道交通车站还设置了火灾报警系统、水消防系统、自动灭火系统、防排烟系统、防烟设备等机电设备和系统。
为了实施这些系统和设备相互间的有序联动控制和监视，在轨道交通线上设置了环境与设备监控系统（BuildingAutomaticSytem-BAS），形成了一个强大的轨道交通运营保障系统。
BAS系统设控制中心、车站两级管理，实现控制中心、车站、就地三级控制。
中央级和车站级监控功能由综合监控系统实现。
BAS作为综合监控系统中的一个子系统，通过各级的有机配合，最终实现BAS的整体功能。
16、自动售检票系统（AFC）
自动售检票系统通常由清分中心（CCHS或ACC）、线路中央计算机（LCC）、编码分拣系统、车站计算机系统（SC）、车站现场设备（SLE）和车票组成。
从总体架构来讲，系统分为四级，清分中心、线路中央级、车站级与现场级；整个系统经由通信传输系统和网络设备连接构成。
17、综合监控系统
随着城市轨道交通的不断发展，与之相应的监控系统大致经历了3个发展阶段：
人工监控系统、分立监控系统、综合监控系统。
综合监控系统（ISCS）属于城市轨道交通系统机电设备综合自动化的范畴，是以乘客、环境及设备的防灾和安全为核心，并为安全行车和调度指挥提供应急处理方案及丰富的信息，目的是为了进一步提高城市轨道交通服务质量和运营管理水平。
18、运营控制中心及运营管理
（1）.运用控制中心的功能
运营控制中心是轨道交通运营管理，行车、电力、环控、维修、信息收集的调度指挥中心。
它担负着轨道交通运营日常指挥工作，按照列车时刻表的要求实现运输服务，同时负责组织处理在轨道交通运作过程中发生的各种故障、事件、事故情况下的运营。
另外，中心同时是轨道交通系统的信息收发中心、通信联络中心。
（2）运营控制中心的构成方式
运营控制中心的构成方式按中央调度实施地点的不同，可分为分散式、集中式与区域式运营控制中心。
分散式控制中心在每条或两条线路上设置运营控制中心，负责本线的中央调度监控指挥，同时把运营信息上报有关部门。
集中式控制中心把轨道交通所有线路的运营监控、指挥集中到一个统一的控制中心，负责全部线路的协调指挥工作。
区域式控制指挥中心负责轨道交通网络中的几条线路的监控与指挥，并接受线网指挥中心的统一指挥。
（3）.运营控制中心管理
运营控制中心日常工作制度主要包括交接班制度、安全管理制度、运营信息
管理制度、统计工作制度等。
交接班制度有以下规定：
（1）交接班会在调度工作中具有承上启下作用，接班调度员必须提前到岗；
（2）接班调度员收集上一班工作情况，明确有待跟进处理的问题；（3）交接班以调度日志与各种记录为依据；（4）调度员原则上不在处理故障时交接班，须待故障处理完毕或告一段落后，方可交接班；（5）接班值班主任主持召开交接班会，听取各岗汇报，传达上级指示与文件，布置工作重点，分配工作任务，制定完成任务的具体措施。
安全管理制度包括安全例会制度、安全检查制度、安全演练制度与事件、事故分析制度。
其中安全检查制度包括运营前检查制度、每周一查制度、消防日检查制度、非正班检查制度、安全大检查制度。
安全生产管理就是针对人们在生产过程中的安全问题，运用有效的资源，发挥人们的智慧，通过人们的努力，进行有关决策、计划、组织和控制等活动，实现生产过程中人与机器设备、物料、环境的和谐，达到安全生产的目标。
安全生产责任制是按照“安全第一，预防为主”的安全生产方针和“管生产必须管安全”的原则，将各级负责人员、各职能部门及其工作人员和各岗位生产人员在安全生产方面应做的事情和应负的责任加以明确规定的一种制度。
（4）运营组织
地铁的基本运营状态应包含正常运营状态、非正常运营状态和紧急运营状态。
系统的运营，必须在能够保证所有使用该系统的人员和乘客以及系统设施安全的情况下实施。
地铁列车的旅行速度一般不低于35km/h。
设计最高运行速度大于80km/h的系统，列车旅行速度应相应提高。
地铁线路必须为全封闭形式，同时列车须在安全防护系统的监控下运行。
一般情况下，第一条线路的运营管理系统平均每公里管理人员宜控制在100人以下。
列车交路一般可分为长交路、短交路和长短交路三种。
地铁的线路之间及与其他轨道交通线路之间的交叉处，应采用立体交叉。
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