2022年, 第46卷, 第3期　刊出日期：2022-06-15

  

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交通运输规划与管理
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  典型布局形式的动车所调车计划编制优化

  史锦堂, 黎浩东, 何世伟

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 1-9. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210010

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  针对我国动车所调车计划编制优化问题，以一级修为例，基于带有双咽喉的二级二场纵列式的动车所典型布局形式，提出一种动车所日常调车作业计划编制方法. 在考虑股道占用、服务排程、灵活存车等约束的基础上，重点针对双咽喉处的进路作业进行分析，使两处咽喉能够同时进行进路作业.以最小化关键线区占用总时长为目标，构建了动车所调车计划优化0-1整数线性规划模型，并运用CPLEX直接求解模型和设计遗传算法两种方法进行求解.通过基于既有实例的算例验证，本文模型和算法在短时间内生成了包含双咽喉占用情况的一级修调车作业计划.生成的计划达到了理论最小关键线区占用总时长，与既有文献的算例相比，减少存车次数50.88%，减轻了动车所的调车任务量.
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  欠发达地区高铁出行意愿多群组结构方程模型

  戢晓峰, 杨春丽

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 10-17. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210034

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  针对欠发达地区高铁出行意愿研究中缺少定量考虑市内接驳服务影响的问题，以欠发达地区出行者为研究对象，分析市内接驳服务与高铁出行意愿之间的关系.基于技术接受模型（Technology Acceptance Model，TAM），增加市内接驳服务质量改进高铁出行意向的理论框架，结合经验和性别2个群体异质性变量，构建高铁出行意向多群组结构方程模型，并运用云南省昭通市596份有效数据进行实证分析.研究结果表明：市内接驳服务质量是影响高铁出行意向的重要前置因素，通过心理变量对出行意向产生间接影响；性别、经验群组对模型变量的感知影响存在差异：女性对市内接驳服务质量的敏感度高于男性，市内接驳服务质量影响有经验群体的出行意向，对无经验群体无影响.
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  城市轨道交通网络关键站点识别方法对比与分析

  路庆昌, 崔欣, 谢驰, 徐鹏程, 张磊

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 18-25. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210076

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  为总结城市轨道交通网络关键站点识别方法的研究成果，推动其在关键交通设施保护领域的更广泛应用，调研了关键站点识别方法的研究现状，总结了国内外城市轨道交通网络关键站点识别的主要方法，并以上海市地铁网络为例对不同方法进行了对比与分析.结果表明：不同方法识别出的关键站点的分布规律存在差异，基于站点度中心性和介数中心性识别出的关键站点主要是网络中的换乘站点；基于站点紧密中心性识别出的关键站点主要分布在网络中心区域；但是基于网络效率损失识别出的关键站点主要位于环形线路和临近环形线路向外辐射的支路上.研究还发现：不同方法之间的相关性大小存在差异，对于客流介数中心性高的站点，一旦失效后对网络可达性损失的影响也较大；对于失效后造成乘客未满足出行需求高的站点，一旦失效后对网络效率损失的影响也较大；但紧密中心性较高的站点失效后对网络可达性损失和网络效率损失的影响并不显著.
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  基于MFD的路网理论效能最优交通指数计算方法

  于雷, 朱鸿钰, 郭继孚, 张溪, 孙建平, 雷雪, 宋国华

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 26-33. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210094

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  针对交通运行指数（Traffic Performance Index,TPI）合理值取值问题，将宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram， MFD）模型与交通运行指数模型相结合，提出理论效能最优交通指数的求解方法.首先，利用各等级道路交通流基本图模型，建立全路网MFD，寻找路网理论效能最优状态点；其次，以速度为连接，将该点映射至基于严重拥堵里程比的交通运行指数模型中，得到理论效能最优交通指数；最后，以北京市全路网及行政区为例进行实证研究.结果表明：全路网的理论效能最优交通指数为6.42，东城区、西城区、海淀区和朝阳区理论效能最优交通指数依次为6.86，6.80，6.76，4.58.朝阳区理论效能最优交通指数最低，其路网性能优于其他三区.该方法为交通管理和交通出行提供直观参考，并为制定交通管理政策提供理论支撑.
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  基于改进系统工程决策理论的高速公路交通安全评价研究

  杨洋, 袁振洲, 陈治, 孙东冶

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 34-48. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210096

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  为突破单维度交通安全评价中“事故强度分析”的局限，实现针对区域类型差异条件下的高速公路交通安全水平的定量研判.以4个维度作为基准，共考虑了其中8项特征指标，构建了面向多区域高速公路待评单元的综合交通安全水平评价体系；进而，将系统工程决策理论首次应用于交通安全评价中并对其实施改进，采用提出的熵权改进密切值评价模型分别从年度与季度划分视角进行交通安全评价，基于求解得到的欧式距离，最终以密切系数大小表征待评单元优劣.研究结果表明：年度与季度划分视角下，交通安全水平在各区域类型高速公路中表现出显著差异；由于传统密切值模型中的指标为等权重输入，故为避免测算结果偏差，有必要采取加权优化的手段改进传统模型.该方法在未引入主观参数情况下即可显示出较高分辨率的结果，可作为一种有效的公路交通安全评价方法.
绿色交通
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  社区建成环境对小汽车使用行为的非线性影响模型

  刘柯良, 陈坚, 祝烨, 彭涛, 邱智宣

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 49-56. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210140

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  为指导社区生活圈形成绿色出行建成环境，从社区建成环境层面定量解析小汽车使用行为的差异，通过停车场泊位利用率客观反映小汽车使用行为，构建了考虑非线性效应的梯度提升决策树（Gradient Boosting Decision Tree，GBDT）模型，以重庆市主城区停车调查数据中的居住区配建停车场为实证对象，构建以居住区为核心的社区生活圈作为建成环境的测度范围，实证结果表明：GBDT模型比线性假设的OLS模型具有更好的拟合度；建成环境指标贡献度方面，距离商圈的距离（14.30%）、人口密度（14.20%）、土地利用混合度（12.60%）对泊位利用率影响最大，反映其对小汽车使用行为的重要影响效应；在建成环境指标的非线性关系方面，建成环境因子与泊位利用率均具有非线性关系.
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  带软时间窗的冷链电动汽车路径问题研究

  刘志硕, 李秋雨, 董子琦, 陈哲

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 57-66. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210073

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  提出带软时间窗的冷链电动汽车路径问题（CEVRPTW）并建立了线性规划模型.在该模型中，电动汽车在配送途中须解决续驶里程不足的问题.设计了自适应大邻域搜索算法（ALNS）求解该问题，并构建不同节点规模的算例集以验证算法的性能.试验结果表明，ALNS能够有效求解各种规模的CEVRPTW问题，并且ALNS和CPLEX均能得到小规模算例的最优解；客户节点相关移除算子和充电站节点比较插入算子的性能最好，它们的贡献率及权重均随迭代不断增加，且增幅较大；客户地理位置的分布和时间窗的宽度对配送总成本影响较大.
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  检查井及井周路面病害影响下的行车舒适性

  赵全满, 王鑫均, 井硕, 刘继法, 赵品晖, 胡文军

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 67-79. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210189

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  为评价车辆经过检查井及井周路面时的行车舒适性，在井周路面平整度状况调查及分析的基础上，建立人-车-井盖耦合振动1/2车辆模型，以加权加速度均方根值为评价指标，以ISO 2631-1-1997为评价标准，分析驾驶员垂向加速度和加权加速度均方根值的变化规律及影响因素，对车辆经过检查井及井周路面时的行车舒适性进行评价，并通过加速度现场测试试验验证.结果表明：井周路面行驶质量远差于一般路面；车辆经过井盖时驾驶员加速度达到最大，为4.72 m/s²，加权加速度均方根值为1.281 m/s²，行车舒适性评价为“非常不舒适”；坡度变化率、井周路面病害造成的高差和井盖沉陷量对行车舒适性的影响较大；加速度最大值与加权加速度均方根值理论计算结果与现场测试结果相比，误差均在合理范围内，理论分析结果可靠.可见，提出的理论分析方法可用于车辆经过检查井及井周路面时的行车舒适性评价，以合理确定检查井及井周路面养护时机及制定养护策略.
土木建筑工程
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  关联车体响应的轨道不平顺各项指标相对权重分析

  何庆, 汪健辉, 李晨钟, 黄传岳, 王永华, 余天乐, 王平

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 80-87. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210101

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  车体加速度是评价高速列车运行安全性、舒适性的重要指标，其数值大小受线路的几何状态影响，包括高低、轨向、轨距、水平及三角坑5类不平顺.考虑到现有轨道动态不平顺管理标准没有区分各项指标对车体振动影响程度的相对重要性，利用不同线路板式无砟轨道的轨检车实测数据，将5类不平顺作为自变量，以此分别建立了横向加速度、垂向加速度与5类不平顺之间的逻辑回归及线性回归模型.采用优势分析方法，计算得出不同板式无砟轨道、不同运营时速下，动态不平顺指标的相对重要性.研究结果表明：对于横向加速度，轨距、水平的相对权重较大，均大于30%，某些工况下轨距相对权重能达到90%以上；对于垂向加速度，高低不平顺的相对权重最大，占比超过90%.基于优势分析相对重要性结果，结合不同加速度产生的原因及线路实际情况分析，结果与分析基本一致，从而验证了本文方法的可靠性，可用于指导现场的线路养护维修.
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  地铁隧道内碎石道床轨道结构减振特性分析

  彭华, 刘麦, 蔡小培, 汤雪扬

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 88-94. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210067

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  针对目前地铁隧道内碎石道床减振性能不明确的问题，建立了车辆-碎石道床-隧道-土体空间耦合动力学模型，分析了碎石道床对隧道振动特性的影响，并与传统隧道内整体道床结构进行了对比.研究结果表明：相较于整体道床，碎石道床隧道壁1.5 m处振动加速度可减小31.4%，最大减振量为4.29 dB；随道床厚度的增加，道床及隧道壁加速度均不断降低，综合考虑减振需求、隧道限界及养护维修要求，建议地铁隧道内碎石道床厚度取350 mm；单独采用轨枕垫时，隧道壁1.5 m处加速度降低45.35%，最大减振量可达8.51 dB，对应中心频率80 Hz；单独采用道砟垫时，隧道壁1.5 m处加速度降低49.19%，最大减振量可达10.52 dB.地铁隧道内采用碎石道床轨道结构，具有良好的减振效果，可作为地铁隧道内减振轨道使用.
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  岩层倾角对层状偏压隧道围岩稳定性影响分析

  王登科, 骆建军, 文绍全, 苏洁

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 95-102. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210069

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  针对层状岩体偏压隧道在不同岩层倾角下的围岩稳定性问题，采用3DEC离散元数值模拟，研究了顺、反倾层状岩体双洞隧道随岩层倾角变化时的围岩变形规律，并对隧道偏压程度进行了分析.研究结果表明：随着岩层倾角的增大，隧道围岩变形从岩层弯曲变形逐渐向顺层面滑移变形转变，临界角度为45°；左洞最大拱顶沉降为23.60 mm，比右洞最大拱顶沉降小17.94 mm，可见先开挖隧道围岩变形较大；从应力计算结果看，岩层倾角从0°到90°变化时，隧道偏压程度随其增大有所起伏，但总趋势是增加的.以顺倾右洞隧道为例，在倾角为45°时，隧道拱肩、拱腰、边墙的竖向应力差分别为0.45、0.42、0.40 MPa，应力差最小，偏压程度最好.在倾角为90°时，应力差分别为0.65、0.64、0.67 MPa，应力差最大，隧道偏压最为明显.研究的相关成果可为山岭偏压隧道的设计和施工提供有益参考.
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  近邻双孔隧道围岩联合压力拱试验与数值分析

  晏莉, 吕超慧, 喻少华, 文胜, 杨海涛

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 103-109. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210080

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  针对双孔隧道开挖围岩稳定性的问题，采用模型试验与离散元数值模拟的方法，对近邻双孔隧道开挖后围岩联合压力拱效应进行研究.以Ⅳ级围岩为实验对象进行室内缩尺模型试验，对不同隧道间距以及不同埋深的双孔隧道进行开挖模拟，并对围岩变形破坏过程中围岩应力及地表位移的变化规律进行分析；在此基础上，利用PFC2D软件建立颗粒流模型进一步研究了近邻双孔隧道开挖联合压力拱特性.研究结果表明：隧道埋深不变情况下，双孔隧道间径比D/R<1.0时（D为隧道间距，R为隧道直径），双孔隧道开挖上方会形成联合塌落拱；在围岩渐进性塌方破坏过程中，压力拱也渐进性地向上发展；在形成联合塌落拱的工况下，隧道间距增大，联合塌落拱的高度增大；隧道埋深增大，联合塌落拱高度也会增大.
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  相变微胶囊对水泥石宏观性能与微观结构的影响

  张雪松, 张艳荣, 高亮, 刘晓勇, 杨小笨, 庞晓凡

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 110-117. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210175

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  落石冲击砂土-EPE-棚洞顶板的精细化动力响应模拟

  王星, 任博, 王庆, 黄炜

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 118-127. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210099

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  落石灾害是我国三大地质灾害之一，为了更有效地进行边坡落石防护，基于LS-DYNA显式计算软件依次构建了“砂土-顶板”“砂土-EPE-顶板”三维计算模型，定性研究了各分部结构冲击应力分布规律，定量计算了顶板腹部正中单元、腹部中轴线单元的应力与位移.探究了设置EPE垫层的厚度、型号敏感性分析，揭示了落石、砂垫层、EPE垫层的能量分布特征.研究结果表明：EPE垫层具备良好的“阻滞应力传播”特性，14 m/s冲击速度下，添加0.4 m厚EPE垫层，落石峰值加速度降幅可达27.13%，速度衰减至0所需时间约由0.04 s增至0.06 s，最大冲击位移约由0.3 m增至0.4 m.顶板峰值应力由2.389 MPa降至0.893 MPa，降幅达62.62%，峰值位移由0.391 mm降至0.166 mm.缓冲效果随EPE厚度增加而逐步放缓，EPE设置厚度以0.4~0.8 m为宜，并应结合现场情况选取强度适宜的EPE型号，数值模拟与实验结果一致性较好.添加EPE垫层后，落石内能降低，动能衰减时间延长.砂垫层动能增加内能降低，EPE动能随其厚度减小而逐渐降低，内能逐步升高.
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  装配式波纹钢综合管廊施工回填过程受力特性试验研究

  张海力, 张钰, 杨和平, 宋杰, 刘保东

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 128-137. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210033

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  装配式波纹钢综合管廊（Prefabricated Corrugated Steel Utility Tunnel，PCSUT）是一种新型管廊结构，为明确其施工回填过程结构受力特性，以河北省衡水市武邑县某多舱装配式波纹钢综合管廊工程为依托，选取了3个监测断面对回填过程中管廊综合舱及燃气舱的位移、应变、舱外土压力进行现场监测试验.结果表明：回填到综合舱拱顶时综合舱竖向位移及水平向位移相对较大，此时结构处于相对不利状态，回填到拱顶之后综合舱位移开始恢复；燃气舱由于其截面形状的特殊性，整体竖向位移值接近，水平向最大位移发生在拱腰位置；舱体应力可分解为弯矩引起的弯曲应力和轴力引起的轴向应力，设计计算过程须考虑弯矩和轴力的组合效应；管廊回填过程土-结相互作用明显，回填结束时舱外土压力沿拱轴线并非完全一致，其大小分布与主体结构相对于回填土体的位移状态有关.研究成果可全方面解释装配式波纹钢综合管廊施工回填过程受力特性，为后续研究、设计、施工提供案例支撑.
机械工程
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  转向架斜楔摩擦特性研究

  李玉龙, 吕大立, 吕可维, 张琪昌, 刘嘉兴

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 138-147. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210065

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  为研究转K6转向架斜楔减振器主摩擦面的摩擦特性，设计了测量摩擦板在高频往复振动工况下动态摩擦系数的实验装置，测得不同工况下的摩擦系数，研究了压力、频率、振幅对摩擦系数的影响.在确定一个变量的工况下拟合得到摩擦系数和另两个变量的函数关系，并比较确定变量大小不同时函数关系的区别，进而分析3个变量对摩擦系数的综合影响规律.结果表明：除在低压力时摩擦系数会随振幅、频率增大持续增大外，摩擦系数随振幅、频率增大呈先增大后减小趋势，且频率增大引起的摩擦系数减小现象相比振幅增大更明显；除在大振幅、高频率时摩擦系数会随压力增大呈持续增大或先增大后减小趋势外，摩擦系数随压力增大呈现先减小后增大趋势.同时频率和振幅对摩擦系数影响规律的区别表明在往复振动工况下，测量摩擦系数更加符合摩擦板实际工作状态.依此结果，可改进现有斜楔减振器的参数以调整摩擦板摩擦系数大小，对于改善减振器性能以保证列车良好的动力学性能具有重要意义.
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  摆线铣开槽加工切削力分析

  蔡永林, 张祥刚, 张正中, 席晓琳, 王海同

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 148-157. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210072

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  针对摆线铣开槽加工工艺，建立了从刀具接触工件到完成切削整个过程刀具与工件的接触角模型.在接触角模型的基础上利用微元法建立了立铣刀切削力模型，开展切削实验获取了切削力系数，并通过对比预测值与实测值，验证了切削力模型的正确性.最后对比分析了摆线铣和行切法在效率、主轴转速、切深相同的条件下，加工相同尺寸的槽，刀具的受力情况.结果表明：采用摆线铣加工方式，刀具和工件的平均接触角以及刀具所受的切削力都要明显小于行切法.所以使用摆线铣方式，加工过程更为稳定，刀具寿命更长，从而可以采用更高的进给和更大的切深来提高加工效率.
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  基于功能仿生并联机械腿的全向步行机器人

  方跃法, 孙天宇

  北京交通大学学报. 2022, 46(3): 158-168. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20211179

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  基于运动功能仿生设计了一种新型三自由度耦合并联机械腿并且应用到足式全向步行机器人当中，并对机器人整机性能进行了研究分析.首先，建立了运动学模型，应用几何法分析了运动学正逆解，利用逆解搜索法得到了可达工作空间.然后，采用虚功原理计算了驱动关节静力矩，规划了四足机器人的全向步态和足端轨迹.最后，完成了虚拟样机仿真分析并制作了原理样机，进行了样机的步态实验.通过分析可知：机构具有良好的稳定性和加速度连续性，其足端具有2R1T三自由度的运动特性；全向运动可以有效地解决在空间受限制的情况下无法完成转向的问题.