2022年, 第46卷, 第6期　刊出日期：2022-12-15

  

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铁路运输组织优化
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  多日交路下动车组周转优化研究

  杨素鹏, 李辉, 周丽萍, 杜鹏

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 1-8. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220004

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  动车组一级修间隔里程不断延长的趋势使多日交路成为提高动车组运用效率的一种重要组织形式.本文以多日交路下不固定使用区段动车组周转问题为研究对象，以一日图为基础，定义以运行线为点、运行线间衔接关系为弧的网络，将动车组周转问题抽象为网络模型；在此基础上通过定义终点弧的接续时间实现多日图的扩展，将包含跨夜间接续的动车组交路优化与扩展图网络上的最短路对应起来，便于使用通用算法求解.针对某条城际线路的案例研究表明：本文所设计的方法能够方便地生成一日或多日交路下的动车组周转方案，其中允许使用两日交路的方案略优于现状方案；在该城际线路当前列车开行对数与时刻下，当允许使用两日交路和三日交路时，动车组运用效率指标从只使用一日交路时的23.22%，分别提高到29.03%和38.71%.
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  铁路网车流拥堵预判及疏解优化研究

  柳佳音, 何世伟, 李光晔

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 9-17. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220025

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  研究铁路网车流拥堵预判及疏解问题，目标是基于实际车流径路数据实现路网车流拥堵情况的准确预判，并在保证路网运输能力的同时有效疏解车流拥堵情况.结合实际车流走行径路进行路网车流的动态推演，比较实时车流量与运输能力的大小，预判车流拥堵.结合给定的铁路运输物理网络，建立离散时空网络描述车流运输组织过程，以最小化运输里程和最大化运输计划完成率为目标，考虑列车改编作业、车站实时存车能力、区段列车最大编组能力等约束，构建混合整数规划模型，对车流组织作业进行优化，从而实现车流拥堵的有效疏解.选取包含19个站点、22个区段的铁路运输网络作为算例，设计不同OD车流规模大小的4个案例，采用数学规划优化器Gurobi求解，所有案例均能在1 h内获得最优解.选取案例4求解结果展开分析，识别路网车流拥堵的产生时刻及持续时间；对比疏解前后，路网运能利用变化情况，并对时间间隔参数τ进行敏感性分析.结果表明：所提出的模型能有效实现铁路车流拥堵的疏解.
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  同台换乘场景下考虑不均匀发车间隔的地铁接驳市域铁路时刻优化

  郭东博, 姚恩建, 卢天伟, 洪俊意

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 18-26. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210193

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  在城市群内构建多层次轨道交通网络的背景下，换乘枢纽尚未实现换乘服务一体化是制约多制式轨道交通网络融合的瓶颈.针对市域铁路与地铁同台换乘场景下出现站台聚集人数大、乘客候车时间长的问题，提出多制式轨道交通线路间列车时刻协调优化方法.首先，分析市域铁路和地铁同台换乘场景下的乘客换乘特性，挖掘当前存在票制转换的乘客走行规律；其次，分别从车站安全性和乘客满意度的角度，以站台最大聚集人数最少和乘客平均候车时间最短为优化目标同时考虑不均匀发车间隔构建换乘站列车时刻协调优化模型；最后以国内首个市域铁路与地铁同台换乘站——成都市犀浦站为例进行优化.研究结果表明：优化地铁列车衔接时刻能显著降低站台最大聚集人数并减少候车时间；站台最大聚集人数下降43.6%，乘客平均候车时间下降26.2%.
交通运输规划与管理
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  自动车环境下交叉口无信号混合控制策略研究

  李卓姌, 李嘉, 鲁工圆

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 27-35. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210119

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  针对交叉口拥挤且主路和支路流量有较大差异的自动车场景下，基于预约的先到先得（First Come First Serve， FCFS）控制策略效率低于信号配时策略的悖论，提出了一种结合FCFS和车队控制的交叉口无信号混合控制策略.在保证安全性的前提下，以延误最低为目标，优化车辆的通行顺序.引入启发式冲突协调算法和取消预约机制，根据车辆所在车道的车流量区分车辆的优先级，车辆根据实时车流量状况自适应地组成车队通过交叉口，从而减少FCFS策略产生的频繁通行权交换，保证车流量大方向车辆通行的连续性.仿真结果表明：在悖论场景下，混合控制策略较FCFS策略能减少55.84%的总延误.当交叉口总体车流量较大且主路与支路车流量差异较明显时，混合控制策略较FCFS策略在减少延误、提高交叉口通行能力方面的优势更明显.
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  基于动态安全距离的CACC车辆混合交通流模型

  林亨, 方华建, 吴冬雁

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 36-42. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220023

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  随着车联网技术的快速发展，协同自适应巡航控制车辆（Cooperative Adaptive Cruise Control， CACC）成为未来智慧交通发展的主要趋势.本文基于Gipps安全距离模型，通过引入动态安全距离来考虑CACC车辆与传统车辆的驾驶特点，提出了一种精细化的混合交通流数值仿真模型.结合小尺寸网格元胞自动机的演化规则，对比不同反应时间下不同车辆比例的基本混合交通流特征.结果表明：考虑动态安全距离的车道混合交通流基本图符合三相交通流理论的基本特征；同时，提高CACC车辆的比例和减小车辆的反应时间能够提高车道车辆的平均速度，改善车道整体流量和拥堵情况，并且在车辆拥挤的情况下改善效果更为明显.
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  城市道路预约出行策略下的出行方式选择

  周睿予, 陈红, 陈恒瑞

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 43-51. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210181

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  基于预约出行的运行机制，应用累积前景理论，分析实施预约出行策略后出行者在不确定环境下的出行方式选择，在此基础上，从个体效用和社会福利两个层面探讨预约出行策略的可行性.研究结果表明：在个人效用方面，预约出行策略能通过系统时空调节弱化个体随机性的影响，显著提高出行者的出行效益，提高公共交通出行率，且早高峰时段比晚高峰时段的实行效果更优；在社会福利方面，该政策带来的社会总福利比拥堵收费策略更高.因此，与传统交通管控策略相比，预约出行政策更加灵活精细，在缓解交通拥堵方面拥有更大的潜力.
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  新冠肺炎疫情下居民出行方式选择行为分析

  魏丽英, 刘鲁建

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 52-61. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220016

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  为探究在新冠肺炎疫情不同阶段下，居民的个人属性、家庭属性、出行特征、疫情感知属性、行为意向、选择态度等因素对出行方式选择的影响.基于疫情初期、爆发期、平稳期3个阶段下的北京市居民出行抽样调查数据，构建混合Logit模型.结果显示：疫情3个阶段下，出行距离对出行方式选择都呈正相关显著，各阶段最大预测边际值及其对应变量分别为3.299（5~10 km）、2.983（>10 km）、3.148（5~10 km），较长距离出行对出行方式选择的影响最大；疫情感知属性和出行距离的交乘项对交通方式选择具有明显的调节效应.疫情暴发期，疫情感知属性、行为意向、选择态度变量对交通方式的选择呈负相关显著影响，出行者在出行中被交叉感染的心理担忧表现明显；仅有18.8%的出行者选择公交车或地铁出行，出行结构变化明显.疫情平稳期，选择态度变量对交通方式选择有正相关显著影响，且影响程度变大，表明出行者对交通方式的人群接触率和防疫措施的严格程度要求较高.研究结果可为公共卫生事件下出行者的出行决策和相关管理部门针对疫情的防控提供参考依据.
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  考虑供给取消的共享停车平台泊位分配方法

  张倩敏, 吴先宇, 宁尚彬

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 62-71. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220010

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  共享停车是利用泊位供需双方的错峰使用特性来提高停车资源利用率的方式，但共享停车实际应用过程中常常出现供给取消事件，若平台不采取有效的管理措施，会使得某些停车用户在原始分配方案下无法完成停车.针对供给取消情况下的泊位分配问题，对供给取消对停车用户和平台的影响进行分析，提出了再分配策略.然后结合再分配策略，在综合考虑用户偏好的基础上，以平台收益最大为目标建立了基于再分配策略的共享停车泊位分配模型并采用收益、泊位利用率和用户满意度进行评价.最后，通过算例实验对模型进行了验证.结果表明：与常规方案相比，考虑再分配的共享停车平台泊位分配方案能够提高23.73%的平台收益、18.45%的泊位利用率以及30.61%的用户满意度，对进一步研究平台的运营管理方法具有一定的参考价值.
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  基于XGBoost算法的终端区进场航空器飞行时间预测

  徐文英, 王大军, 卢朝阳, 顾明昕

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 72-79. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210185

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  为了高效调配进离场航空器，得到进离场航空器的最佳排序顺序，采用机器学习的方法对终端区进场航空器的飞行时间进行预测.分析终端区航空器飞行特点和进场航空器飞行时间的影响因素并且提出了影响飞行时间预测的22个重要特征.引入密度聚类DBSCAN方法，聚类得到交通流的不同路径类别.建立了基于集成机器学习算法XGBoost的飞行时间预测模型，以云南昆明终端区为例，对模型进行了训练、验证和测试，并以平均相对误差和均方误差为评价指标来分析预测结果的误差.结果表明：与线性回归、支持向量机回归和人工神经网络方法相比，本文模型对飞行时间的预测结果最好，±5 min内的预测准确率达到95.18%.
土木工程
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  无砟轨道混凝土结构病害检测技术研究综述

  张建超, 刘世川, 田秀淑

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 80-92. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210152

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  随着高速铁路运营时间的逐步增长，无砟轨道混凝土结构中的一些伤损病害也逐渐积累并显现出来，当前对其进行有效检测已成为保障高速列车安全有效运行的重要措施之一.从系统性梳理无砟轨道混凝土结构病害型式与成因入手，将当前较为典型的无损检测技术在无砟轨道中的应用及适用性进行了分析；对今后轨道病害检测新技术展开介绍.经研究分析，超声波技术在检测较浅的无杂质裂缝或空洞时精度较高，较深的裂缝可采用冲击回波法；红外热成像技术在预测轨道板浅表裂缝的具体位置和演化趋势时有显著效果；地质雷达技术则广泛用于检测内部较大病害的轨道混凝土结构或砂浆层脱空等.在轨道结构病害检测新技术方面，三维激光技术可自动获得无砟轨道混凝土结构高精度病害信息；光纤光栅及机器视觉等图像识别技术可及时获取无砟轨道发生伤损的数据信息，达到将损失降至最小的目的；基于列车载荷动力下振动响应与刚度特性的差异，可在非天窗时间对轨道结构病害进行识别监测与状态评估；而多种检测技术协同或多源特征融合可进一步提升轨道病害识别精度与检测效率.
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  硅藻土地层隧道初期支护力学行为现场试验研究

  侯峰, 章慧健, 司君岭, 张帅

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 93-99. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220026

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  以杭州经绍兴至台州高铁飞凤山隧道工程为依托，对隧道穿越典型硅藻土地段期间的初期支护结构力学行为进行现场试验研究.测试项目主要包括围岩与初期支护之间、初期支护与二次衬砌之间的接触压力，初期支护钢架应力、初期支护喷射混凝土应变等.测试结果表明：管棚适用于洞口段硅藻土地层，能有效控制洞口段拱顶沉降；而超前小导管适用于洞身段自稳时间短的软弱硅藻土地层，能够改善围岩，控制拱顶沉降.初期支护安全系数随着隧道施工推进而逐渐降低并趋于稳定，此过程可被划分为急剧降低阶段（掌子面通过后0~20 d或0~20 m内）、缓慢降低阶段（掌子面通过后20~40 d或20~30 m内）、稳定阶段（掌子面通过后40 d或30 m以后）3个阶段.型钢钢架及格栅钢架均能适用于硅藻土地层隧道，但型钢钢架有更强的控制拱顶沉降能力，尤其是控制隧道开挖早期较大变形.型钢钢架与围岩之间的接触压力基本在10 d内达到峰值，而格栅钢架在30~40 d达到受力峰值，而后趋稳.相关研究成果可为依托工程及今后类似工程提供参考.
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  注浆主动控制隧道水平变形的机理及策略研究

  林晓峰, 郑荣国, 郑刚, 程雪松, 潘军, 盛鲁腾

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 100-113. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220028

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  注浆为主动控制隧道变形的常用方法，然而注浆抬升隧道的研究较多，注浆对隧道水平变形进行控制的系统性机理与策略研究较少.针对此问题，本文根据注浆作用下既有隧道变形恢复效果及注浆对基坑支护体系的影响提出了注浆效果综合评价体系，并基于天津某工程案例利用三维有限元数值模拟展开研究.研究结果表明：随着注浆距离增大，隧道变形恢复率衰减较快，但当注浆距离小于3 m时，注浆容易过度挤压隧道，引起隧道椭圆度增大，建议注浆距离为3 m左右；为增大隧道椭圆度恢复率，隧道处于隆起区和过渡区时，竖向注浆体中心点应高于隧道水平中心线，处于沉降区时，应与隧道中心平齐；注浆引起隧道竖向变形的规律由挤压作用和推移作用决定，且挤压作用显著大于推移作用，因此，注浆后隧道顶部和底部分别呈现隆起和下沉变形；隧道直径6 m左右时，注浆体长度建议为5~7 m；利用注浆恢复既有隧道变形时，应验算及监测注浆对基坑支护结构变形和内力的影响.
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  盾构隧道管片螺栓连接纵缝压弯承载力解析

  王海峰, 高晓静, 李鹏飞, 贾子琦

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 114-122. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220024

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  盾构隧道管片接头的力学特性直接决定了隧道结构的整体性及其承载能力.为明确管片螺栓连接接头受力全过程的力学特性，建立了压弯作用下管片环向接头分段受力性态的理论解析模型.在接头受力的第四阶段引入了外缘混凝土受压区高度影响系数α，通过正交分析及数值模拟明确了α的主要影响因素为接头空隙，并进一步明确了外缘混凝土压碎时α的计算公式，且对于我国绝大多数地铁盾构隧道α可近似取为0.2，最后通过数值分析验证了接头分段力学模型的合理性.研究结果表明：基于管片纵缝承压过程的4个阶段及外缘混凝土受压区高度影响系数的理论公式，可提出计算盾构隧道管片螺栓连接纵缝承压全过程的理论解析模型，利用该模型可分析任意荷载作用下管片接头的力学状态，可为管片接头设计及病害预测提供相关理论依据.
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  增量反复加卸载作用下花岗岩声发射特征研究

  于洋, 王泽华, 王俊, 丁佳玮, 周羽

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 123-131. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210172

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  为了探究岩体在含增量的反复加卸载作用下对岩体工程长期稳定性的影响，通过单轴增量反复加卸载结合声发射监测对花岗岩进行试验.试验结果表明：在增量反复加卸载作用下花岗岩都以劈裂破坏形式为主，其破碎程度和常规单轴加载试验相比都有所提高；与常规单轴加载试验相比，花岗岩破坏强度降低了12%，保载作用下花岗岩的破坏强度降低了18%；保载阶段内，花岗岩仍会产生轴向变形，随着荷载增强，保载阶段产生的变形增大并且这个变形需要更长的发展时间才会稳定；当应力水平介于峰值应力28%~64%时，Felicity比（FR）大于1，Kaiser效应成立，通过FR的变化判断出花岗岩的裂缝损伤应力介于峰值应力57%~64%之间，可获取岩石破坏的前兆信息，为预警岩石破坏提供参考.
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  高速公路风吹雪灾害分析和挡雪板参数研究

  戴明

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 132-143. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210188

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  风吹雪为寒区常见天气现象，会降低高速公路交通能见度，影响行车安全.本文基于京新高速公路沿线风吹雪灾害易发区域现场调查和环境监测，总结分析了风吹雪现象的影响因素及其与路基结构形式的关系.依据实测雪粒参数建立多相流数值模型，研究了挡雪板结构参数对风雪场的影响.研究结果表明：复杂的地形地貌和气候条件导致风吹雪灾害呈现时空不均匀分布特征，其中路堑形式较路堤形式更易产生积雪，积雪平台和挡雪板能够明显减少道路表面积雪.挡雪板下部的离地间隙对近地面流场产生加速作用，导致板后雪粒沉积量增多，挡雪板高度会影响挡雪板下风侧积雪沉积范围，挡雪板孔隙率会影响板前和板后的积雪堆积形态；在降雪多、储雪场地大的路段可适当增加挡雪板底部间隙和高度，并将挡雪板孔隙率设置在0.4~0.6之间.研究成果可为高速公路风吹雪灾害防治提供技术依据.
机械工程
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  不同车速下钢弹簧浮置板轨道减振降噪性能试验研究

  丁德云, 王文斌, 马蒙, 闫宇智, 李腾, 吴宗臻

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 144-151. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20220015

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  随着城市轨道交通快线和市郊铁路的发展，列车车速可提至160 km/h.车速提升对浮置板轨道减振性能和动力响应均会产生影响.为了研究不同车速下钢弹簧浮置板轨道的减振降噪性能，在国家铁道试验中心环形试验线设计建造了一段200 m长的浮置板轨道试验段.选取钢弹簧浮置板轨道和普通整体道床共3个断面开展不同车速下轨道减振降噪效果和动力性能试验研究.试验过程中，列车由60 km/h逐级提速至160 km/h.研究结果表明：随着列车速度的增加，浮置板道床位移逐渐减小，外轨位移逐渐增大，内轨位移逐渐减小，钢轨和道床位移在各速度级条件下均满足规范要求；“2/3布置”钢弹簧浮置板道床位移大于“2/2布置”钢弹簧浮置板道床.随着列车速度的增加，浮置板减振效果呈现出先增大后略微减小的趋势，100 km/h以上时浮置板减振效果均大于10 dB；相比于普通整体道床，钢弹簧浮置板具有一定的降噪效果，最大值可达3.7 dB（A）.
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  400 km/h高速列车“蝶形”风阻制动装置设计与仿真

  谢红太, 王红

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 152-160. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210201

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  为了进一步提高时速400 km高速列车风阻制动装置的工程应用可行性及科学性，有效弥补列车高速阶段制动力不足问题.本文基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型，以CR400AF平台动车组流线型外观为雏形，装配新型“蝶形”风阻制动装置，分别建立不同工况流体动力学计算模型，对不带制动风翼板及带制动风翼板高速列车在不同速度等级条件的气动特性作了对比分析，同时重点分析计算了时速400 km/h高速列车首排制动风翼板紧急制动工作时在风载荷作用下的强度及振动特性.研究结果表明：不同速度等级工况下带首排制动风翼板较不带首排制动风翼板高速列车所受空气阻力有大幅增加，整车阻力系数从0.234增大至0.255；设计安装42Cr4材质首排制动风翼板高速列车400 km/h运行时，整车所受空气阻力增大约14.0％，首排制动风翼板所受气动载荷约为3.72 kN，作用下最大应力点出现在风翼板两侧上部拉杆连接处，远小于材料屈服极限，满足强度设计要求；高速列车首排制动风翼板前12阶模态振动所对应的固有频率范围为143.53~845.64 Hz，其中1~5阶主振型为风翼板上部前后弯曲及扭振，6~12阶逐渐扩展到下部和两侧的弯曲及扭振，同时伴有局部模态.
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  动车组转臂节点刚度特性及疲劳寿命研究

  侯茂锐, 李永华, 陈秉智, 白肖宁, 胡晓依

  北京交通大学学报. 2022, 46(6): 161-168. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20210194

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  为探究动车组转臂节点刚度特性变化及其对疲劳寿命的影响，针对CRH3型动车组转臂节点，开展服役120万km后的转臂节点刚度测试，通过假设检验得到转臂节点刚度分布特征.基于单、双轴试验数据拟合橡胶Ogden本构模型，利用有限元软件建立转臂节点有限元模型，分析转臂节点结构应力、应变、位移及刚度变化规律.根据橡胶超弹性特性，利用主应力法结合S-N曲线得到了转臂节点在循环载荷下的疲劳寿命.研究结果表明：服役120万km的转臂节点径向刚度服从N（105.12，7.42）正态分布，轴向刚度服从N（12.95，1.75）正态分布.径向刚度和轴向刚度随载荷增加呈波动下降趋势，刚度变化均具有明显非线性特征.随着载荷的增大，转臂节点疲劳损伤区域逐渐扩大，疲劳寿命逐渐降低，疲劳寿命最小约为114万次，该结果可以为转臂节点设计、优化提供参考依据.