轻轨线路设计及其建成后影响问题数模论文-学位论文.doc

“工大出版社杯”第十六届西北工业大学数学建模竞赛暨全国大学生数学建模竞赛选拔赛题目A (B) (C)题密封号2015年5月4日剪 切 线密封号2015年5月4日 航空 学院 第 37 队队员1队员2队员3姓名刘冠男张安朱天阳班级010114050101140501031401目录目录.摘要.一、 问题的重述错误！未定义书签。二、模型假设.三、符号说明错误！未定义书签。四、数据获取与处理错误！未定义书签。4.1数据的获取错误！未定义书签。4.2数据的处理错误！未定义书签。五问题一、二模型 错误！未定义书签。5.1问题分析及模型选取5.2模型建立与求解.六、问题三模型错误！未定义书签。6.1问题分析及模型选取错误！未定义书签。6.2模型建立与求解错误！未定义书签。七、问题四的说明错误！未定义书签。7.1提出的问题错误！未定义书签。7.2给出的建议错误！未定义书签。八、结果的分析和检验.九、模型的优缺点及改进错误！未定义书签。十、参考资料错误！未定义书签。十一、附录错误！未定义书签。附录一错误！未定义书签。附录二错误！未定义书签。 C题 西北工业大学轻轨线路设计及其建成后影响问题摘要 西安地处关中，由于西安东西北方向发展受限，长安区成为一个具有发展潜力的区域。但长安区通往市区的交通十分落后。轻轨作为未来的一种方便快捷的交通工具，对于加强长安区与市区的联系具有重要的作用。西北工业大学长安校区位于风景优美的秦岭脚下，附近高校众多且人口密度大，学校虽然购有校车但无法满足师生的需求，校车成本大而且影响师生的时间和精力。对学校的教育等方面有不小的影响。得知政府打算在中西留村沿正太、西太路修一条通往草堂科技产业基地的线路，报告通过调查研究给出一种修建支路直通西北工业大学的方案。针对问题一，二，我们采用假设排除法，通过设出变量成本Z,人流量P，跨河费用W，征用土地费用S,拆迁费用T，收入Y，利润R，查阅数据得到地上修建费用D,架空建设费用N，在求得修建长度的近似值从而求得总建设费用。路线采用假设法选取几条，根据不同的标准选取几条不同路线。通过计算出最小成本Z来找出一条最优路线。针对问题三，我们通过讨论修建铁路后，学生的出行费用有没有变化以及出行时间有没有变化来预测对学生的便利，通过讨论轻轨的建成后的运营来确定校车之后的运营，进而确定对学校交通费带来的直接影响，通过调查研究来预测对学校教学、科研、学生培养等综合效益的影响。问题四则根据实际提出一些可以讨论的问题，并查阅资料给出建议。一、问题的重述 由于关中地区自然环境的制约，西安市城区东西北三向发展受限，而南部的长安区却是一片非常有发展潜力的土地。随着城区半径的延伸，山清水秀的长安区备受关注，各大品牌企业纷纷选择入驻长安区，更多人倾向于在此处定居。然而，长安区通往城内的交通仍十分落后，当前的交通工具主要是汽车。据调查，只有7.69%的人对目前的交通状况表示满意，大部分人认为应该改善，且有高达84.62%的受调查人群认为长安区未来理想的交通工具是地铁或者轻轨。我国一些城市已经或正在建设轻轨。为实现西安的长远发展，达到节能减排的目的，应重新规划交通网络。目前的长安区客流量稍显不足，但随着长安区经济三星基地、草堂科技产业基地等大型项目的进一步建设，预计在未来几年内长安区对轻轨的需求会越来越大。轻轨的修建一方面将为长安区经济发展送来源源不断的动力，并将大大减少来往环山线与主城区间旅游休闲及公务相关车辆，减少污染排放，避免对周边环境破坏，符合国家节能减排及建设节约化社会精神。 轻轨是一种城市快速交通工具，在与其他交通工具的对比中，轻轨的占地面积是公路的1/8，造价是地铁的1/3，速度是地铁的两倍，其运行时速能达到160-200公里每小时。更重要的是，其能耗是公共汽车的3/5，安全系数极高。轻轨修建符合长安区建设的现状和长远规划，符合国家节能减排战略及建设节约化社会的要求，对西安的治霾工作有积极的推进作用。 西安地铁官方网站在2014年9月30号发布了西安市地铁7、8、10、11、12、13、14号线预可行性研究项目比选公告。规划14号线为主城区西南部外围横纵向切线。主线以航天基地为线路起点，向西串经长安韦曲、高新新区及长安通讯产业园，至户县副中心；支线从西留村起沿正泰路至草堂科技产业基地。西北工业大学长安校区位于长安区秦岭北麓下，距离草堂科技产业基地5.7公里（直线距离，下同），距离三星半导体产业基地12.1公里，附近还有西安建筑科技大学、明德学院等高校，人口流量巨大。单就西北工业大学而言，目前学校实行两校区运营机制，每天都有大量的教工和学生由于上课、实习等原因往返于新老校区之间（附件二），学校为此已经购入校车20辆，日均接送师生在1200人次以上，耗费极大；且由于交通拥堵，单趟运营时间也从几年前的50分钟增加到1小时以上，消耗了师生大量的时间和精力，对学校的教学、科研、学生培养、交流等产生了不小影响。相信随着轻轨的建成，在方便师生的同时，必将对西北工业大学的教育教学、科学研究等产生深远的影响。1. 规划线路中西留村沿正太、西太路一线通至草堂科技产业基地。其间西太路线路距西北工业大学长安校区最短距离约3.8km，现在要在西留村至草堂科技产业基地两站点间选定一点，支路直通至西北工业大学长安校区。请从线路中标定一点，设计出一条线路。2.计算该线路采用地面和高架两种方式铺设的费用。费用主要包括民房拆迁，征地和工程建设等费用。可参考其它地方修建的相关费用，并结合实地考察。最后给出费用最小的道路及施工方式，费用预算。3.该线路一旦修建成功，预测其给全校学生带来的便利，对学校交通费用产生的直接影响。以及对学校教学、科研、学生培养等综合效益的影响。4.还有什么可以研究的问题？你有何建议？（例如：运营方式的建议）二、模型的假设 1、只考虑公交车和轻轨的客流量，且换算成标准车当量数。 2、公交车仅考虑西工大校车和921、922、916公交车的客流量。3、假设路线拐角处弧线长度与折线长度一样。4、假设所有每个房屋拆迁费用相同，每平方征地费相同，每公里跨河费用。三、符号说明符号意义Z修建成本P人流量S征用土地费用U征用土地的距离T拆迁费用V修建轻轨费用Y西工大学生乘坐公交的钱y西工大学生乘坐轻轨的钱R利润D1地面每公里修建费用 I地面修建轻轨的长度 K（K1,K2）测量距离 D2架空每公里的费用 L架空修建轻轨的长度 M每亩赔偿村民的葡萄地的钱 X轻轨经过村子的距离四、数据的获取与处理(一)数据的获取 1、通过题目所给附件，得出人流量。2、通过估测修建距离，查阅互联网得到建设费用。3.通过附件得到民事费用包括拆迁费和征用土地费。 （二）数据的处理 有些数据就近似处理赋值，所有数据都去近似值。 五问题一、二模型5.1问题分析及模型选取从西北工业大学往正太，西太路一线引一条支路，为了找到一条价格便宜的道路，需要建立一个总建设费用的一次方程加法模型求解模型，从给定的几条线路中求取最小值。（以东大汽车站为起点）线路的选择要求(由上到下)：1、 轻轨轨道距离最短。2、 选取在第一条路与第三条路之间作为比较。3、 经过的民房最少。4、 纯土地河流，不经过任何民房。来源：腾讯地图5.2 模型建立与求解修建成本包括建设的费用和征地费用以及拆迁费用。建设的费用包括地面修建轻轨的费用和架空修建轻轨的费用。则有 V=D1*I+D2*L而 I=K1*f（K1为在地图上测量的地面距离乘以比例尺即为实际距离）L=K2*f（K1为在地图上测量的架空距离乘以比例尺即为实际距离）征地费用为 S= d*U/666.67*M。拆迁费用为T=X*a。所以公路的成本为Z= V+S+T=D1*I+D2*L+S+X*a.则四条路的成本为Z1=1.5*26.3*0.2*10000+1.2*0.2*1.95*10000+15*4*25.3*200/666.7+2.2*40*200/10=85795.37万元Z2=1.5*26.6*0.2*10000+1.2*0.2*1.95*10000+15*4*26*200/666.7+1.8*40*200/10=86387.97万元Z3=1.5*26.8*0.2*10000+1.2*0.2*1.95*10000+4*27*15*200/666.7+1*40*200/10=86365.97万元Z4=1.5*26.7*0.2*10000+1.2*0.2*10000*1.95+4*26.1*15*200/666.7+1.8*40*200/10=86689.77万元求解并由EXCEL表格可得第条1路成本最低，因此选择该道。 六、问题三模型1、问题分析与模型选取 收益为收入减去成本，因此建立一次方程减法模型。2、模型的建立与求解。给学生的便利此处用地铁二号线近似的代替新老校区间的轻轨运行状况）（见附录）与校车运行状况作对比项目地铁二号线（校区间的轻轨）校车时间42分50秒约2小时长度约26.5公里约46公里票价全程5元5元数据分析：由于轻轨的距离略大于地铁二号线的距离，所以价格上会稍贵。但是由于轻轨路线的距离在3035，时间上约为1小时，很大程度上节省了时间。学校交通费方面：校车收益：10、11、12月总c=36750次三个月总C=36750*3=110250次除去放假三个月可预测出九个月总DC=110250*3=330750次总费用为F= 330750*5=1657350元校车购买：20*454000=9080000元校车每年投入6320185元轻轨建成后1、对学校交通费用的影响：学校校车数量会极大程度地减少，每年的资金投入也会相应地减少，可节省一大笔资金。2、对教学、科研、培养学生的影响1）减少老师在路上花费的时间，让老师们有更多的时间去准备课程，对学校教学质量有很大的帮助。2）便于学生在新老校区上课，借阅图书，加强两校区学校交流，学习。3）每年节省的资金可投给科研项目。 七问题四的说明1、提出的问题（一）、 考虑轨道单向双行问题。（二）、考虑每日每月的客流预测。（三）、运营方式，运营时间，运营车次。（四）、线路的维护和安全问题。（五）、对环境的影响。2、提供的建议（一）、考虑到节约成本节约土地，可以采用单向双行车头，这样可以介绍成本，收益高。（二）、可以调查人流的出现高峰，在高峰期可以增加车次，在低峰期减少车次。（三）、可以采用无人售票方式，支持长安通刷卡，也可以支持西安高校一卡通刷卡，运营时间可以根据试行情况更改，运营车次要比校车要多。（四）、（详情见附录一）（五）、（详情见附录二） 八、结果的分析和检验（1）针对问题一、二，经过计算求得第一条路费用少，分析可得，第一条路首先距离最短，其次，经过的村子也少，这样就减少了修建费用，征地费用，拆迁费用因而，路费最少。其他道路首先距离稍远，有些道路经过了村子，有些没有经过，但都加大了施工量，费用都增加了。所以第一条路费用最低。（2）检验由模型得路费是和距离成正比的函数，路程越远，费用越高。 九、模型的优缺点及改进1、模型的优点 模型采用简单的一次函数四则运算模型，把问题变得简化易处理，并且比较直观的得到答案。把复杂问题简单化。2、模型的不足。 模型只是大致的得到一个近似结果，烤炉的情况并不能非常详尽完整，存在许多可以改进的地方，所得的结果仅供参考。3、模型的改进。 一次函数简单粗糙，求得的结果不够完善，而且许多地数据近似处理了，但那些数据并没有普遍性，也就是近似处理会影响结果。所以对这些数据应该分别定义变量进行讨论。 十、参考资料1、工大长安校区地区客流量原始统计及问卷调查结果汇总2、西安地铁规划2014年9月30日发布3、地铁实现空中跑-轻轨高架4、地铁和轻轨的区别5、单线双向运行在地铁行车组织中的应用6、草堂线工可研工作汇报7、北京轨道交通燕房线工程环境影响报告书(简本)附录附件一一：轨道交通出现的必然性历史证明，城市主要是人类社会的政治、经济和文化发展的荟萃点，许多城市成为复杂而又高度集中的活动中心，同时也促使城市规模的不断扩大和城市人口的增长。 由于现代城市的居民出行和人口流动，在一天的高峰时间里，客流高度集中、流向大致相同的现象已很普遍，以往使用的公共汽车和无轨电车已很难适应现代客运交通的需要，尤其是百万人口以上的大城市，重点发展以快速轨道交通为骨干的城市公共交通网络新体系势在必行。二：轨道交通存在的隐患12月28日8点半起，地铁5号线立水桥站、惠新西街北口站先后出现故障，导致5号线列车走走停停，直到9点才最终恢复正常。同样是在这一天16时20分许，长春市位于临河街与卫星路交汇处的轻轨二期工程施工现场发生火灾，幸未造成人员伤亡。27日中午11时31分，长春两辆轻轨车发生追尾，造成46人受伤，其中两人伤势较重。经过安监等相关部门调查，事故原因为一辆轻轨救援车刹车失灵，撞上正停车上客的另一辆轻轨车。12月22日5点50分，上海地铁1号线陕西南路至人民广场区间突发供电触网跳闸故障，造成该区列车停驶，经初步检查，是由于地铁隧道内风大、震动强度高，导致该区间隧道顶部碳纤维脱落造成的短路。官方资料显示，近两年来,杭州、南京、西安、深圳等城市发生多起轨道交通建设事故，特别是杭州去年发生的“11.15”地铁工程事故，造成21人死亡。随着城市轨道交通建设规模的快速扩大，城市轨道交通安全发生的事故也越来越多。据了解，截至目前，全国已有25个城市的轨道交通近期建设规划获得国务院批复，到2015年前后，将建设87条线路、总里程2495公里，总投资9886亿元。而在今年4月至5月，住建部在全国18个城市开展的47个在建轨道交通工程项目抽查中，未办理施工许可证占一半以上，达26个之多。据了解，此次抽查中存在的系列问题也赫然可见，如地铁线路的勘察设计周期长则1年，短则几个月，不能满足勘察设计工作的基本需要;一些工程由于征地、拆迁等施工前期准备工作滞后，合同约定的施工工期实际上被压缩；一些工程受行政过度干预，设定关门工期，或者不顾客观实际，倒排工期。不难想象，上述问题一旦出现，今后地铁在实际运营中出现事故的可能性将大大增加。三：轨道交通管理工作急需改进（一）轨道交通事故发生的主要原因从安全管理组织机构看,我国各城市轨道交通基本上设立三级安全管理模式,即总部(地铁公司)设安全委员会,车务、车辆、维修等部门设安全领导小组,各车间(室)设安全员。总部范围内建立包括总部领导、部门领导、车间领导、安全监察员和兼职安全员在内的安全管理 网络 。其中安全委员会是安全管理的最高领导机构,安全监察室为其常设办公室,车务、车辆、维修三大生产部门设有专职安全监察员。 尽管实行了三级安全管理,然而各类事故仍频频发生。从对事故的分类统计看,1999年和2000年上海轨道交通发生的一般性事故与险性事故的比例为54。一般性事故多是由于乘客没有遵守安全乘车规则造成,而险性事故多是由于工作人员职责疏忽引发的。这说明安全管理工作仍存在不少漏洞。 把轨道交通作为一个大系统进行分析,可把人、设备、环境3个因素作为事故发生的直接原因,而管理缺陷是造成事故的间接原因。这4种因素和事故发生存在着必然的逻辑关系,借助事故树中的条件或门,运用布尔代数原理可写出如下公式： =1(2+3+4)=12+13+14式中,事故;1事故的管理原因;2事故的人为原因;3事故的设备原因;4事故的环境原因。 由上述公式看出:事故发生的原因可归结到管理、人为、设备和环境四大因素。这四大因素中的任何一种因素运行不良,都会引起事故发生。而管理因素随时随地制约着其他3种因素,管理原因或管理原因与上述任何一种原因结合,都会引起事故的发生。换句话说,只要管理上存在着缺陷、不善、混乱或失误,就会直接导致事故发生或导致人的不安全行为、设备的不安全状态和环境的不安全因素存在,进而引发事故,可见管理缺陷是诱发事故的关键原因。（二）目前轨道交通系统的安全管理工作还存在以下不足1安全与生产脱节有的生产管理部门和个别员工错误地把安全工作看成是领导、安监室、安全员的事,在生产过程中忽视安全工作,造成安全管理与地铁运营管理脱节。轨道交通企业作为独立的经济实体,安全管理理所当然是生产管理的有机组成部分,应当推行与生产管理同步发展的全面安全管理,即系统安全管理。2对安全问题处理不够全面在处理问题时,没有由表及里按系统的结构和功能去深入进行分析,不能将存在的各种安全问题有机联系在一起、全面分析,并制定相应的预防措施,造成了头痛医头、脚痛医脚、顾此失彼的局面。3没有抓住信息流这一管理核心去指导安全工作,安全管理体制特征仍然是静态管理现代企业安全管理的理念是:安全信息不仅应包括有关重大事故等灾害事故的信息、 历史 经验资料,更重要的是应及时把握住运营过程的安全信息,以实现对安全工作的全过程动态控制。4事故处理仍然是安全管理的日常工作重心 要完成由“事故处理”型到“事故预测”型的转变,将安全管理工作的重心真正从事故追查处理转变到事前安全预测上,还需要一个过程。5管理上的漏洞任然存在随着轨道交通线网规模的扩大,安全监管的范围、人员、规章制度都有新的变化,就容易形成管理上的漏洞。出现规章制度的不健全、安全考核和相关措施不到位的情况,所以要对现行的安全标准根据实际情况的变化及时修改补充或重新制定。6安全责任落实不够。虽基本建立安全生产责任制,但落实仍有待加强。（三） 安全管理系统的运行机理 在轨道交通安全系统应用方面,要澄清这样的错误认识,即认为运营管理系统是一个大系统,安全管理系统是生产系统的子系统。实际上,安全管理系统的概念是为解决安全问题而构造的,其内涵是针对生产系统本身安全而言,并不是从生产系统分离出安全系统这一子系统,而是改造生产系统的安全系统,使之具有处理本系统一切安全问题的功能。因此,安全系统是由与生产安全问题有关的相互联系、相互作用、相互制约的若干因素结合成的具有特定功能的有机整体。安全管理系统的中心任务即对运营管理系统的安全状况进行管理和控制。 从控制论的角度看,安全管理是一个多回路的反馈控制系统。在这个系统中,事故是被控制的对象,事故控制是笔者研究的中心。系统控制的目的是减少或消灭事故的发生及其 影响 ,以提高生产系统的安全度。 就安全管理系统的运行来说,在获得系统内外安全信息基础上,确定安全管理的目标并将目标按管理的层次进行分解,根据目标制定安全管理的总体计划和分层实施计划,通过安全执行机构予以执行落实,系统内的监察部门及时将有关生产系统的安全信息进行反馈,经过安全状态分析、评价,找出系统隐患,及时进行整改,通过这样不断循环以实现安全管理系统对生产系统的安全控制。1安全管理系统对生产系统进行控制的功能通过两条途径来实现一条为微观控制反馈回路,由“安全状态检测”、“安全状态调查分析”、“隐患处理”、“组织实施”等组成,通过“安全状态检测”、“安全状态调查分析”,充分地反映出当时生产系统的安全状态,通过对“隐患处理”、“执行”,随时控制人、设备、环境和管理四个影响生产系统安全状态的主要因素; 另一条是宏观控制反馈回路,由“安全状态检测”、“安全状态调查分析”、“原始信息收集”、“安全状态综合分析、评价”、“人员的安全 教育 和技术培训”、“设备的更新改造”、“环境状态的改良”、“管理 方法 和制度的完善”、“安全计划”、“组织实施”等组成,通过对大量的事故和隐患等不安全状态信息的收集、综合分析来预测、评价整个生产系统的安全状态,提出对“人员的安全教育和技术培训”、“设备的更新改造”、“环境状态的改良”、“管理方法和制度的完善”等要求,及时调整安全计划并组织实施。 通过上述的工作流程和控制方法来提高生产系统的安全系数,最终达到减少事故的目的。 在以上控制线路中,还存在一个内反馈,即采用新方法、新理论，通过原始信息收集产生参数,通过安全状态综合评价产生模型,最终产生新的安全状态调查分析方法和手段,来更新以往的方法及手段,并使其不断地完善,达到使原始信息更及时、全面、准确地反馈安全状态的目的。 从管理的角度来看,安全管理是个多层次的分级管理系统,其结构是与生产系统的管理结构分不开的,同时每级又成为一个完整的系统,都有自己的控制目标和自己的特点。微观反馈一般存在于最基层的管理级,而宏观控制反馈则存在于各管理级之中。:安全管理系统的运行,除自身的控制实体(控制系统)外,首先必须有一个能从组织上、制度上给以保证的载体即保证系统,它是整个系统得以运行的前提和保障;此外,鉴于现代安全管理系统多层次、多回路、多环节的特征,在安全管理系统内部和安全管理系统与生产系统之间,必须具备一定的信息反馈渠道,要求信息传递及时、准确。因此,要使安全管理系统有效运行,还必须有一个能全面、及时而准确地获取各种决策所需的信息、对实施情况能迅速反馈的信息系统。2轨道交通安全管理体系原理轨道交通安全管理体系应由保证系统、控制系统和信息系统构成。在这3个系统中,保证系统为整个管理工作提供组织保证和制度保证,是该体系运行的前提和根本。控制系统是整个管理工作的核心,是实现有效管理的关键环节,在整个管理体系中处于中心地位。信息系统是用来进行信息的收集、加工、转换并利用信息进行预测和控制的,是整个安全管理工作的基础。（1）保证系统 根据保证系统的地位和作用,把其分为组织保证、制度保证和教育培训。（2）组织保证 安全贯穿于生产的全过程,既需要通过对企业的各层次部门进行横向管理来实行决策方案的落实,更需要通过对纵向上的管理最终达到安全生产的目的。（3）制度保证 建立以安全生产责任制为核心的安全管理规章制度是安全生产管理的依据和前提,安全生产责任系统的建立体现了全面安全管理的思想。岗位安全生产责任制作为其实施细则,是保证各级安全生产责任制具体落实到人的措施。安全责任应按照管理层次不同、分工不同,在每个岗位上都应该有一个明确的安全责任。纵向从最高管理者到每个作业人员,横向则包括各个部门的每个岗位。教育培训 安全教育是使职工适应作业环境的重要手段,如果不经过培训和教育,熟练掌握生产环境中有关作业的条件和知识,就难免产生人的不安全行为。因此,安全教育和培训是安全工作中特别重要的一环,也是特别值得重视的提高员工安全素质的问题。四 轨道设计的原则（一）城市轨道交通安全工程的设计，应以下述要求为目标，在正常使用时：1 必须防止因乘客使用系统而造成对乘客的伤害与危险；2 必须防止系统对运营人员及其他人员的伤害与危险；3 必须防止运营设施及车辆遭受损害与损失。（二）城市轨道交通车辆和运营设备的选择，必须技术成熟、安全可靠、满足功能、维修方便、经济合理。 1乘客使用或操作的设备，必须易于识别，设置在便于触及的地方，并保证不当的操作或使用也不会导致系统发生危险。2 在车辆与运营设备中必须提供必要的措施与手段，保证在发生误操作时，避免导致人身伤害或设备损坏。3 必须提供可以及时采取妥善处理各种不当行为、故障及防止事故发生的措施及手段。4车辆及运营设备发生的任何故障或问题，必须能及时指示给运营人员或控制中心。5必须为残疾人、老人、孕妇及带领儿童的人在使用该系统时提供安全舒适的措施。6应当在轨道线路、隧道及车站站台、站厅、疏散通道、出入口、通风亭、列车车厢内及其他运营场所的醒目位置设置保障城市轨道交通安全运营的各类发光导向、疏散、提示、警告、限制、禁止等安全标志。（三）城市轨道交通系统中，所使用材料和部件的防火技术必须是采用当前先进的工艺技术，尤其是： 材料和部件必须具有良好的阻燃性能； 应加强安全控制，以防蓄意破坏的行为； 对于起火风险大的设施必须加以围护，减少可能的火情蔓延； 在对火情及有害燃烧气体与热量控制的基础上，应保障有效疏散措施； 铺设在地下车站、隧道及车辆上的电缆应不含卤化物，并避免燃烧时产生有毒气体； 所有电气回路必须有熔断保险或其他保护，防止由于过热和短路、接地等产生的危险； 在正常运行或故障情况下，容易产生表面高温的设备或元件，或可能产生严重故障的设施应进行隔离，以减少发生火灾的危险； 一旦发生火灾，通风排烟系统应能进入火灾运行模式，以保障人员疏散或灭火。 城市轨道交通安全工程的设计工作，需要给与重点关注。这样做的目的在于，强化城市轨道交通安全工程设计的重要性，使城市轨道交通安全工程的设计更加系统化、程序化、规范化。为实现这个目的，只研究设计导则还不够，还应该建立一套安全工程的设计评价体系。一个城市的健康快速发展离不开交通，而轨道交通是城市交通的骨干，所以确保城市轨道交通的安全是现代城市安全工程的基础。附件二分析建设轻轨对城市环境的影响 引言 近年来,我国的城市轻轨建设获得了快速发展,截至2010年底,已先后建成并开通运营了48条城轨交通线,运营里程1395公里。目前,又有28座城市得到了国家批准,计划至2015年前后规划建设96条轨道交通线路,建设线路总长2500多公里,总投资超过1万亿元,轻轨建设成为 “十二五”期间基础建设投资的热点之一。但是,轻轨 在各大城市迅速发展的同时,必将对城市环境带来负面影响,如何有效减少和解决负面影响就显得尤为重要。 2.轻轨对环境的影响 2.1轻轨噪声污染 轮轨噪声。轮轨噪声有摩擦噪声、撞击噪声、轰鸣噪声三种类型。摩擦噪声,当车辆运行在小半径曲线线路时,车轮沿曲线钢轨并非滚动运行,产生局部的横向滑动,即所谓“卡滞滑动效应”,结合车轮和轨道的振动响应,形成一种高音调尖啸;撞击噪声,因车轮或钢轨表面的局部不连续性产生;轰鸣噪声,由于车轮和钢轨接触表面局部小面积粗糙造成,轮轨接触区域越大,所产生的轰鸣噪声就越少,当轰鸣噪声达到定点的频率时钢轨将成为主要噪声源。 车辆设备噪声。车辆设备噪声包括牵引电机噪声、齿轮箱噪声、空压机噪声、空调制冷设备噪声、制动噪声、车辆牵引噪声、电气噪声、受电弓噪声、车辆运行中空气动力噪声、鸣笛噪声以及门窗等安装不牢而产生噪声等,其中以牵引电机噪声、齿轮箱噪声和空压机噪声为主。 高架轨道噪声。当列车行驶于高架铁路上时,轮轨相互作用所产生的振动通过轨道传递给支撑结构,支撑结构将噪声向周边地区进行传播,它比之列车行驶于一般的路堤坡度轨道时所产生的噪声级要高的多,一般要高20分贝。 地下铁道的地面承载噪声。地下铁道轮轨间相互作用而产生的振动被传递给隧道结构,继而又传向周围的土壤。振动通过土壤再向临近的建筑物传播,从而导致地下及墙壁的振动和噪声向建筑物内房间的第二次辐射,它是一种低频声响,就如同外界振动使房间中的窗户所发出的声响。 2.2城市轨道振动污染 轻轨的振动污染相对于噪声污染更为严重,也是轻轨对环境污染方面高于常规公共交通系统的一项。 地铁的相关振动,根据铁路部门的实测,距线路中心线30m附近的振动可达80dB。地铁列车通过时,在地面建筑物上引起振动的持续时间大约为10s。在一条线路上,高峰时,两个方向1h内可通过30对列车或更多,振动作用的持续时间可达到总工作时间的15%20%。地铁列车在隧道内高速运行时,距轨道水平距离1.5m处,振级平均值为81dB;2.4m处,振级平均值为71.6dB。同时,地铁振动影响的范围在很大程度上还取决于列车通过的速度及隧道的埋深。速度越高,振动干扰越强,影响范围越大(列车速度每提高一倍,隧道和地面的振动增加46dB);埋深越大,影响范围越小。 高架轻轨的相关振动则呈现以下几个特点:轻轨列车振动所引起的地面振动,在某一距离范围内,随距离线路的增加而衰减,在达一定距离后会出现反弹增大(约在4060m间),但总趋势是随距离的增大而逐渐衰减。轻轨系统桥梁的基础类型对地面振动的影响非常大。采用桩基时,地面振动的位移、速度、加速度值均比采用平基时小许多,且桩基时,地面振动随距线路距离的增加而衰减的速度也较平基时大。采用不同的桥梁基础,沿线建筑不同楼层的振动响应也有所不同。采用浅平基础时,上面楼层的响应比下面楼层的强烈,采用桩基时各楼层的差别就小得多。高架桥线路与路基线路相比,环境振动将大幅度降低。距线路中心线30m处的振动强度可降低510dB。高架轻轨的桥梁结构设计应注意避免车桥共振,以减小对系统振动的影响。 2.3轻轨对城市景观的影响 高架部分的轨道交通对城市景观往往产生较大影响,主要影响包括下列方面 对自然景观的破坏。部分高架线路可能会经过类似于水岸、湿地或者公园等自然景观。这些景观点往往也是周边地区居民休憩、游玩、活动的主要场所,其景观特征以精致秀丽为主,尺度较小。而高架线路的桥梁形体粗壮有力,尺度庞大,具有人工构造物的结构美和粗犷美其与高架线路桥梁相较而言,两者之间在尺度、质感和色彩等方面都有较大差异,难以协调。 对视觉的影响。 高架线路构筑物主要是以水平线条的桥梁和垂直线条的桥柱组成。其中水平方向的桥梁连续贯通,与人和车辆行走中眼睛的移动相顺应,具有运动、延伸、增长的意味,有助于视觉环境的简单化;而垂直线条的桥柱挺拔粗壮,以一定的间隔连续排列,更多的使人产生崇高、紧张、积极的感受,此 外,粗壮的桥柱所特有的垂直线条与人惯常的视线移动方向不一致,会对视线起到一定的阻隔作用。从对视觉的影响程度而论,在距桥体5米以内,视觉压迫感非常大,巨大的 高架桥体直接面对于人,完全充塞于人的视觉范围内;随着距离的拉大,其对视线的阻隔作用逐渐降低:而到了75米以外的距离,高架桥梁在人的视野范围内所占比例相 对而言已经相当小了,这时的高架桥梁,更多地扮演着地标性构筑物的角色。此外,高架线路对于阳光的遮挡也相当明显,而人的视觉感受和生理反应对阳光的变化都极为敏感,在住宅和公共建筑设计规范中,日照系数是一个非常重要的指标。 较早由此产生的负面影响事例发生在19世纪80年代末期,当时的曼哈顿岛多条主要大道,由于高架铁路造成的阴影,使得地上的街道反而成了变相的隧道,影响了人们的正常生活,最终不得不拆除了事。 色彩原因。相对于周围环境,由于高架桥梁的巨大体量一一连绵数十公里,使其成为景观的重要组成部分。因此,桥体的色彩在环境中产生的效果与影响也就不容忽视。目前,在国内轨道交通系统的高架桥体多以混凝土的本色示人,其灰色的外观进一步加重了桥梁厚重的体量感,使空间气氛变得沉闷,影响到人的视觉和心理感受。近年来,随着人们对城市面貌的进一步重视,有些地方开始尝试着采用以爬藤类植物来围覆桥柱和桥梁底面的装饰手法,但由于日照和空气灰尘等原因,使植被的生长受到影响,实际产生的美化效果并不理想。 3.防治措施 3.1噪声防治措施 轻轨的噪声防治是一项综合的系统工程,主要应从声源降噪和传播途径降噪两方面考虑,特殊情况下的沿线环境敏感点应对受声点加以防护。 控制噪声源。噪声防治应从降低噪声源着手,尽可能降低列车动力系统噪声。首先从车辆构造设计上加强防振、吸声措施,采用阻尼车轮及盘式制动,车辆踏面修整和车辆两侧加设防声裙等。其次,在轨道及桥梁结构上采取减振降噪措施,如用超长无缝钢轨代替标准钢轨,以减少车轮对钢轨冲击引起的噪声和振动;在承台上设置弹性聚合物砂浆垫层和配有弹性扣件的整体道床,以利于吸收震荡波。 控制噪声传播途径。可利用沿线土堤、路堑和其他建筑物作声屏障,控制声透射和声绕射。在隧道、车内及声屏障靠近声源的一侧采用吸音材料。 受声点防护。主要包括拆迁、改变敏感点使用功能、设置通风隔声窗等。 调整沿线土地利用区划。规划部门可根据噪声防护距离合理规划轨道交通沿线的城市用地,避免出现新的噪声敏感点。 3.2振动防治措施 车辆选型除考虑车辆的动力和机械性能外,重点还应考虑其振动防护措施及振动指标,优先选择噪声、振动值低,结构优良的车辆。对轨道结构振动控制主要从钢轨及线路