地铁限界算法分析与软件实现

城市轨道车辆铁道车辆第４３卷第１期２００５年１月文章编号：１００２—７６０２（２００５）一００１１—０４

地铁限界算法分析与软件实现

陈良龙，孙守光，任尊松

（北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京１０００４４）

摘要：分析了地铁限界的计算方法，介绍了设计开发的地铁限界计算软件，并以国产地铁Ａ型车辆为例，对该软件进行了计算验证。

关键词：地铁；限界；计算软件

中图分类号：Ｕ２３１文献标识码：Ｂ

为了改变我国地铁限界无统一标准的状况，实现地铁限界的通用化、系列化和标准化，建设部颁布了行业标准ＣＪＪ９６—２００３《地铁限界标准》（以下简称《标准》）。《标准》将地铁限界按不同的功能分为车辆限界、设备限界和建筑限界，在新建或续建的工程中，必须遵守《标准》中各种限界的计算规定；当选用与《标准》不同的车辆和轨道参数时，应进行车辆限界的核算，不得超过《标准》规定的车辆限界，并应符合《标准》规定的设备限界和建筑限界。

《标准》的制定具有重要的意义，但是《标准》中各种限界规定涉及到相当多的参数、公式以及各种特殊限制，在具体计算时十分繁琐，这在很大程度上限制了《标准》在工程中的应用。有鉴于此，笔者设计并开发出了配合《标准》使用的地铁限界计算软件，该软件基于面向对象原理，操作简便，并具有较高的计算精度，方便了《标准》的应用和推广。

１地铁限界

１．１限界发展过程

限界的发展经历了静态限界、动态限界、动态包络线限界几个阶段。限界的制定和校验也经历了一个由简单到复杂、由低级到高级的发展过程。限界的计算方法和理论也日趋完善、合理。从限界发展的趋势来看，限界计算所考虑的车辆位移要素越来越多，这为更加充分利用限界空间提供了可能性，同时也相应增加了限界校验的计算工作量。

国内外限界计算的方法很多，而且采用不同的计算方法将得到完全不同的计算结果。《标准》所采用的算法是综合了国内外最新的计算方法，并在我国设计、施工实践的基础上建立的新的理念和方法。这种算法

收稿日期：２００４一０６一０４

作者简介：陈良龙（１９８０一），男，工程硕士研究生。综合了国内外各种限界算法的利弊，取长补短，能全面地计算地铁车辆可能发生的各种位移，确定车辆的动态包络线极限轮廓，并以此制定出不必设置过大安全裕量的设备限界，使其安全性和经济性得到了统一。１．２相关概念

（１）基准坐标系：垂直于直线轨道线路中心线的二维直角平面坐标。横坐标轴（ｘ轴）与设计轨顶平面相切，纵坐标轴（ｙ轴）垂直于轨顶平面，该基准坐标系的坐标原点为轨距中心点。

（２）偏移及偏移量：在基准坐标系内，车辆横断面上各点因车辆本身原因或轨道线路原因，在运行中离开原来在基准坐标系中所定义的设计位置称为偏移，偏移以毫米（ｍｍ）为单位的量值称为偏移量。在第１坐标方向的偏移称为一侧横向偏移，在第２坐标方向的偏移称为竖向（向上、向下）偏移。

（３）计算车辆：制定限界时设定的一种车辆，包括各项构造参数、横断面轮廓尺寸及水平投影轮廓尺寸等，均是车辆限界设计计算的依据。计算车辆横断面上最外点的连线为计算车辆轮廓线。

（４）车辆限界：计算车辆在平直线的轨道上按规定速度运行，计及了规定的车辆和轨道的公差值、磨耗量、弹性变形量以及车辆的振动等正常状态下运行的各种限定因素，而产生的车辆各部分横向和竖向动态偏移后的统计轨迹，并以基准坐标系表示的界线。

（５）设备限界：基准坐标系中在车辆限界外另加了未计及因素安全间距（包括一系和二系悬挂故障状态）的界线。

（６）建筑限界：位于设备限界外的限线，任何沿线永久性固定建筑物，包括施工误差值、测量误差值及结构永久变形量等均不得向内侵入的限界。

１．３《标准》的限界算法

１．３．１车辆限界计算方法

车辆限界以地铁限界断面外形的设计轮廓控制点

地铁限界算法分析与软件实现

作者：陈良龙， 孙守光， 任尊松

作者单位：北京交通大学,机械与电子控制工程学院,北京,100044

刊名：

铁道车辆

英文刊名：ROLLING STOCK

年，卷(期)：2005，43(1)

引用次数：0次

1.CJJ96-2003.地铁限界标准

2.张振城市轨道交通 2001

3.严隽耄车辆工程 1992

1.期刊论文孔令洋.梁青槐地铁限界CAD系统设计及开发研究-都市快轨交通2004,17(6)

地铁限界直接影响地铁土建工程的规模及造价,是工程设计的重要工作内容.本文在分析限界设计内容、方法的基础上,提出了以AutoCAD为图形平台进行地铁限界CAD系统二次开发的设计思想和总体框架,建立了系统数据库,实现了地铁限界的信息化管理和自动设计.系统将限界的计算、设计、成图集成在一起,提高了地铁限界设计效率.

2.期刊论文张春飞.ZHANG Chun-fei地铁限界设计分析-北方交通2008,""(8)

地铁限界计算是地铁设计中较为复杂与繁琐的工作,而且其数据多、步骤多.介绍了地铁限界的定义、限界确定的原则、限界的类型及各种断面隧道的建筑限界.

3.期刊论文孔令洋.梁青槐.梁睿地铁限界CAD系统设计及关键技术研究-交通与计算机2004,22(6)

地铁限界直接影响地铁土建工程的规模及造价,是工程设计的重要内容.文章在分析限界手工设计内容方法的基础上,提出了以AutoCAD为平台进行地铁限界CAD系统二次开发的设计思想和总体框架,并对其关键技术进行了分析.

4.学位论文李儒英地铁限界检测系统研究2008

本文综合研究国内外地铁限界检测的技术现状，提出了基于激光扫描的非接触式地铁限界检测系统。

地铁限界检测系统以计算机为中心，激光扫描系统采集相关信息，通过串行通信端口传送信息给计算机进行处理。采集里程信息的光电式传感器输出信号经前置机调理模块调理后直接送到主机中的A/D板卡中处理，简化了系统，提高了可靠性。利用Bodand公司开发的C++Builder语言设计一套控制软件，对串行通信端口RS232进行操作和控制，并设计一套算法将隧道断面的扫描数据与前置机的里程信息结合，根据各种线路情况，在检测主机上实时显示保准限界和扫描断面的图像，并将扫描结果与预先保存在检测程序配置文件中的标准限界数据进行比较，如果有物体侵入限界，系统发出声音报警

，同时检测的超限结果保存在超限数据库内，检测结束后可以对超限结果进行查询。设备系统误差、检测车位移引起的测量空白以及检测车车体振动影响测量精度，为了更加准确地判断地铁限界的超限情况，地铁限界检测系统针对这三方面分别提出了改善测量精度的措施。

调试后，将地铁限界检测系统运用到南京地铁1号线，检测结果与实际情况相符，证明了系统设计的合理性和可行性。

5.期刊论文李儒英.吴积钦.曾明.Li Ruying.Wu Jiqin.Zeng Ming基于激光测量的地铁限界检测系统-都市快轨

交通2007,20(5)

将激光测量系统(LMS)应用于地铁限界的快速检测系统中,实现对限界的一种非接触式检测,测量、采样数据速度快;将检测数据与标准数值实现自动比较,把数据和曲线图作为检测结果,快速检测地铁限界,用以指导竣工验收和日常运营维护.

6.期刊论文王建.WANG Jian利用既有隧道修建地铁的贯通性限界测量及分析-隧道建设2006,26(6)

在哈尔滨市利用7381人防工程建设轨道交通一期工程,介绍了利用既有隧道修建地铁所需要进行的贯通性限界测量工作,通过对比分析实测横断面与设计限界之间的关系,以此进行隧道贯通性限界分析、研究,得出初步结论.

7.学位论文孔令洋地铁限界设计CAD系统研究与开发2005

本文对地铁限界设计CAD系统研究与开发进行论述，文中在分析限界计算、设计内容方法的基础上，提出了以AutoCAD为图形平台进行地铁限界设计CAD系统二次开发的设计思想和总体框架，建立了系统数据库，重点解决了工程启动及图形自动绘制等关键技术，实现了地铁限界设计CAD系统。系统内嵌式于AutoCAD之中，使限界设计计算和绘图工作融为一体，实现了AutoCAD绘图功能与系统辅助设计功能的有机结合。利用本系统，可以进行车辆限界、设备限界、建筑限界、车站限界的计算、设计及绘图，进行地铁设备管线布置，自动生成数据报表和设计说明文档。系统的建立提高了地铁限界设计的设计速度、设计质量和设计效率，降低了设计成本，实现了设计数据的信息化管理。

8.期刊论文刘永中地铁设备限界的检测方法-隧道建设2005,25(4)

通过在实际工作中对地铁设备限界检测方法、检测过程、检测精度、检测中可能遇到的问题的论述,得出了几点体会.

9.会议论文朱剑月.沈培德.罗湘萍.徐博铭《城市地铁限界标准》中车辆限界和设备限界的计算2003

限界技术是城市轨道交通建设关键技术之一,关系着城市轨道交通各项工程的规模、投资及建成后运行的安全问题.本文结合城市地铁限界国家行业标准的编制,介绍了标准中隧道内直线段受电弓受流方式A型与B型车辆轮廓线的确定以及车辆限界、设备限界和建筑限界的计算方法,开发了基于Fortran PowerStation的车辆限界计算程序,降低了限界计算工作强度,提高了工作效率.

10.会议论文倪昌论车辆限界计算方法2003

本文回顾了我国以往采用的车辆限界计算方法,分析其存在的缺陷,介绍国外先进的轨道交通限界理论和即将编制完成的《地铁限界标准》编写方针.