基于BIM技术的铁路轨道正向设计系统研究

为解决铁路工程专业间协同设计难度大、专业内构件关系复杂多样、信息模型难以跨阶段应用等诸多问题，阐述了BIM技术在轨道工程领域取得的研究成果，通过构建专业接口实现模型、线路计算模型、轨道结构参照关系模型，将轨道结构设计流程进行数字化表达，依托Bentley平台OpenRail Designer基础软件，研发了“以模型为载体、以数据来驱动”的铁路轨道正向设计系统，系统包含项目设置、数据管理、接口设计、轨道设计、轨道建模、模型应用和拓展应用等七大模块。研究结果表明：该系统实现了上下序专业间的模型级协同设计及轨道结构的参数化建模，软件使用流程契合轨道设计工作流程，轨道信息模型为设计、施工、运维等项目阶段的应用提供信息载体，大幅提高了轨道设计的质量和效率。     

基于多功能车辆总线的地铁车辆远程监测系统研究

多功能车辆总线(MVB)上传送了大量关于地铁车辆运行状态的信息,对故障检测及设备维修有着重要的参考价值。设计一套由解码系统、传输系统和监测系统3 个部分组成的基于MVB 总线的地铁车辆信息远程监系统,实现地铁车辆运行状态的远程监测。介绍该系统的总体设计,以及3个子系统的原理和功能,并利用车门半实物仿真平台和车门控制单元(EDCU)进行系统测试,验证整个数据流程的完整性以及可行性。     

基于MBSE的动车组设计方法研究及应用

为解决传统的基于文本的系统工程方法在进行动车组设计时前后信息不一致、版本错误和可读性差等问题,采用基于模型的系统工程(MBSE)研究适用于动车组的设计方法,并以某型动车组车门控制系统为例进行适用性分析。结果表明:基于MBSE的动车组设计方法包括需求分析、功能分解、系统架构生成3个设计阶段,以及对各设计阶段进行关联的4条设计回路;基于SysML语言构建车门控制系统的需求和用例模型、功能模型及逻辑和物理架构模型,建立各模型间的关联关系,论证了所提出的设计方法适用于动车组的设计任务;提出的设计方案既能有效支持动车组内部的设计过程表达,又能保证不同需求、功能、结构和行为模型间的关联性和一致性,并可对设计结果进行追溯,帮助设计者优化现有设计迭代过程。     

轨道交通车辆转向架模块化配置设计方法

转向架如何实现多样化和个性化需求下的快速定制设计是轨道车辆研发过程中的难点。针对目前转向架快速定制设计尚缺乏系统化的方法和工具问题,提出了一套基于模块化配置的转向架快速定制设计方法,并开发了对应的设计原型系统。在基于通用物料清单(GBOM)的转向架产品族信息模型的基础上,结合多层级三维骨架模型和模块配置设计过程模型,构建了扩展的转向架配置模型。以扩展的配置模型为基础,基于实例推理技术与参数化设计技术,提出了一套系统化的转向架配置设计流程,实现了个性化需求驱动下转向架的快速定制设计。此外,开发了轨道车辆转向架模块化配置设计的原型系统,并进行了企业试用,试用结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

BIM技术在鲁南铁路轨道设计中的应用

结合鲁南铁路试点项目,探索Bentley平台实现轨道设计的流程。阐述鲁南铁路的工程概况,针对项目特点选择平台,并进行简要的分析,提出由源文件、构件库、轨道设计与应用4部分组成的设计流程。Bentley平台在鲁南铁路试点项目中的应用,验证了Bentley平台及软件在轨道专业的可行性,并进一步提出轨道建筑信息模型(BIM)设计系统的构想,为实现轨道BIM的正向设计提供参考。     

基于GIS的轨道交通网指挥中心综合监控系统的设计与实现

基于轨道交通网指挥中心对路网协调指挥、各线路运营系统集成、信息共享和决策支持等系统需求的分析,构建路网综合监控系统。系统的体系结构包括网络通信平台、数据平台、信息共享平台和综合应用平台等核心部分,以及网络和信息安全保障体系、信息化标准规范体系和信息化运营管理体系等支撑部分。根据系统涉及的业务基础信息、动态监控信息、业务管理信息和空间数据,设计系统的信息处理流程,进而按照数据获取、信息共享和综合应用3个功能层次进行系统功能设计。运用时空的数据集成和应用集成等核心技术,将整个系统的功能分别封装成面向相对独立业务的软件包,形成信息共享平台、营运管理、应急指挥管理、辅助决策支持库和对外服务等子系统。针对北京市轨道交通网的实际业务需求,运用上述设计思想和关键技术,开发相关的应用软件原型系统,其功能实现验证了此系统设计和技术方案实现的可行性。     

全自动运行系统地铁车辆关键技术

全自动运行(FAO)系统是城市轨道交通自动化的最高等级,其关键技术包括适用于全自动运行的土建和设备系统,其中全自动运行设备系统包括车辆、信号、通信、综合监控、站台门等关键技术。从国际电工委员会标准《铁路应用—城市轨道交通管理与控制系统》(IEC62290)对城市轨道交通全自动运行系统的功能需求出发,描述全自动运行系统功能需求及运营场景下的运营流程,针对完成此功能需求及运营流程的条件下,对适用于全自动运行系统的地铁车辆关键技术进行逐一论述。从监控轨道出发,列车需具备障碍物和脱轨检测功能,并具备将此信息上传至调度中心的功能;从监控乘客出发,列车需具备车门、站台门故障对位隔离功能,具备远程车辆广播、车门状态上报等功能;从监控列车出发,列车需增加自动唤醒、自动休眠装置。此外,列车关键子系统设备应采用多重冗余,以提升列车的可靠性、可用性、可维护性。     

基于Revit平台的地铁车辆段工艺正向设计基础研究

针对地铁车辆段建筑信息模型（BIM,Building Information Modeling）正向设计过程中,工艺设备构件库信息量无法满足设计使用需求的问题,提出了采用BIM正向设计技术进行地铁车辆段工艺设计的基本流程及信息流优化方式,研究了在工艺设计专业领域内基于Revit平台进行工艺设备多途径三维建模并自动化录入信息的方法。该研究成果可提升工艺设计协作效率,为地铁车辆段及其他工业厂房建设项目的工艺正向设计基础提供借鉴。     

随机振动过程中轮轨系统内的能量研究

研究目的:振动的传递实质上是振动能量的传递,但是目前在轨道交通减振降噪研究方面,从能量角度进行研究的却并不多见。为了揭示随机振动过程中轮轨系统中各结构的能量分配关系,继而实现更合理的减振降噪设计,本文基于哈密尔顿原理,建立车辆-轨道耦合振动模型,用以统计分析轨道不平顺引起的车辆、轨道与轮轨接触三个子系统随机振动的能量大小,并探讨轨道不平顺、车辆轴重、轨下支承刚度与阻尼对轮轨系统能量关系的影响。研究结论:(1)轨道不平顺激励引起的车辆子系统随机振动能量最多,而传递到轮轨接触子系统上的能量最少;(2)车辆子系统与轮轨接触、轨道子系统的能量呈负相关,轮轨接触子系统与轨道子系统的能量呈强线性相关;(3)各子系统能量的关系不受轨道不平顺激励的影响,但是轨道子系统的能量随着车辆轴重的增大或轨下支承刚度、阻尼的减小而增大;(4)该研究结论可为轨道交通减振降噪设计提供一定的理论依据。     

基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车—轨道—桥梁耦合系统动力分析的计算效率,基于耦合时变法及分离迭代法,提出了1种混合算法。该算法将列车—轨道—桥梁耦合系统分解为车辆—轨道子系统和桥梁子系统。其中,车辆—轨道子系统在每一时间步需根据车辆位置对系统刚度系数矩阵进行更新,具有时变的特性;桥梁子系统的系统动力系数矩阵在整个动力分析过程中保持不变;车辆—轨道子系统与桥梁子系统通过钢轨与桥梁间作用力的平衡迭代实现耦合。利用朔黄重载铁路32m简支梁桥现场试验数据与由混合算法计算得到的分析结果进行对比,验证了混合算法的可行性。采用耦合时变法和混合算法分别计算列车通过蒙华重载铁路黄河龙门大桥的动力响应,结果表明:采用相同的时间积分步长时,2种方法拥有相同的计算精度,但混合算法比耦合时变法具有更高的计算效率,求解耗时降低了75%。     

基于GSN方法的轨道交通车辆制动系统安全论证研究

制动系统与乘客人身财产安全密切相关,其发生故障所造成的后果十分严重,因此对制动系统开展安全评估具有重要的现实意义。针对我国地铁传统的安全评估活动中,安全证明文件的种类和数量具有庞大、繁杂、抽象、不易理解和接受的缺陷,明确安全论证的步骤及建模方法,介绍一种通过目标结构标记法(GSN)建立安全证明文件结构的方法,采用图形化语言呈现安全证明文件的逻辑结构,以提高安全评估的效率。针对轨道车辆制动系统的特点及其相关标准,利用GSN方法对轨道交通车辆制动系统的安全论证进行建模,详细阐述该模型的建立过程和注意事项以及建模意义,对我国轨道车辆制动系统的安全评估发展具有实际价值和意义。     

RAMS管理体系在轨道车辆车门系统中的构建和实施

论述轨道车辆车门系统引入RAMS(可靠性、可用性、可维护性、安全性)管理的重要作用。构建了轨道车辆车门系统RAMS管理体系,将RAMS管理理念与产品设计开发、生产制造和使用维护过程的各项工作相结合,在产品整个生命周期中卓有成效地开展RAMS工作。建立了信息化RAMS设计平台和FRACAS(故障报告、分析及纠正措施系统)平台,以优化资源提高工作效率,进一步提升产品质量,有效控制新产品研制、产品国产化等过程中的风险。     

轨道车辆碰撞吸能闭孔泡沫铝优选设计

基于不同应变率加载条件下不同密度闭孔泡沫铝能量吸收曲线,进行轨道车辆碰撞吸能用泡沫铝材料优选设计,实现了泡沫铝的高效选择。提出轨道车辆碰撞吸能用泡沫铝逆向设计流程与优选方法,通过初选碰撞场景,确定泡沫铝专用吸能元件设计总体需求,构建其标准化应力与单位体积标准化吸能量之间的映射关系,预选厚度,正向计算碰撞条件下的应变率及对应的能量吸收能力,并进行需求比对,循环迭代,直至收敛于最优密度及厚度。最后,通过动车组头车耐撞性吸能元件设计实例,验证了泡沫铝密度与厚度优选的高效性,所提方法可大大提高轨道车辆碰撞吸能用泡沫铝的选材效率。     

编组站综合自动化系统模拟技术研究

编组站综合自动化模拟系统根据SAM系统的总体设计思想、系统架构,针对集中控制、联锁、驼峰、车辆跟踪等主要功能,采用演绎法,利用经验的技术信息建模,设计搭建工程化的模拟系统,建立编组站作业动态模拟模型。SAM系统借助模拟模型,采用离线建模方式进行系统测试,验证系统的功能、性能等,提高系统的成熟度、可靠性。     

列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型建模与研究

为研究列车碰撞响应机理,基于多体动力学方法,建立包括轨道子系统、轮轨关系子系统、车钩缓冲器-防爬器子系统以及车辆子系统的列车纵向-垂向平面碰撞动力学模型。轨道子系统中将钢轨假设为离散点支撑的Timoshenko梁;轮轨关系子系统考虑了大蠕滑情况下轮轨切向力的计算;钩缓-防爬器子系统中考虑了车钩和防爬器转动以及动态因素对吸能特性的影响;车辆子系统中考虑了车端点头运动和吸能变形模式以及悬挂系统的非线性特性影响。采用显示数值积分方法,编制了该耦合系统的动力学仿真程序,并进行时域求解。将数值求解结果与有限元仿真和试验结果进行比较,验证了列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型的正确性。论文研究成果为进一步研究车辆主要结构参数对碰撞性能的影响规律、改善列车碰撞动力学行为以及新型耐撞性车辆设计提供了理论依据和仿真手段。     

基于BIM技术的接触网三维数字化设计软件研究

为满足铁路接触网设计BIM建模要求，解决当前接触网三维建模速度慢、软件参数化程度低等正向设计过程实施困难的问题，根据接触网专业的建模流程和设计人员的工作内容，提出以数据为依托的参数化建模解决方案。采用Openrail Designer软件进行接触网三维数字化设计软件开发，实现了协同设计平台路桥隧等专业接口资料获取，接触网构件参数化设计管理，支柱布置，腕臂、悬挂自动装配，二三维图纸同步和工程数量清单输出等功能，详细介绍了接触网支柱、腕臂、补偿装置等构件参数化建模的关键技术，专业间数据协同、接触网三维模型的自动创建以及二三维模型绑定等方法，促进了专业间数据的协同交互，提高了BIM模型的创建效率，为接触网BIM正向设计提供有效工具支撑。     

车辆—轨道系统横向耦合动力学的研究

本文基于车辆－轨道系统耦合动力学的基本思想，对横向耦合动力学进行了分析研究，从车辆，轨道、轮轨接触整体系统的角度，建立了车辆－轨道系统横向耦合模型，并编制了相应的计算机仿真实施软件包，用以分析高速、重载运输条件下车辆和轨道的横向相互作用，为车辆和轨道的轨道的最佳设计，最佳管理提供科学依据。     

车地协同下的联锁子系统HCPN建模与验证

联锁子系统作为站内行车安全的关键保障,是车地协同下的列车运行控制系统的重要组成部分。传统联锁子系统存在地面集中控制失效风险大、列车自主化程度低等不足,为顺应精简系统结构、降低运营成本和提升列车自主化的列控技术发展趋势,设计一种车地协同下的联锁子系统用于城际铁路。考虑多车间的进路冲突是影响子系统功能实现的关键因素,提出进路预延伸策略以避免列车间的进路冲突。为确保联锁子系统功能安全,采用一种基于层次着色Petri网(HCPN)的系统功能建模与验证方法。通过对联锁子系统的主要功能实现过程—进路建立过程进行分析,提取子系统的功能需求,以此建立顶层需求模型。为缩小底层实现与顶层需求之间的差距,建立基于数据及行为低抽象度表达的模块层模型,并在其中引入死锁控制策略实现对系统功能逻辑的完整表达。以冲突进路建立场景为模型的输入参数,执行验证过程,通过对模型标准状态空间性能分析,实现对模型正确性的检验。在此基础上,采用分支时序逻辑ASK-CTL公式与状态空间搜索算法相结合的验证方法,完成对子系统功能安全性的检验。研究结果表明:模型的行为特性同子系统预期相一致,能够正确表达系统的行为。所设计子系统满足功能安全需求,可为底层实现提供依据。     

基于SCADE的测速定位系统模型设计

针对列车测速定位系统的精度和可靠性直接影响着列车运行安全和效率的问题，提出了基于SCADE的测速定位系统模型设计，介绍SCADE需求建模以及模型验证方法，分析了一种测速定位模型；在SCADE平台上建立了测速定位系统的模型，通过仿真与验证，证明模型完全满足测速定位的系统需求与安全性。     

悬挂式空轨车辆空调系统设计与研究

与传统轨道交通制式相比,悬挂式空轨车辆与轨道梁之间的轮轨关系不尽相同,该新型轨道交通制式的特殊性,使得对车辆及其子系统轻量化、集成化设计安装要求更为严苛.按传统理念设计,空调系统很难完全满足车辆需求.因此,针对悬挂式空轨车辆的特点,结合空调系统功能需求,设计研发了一套高集成度、轻量化的空调系统,该空调系统设备均优于车辆...