鐵路選線理論及發(fā)展趨勢(shì)

鐵路選線理論及開(kāi)展歷史西南交通大學(xué)易思蓉2021年10月1鐵路選線理論體系鐵路選線理論的歷史軌跡鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)理論鐵路選線動(dòng)力學(xué)理論鐵路環(huán)境選線理論鐵路選線理論的開(kāi)展趨勢(shì)主要內(nèi)容21、鐵路選線理論體系鐵路選線的根本原理與任務(wù)鐵路選線根本理論鐵路選線方法3鐵路選線的根本任務(wù)與原理4鐵路選線的根本任務(wù)與原理5鐵路選線的根本任務(wù)與原理6鐵路選線的根本任務(wù)與原理7鐵路選線的根本理論8鐵路選線的理論根底解析幾何動(dòng)力學(xué)工程經(jīng)濟(jì)學(xué)工程地質(zhì)學(xué)測(cè)繪科學(xué)環(huán)境科學(xué)鐵路選線的根本理論9鐵路選線的根本理論10鐵路選線的根本理論11鐵路選線的根本理論12鐵路選線的根本理論13鐵路選線的根本理論14鐵路選線的根本理論15鐵路選線的根本理論16鐵路選線方法野外實(shí)地選線室內(nèi)紙上選線航測(cè)選線遙感選線計(jì)算機(jī)輔助選線17鐵路選線理論體系鐵路選線理論的歷史軌跡鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)理論鐵路選線動(dòng)力學(xué)理論鐵路環(huán)境選線理論鐵路選線理論的開(kāi)展趨勢(shì)主要內(nèi)容181825年,第一條公用鐵路從英格蘭的托克頓(Stockton)到達(dá)靈頓(Darlington)，由喬治·斯蒂芬森(GeorgeStephenson)及其兒子羅伯特(Robert)建成。自那時(shí)以來(lái)，在19世紀(jì)世界各地建成了大量的鐵路〔美國(guó)鐵路始建于1830年，法國(guó)1832年，德國(guó)1835年，俄羅斯1837年，意大利1839年，加拿大1840年，墨西哥1850年，印度1853年，日本1872年，中國(guó)1881年〕。為了鐵路的平安、經(jīng)濟(jì)和高效修建，有關(guān)鐵路選線理論和方法的文獻(xiàn)在各國(guó)都發(fā)表過(guò)不少。鐵路選線理論的歷史軌跡19鐵路選線理論的歷史軌跡20鐵路選線理論的歷史軌跡21鐵路選線理論的歷史軌跡美國(guó)美國(guó)在鐵路選線理論中的最大奉獻(xiàn)是典定了鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)的根底，并在復(fù)雜地形地質(zhì)區(qū)域選線、城市鐵路選線、牽引計(jì)算、車-線動(dòng)力學(xué)、鐵路大系統(tǒng)中形成了理論體系22鐵路選線理論的歷史軌跡美國(guó)1877年，美國(guó)工程師惠靈頓(WellingtonArthurM.)根據(jù)他在美國(guó)和墨西哥積累的鐵路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，出版了他的?鐵路選線經(jīng)濟(jì)理論?〔TheEconomicTheoryoftheLocationofRailway〕的第1版。該書(shū)直到20世紀(jì)初期還屢次修訂和增訂?；蒽`頓為美國(guó)鐵路定線設(shè)計(jì)創(chuàng)立了一個(gè)理論體系歐美的鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)根本上是在惠靈頓的理論根底上開(kāi)展。23鐵路選線理論的歷史軌跡24鐵路選線理論的歷史軌跡美國(guó)1900年，美國(guó)鐵路工程協(xié)會(huì)(AmericanRailwayEngineeringAssociation-AREA)發(fā)布了第1期年報(bào)〔AREAEngineeringProceeding〕；在該年報(bào)中，報(bào)道了“選線與坡度的改善〞的研究工程成果。關(guān)于曲線坡度折減問(wèn)題：AREA根據(jù)曲線所在坡段的不同情況，給定了0.03%~0.05%的折減值。美國(guó)所有的鐵路都是私營(yíng)的。各個(gè)鐵路所在地區(qū)的地形不盡相同，運(yùn)營(yíng)傳統(tǒng)也不盡相同，因而無(wú)法作出詳細(xì)規(guī)程，但美國(guó)鐵路工程協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)是需要在全國(guó)應(yīng)用的規(guī)定。25鐵路選線理論的歷史軌跡26鐵路選線理論的歷史軌跡美國(guó)1910年，美國(guó)Illinois大學(xué)鐵道工程系主任，EdwardC.Schmidt教授，在Illinois鐵路中心的做了一系列試驗(yàn)——Schmidt-Tuthill試驗(yàn)，該試驗(yàn)確定了貨物列車的車輛重量、列車速度和列車阻力之間的關(guān)系，其形式為：R=A+BV+CV2通常通過(guò)試驗(yàn)確定計(jì)算式的參數(shù)。Schmidt教授按每5t變化繪制了列車重量從20t到75t貨物列車的速度與阻力之間的關(guān)系曲線，速度范圍是10-40mph，并推導(dǎo)了相應(yīng)的阻力計(jì)算公式。27鐵路選線理論的歷史軌跡美國(guó)1937年，教授在Illinois鐵路中心重復(fù)了Schmidt教授的試驗(yàn)，并將速度延伸至70mph。基于Schmidt-TuthillExperiments試驗(yàn)資料，綜合考慮滾動(dòng)局部、軸承、輪緣等摩擦影響，推導(dǎo)出以下空氣阻力公式：28鐵路選線理論的歷史軌跡美國(guó)1917年，美國(guó)的克利門(mén)特·G·威廉母(ClementG.Williame)教授繼續(xù)惠靈頓的工作，撰寫(xiě)了一本大學(xué)教科書(shū)——?鐵路選線設(shè)計(jì)?(DesignofRailwayLocation)，并于1924年出了修訂版。在該書(shū)中，威廉斯詳細(xì)闡述了選線設(shè)計(jì)原理。威廉斯在他的修訂本中增加了電力牽引、改線設(shè)計(jì)、最大坡度削減、增建二線和城市間鐵路選線等內(nèi)容。在20世紀(jì)初期，這些內(nèi)容在美國(guó)都是新問(wèn)題。而且，基于相關(guān)鐵路經(jīng)濟(jì)的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的積累，和新型鐵路設(shè)備研究工作中獲得的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，使該書(shū)中介紹的選線設(shè)計(jì)原理很適合當(dāng)時(shí)的工程實(shí)際。29鐵路選線理論的歷史軌跡30鐵路選線理論的歷史軌跡31鐵路選線理論的歷史軌跡32鐵路選線理論的歷史軌跡法國(guó)法國(guó)在鐵路建設(shè)中，一貫重視標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化工作，早在1842年，法國(guó)制定了最早的鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)。如今，國(guó)際鐵路聯(lián)盟的許多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，是依據(jù)法國(guó)鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制定的。33鐵路選線理論的歷史軌跡法國(guó)1884年，法國(guó)橋梁與道路〔PointsETChaussees〕部公布了由橋梁與道路總監(jiān)帕蒂奧特〔L.Partiot〕撰寫(xiě)的“InstructionpourlaPreparationdesProjetsetlaSurveillancedesTravauxdeConstructiondelaPlate-FormedesCheminsdeFer〞?！茶F路線路與站場(chǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工指南〕。該指南詳細(xì)表達(dá)了選線和車站的調(diào)查、研究和設(shè)計(jì)的方法，以及工程量的計(jì)算方法。這個(gè)指示可視為是早期的精彩作品。34鐵路選線理論的歷史軌跡35鐵路選線理論的歷史軌跡36鐵路選線理論的歷史軌跡37鐵路選線理論的歷史軌跡法國(guó)1949年，由主管法國(guó)國(guó)有鐵路改建的工程師奧克塔弗-勒迪克(OctaveLeduc)出版了?CoursdeCheminsdeFer?(?電氣化鐵路工程?)一書(shū)。該書(shū)提供了有關(guān)電氣化鐵路的資料。勒維和勒迪克的著作促進(jìn)了鐵路優(yōu)化與標(biāo)準(zhǔn)的研究。38鐵路選線理論的歷史軌跡39鐵路選線理論的歷史軌跡40鐵路選線理論的歷史軌跡法國(guó)1960年代，法國(guó)鐵路利用BB9200燃?xì)廨唲?dòng)車在200~250km/h的速度下進(jìn)行乘客舒適度試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：旅客在頻率14Hz、水平加速度為0.05g的作用下，經(jīng)過(guò)5小時(shí)30分后感到疲倦；1960年代，法國(guó)在運(yùn)營(yíng)線上進(jìn)行了試驗(yàn)列車以200km/h的速度通過(guò)曲線，產(chǎn)生的欠超高到達(dá)103mm〔0.068g〕，乘客認(rèn)為舒適度是允許的。法國(guó)東南新干線上的長(zhǎng)期跟蹤試驗(yàn)該線最大欠超高均為130mm，運(yùn)行十幾年，旅客反映舒適度可以。41鐵路選線理論的歷史軌跡42鐵路選線理論的歷史軌跡德國(guó)1900年，德國(guó)的弗美蘭-克羅伊特(FranzKreuter)撰寫(xiě)了一本有關(guān)鐵路、道路和運(yùn)河選線原理方面的綜合著作-?LinienfuhrungderEisenbahnenundSonstigenVerkehrswege?。在這本書(shū)中，鐵路定線的表達(dá)構(gòu)成它的主要局部。早在那個(gè)年代以前，德國(guó)工程師對(duì)機(jī)車車輛阻力和牽引力已有相當(dāng)深入的研究，并且，他們?cè)谏絽^(qū)鐵路定線中已有假設(shè)干經(jīng)驗(yàn)。43鐵路選線理論的歷史軌跡44鐵路選線理論的歷史軌跡德國(guó)1911年和1913年，俄羅斯工程師李比茲〔Lipetz〕和德國(guó)人翁賴恩(Unrein)等，在機(jī)車性能和列車阻力原有研究工作的根底上，推導(dǎo)出繪制列車運(yùn)行速度-距離〔v-s〕曲線和時(shí)間-距離(t-s)曲線的圖解方法。這些圖解曲線在機(jī)車牽引性能與線路坡度、線路曲線之間建立起力學(xué)關(guān)系。圖解法又用來(lái)獲得列車的燃料〔能量〕消耗和時(shí)間消耗。李比茲、翁賴恩和其他工程師在這方面的進(jìn)一步開(kāi)展，奠定了歐洲和前蘇聯(lián)鐵路線路設(shè)計(jì)的新根底。45鐵路選線理論的歷史軌跡德國(guó)1940年，威廉姆-密勒〔WilhelmMuller〕教授出版了?DieFahrdynamikderVerkehrsmittel?。在這本書(shū)中，鐵路、公路、水運(yùn)和航空線上的交通工具運(yùn)動(dòng)力學(xué)，全部用圖解法來(lái)處理。從不同交通工具運(yùn)動(dòng)的圖解，可以估算出全部能量消耗、時(shí)間消耗和費(fèi)用。在當(dāng)時(shí)，密勒的成就就大大促進(jìn)了運(yùn)輸線的設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。46鐵路選線理論的歷史軌跡47鐵路選線理論的歷史軌跡48鐵路選線理論的歷史軌跡俄羅斯〔前蘇聯(lián)〕俄羅斯〔前蘇聯(lián)〕的第一條鐵路建設(shè)1837年。在實(shí)際領(lǐng)域中，前蘇聯(lián)1524mm軌距鐵路的運(yùn)輸密度是全世界最高的，機(jī)車車輛利用率在全世界也是很高的。前蘇聯(lián)鐵路一般不追求高速列車，僅在最繁忙的客運(yùn)線上，才注意提高旅客列車的速度。俄羅斯在牽引計(jì)算、選線經(jīng)濟(jì)學(xué)原理、既有線改建設(shè)計(jì)原理等方面建立了自己的理論和方法。49鐵路選線理論的歷史軌跡俄羅斯〔前蘇聯(lián)〕1938年，高林諾夫〔АВГоринов〕教授出版了一本與前書(shū)同名的?鐵路設(shè)計(jì)?〔ПроектированпеЖелеэнътхПорог〕，并于1948年加以修訂與補(bǔ)充。該書(shū)可能是一本內(nèi)容最廣泛而又最詳細(xì)的書(shū)。高林諾夫的這本書(shū)，除鐵路選線設(shè)計(jì)原理這些常規(guī)論述之外，還包括鐵路運(yùn)營(yíng)實(shí)踐等廣泛的范圍：如經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的調(diào)查、運(yùn)量預(yù)測(cè)、貨流組織、車站及樞紐布置圖、機(jī)車運(yùn)用、河流橋渡和涵洞設(shè)計(jì)的水文計(jì)算以及管理界線的劃分。該書(shū)籍的另一特點(diǎn)是，詳細(xì)介紹了既有鐵路能力加強(qiáng)和改建方法，強(qiáng)調(diào)以最小代價(jià)和費(fèi)用進(jìn)行改建的方法。50鐵路選線理論的歷史軌跡俄羅斯〔前蘇聯(lián)〕1940年代，前蘇聯(lián)開(kāi)始用角圖面積等于漸伸線長(zhǎng)度，基于設(shè)計(jì)與既有曲線的角圖面積差等于撥距的原理，用既有曲線的角圖來(lái)選配設(shè)計(jì)曲線半徑，可借助二者的角圖面積差直觀地估計(jì)各測(cè)點(diǎn)的撥距。51鐵路選線理論的歷史軌跡俄羅斯〔前蘇聯(lián)〕1950年代，高林諾夫教授建議了一種選擇鐵路限制坡度的方法，其原理是：首先，由紙上定線取得三個(gè)坡度方案，在運(yùn)量條件下計(jì)算其經(jīng)濟(jì)效果。在費(fèi)用C與相應(yīng)的坡度標(biāo)準(zhǔn)G為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)紙上，得到三個(gè)經(jīng)濟(jì)效果點(diǎn)，根據(jù)高林夫的研究，不同點(diǎn)的的軌跡總是呈拋物線形狀。推導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)函數(shù)C=f(G)，尋求最小費(fèi)用C的點(diǎn)，所需的坡度方案就得到了。高林諾夫的結(jié)果僅僅是在機(jī)車類型和其他定線標(biāo)準(zhǔn)都已確定條件下的“最好〞方案。52鐵路選線理論的歷史軌跡53鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)中國(guó)鐵路興建之初，選線設(shè)計(jì)工作多為外國(guó)人把持。作為一門(mén)學(xué)科，從根本理論到所含內(nèi)容，以及設(shè)計(jì)方法等等，很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在我國(guó)未真正形成。1949年以前，中國(guó)鐵路選線工作和工程教育界主要受美國(guó)鐵路實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和惠靈頓、威廉斯理論的影響1949年以后，前蘇聯(lián)書(shū)籍和鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)成為中國(guó)大學(xué)課程和實(shí)際設(shè)計(jì)的主要參考書(shū)。54鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)鐵路歷史：1875年(光緒元年)上海到吳淞口輕便窄軌鐵路；1880年唐山～胥各莊礦區(qū)輕便鐵路，馬牽引；1881年改用簡(jiǎn)易蒸汽機(jī)車牽引。唐胥鐵路用蒸汽機(jī)車55鐵路選線理論的歷史軌跡56鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)詹天佑在京張鐵路設(shè)計(jì)堅(jiān)持采用1435mm的軌距，并建議以1435mm作為全國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)軌距；詹天佑監(jiān)督編定了“京張鐵路標(biāo)準(zhǔn)圖〞、隧道施工組織規(guī)劃、京張鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)，包括行車、養(yǎng)路、機(jī)車、巡警、電報(bào)等規(guī)那么共33章，可以說(shuō)該標(biāo)準(zhǔn)是中國(guó)歷史上最早的設(shè)計(jì)與管理標(biāo)準(zhǔn)。1909~1919年，詹天佑先后領(lǐng)導(dǎo)了粵漢與漢粵川鐵路的修建，將粵漢鐵路展修到韶關(guān)北的鳥(niǎo)石站，修正了粵漢川鐵路的接軌站和路線方向。57鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)1936年之前，隨著鐵路路網(wǎng)的開(kāi)展，中國(guó)工程師通過(guò)自己勘測(cè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在適應(yīng)地形選定一條工程量小、路線直短的鐵路方面，有著卓越的成就。如，1929年我國(guó)選線專家劉寶善等在粵漢路株〔洲〕韶〔關(guān)〕段樂(lè)昌-柳州間，經(jīng)過(guò)認(rèn)真勘測(cè)，選定的方案比外國(guó)工程師選的線路方案順直而被采納。58鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)高等學(xué)校的“選線設(shè)計(jì)〞課是鐵路工程課演進(jìn)開(kāi)展而形成的。我國(guó)最早開(kāi)設(shè)的鐵路工程課是1910年唐山路礦學(xué)堂〔西南交通大學(xué)的前身〕開(kāi)設(shè)的。上世紀(jì)30年代前多采用英美教材。40年代中后期，我國(guó)學(xué)者開(kāi)始結(jié)合中國(guó)實(shí)際編寫(xiě)鐵路工程類教材，如凌鴻勛所著的?中國(guó)鐵路概論?〔1940年由國(guó)立編譯館出版〕，張澤熙編著的?鐵路工程?〔上、下冊(cè)〕，張超編著的?鐵路工程學(xué)?〔1942〕、王竹亭編著的?鐵路選線設(shè)計(jì)與方案學(xué)?〔1945-共四冊(cè)〕等；這些教材奠定了我國(guó)鐵路選線設(shè)計(jì)理論的根底，起到了開(kāi)拓奠基的作用。59鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)1949年新中國(guó)成立后，隨著鐵路設(shè)計(jì)任務(wù)日益繁重，出現(xiàn)了勘測(cè)設(shè)計(jì)力量缺乏，設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，缺乏指導(dǎo)性設(shè)計(jì)文件〔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、定型設(shè)計(jì)、勘測(cè)細(xì)那么等〕等一系列重大問(wèn)題。鐵道部成立了專門(mén)的勘測(cè)設(shè)計(jì)總隊(duì)，并逐漸開(kāi)展成為專業(yè)性的設(shè)計(jì)院，鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐和理論，都有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。60鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)逐漸完善1952年，成立了18個(gè)勘測(cè)設(shè)計(jì)總隊(duì)1953年成立了五個(gè)地區(qū)的設(shè)計(jì)分院，分別領(lǐng)導(dǎo)西北、西南、中南、華北、東北的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。1956年設(shè)計(jì)局與分局已擴(kuò)大為設(shè)計(jì)總局及設(shè)計(jì)院，并成立了工業(yè)運(yùn)輸設(shè)計(jì)院及大橋、工廠、電務(wù)〔包括站場(chǎng)〕、定型設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)調(diào)查、航測(cè)等專門(mén)性的設(shè)計(jì)事務(wù)所。1957~1958年間，對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)作了調(diào)整，設(shè)立四個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)院和一個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)總局與工程總局、根本建設(shè)局合并為根本建設(shè)總局。61鐵路選線理論的歷史軌跡62鐵路選線理論的歷史軌跡63鐵路選線理論的歷史軌跡64鐵路選線理論的歷史軌跡65鐵路選線理論的歷史軌跡66鐵路選線理論的歷史軌跡67鐵路選線理論的歷史軌跡68鐵路選線理論的歷史軌跡69鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)鐵路選線學(xué)科開(kāi)展1953年院系調(diào)整后，唐山鐵道學(xué)院成立選線設(shè)計(jì)教研室，開(kāi)始引進(jìn)蘇聯(lián)教材。1954年，王竹亭編寫(xiě)出版了?鐵路選線手冊(cè)?，該書(shū)作為他編之前編寫(xiě)的?鐵路選線及方案學(xué)?的第五冊(cè)。?鐵路選線及方案學(xué)?是用中文出版的鐵路選線設(shè)計(jì)學(xué)科的第一部系統(tǒng)、全面的專著。1962年，王竹亭、張澤熙、王柢等共同翻譯出版了蘇聯(lián)科學(xué)院通訊院士高林諾夫新著的?鐵路設(shè)計(jì)?〔共三卷8冊(cè)〕。1957~1958、1962年，唐山鐵道學(xué)院選線設(shè)計(jì)教研組分別編寫(xiě)出版了?鐵路設(shè)計(jì)?上、下冊(cè)；全國(guó)鐵道工程高校均采用此教材，一直用到1977年。70鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)鐵路選線學(xué)科開(kāi)展1979年，為了適應(yīng)新教學(xué)方案的需要，在第三次統(tǒng)編教材研討會(huì)上，選線設(shè)計(jì)課正式定名為“鐵路選線設(shè)計(jì)〞，并由西南交通大學(xué)郝瀛教授主編出版了第三本鐵路選線設(shè)計(jì)課程統(tǒng)編教材?鐵路選線設(shè)計(jì)?。1987年由西南交通大學(xué)郝瀛教授任主編對(duì)79版教材進(jìn)行了完善和修訂，由中國(guó)鐵道出版社出版了第四本統(tǒng)編教材?鐵路選線設(shè)計(jì)?。這些統(tǒng)編教材為全國(guó)六所鐵路土建類高校所采用，也成為現(xiàn)場(chǎng)鐵路設(shè)計(jì)人員的主要參考書(shū)。71鐵路選線理論的歷史軌跡中國(guó)鐵路選線學(xué)科不斷開(kāi)展2001年，為了適應(yīng)土木工程專業(yè)鐵道方向、工程測(cè)量專業(yè)及交通運(yùn)輸專業(yè)選線設(shè)計(jì)課程教學(xué)的需要，由西南交通大學(xué)易思蓉主編出版了新版?鐵路選線設(shè)計(jì)?教材。2021年，對(duì)?鐵路選線設(shè)計(jì)?作了全面的修訂，出版了?鐵路選線設(shè)計(jì)?〔第三版〕。?鐵路選線設(shè)計(jì)?〔第三版〕是第一本將高速鐵路選線理論作為根本知識(shí)融合到各章節(jié)中的選線設(shè)計(jì)教材。72鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)73鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的內(nèi)容74鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的內(nèi)容75鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的內(nèi)容美國(guó)的選線方案評(píng)價(jià)方法在他的?鐵路工程?中系統(tǒng)闡述了鐵路運(yùn)量特征〔Natureofrailroadtraffic〕，介紹了鐵路運(yùn)量預(yù)測(cè)方法和運(yùn)量吸引范圍確實(shí)定方法；收益與本錢〔“revenuesandcosts〞〕，包括鐵路運(yùn)營(yíng)總支出、運(yùn)營(yíng)收益、運(yùn)營(yíng)支出以及單位本錢和統(tǒng)計(jì)方法；以及基于經(jīng)濟(jì)學(xué)的定線原理〔“LocationProcess〕，主要介紹了鐵路定線的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮運(yùn)量、距離、曲線、升降〔克服高程〕、坡度率以及牽引特性等影響因素的，最經(jīng)濟(jì)的線路方案評(píng)選方法。76鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型77鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型鐵路運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算方法美國(guó)運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算方法將影響鐵路運(yùn)營(yíng)支出的主要因素分為五項(xiàng)：機(jī)車性能——按確定的機(jī)車計(jì)算，不參與比選限制坡度設(shè)計(jì)線方案的長(zhǎng)度或距離線路縱斷面的升降高度曲線偏總偏角表示的曲線78鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型美國(guó)運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算方法限制坡度在給定運(yùn)量的情況下，限制坡度較陡的方案的列車重量較輕，而列車數(shù)較多。每增加1列車英里，將比限制坡度平緩方案消耗更多的人力和能量，以貨幣表示為：每列車英里的平均費(fèi)用×由列車英里影響的百分?jǐn)?shù)從列車英里的年度差額，可得到不同限制坡度之間運(yùn)營(yíng)支出的差額。79鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型美國(guó)運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算方法設(shè)計(jì)線方案的長(zhǎng)度或距離按照美國(guó)AREA的研究工作，距離的影響可分為三級(jí)：距離小于1英里、距離在1~10英里之間、距離大于10英里。這三種距離對(duì)運(yùn)營(yíng)支出的影響百分?jǐn)?shù)不同：距離對(duì)運(yùn)營(yíng)支出的影響=每年?duì)恳那Э傊貒崝?shù)×減少〔或增加〕距離〔英里數(shù)〕×由該級(jí)距離影響的百分?jǐn)?shù)×每千總重噸英里的平均費(fèi)用80鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型美國(guó)運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算方法線路縱斷面的升降高度升降高度對(duì)運(yùn)營(yíng)支出的影響分為三級(jí)：A級(jí)：升降高度很小，無(wú)額外能量消耗，列車速度無(wú)明顯變化。B級(jí)：上坡時(shí)需要少量額外動(dòng)力，但下坡時(shí)無(wú)需制動(dòng)。C級(jí)：上坡時(shí)能耗很多，下坡時(shí)需要制動(dòng)。升降高度的每一級(jí)都對(duì)運(yùn)營(yíng)支出影響的不同百分?jǐn)?shù)。81鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型美國(guó)運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算方法線路縱斷面的升降高度平均列車阻力〔包括直線段和曲線段〕可取為10磅/噸。這個(gè)阻力值的大小與爬上一個(gè)0.5%的上坡，即26.4英尺/英里的上坡相當(dāng)。換言之，26.4英尺的升降與1英里長(zhǎng)度的阻力相同。因此，升降高度總費(fèi)用=千總重噸×當(dāng)量英里×每千克總重噸英里單位支出×該級(jí)升降高度影響的百分?jǐn)?shù)。82鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型美國(guó)運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算方法曲線偏總偏角表示的曲線基于美國(guó)鐵路長(zhǎng)期試驗(yàn)，列車在直線軌道上的阻力，約為8磅/噸〔4千克/米制噸〕，曲線阻力約為0.8磅/噸-度曲線，也就是10度曲線軌道，其阻力為直線阻力的兩倍。528度的中心角，不管曲度大小與軌道長(zhǎng)度，均等于1英里曲線〔1英里=5280英尺〕。曲率對(duì)運(yùn)營(yíng)支出的影響=千總重噸×當(dāng)量曲線英里×每千總重噸英里的平均費(fèi)用×曲率影響的百分?jǐn)?shù)83鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型德國(guó)、前蘇聯(lián)、中國(guó)運(yùn)營(yíng)支出計(jì)算方法計(jì)算列車質(zhì)量：對(duì)于客貨共線鐵路，定線設(shè)計(jì)一般按照貨物列車，并適當(dāng)考慮旅客列車的運(yùn)行來(lái)完成。貨物列車的質(zhì)量，由方案所采用的機(jī)車類型和限制坡度計(jì)算確定。對(duì)于客運(yùn)專線，按旅客列車編組計(jì)算列車質(zhì)量。以列車運(yùn)動(dòng)方程式為依據(jù)，繪制速度-距離曲線和時(shí)間-距離曲線。計(jì)算電力、燃料和時(shí)間的消耗；克服施加于列車的所有阻力所做的機(jī)械功，和制動(dòng)系數(shù)所做的功。84鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型85鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型兩種方法的比較如何處理列車運(yùn)行的力學(xué)關(guān)系在美國(guó)鐵路設(shè)計(jì)中，機(jī)車的牽引力減去在每一坡道上的總阻力，得到力挽鉤牽引力，即凈牽引力。以額定速度之下的挽鉤牽引力，可算出任一限制坡度和制定車輛的列車重量。中國(guó)和前蘇聯(lián)的定線計(jì)算中，列車重量是用不同的限制坡度值，對(duì)應(yīng)于單一的機(jī)車牽引力計(jì)算出的。事實(shí)上，計(jì)算公式中包含了從總牽引力中扣除機(jī)車阻力考慮。在牽引質(zhì)量的計(jì)算公式中，機(jī)車牽引力的值的大小與坡度和其他影響因素?zé)o關(guān)，是完全獨(dú)立的，其值隨機(jī)車類型和操作制選取而變化。86鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型87鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型88鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型兩種方法的比較運(yùn)營(yíng)支出的計(jì)算歐洲和前蘇聯(lián)的工程師們，是前一代工程師們卻奉獻(xiàn)了列車運(yùn)動(dòng)力學(xué)圖解法。在這個(gè)理論根底上，結(jié)合費(fèi)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，擬定出各自適用的方法。在中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)中，列車數(shù)、升降高度和距離的影響，反映在能量消耗和燃料消耗，所做的機(jī)械功和制動(dòng)功以及V-S、T-S曲線得到的時(shí)間消耗各項(xiàng)之中。與費(fèi)用統(tǒng)計(jì)的適當(dāng)分析相結(jié)合，能量消耗和時(shí)間消耗，是從列車的機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析中產(chǎn)生的，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)能夠幫助建立能量消耗和時(shí)間消耗的數(shù)學(xué)模型。89鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型美國(guó)的選線方案評(píng)價(jià)方法在他的?鐵路工程?中系統(tǒng)闡述了鐵路運(yùn)量特征〔Natureofrailroadtraffic〕，介紹了鐵路運(yùn)量預(yù)測(cè)方法和運(yùn)量吸引范圍確實(shí)定方法；收益與本錢〔“revenuesandcosts〞〕，包括鐵路運(yùn)營(yíng)總支出、運(yùn)營(yíng)收益、運(yùn)營(yíng)支出以及單位本錢和統(tǒng)計(jì)方法；以及基于經(jīng)濟(jì)學(xué)的定線原理〔“LocationProcess〕，主要介紹了鐵路定線的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮運(yùn)量、距離、曲線、升降〔克服高程〕、坡度率以及牽引特性等影響因素的，最經(jīng)濟(jì)的線路方案評(píng)選方法。90鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型選線方案評(píng)價(jià)模型美國(guó)的?鐵路工程?中的方法BasicLocationFormula(根本定線方法-贏利率法)AnnualCost(年本錢法)：91鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型選線方案評(píng)價(jià)模型美國(guó)的?鐵路工程?中的方法Benefit/Cost(B/C)Ratio(利益/本錢)比率其他準(zhǔn)那么——現(xiàn)值法92鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型93鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型94鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型95鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型96鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型97鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型98鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型99與其它建設(shè)的配合程度滿足能力的程度經(jīng)濟(jì)合理性技術(shù)合理性社會(huì)效益環(huán)境影響選線方案綜合評(píng)價(jià)方案1方案2方案n指標(biāo)S1指標(biāo)S2指標(biāo)Sn指標(biāo)T1指標(biāo)T2指標(biāo)Tn指標(biāo)F1指標(biāo)F2指標(biāo)Fn目標(biāo)層準(zhǔn)那么層指標(biāo)層方案層多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)層次分析模型鐵路選線經(jīng)濟(jì)學(xué)模型100鐵路選線動(dòng)力學(xué)101鐵路選線動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容102鐵路選線動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容動(dòng)力特性指標(biāo)旅客舒適度車輛縱向加速度、橫向加速度、垂向加速度加速度時(shí)變率組合加速度及其時(shí)變率平安度車輛脫軌條件列車脫鉤條件車輛縱向相對(duì)位移車輛垂向相對(duì)位移車輛橫向相對(duì)位移103鐵路選線動(dòng)力學(xué)模型質(zhì)點(diǎn)模型將列車視為全部質(zhì)量集中于列車質(zhì)點(diǎn)處列車連續(xù)模型將列車視為質(zhì)量均勻分布的連續(xù)桿構(gòu)，研究列車運(yùn)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題104鐵路選線動(dòng)力學(xué)模型列車離散模型列車穩(wěn)態(tài)模型

列車在常力或緩變力的作用下作等速或等加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，列車單元之間沒(méi)有或幾乎沒(méi)有相對(duì)位移，從而列車運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，不會(huì)發(fā)生縱向沖擊運(yùn)動(dòng)。105鐵路選線動(dòng)力學(xué)模型列車離散模型列車準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型是介于穩(wěn)態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型之間的仿真模型。它以前兩種模型為根底，并吸收它們的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)列車中不發(fā)生沖擊作用時(shí)，它用穩(wěn)態(tài)模型快速計(jì)算車鉤力，而當(dāng)有沖擊發(fā)生時(shí),那么按動(dòng)態(tài)方法計(jì)算沖擊力。故準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型比穩(wěn)態(tài)模型更為完善，比動(dòng)態(tài)模型更為實(shí)用。106鐵路選線動(dòng)力學(xué)模型列車離散模型列車準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型是介于穩(wěn)態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型之間的仿真模型。它以前兩種模型為根底，并吸收它們的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)列車中不發(fā)生沖擊作用時(shí)，它用穩(wěn)態(tài)模型快速計(jì)算車鉤力，而當(dāng)有沖擊發(fā)生時(shí),那么按動(dòng)態(tài)方法計(jì)算沖擊力。故準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模型比穩(wěn)態(tài)模型更為完善，比動(dòng)態(tài)模型更為實(shí)用。107鐵路選線動(dòng)力學(xué)模型車輛實(shí)體模型以單個(gè)車輛視為鋼體，研究車輛-線路動(dòng)力學(xué)問(wèn)題單輪對(duì)簡(jiǎn)化模型轉(zhuǎn)向架半車模型整車模型

108鐵路選線動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)109鐵路選線動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)110鐵路選線動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)列車縱向運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)〔一〕牽引計(jì)算確定某時(shí)、某處或某種速度對(duì)應(yīng)下單元及列車的各種力的取值。確定某種機(jī)型、某種限制坡度所對(duì)應(yīng)的列車牽引質(zhì)量，及起動(dòng)條件限制、到發(fā)線有效長(zhǎng)條件限制等各種限制條件下?tīng)恳|(zhì)量的檢算功能。確定列車運(yùn)行過(guò)程中速度、距離、時(shí)間三者間的關(guān)系，V-S曲線、S-t曲線。確定功能及燃料消耗。111鐵路選線動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)列車縱向運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)〔二〕列車運(yùn)行及操縱