动态综合测试期间北京大兴国际机场线高架区间列车运行平稳性异常原因分析

田桂艳 程永谊

（1.北京城市轨道交通咨询有限公司，北京 100068；2.城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室，北京 100068；3.铁科院（北京）工程咨询有限公司，北京 100081）

随着城市的发展和扩张，地铁已成为居民出行必不可少地交通工具，其运营品质也越来越受到人们的重视。以往的城市轨道交通工程验收以静态验收为主，不能全面反映工程的完成质量，以致线路开通运营后病害多发［1-3］，给运营维修保养工作造成极大困扰。动态综合测试能有效弥补静态验收的不足，验证列车运营条件下系统间相互作用状态，确保系统匹配良好，从而保证线路开通后运营质量。

2019 年 7 月 1 日，交通运输部印发交办运〔2019〕17 号《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范第 1 部分：地铁和轻轨》［4］，明确要求城市轨道交通初期运营前需开展轮轨系统、弓网关系等系统联动测试，确定各系统之间的协同工作性能，以保障新建线路运营的安全性和舒适性。北京地铁积极响应政策要求，在北京大兴国际机场线动车调试和试运行阶段引入动态综合测试，对列车正常运行条件下轮轨系统、弓网关系、路基结构、桥梁结构等进行全面检测。

本文通过阐述检测过程中列车运行平稳性异常问题发现、分析、整治和复测的过程，验证动态综合测试对发现及解决新建线路病害隐患、保障新线运营安全性与舒适性的必要性。

1 列车运行平稳性及其评定方法

列车运行平稳性是评价列车运行质量的关键指标，其优劣与列车状况、线路状况、轨道结构等因素相关，例如列车通过过渡段等位置，平稳性会出现明显变化。此外，车辆悬挂参数、列车蛇行运动等都会对列车运行平稳性产生一定的影响［5-6］。

GB 5599—85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》［7］对地铁列车运行平稳性的测试方法和评价标准给出了明确规范。列车运行平稳性基于Sperling平稳性指标进行评定，按式（1）计算。

式中：W为平稳性指标；A为振动加速度，g；f为振动频率，Hz；F（f）为频率修正系数。

依据GB 5599—85 规定的方法，采用20 s 数据进行频谱平均得出的平稳性指标W确定列车运行平稳性的等级评定，见表1，垂向和横向平稳性采取相同的评定等级。

表1 列车运行平稳性等级

根据《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范 第1 部分：地铁和轻轨》规定，新建城市轨道交通工程列车运行平稳性指标应小于2.5。

2 列车运行平稳性测试及数据分析

北京大兴国际机场线设计速度160 km/h，为保障线路的安全顺利开通，在项目动车调试和试运行期间开展了动态综合测试工作，发现列车运行至高架部分区段出现异常晃动现象。

根据标准要求，列车运行平稳性测试时在车体相应位置安装振动加速度传感器，如图1 所示（b1为垂向，b2为横向）。测试数据表明，列车在140 km/h 速度下运行至高架部分区段时，平稳性指标出现超限情况，K14—K24区段平稳性指标最大值见表2，超过2.5标准限制要求。

图1 测点位置

表2 K14—K24区段平稳性指标最大值

针对该区段列车运行平稳性指标超限问题，为了将平稳性指标与行车速度和线路里程位置对应分析，对测试数据进行2 s时间计权的平稳性指标计算，计算结果见图2，可知列车运行至高架区段时垂向平稳性较差。

图2 列车运行平稳性曲线

为进一步分析列车出现异常垂向振动的原因，对列车振动信号进行频域分析，发现列车垂向晃动主频与列车在该速度下过桥跨的频率相关。通过对120，140 km/h 速度等级下测试数据分析，发现2 个速度等级下车体垂向振动加速度分别在1.00，1.19 Hz 左右存在峰值，该频率与列车对应速度下通过32.7 m 跨距桥梁的频率吻合，如图3 所示。路基和隧道段未发现与列车速度相关的固定频率的激扰。

图3 不同速度等级区段车体振动频域

3 列车运行平稳性异常原因分析

目前地铁轨道几何尺寸验收一般采用万能道尺对轨距、水平、超高以5 m 间隔距离进行检查，对高低和轨向采用10 m 弦线进行检查，这种人工非连续的检测方法误差较大，且无法识别10 m 以上波长不平顺超限导致的列车晃动或其他轨道次生病害问题［8-9］。因此，本文采用0 级轨道检查车对轨道几何状态进行检测，结果表明该高架区段存在较为明显的32.5 m 高低不平顺异常，这与动态测试车体频域分析结果相符。

轨道高低不平顺曲线如图4 所示，最大值达到9 mm。《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范第1部分：地铁和轻轨》规定，轨道动态几何状态参数的高低不平顺1.5～42 m波长范围允许偏差为6 mm，列车平稳性异常区段高低不平顺偏差值超出了标准限值。

图4 轨道高低不平顺曲线

4 整治及复测结果分析

对列车运行平稳性异常里程范围内轨道进行几何状态精调，对高低不平顺超限处所进行整治。整治后，160 km/h 运行速度下列车运行平稳性测试结果见表3，平稳性指标小于2.5，满足规范要求。

2 s 时间计权的平稳性指标曲线见图5，与图2 对比，整治后列车运行平稳性指标得到明显改善，平稳性异常问题得到解决，因此可判定轨道高低不平顺超限是列车平稳性异常的原因。

表3 整治后K14—K24区段平稳性指标最大值

图5 整治后列车运行平稳性曲线

5 结论

北京大兴国际机场线动态综合测试过程中发现了列车异常晃动问题，通过对动态综合测试的系统分析最终确定了轨道高低不平顺是导致列车异常晃动的原因，针对性地对轨道进行精调整治后问题得以解决。

同时也验证了动态综合测试工作的必要性，其能有效弥补静态验收的不足，通过对正常运行条件下轮轨系统、弓网关系等的匹配关系进行验证，及早发现并排除系统缺陷，从而保证各系统功能符合标准及设计要求，提升新线开通质量。