传统铁路选线是采用航测、卫星遥感摄影等技术，在考虑自然环境因素、经济因素等影响后，选出最优线路设计方案的过程[1]，但随着列车运行速度的提高，使得车辆与线路之间的相互作用力增大，故目前线路设计中更加注重车-轨耦合动力学指标的性能评价以及优化，即对于两地的线路设计方案，基于车-轨耦合动力学进行铁路选线方案的比较、评价与优化，进而提高列车运行的安全稳定性和旅客舒适性。

文献[2]通过对线路设计方案进行动力学仿真计算，提出了高速铁路选线设计舒适度评价系统。文献[3]引入变权法和灰色关联决策法，建立了一种铁路线路方案的评价模型。文献[4]基于变权理论，对玉溪至蒙自段铁路进行了线路方案的评价与分析。文献[5]基于AHP-模糊综合评价法，对兴泉铁路的宁化至泉州段线路方案进行了对比研究。

本文通过选取合适的运行评价指标，结合基于动力学的线路评价方法，提出了基于动力学的线路设计方案优选方法，同时结合某工程实例，运用以上方法进行线路方案比选并确定出较优的线路设计方案，体现了基于动力学的线路设计方案优选方法的可行性与价值。

1 基于动力学的线路设计方案优选方法

基于动力学的线路方案选择，与传统的铁路线路方案选择方法不同，它不仅考虑了自然环境因素及经济因素对选线设计的影响[6]，还将运行评价指标作为影响线路设计的重要因素，即将铁道机车车辆、轨道结构系统以及线路系统结合起来，在确定铁路线路走向及初始线路设计方案后，基于车辆-轨道耦合动力学理论，选取合适的动力特性指标，分别赋予其权重与分值，构建运行评价体系，再结合一些多体动力学软件以及有限元分析软件，对列车参数、轨道模型参数以及选取的线路条件恶劣区段的参数进行车辆-轨道耦合动力学模型的构建，即建立车-轨耦合动力学模型，对选取的区段进行仿真分析，得到线路方案的评价结果，结合线路参数动力学的影响规律，对初始线路设计方案进行优化，再进行优化后的方案分析与方案比较，最终选出动力学性能较优的线路设计方案。基于动力学的线路设计方案优选方法如图1所示。

图1 基于动力学的线路方案优选方法

2 基于动力学的线路评价方法

2.1 基于动力学的运行评价指标

运行评价指标是基于动力学的线路方案优选方法的基础，对于进行线路评价与优化而言是不可或缺的。根据文献[7]可知，可选用脱轨系数、轮重减载率和倾覆系数作为评价列车运行安全性的指标；可选用列车的横向振动加速度和列车的垂向振动加速度作为评价列车运行稳定性的指标，选用轮轨垂向力、轮轨横向力、轮轴横向力以及钢轨垂向位移作为评价列车与轨道动态作用性能的指标，运行评价指标的具体分类如图2所示。

图2 运行评价指标

根据文献[8]，各运行评价指标的最大值与评定等级如表1所示，若有设计线路的运行评价指标超过表1中的最大值，即可判定该线路未满足标准要求，需进行线路参数优化。

表1 各评价指标最大值与对应的评价等级运行评定指标脱轨系数轮重减载率倾覆系数列车垂向振动加速度/g列车横向振动加速度/g轮轨垂向力/kN轮轨横向力/kN轮轴横向力/kN钢轨垂向位移/mm评定指标最大值评定等级0.8优秀1.0良好1.2合格0.6良好0.65允许0.8合格0.00027v+0.025优秀0.00027v+0.030良好0.00027v+0.035合格0.00027v+0.010优秀0.00027v+0.018良好0.00027v+0.035合格170合格29+0.3Pst合格10+PW/3合格2合格注：v为列车运行速度；Pst为车轮静荷载，PW为静轴重。

2.2 评价指标的权重与分值

对各区段线路进行仿真试验得到各自对应的运行评价指标后，开始对各区段线路基于动力学的方案进行评价，可运用动力学性能指数Z进行评价。

式中，Dij为运行评价指标对应评价等级的分值；Wj为运行评价指标的权重；m为运行评价指标个数，n为计算点个数。

由于层次分析法定量数据较少，而定性数据较多，导致结果不易使人信服，故各评价指标权重运用熵权法原理构建[9]。设评价项目个数为a个，评价指标个数为b个，则判断矩阵为R=(rcd)a×b，第b个评价指标的熵为

式中，rcd为第d个指标的第a个项目评价值；ed为第d个指标的熵。

第d个指标的熵权计算方法如下

式中，ωd为第d个指标的熵权。

通过构建各评价指标的判断矩阵并归一化，确定各评价指标的熵，最终确定权重如表2所示。