图1为在列车运行速度不受限制和线路条件允许情况下的最佳优化轨迹的几种形式。由图中可以看出，能耗最小的线路最佳纵断面形式都是凹形纵断面。当然，在具有高程约束和列车运行速度约束的情况下，可以得出同样的结论。研究表明，凹形纵断面与其它类型纵断面相比较约减少列车运行能耗10%。

　　2、节能坡在轨道交通工程中的应用

　　2.1 主要设计原则

　　城市轨道交通中节能坡的使用，主要遵循以下几个方面的原则：

　　(1)轨道交通的列车再生制动功能，不能代替节能坡。再生制动是一种动力制动，是把电动车组的动能通过电机转化为电能后，再使电能反馈回电网提供给别的列车使用。这种方式既能节约能源，又减少制动时对环境的污染，且基本上无磨耗。现代轨道交通车辆广泛采用这种再生制动技术，发出的电能供邻近的列车使用，但时间吻合的几率并不高，因此它并不能代替节能坡。

　　(2)轨道交通凡有条件的区间，都应设计成节能坡，即遵循“高站位、低区间”的设计原则。列车从车站起动后，借助下坡的势能增加列车加速度，缩短列车牵引时间，从而达到节能的目的。列车进站停车时，可借助坡度阻力，降低列车速度，缩短制动时间，减少制动发热，节约环控能量消耗。在节能坡条件下，列车开始制动的初速一般在40～50ｋｍ/ｈ之间；而在非节能坡条件下，制动初速一般在60～70ｋｍ/ｈ之间。

　　(3)节能坡的使用必须与施工方法相结合。如地下线车站结构采用明挖法施工、区间隧道结构采用盾构法或暗挖法施工时，应采用节能坡设计。如果区间结构也采用明挖法施工，节能坡将加大区间线路埋深，增加工程投资，此时不宜设计为节能坡形式。

　　(4)节能坡应尽量符合列车运行规律。车站一般位于纵断面的高处，区间位于纵断面的低处。节能坡道应尽量靠近车站，竖曲线头宜贴近乘降站台端部，以发挥最大节能效果。除车站两端的节能坡道外，区间一般宜用缓坡，避免列车交替使用制动工况和牵引工况。

　　(5)节能坡的应用必须结合工程实际，必须与区间线路沿线的地形、地质、地物和桩基等的实际情况相结合。如果区间有控制性障碍物，需要根据障碍物的特征(如基础类型、桩底标高等)设计节能坡。

　　2.2 节能坡的主要型式

　　城市轨道交通的线路型式主要有三种：地下线、高架线和地面线。地下线区间均在地下穿行，坡度不受地形的控制，只受到沿线地下建筑、桩基、地下管线等因素的控制，最有条件使用节能坡。高架线受到沿线地形的控制，还受到车站相对高度、沿线道路及横向道路净空的控制，线路起伏不能太大，但仍需遵守“高站位、低区间”的设计原则，尽量设计成节能坡。地面线则受到地形、地物的控制影响较大，一般无法设计成节能坡，只有在有条件的区间才可以设计为节能坡。因此，节能坡的设计思想主要在轨道交通地下线和高架线上体现。   地下线的节能坡坡段长度一般宜为200～300ｍ，坡度值视左右线隧道结构而异。当左右线分为两单线隧道时，两线在区间可以不等高，列车出站方向的坡度值可用足最大坡度，进站方向的坡度值宜减少5‰左右。当左右线并行共用一个隧道结构时，因左右线要求等高，进出站的坡度均宜较最大坡度值减少5‰左右。两段节能坡段之间用缓坡连接，但缓坡不小于3‰，以利于地下线路排水。一般在区间中部最低处设置旁通道及泵站。   高架线的节能坡型式与地下线基本一致，不同的是，高架桥上的线路上下行线需要等高。由于车站和区间高差的关系，节能坡坡度值不能太大。两节能坡段之间可用缓坡也可用平坡段连接，但必须解决好排水的问题。

　　如果线路需要从地下线过渡到高架线时，由于高差及横向道路控制标高等的关系，线路不能按节能坡的形式设计，只能按单面坡将坡度控制在最大允许坡度之内即可。

　　2.3 工程应用

　　节能坡在轨道交通工程设计中应用非常广泛，尤其是在盾构(包括双圆盾构)法和暗挖法施工的地铁线路中。图2为几种典型的节能纵断面(分别为地下线和高架线的纵断面)。此类节能纵断面大量应用于上海轨道交通1号线、2号线、明珠线二期(4号线)、莘闵线(5号线)及杨浦线(Ｍ8线)等线路的工程设计中。