高 華,王衛(wèi)東,顏 文

(1.中南大學(xué)土木工程學(xué)院,長沙 410075； 2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

車輛基地是保證列車正常運(yùn)營的后勤基地，其用地范圍應(yīng)在站場股道和房屋規(guī)劃布置的基礎(chǔ)上按遠(yuǎn)期規(guī)模確定[1-2]。車輛基地屬于大型建設(shè)工程，投資大，建設(shè)周期長，涉及專業(yè)多。在車輛基地中，列車清洗是其最重要的日常保養(yǎng)功能之一，洗車線的不同布置方案，對洗車效率和能力、出入線作業(yè)、站場平面布局、用地面積等影響很大[3-4]。因此，在車輛基地的站場布局設(shè)計(jì)中，結(jié)合車輛基地用地條件優(yōu)化洗車線布置，高效利用城市土地，滿足洗車效率最佳、運(yùn)營最靈活，是一線設(shè)計(jì)者一直以來追求的目標(biāo)和方向[5-6]。

近年來，我國城市軌道交通建設(shè)的迅猛發(fā)展極大地推動了城市建設(shè)的發(fā)展，與此同時(shí)，軌道交通的建設(shè)與城市用地緊張的矛盾也日益突出。為保證城市軌道交通建設(shè)可持續(xù)發(fā)展，控制車輛段基地用地規(guī)模已經(jīng)成為城市整體規(guī)劃的一種主流和優(yōu)化目標(biāo)。

金永樂[7]、徐科明等[8]對入段線通過式洗車線布置型式進(jìn)行了研究，論證了該洗車線布置型式的可行性；張雄[9]、陳義志[10]、張強(qiáng)等[11]對洗車機(jī)咽喉區(qū)八字線通過式布置型式進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化方案；蔡援朝[12]、繆東[13]、錢衛(wèi)力[14]介紹了一種典型的洗車線布置形式和洗車作業(yè)模式，提出了洗車線配備雙向洗車機(jī)的咽喉區(qū)通過式布置型式，從而提高洗車效率；李崗[15]、占俊[16]、西小鳴[17]、邵周赟[18]對地鐵車輛段洗車線布置型式進(jìn)行了研究和比較；李亞強(qiáng)[19]、劉增民[20]對地鐵車輛段洗車線布置方案進(jìn)行對比，分析了兩種布置型式對總圖布置的影響，為其他地鐵車輛段設(shè)計(jì)方案提供參考。

在現(xiàn)有研究中，均停留在對幾種布置方案的比較層面，在功能、工藝要求及停車規(guī)模確定的前提下，車輛基地的庫房和咽喉位置決定了站場布局，而站場布局直接決定了車輛基地的占地面積。在總體布局中，庫房的布置優(yōu)化空間有限，要優(yōu)化車輛基地占地面積，應(yīng)著重優(yōu)化咽喉區(qū)的布置，其中洗車線的布置形式對咽喉區(qū)占地影響最大。

1 車輛基地洗車線幾種典型布置形式及特點(diǎn)分析

在城市軌道交通中，有4種典型的洗車線布置形式，分別是咽喉區(qū)通過式布置、與運(yùn)用庫并列通過式布置、咽喉區(qū)“八”字線通過式布置和盡頭式往復(fù)式布置。其示意圖和洗車效率如表1所示。

表1 傳統(tǒng)的洗車線布置形式比較

由表1可知，從洗車作業(yè)的效率分析，洗車線布置形式的優(yōu)先次序?yàn)椋貉屎韰^(qū)通過式、運(yùn)用庫并列式、咽喉區(qū)“八”字式、盡頭式。從目前國內(nèi)車輛基地設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐來看，洗車效率越高的布置形式，對用地的要求越高，車輛基地的咽喉區(qū)長度越長。在軌道交通新線建設(shè)中，規(guī)劃車輛基地的選址用地，很難再具備布置傳統(tǒng)的咽喉區(qū)通過式或運(yùn)用庫并列式洗車條件。為滿足規(guī)劃部門的用地要求，車輛基地的洗車線形式不得不采用咽喉區(qū)“八”字式或盡頭式。

通過對多個(gè)城市軌道交通集團(tuán)運(yùn)營部門的調(diào)研、設(shè)計(jì)回訪發(fā)現(xiàn)，由于咽喉區(qū)“八”字式和盡頭式洗車作業(yè)存在列車反復(fù)調(diào)頭折返的情況，作業(yè)時(shí)間長，效率低下，加大了運(yùn)營組織調(diào)度的難度，增加了員工的勞動時(shí)間和強(qiáng)度。因此，運(yùn)營單位對洗車方式采用咽喉區(qū)通過式的呼聲越來越強(qiáng)烈。那么，對傳統(tǒng)的咽喉區(qū)通過式洗車線布置進(jìn)行優(yōu)化，使洗車線的布置既滿足城市用地條件，又實(shí)現(xiàn)高效、方便的通過式清洗，滿足作業(yè)高效和節(jié)約用地的雙重要求，成為一線設(shè)計(jì)者亟需解決的難題。

2 傳統(tǒng)咽喉區(qū)通過式洗車作業(yè)流程

2.1 車輛基地常見站場布局比較

車輛基地各種常見典型的站場布局如表2所示。

表2 車輛基地的常見站場布局比較

由表2可知，無論車輛基地站場總布局采用何種形式，采用傳統(tǒng)的咽喉區(qū)通過式洗車線布置時(shí)，車輛基地站場線路設(shè)計(jì)有如下共同特點(diǎn)。

特點(diǎn)一：行車進(jìn)路方面。洗車線往往與車輛基地內(nèi)所有股道線路實(shí)現(xiàn)了順向連通。

特點(diǎn)二：站場線路布局方面。洗車線往往并列布置于(出)入線側(cè)，文中對車輛基地站場咽喉區(qū)按庫前三角形咽喉區(qū)和洗車線長方形咽喉區(qū)劃分(表2)，其中洗車線咽喉區(qū)的用地形狀呈較規(guī)整的長方形，而庫前咽喉區(qū)則呈三角形布置，洗車線的長方形咽喉區(qū)與庫前三角形咽喉區(qū)在用地分區(qū)上有比較明顯的分離，同時(shí)，洗車線咽喉區(qū)的道岔與庫前三角形咽喉區(qū)的道岔亦分區(qū)明顯。因此，在采用傳統(tǒng)的咽喉區(qū)通過式洗車布置中，車輛基地的站場工程用地范圍往往呈較規(guī)整的刀柄形。

針對站場線路以上特點(diǎn)，對車輛基地的站場咽喉區(qū)進(jìn)行優(yōu)化，可以分別從庫前三角形咽喉區(qū)的站場線路設(shè)計(jì)和洗車線長方形咽喉區(qū)的站場線路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。車輛基地布局中，庫前三角形咽喉區(qū)的面積和形狀基本上由車輛基地停車規(guī)模、中軸線位置和庫房工藝布局決定，優(yōu)化空間有限。因此，優(yōu)化車輛基地站場咽喉區(qū)的線路設(shè)計(jì)，應(yīng)重點(diǎn)對洗車線長方形咽喉區(qū)的站場線路進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 咽喉區(qū)通過式洗車工藝流程及優(yōu)化思路

2.2.1 優(yōu)化思路一

圖1所示為典型傳統(tǒng)咽喉區(qū)通過式洗車線路布置示意，待洗列車入段清洗進(jìn)路如下：待洗列車首先經(jīng)過道岔①(出段線L2上駛來的待洗列車)或者道岔②(入段線L1上駛來的待洗列車)，過道岔③后駛?cè)胂窜嚲€L3，經(jīng)洗車庫清洗后，經(jīng)道岔④、⑤、⑥能直接順向駛?cè)胪＼嚵袡z庫內(nèi)的所有線路，經(jīng)單渡線⑨～⑩能直接順向駛?cè)肼?lián)合車庫的所有線路。圖1所示的洗車線布置中，在出入線L1、L2線間距以及列車車型確定的前提下，道岔①至道岔⑥之間的線路有效長度為定值，因此，要優(yōu)化洗車線咽喉區(qū)占地面積，應(yīng)著重考慮優(yōu)化道岔⑦至道岔之間的咽喉區(qū)長度。

圖1 傳統(tǒng)咽喉區(qū)通過式洗車線路布置示意

圖1中設(shè)置交叉渡線⑦～⑧～⑨～⑩的主要目的是為了讓完成清洗的列車能無折返地順向駛?cè)肼?lián)合車庫，如果將雙周/三月檢庫與停車列檢庫合建組成運(yùn)用庫，將洗車線僅與運(yùn)用庫順向連通，只保證清洗后的列車能直接無折返地順向駛?cè)脒\(yùn)用庫，入段列車若要駛?cè)霗z修庫，則通過牽出線L4進(jìn)行一次折返掉頭，這樣組織的行車進(jìn)路可以精簡洗車線咽喉區(qū)交叉渡線⑦～⑧～⑨～⑩至單渡線～之間咽喉長度，按以上思路優(yōu)化后的洗車線站場布置如圖2所示。

若按線間距5 m，6B車型計(jì)算，按以上思路對洗車線咽喉區(qū)優(yōu)化后，可以縮短洗車線咽喉區(qū)長度達(dá)130 m。

如圖2所示，按優(yōu)化思路一對洗車線咽喉區(qū)的站場線路優(yōu)化后的洗車作業(yè)流程如下：待洗列車首先經(jīng)過道岔①(出段線L2上駛來的待洗列車)或者道岔②(入段線L1上駛來的待洗列車)，過道岔③后駛?cè)胂窜嚲€L3，列車經(jīng)洗車庫清洗后，清洗完成車輛經(jīng)道岔④、單渡線⑤～⑥與運(yùn)用庫的所有線路順向連通。通過交叉渡線⑦～⑧～⑨～⑩與折返線L4與檢修庫連通，清洗列車入檢修庫需經(jīng)過一次折返掉頭作業(yè)。

圖2 對傳統(tǒng)咽喉區(qū)通過式洗車線優(yōu)化布置示意

在軌道交通的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營中，列車并不需要每天清洗，只有需要清洗作業(yè)的部分列車在入段后需駛?cè)胂窜嚲€，完成清洗后入庫停放，無需清洗的車輛則通過出入線直接入庫停放，無需駛經(jīng)洗車線。由此可知，車輛基地站場線路設(shè)計(jì)中，洗車線沒有必要與車輛基地內(nèi)所有庫內(nèi)線路順向連通，由此，可以對傳統(tǒng)咽喉區(qū)通過式洗車站場線路布置進(jìn)行優(yōu)化。通過模擬仿真，對優(yōu)化后的通過式洗車進(jìn)行分析，核算其洗車能力。

列車入段能力的影響主要表現(xiàn)在列車洗車作業(yè)總時(shí)間和相鄰列車入段最小時(shí)間間隔。

前提條件：假設(shè)洗車線僅與部分停車列車線順向連通，列車由入段線L1上駛來，待洗列車經(jīng)過洗車線洗車入庫，而無需清洗的列車可直接通過入段線L1直接入庫，列車只進(jìn)行側(cè)洗，以6B車型車長120 m，段內(nèi)正常行駛速度為15 km/h，洗車速度為5 km/h計(jì)算。列車洗車作業(yè)時(shí)間見表3。

表3 列車洗車作業(yè)時(shí)間計(jì)算

無需清洗的列車可以通過入段線L1直接入庫停放，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，入段線L1的長度一般在500 m左右，無需清洗的列車入庫停車時(shí)間為120 s。

列車入段最小時(shí)間間隔T應(yīng)為列車開始入段至入庫停車的行駛時(shí)間(t行駛)與入段等待時(shí)間(t等待)之和，列車等待入段時(shí)間一般不超過30 s，t等待取30 s。

列車入段最小時(shí)間間隔最小值應(yīng)發(fā)生在相鄰兩列列車入段徑路完全不同，即第一列為無須清洗列車不經(jīng)洗車線直接入庫，第二列車為須洗列車(或第一列為須洗列車，第二列為無須洗列車)。這種情況下，當(dāng)?shù)谝涣熊囻傠x岔口③后，第二列車便可請求入段。此時(shí)Tmin=(43+30) s=73 s或1.22 min。

列車入段最小時(shí)間間隔最大值應(yīng)發(fā)生在相鄰兩列列車入段徑路完全重疊且停放在同一停車線上的兩個(gè)列位的情況下。此時(shí)無須洗列車入段Tmax=(120+30) s=150 s或2.5 min，須洗列車入段Tmax=(281+30) s=311 s或5.18 min。

計(jì)算可知，列車入段最小時(shí)間間隔需1.22～5.18 min，若考慮端洗情況，一般端洗比側(cè)洗多10 min，由于無須清洗列車入段不經(jīng)過洗車線，所以并不影響后續(xù)列車入段清洗，所有列車入段時(shí)間間隔最小值仍只需1.22 min，那么端洗情況下列車入段最小時(shí)間間隔需1.22～15.18 min。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，根據(jù)合理排班后，理論上一天內(nèi)能夠完成洗車比例45%～50%，再結(jié)合文獻(xiàn)[9]可以得出，理論上一個(gè)車輛基地可以實(shí)現(xiàn)3 d內(nèi)完成洗車比例100%，無需夜間再出庫洗車。通過對城市軌道交通運(yùn)營部門的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，軌道交通車輛每3 d進(jìn)行一次清洗是完全可以滿足運(yùn)營及外觀要求的?；诖?，站場設(shè)計(jì)人員可以對傳統(tǒng)咽喉區(qū)通過式洗車的站場線路布置進(jìn)行優(yōu)化，即將洗車線僅與部分停車列車線順向接通，滿足當(dāng)日最大洗車量要求，這樣既能實(shí)現(xiàn)車輛基地咽喉區(qū)通過式洗車的功能要求，又能滿足城市用地緊張的條件。

2.2.2 優(yōu)化思路二

根據(jù)2.1節(jié)中對咽喉區(qū)通過式洗車分析的特點(diǎn)二，還可以結(jié)合用地形狀，將洗車線的長方形咽喉區(qū)與庫前三角形咽喉區(qū)進(jìn)行包容設(shè)計(jì)，通過道岔的巧妙布局進(jìn)行咽喉融合，打破傳統(tǒng)的思維定勢，進(jìn)行站場線路優(yōu)化。以下結(jié)合案例詳細(xì)闡述如何將上文所提及的優(yōu)化思路應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。

3 咽喉區(qū)通過式洗車線布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖3為某車輛基地在工可設(shè)計(jì)階段站場布局示意，車輛基地采用咽喉區(qū)“八”字式洗車布置，站場工程用地面積約39 hm2，其中站場咽喉區(qū)占地(含庫前咽喉區(qū)與洗車線咽喉區(qū))約6 hm2，庫前三角形咽喉區(qū)與洗車線長方形咽喉區(qū)用道岔布置分區(qū)明顯，加圖用地最長處約1 800 m，最寬處410 m，用地形狀呈刀柄形。

圖3 某車輛基地洗車線布置優(yōu)化前的站場布局示意(原方案)

圖4為該車輛基地采用咽喉區(qū)八字式洗車布置時(shí)，洗車線咽喉區(qū)的站場線路布置示意。該方案中，列車清洗的作業(yè)流程如下：對于入段線L1上駛來的待洗列車，列車首先經(jīng)過道岔②，⑤，⑧，此后通過單渡線⑨～⑩駛?cè)霠砍鼍€L4，在牽出線L4上完成第一次列車折返調(diào)頭作業(yè)；調(diào)頭完成后經(jīng)道岔⑩駛?cè)胂窜噹?，在洗車線L3上進(jìn)行列車清洗；清洗完成后的列車經(jīng)道岔①駛?cè)霠砍鼍€L5，在牽出線L5上列車完成第二次折返調(diào)頭作業(yè)；再通過單渡線①～②、交叉渡線⑤～⑥～⑦～⑧以及單渡線～與車輛基地所有線路實(shí)現(xiàn)順向連通。

對于出段線L2上駛來的待洗列車，依次經(jīng)單渡線⑦～⑧、⑨～⑩駛?cè)霠砍鼍€L4，此后作業(yè)流程同入段線L1上駛來的待洗列車。

圖4 某車輛基地優(yōu)化前的洗車線咽喉區(qū)站場線路布置(原方案)

經(jīng)過以上分析可知，采用咽喉區(qū)“八”字式洗車布置時(shí)，待洗列車需要經(jīng)過2次折返調(diào)頭作業(yè)才能完成列車清洗，該方案的站場線路布置能使列車完成清洗作業(yè)后直接順向駛?cè)胲囕v基地內(nèi)所有線路進(jìn)行停放。

工可修編期間，規(guī)劃部門調(diào)整了車輛基地的用地，同時(shí)軌道公司運(yùn)營部門提出洗車采用咽喉區(qū)通過式布置的要求。通過對變化后的用地條件進(jìn)行反復(fù)踏勘、核查，經(jīng)多次方案研究后，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，若洗車線布置采用傳統(tǒng)的咽喉區(qū)通過式方案，洗車線僅能與車輛基地內(nèi)部分線路順向接通。為最大限度地滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)提請運(yùn)營單位對該車輛基地通車后每天需要清洗的列車數(shù)量進(jìn)行核算。經(jīng)核算，若經(jīng)過嚴(yán)密組織與科學(xué)的調(diào)度安排，該車輛基地在通車后每天最多需清洗車輛數(shù)為24列，即洗車線僅需滿足與車輛基地內(nèi)24個(gè)列位的停車線順向連通即可。設(shè)計(jì)人員運(yùn)用本文的優(yōu)化思路，重點(diǎn)優(yōu)化洗車線咽喉區(qū)的站場線路布置，分別設(shè)計(jì)了將洗車線與車輛基地內(nèi)32個(gè)停車列檢位線路順向連通的方案1(圖5)和洗車線與所有停車列檢列位線路實(shí)現(xiàn)順向連通的方案2(圖7)。

圖5 對洗車線布置進(jìn)行第一次優(yōu)化后的站場布局示意(方案1)

方案1中，車輛基地洗車布置形式由咽喉區(qū)“八”字式洗車優(yōu)化為咽喉區(qū)通過式洗車，同時(shí)運(yùn)用本文的優(yōu)化思路二，將洗車線咽喉區(qū)的道岔與庫前咽喉區(qū)道岔布置巧妙結(jié)合，將車輛基地的站場工程用地面積縮減至23 hm2，其中站場咽喉區(qū)占地約5.6 hm2，庫前咽喉區(qū)與洗車線咽喉區(qū)巧妙融合，在用地分區(qū)和道岔布置上已無明顯分離，優(yōu)化后的站場工程用地最長處約1 300 m，最寬處約400 m，用地現(xiàn)狀呈梯形。

圖6為優(yōu)化方案1的洗車線咽喉區(qū)站場線路布置，該方案中列車清洗的作業(yè)流程如下：對于入段線L1上駛來的待洗列車，經(jīng)過道岔①駛?cè)胂窜嚲€L3，通過洗車庫完成清洗后，經(jīng)交叉渡線～～～可以直接順向駛?cè)胪＼嚵袡z庫內(nèi)，洗車線實(shí)現(xiàn)與32個(gè)停車列檢位線路順向連通，滿足了運(yùn)營部門對咽喉區(qū)通過式洗車的列位數(shù)量要求。其他無需清洗列車可以通過出入線順向駛?cè)胲囕v基地其他線路。

圖6 對洗車線布置進(jìn)行第一次優(yōu)化后的洗車線咽喉區(qū)站場線路布置示意(方案1)

方案1滿足了規(guī)劃部門對車輛基地用地面積調(diào)整的條件，響應(yīng)了清洗車輛能實(shí)現(xiàn)通過式洗車的要求，但所有待洗車必須自入段線L1駛來，同時(shí)洗車線僅與車輛基地內(nèi)部分停車列檢線路實(shí)現(xiàn)順向連通。因此設(shè)計(jì)繼續(xù)深挖本文的思路，對站場線路重新布局，得出優(yōu)化后的站場布局方案2，如圖7所示。

圖7 對洗車線布置進(jìn)行第二次優(yōu)化后的站場布局示意(方案2)

圖8為第二次優(yōu)化后的洗車線咽喉區(qū)站場布局，與方案1相比，方案2加強(qiáng)了對文中思路二的深入研究，對咽喉道岔布置進(jìn)行統(tǒng)籌組合，在不改變車輛基地用地和列車行車進(jìn)路的前提下，實(shí)現(xiàn)了洗車線與車輛基地內(nèi)更多的停車列檢車位的順向連通。

圖8 對洗車線布置進(jìn)行第二次優(yōu)化后的洗車線咽喉區(qū)站場線路布置示意(方案2)

方案2列車清洗的作業(yè)流程如下。

對于入段線L1上駛來的待洗列車，列車經(jīng)過道岔① 駛?cè)胂窜嚲€L3，完成清洗后，經(jīng)交叉渡線～～～能順向駛?cè)肱c停車列檢庫內(nèi)的所有線路，而其他無需清洗列車可以通過出入線直接順向駛?cè)胲囕v基地其余線路。

各方案站場布局對比如表4所示。

表4 各方案特點(diǎn)分析對比

由表4可知，運(yùn)用本文的優(yōu)化思路對車輛基地的站場布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置后，不僅節(jié)約了車輛基地的工程用地，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了洗車作業(yè)由咽喉區(qū)“八”字式到咽喉區(qū)通過式的飛躍，提高了洗車效率。

4 結(jié)論

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，車輛基地的站場線路布置應(yīng)根據(jù)用地條件因地制宜進(jìn)行優(yōu)化布局，站場設(shè)計(jì)者需突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維，當(dāng)車輛基地用地條件不能滿足傳統(tǒng)意義上的咽喉區(qū)通過式洗車要求時(shí)，可以結(jié)合運(yùn)營需求，對車輛基地的停車列檢車位實(shí)現(xiàn)全部或者部分與洗車線順接。

應(yīng)用本文的優(yōu)化思路，對傳統(tǒng)咽喉區(qū)通過式洗車的線路進(jìn)行優(yōu)化布置，結(jié)合車輛基地的具體用地條件，巧妙運(yùn)用交叉渡線和單渡線，對洗車線的長方形咽喉區(qū)與庫前三角形咽喉區(qū)進(jìn)行咽喉融合，使洗車線僅與部分停車列位線順向接通，不僅能提高洗車效率，在節(jié)約車輛基地占地方面亦優(yōu)勢明顯。應(yīng)用本文優(yōu)化思路而實(shí)施的工程案例，受到運(yùn)營單位的歡迎，順應(yīng)了軌道交通建設(shè)中提高土地利用率的趨勢，是一種很有推廣實(shí)用價(jià)值的洗車線優(yōu)化設(shè)計(jì)，文中所述案例具有一定代表性，對軌道交通車輛基地的站場線路設(shè)計(jì)具有應(yīng)用價(jià)值。