地鐵車輛基地洗車線布置方案比較分析

徐科明 李傳剛 李 繼

(1.林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司，401121，重慶；2.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，400013，重慶//第一作者，工程師)

地鐵車輛整潔的外表是提升城市軌道交通形象，保證市民乘用品質(zhì)的基本要求之一。GB 20157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》提出，車輛段應(yīng)設(shè)機(jī)械洗車設(shè)施，配屬車超過12列的停車場也可設(shè)置機(jī)械洗車設(shè)施。

一般地鐵列車每2～4 d就要清洗一次，高架區(qū)間長的線路或特殊天氣情況下的列車清洗頻率更高。因此，車輛基地列車日常清洗工作量巨大。列車清洗機(jī)投資額高，維護(hù)工作量大。因此，有必要通過研究確定科學(xué)的洗車線布置形式和洗車策略。

此外，由于無人駕駛技術(shù)在城市軌道交通的推廣應(yīng)用已是必然趨勢，故洗車線的設(shè)置應(yīng)充分考慮遠(yuǎn)期新技術(shù)的應(yīng)用。

1 洗車工藝分析

目前，國內(nèi)多個洗車機(jī)廠家均有成熟的洗車機(jī)產(chǎn)品，其性能指標(biāo)大致相當(dāng)。本文以以重慶地鐵As車為例進(jìn)行洗車工藝分析。As車采用 7輛編組，列車長142 m。

1) 洗車設(shè)備工位布置沿洗車線設(shè)置的洗車設(shè)備工位主要包括：一度停車位—預(yù)濕/預(yù)冷工位—洗滌液噴淋工位—側(cè)頂弧刷抹工位—側(cè)面刷抹工位—端面刷洗工位—初沖洗工位—側(cè)頂弧刷洗工位—側(cè)面初刷洗工位—側(cè)面精刷洗工位—精沖洗工位—漂洗工位—吹干工位—洗車結(jié)束工位[2-3]。

2) 調(diào)車時間洗車時調(diào)車時間因洗車線布置形式及車輛調(diào)度作業(yè)時序不同會有差別。根據(jù)調(diào)研，當(dāng)洗車方式為盡端洗方式時，列車從停車列檢庫調(diào)車至洗車庫前的用時一般在10 min內(nèi)。其中，走行距離預(yù)估為600～900 m，辦令準(zhǔn)備時間2 min。如果車輛基地用地嚴(yán)重受限，則洗車時場內(nèi)調(diào)車時間會很長。此類車輛基地較為少見，本文不予探討。

3) 洗車作業(yè)時序 重慶地鐵As車洗車時列車速度為3 km/h，相應(yīng)的洗車時序見表1。由表1可得：列車就位一度停車位后，洗車時間約為695 s；考慮1.2倍不平衡系數(shù)和場內(nèi)調(diào)車時間，綜合洗車時間為834～1 554 s。

由表1可知，列車洗車作業(yè)時間為14～26 min。除前后端洗外，其他工位的清洗都是在列車運(yùn)行過程中完成，清洗時間即為列車通過洗車機(jī)時間。洗車準(zhǔn)備過程中，場內(nèi)調(diào)車用時最多；洗車過程中，前后端洗時間占比約77%?？梢姡岣哕囕v洗車效率應(yīng)從優(yōu)化洗車線布置形式，提高洗車機(jī)端洗能力兩方面入手。

2 常用洗車線布置方案

現(xiàn)有車輛基地洗車設(shè)備布置形式見表2。其中，方案七暫無工程實(shí)際應(yīng)用。

表2 洗車設(shè)備布置形式

2.1 方案一

方案一為咽喉區(qū)與出入段線并列設(shè)置洗車線形式。洗車時可采用入庫前洗車，不占用出入線，洗車過車不需換向，洗車效率高。依據(jù)洗車線設(shè)計規(guī)范，方案一的洗車線長度為：

Lts=2L+Ls+Lx

(1)

式中：

Lts——貫通式洗車線有效長度；

L——列車長度；

Ls——包含聯(lián)鎖設(shè)備的洗車機(jī)長度；

Lx——信號設(shè)備設(shè)置附加長度，取12 m。

以重慶As車為例，其洗車機(jī)長度約60 m，則洗車線長度Lts為356 m。方案一對出入段線用地要求高，目前重慶地區(qū)僅3號線的童家院子車輛段采用此方案。

2.2 方案二

方案一中，洗車線與出入段線平行。如果受用地條件限制，可將洗車線向咽喉區(qū)移動，使洗車線部分與出入段線平行，部分位于咽喉區(qū)，形成八字形往復(fù)式洗車布置方案，即為方案二。方案二的洗車線長度與方案一的一致。方案二與線路列車運(yùn)營入段時間節(jié)奏匹配困難，其車輛往往需要從運(yùn)用庫調(diào)車至洗車牽出線，通過洗車機(jī)至牽出線后再入庫。整個洗車過程中，列車走行距離長，掉頭次數(shù)多，效率較低。重慶環(huán)線涂山車輛段即采用此方案。

2.3 方案三

方案三中，運(yùn)用庫為貫通式，車輛基地洗車線與運(yùn)用庫平行布置。列車經(jīng)過庫前咽喉區(qū)進(jìn)入洗車線，待洗車完成后進(jìn)庫后牽出線，再經(jīng)過庫后咽喉區(qū)進(jìn)入運(yùn)用庫。相對方案二，方案三的走行距離和掉頭次數(shù)都較少少，結(jié)合列車入段時間可靈活安排清洗計劃。廣州地鐵2號線赤沙車輛段和4號線新造車輛段都采用方案三。

2.4 方案四

方案四為洗車線與運(yùn)用庫并列布置的盡端式洗車線。此方案洗車節(jié)奏與列車運(yùn)營入段時間節(jié)奏匹配同樣困難。洗車時一般從運(yùn)用庫調(diào)車，過咽喉區(qū)牽出線后進(jìn)入洗車線，洗車完成后原路返回或進(jìn)入檢修庫。根據(jù)規(guī)范，盡端式洗車線長度為：

Ljs=2L+Ls+Lz

(2)

式中：

Ljs——盡端式洗車線的有效長度；

Lz——線路終端安全距離,取10 m。

雖然方案四的洗車走行距離長，掉頭次數(shù)多，但因?yàn)閷龅匾筝^低，所以其應(yīng)用較廣泛。重慶軌道交通環(huán)線四公里停車場和1號線馬家?guī)r停車場都采用方案四。

2.5 方案五

方案五的列車進(jìn)入洗車庫(宜與運(yùn)用庫合建)后，列車停止，洗車設(shè)備往復(fù)運(yùn)動完成洗車。上海軌道交通8號線浦江鎮(zhèn)車輛基地即采用方案五洗車。該線車型為APM 300型列車，4輛編組，車長50 m，洗車機(jī)移動速度最大1.5 km/h，清洗能力為20 min/列。

方案五適用于場地用地極度緊張，洗車強(qiáng)度不高的車輛基地。相比傳統(tǒng)洗車機(jī)，該方案的新型洗車機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后期維護(hù)量大。受供水及供電的拖鏈限制，此類洗車機(jī)的走行范圍不宜過大，對于一般的地鐵車輛需要串聯(lián)布置兩臺，同時作業(yè)。洗車路徑與方案四基本一致。

2.6 方案六及方案七

方案六為出入線通過式洗車，取消了獨(dú)立的洗車線，直接將洗車設(shè)備設(shè)置于入段線上。方案六的核心是通過優(yōu)化策略,使洗車作業(yè)與列車入段節(jié)奏匹配。通過入段時間間隔統(tǒng)計分析，如在低谷時段滿足入段洗車的列車占比超過34%，則可通過調(diào)度規(guī)劃實(shí)現(xiàn)3 d內(nèi)完成全部列車的清洗；也可將洗車作業(yè)拆分，例如，單次只進(jìn)行側(cè)洗、前端洗、后端洗或單次進(jìn)行兩種清洗，第二次補(bǔ)洗剩下的工作內(nèi)容。

方案六主要存在的風(fēng)險有：設(shè)備布置在入段線上對設(shè)備可靠性要求很高，一旦設(shè)備損壞很可能影響車輛基地正常使用，洗車設(shè)備即使設(shè)置了獨(dú)立供電分區(qū)，檢修過程中接觸網(wǎng)斷電依然會影響正常的列車入段。

針對方案六的風(fēng)險情況，方案七進(jìn)行了改進(jìn)，增設(shè)1條洗車線。該洗車線路長度按式(1)計算。

3 洗車線效率對比

車輛基地受用地限制，洗車線布置方案差異較大。若對現(xiàn)有不同車輛基地洗車效率進(jìn)行對比，則結(jié)果誤差會較大，因此本文假定在同一車輛基地相同條件下，對不同洗車設(shè)備布置方案的洗車效率進(jìn)行對比。以重慶軌道環(huán)線四公里車場為例，假定運(yùn)用庫的庫前咽喉區(qū)長度為245 m，洗車機(jī)長度54 m，7編組車輛長142 m，每輛車長20 m，列車掉頭過程中司機(jī)走行及信號準(zhǔn)備時間為2.8 min，列車過打岔及信號設(shè)備的附加長度為12 m，洗車機(jī)洗車速度為3 km/h，端洗時間為4 min，方案五中移動式洗車機(jī)洗車時間為20 min。此外，假設(shè)列車車頭進(jìn)入運(yùn)用庫即為完成回庫，庫內(nèi)的運(yùn)行距離不在走行距離計算范圍內(nèi)。各方案洗車時間的計算結(jié)果如表3所示。

表3 不同方案洗車作業(yè)時間計算

由表3可見，方案六及方案七洗車時間僅需10 min左右，但是洗車占用入場線，作業(yè)期間其他車輛無法入場[4]。入庫洗方式，按洗車效率由高到低依次為：方案一、方案三、方案二、方案四、方案五。出庫洗方式，按洗車效率由高到低依次為：方案一、方案三、方案四、方案二、方案五。

可見，入庫洗方式與出庫洗方式對洗車效率影響很大。而能否采用入庫洗受車輛基地收發(fā)車時間間隔直接影響。對某一車輛基地列車入庫時間進(jìn)行統(tǒng)計可得數(shù)據(jù)見表4。

表4 列車入庫時間間隔統(tǒng)計

由表4可得，相鄰列車入庫時間間隔15 min以上的，僅占列車總數(shù)10.6%。此時，如果采用方案六或方案七，無法滿足3 d內(nèi)清洗所有列車的需求。為滿足清洗的時間要求，可改變清洗策略：例如，單次僅進(jìn)行側(cè)洗、前端洗、后端洗其中的一種或兩種，以降低洗車占用的入段線時間，并對列車進(jìn)行標(biāo)示，待下次入場時再清洗剩余部分。

相隔1列列車的入庫時間間隔21 min以上的列車占比超過33.3%。采用方案一、方案三時，理論上不需要進(jìn)行出庫洗，僅采用入庫洗，3 d即可完成所有列車的清洗。

相隔1列列車，時間間隔在27 min以上的列車占比僅為4%，采用方案二、方案四、方案五時，絕大部分列車要采用出庫洗的方式。精簡后的洗車效率見表5。

表5 洗車方式及洗車時間

根據(jù)表5,采用方案二時，僅采用入庫洗方式不能完全滿足3 d內(nèi)清洗全部車輛的需求，宜采用入庫洗為主，出庫洗為輔的清洗方式。

4 自動駕駛模式下的洗車線布置

根據(jù)國際公共交通協(xié)會(UITP)估計，未來全球新建城市軌道交通線路中，75%計劃采用全自動駕駛技術(shù)；既有城市軌道交通線路中，40%線路擬改建為全自動駕駛線路。我國香港南港島線，北京軌道交通燕房線，上海軌道交通10號線，廣州地鐵12號線已采用全自動無人駕駛技術(shù)，在試點(diǎn)應(yīng)用后再進(jìn)行全面推廣。地鐵車輛基地自動運(yùn)行區(qū)域的劃分尚無規(guī)范可依，但業(yè)內(nèi)已有共識：全自動無人駕駛車輛基地的停車列檢、洗車及試車區(qū)域，宜采用與正線相同的信號系統(tǒng)[6-7]。

在自動駕駛模式下，洗車設(shè)備需要做以下調(diào)整：1增設(shè)信號系統(tǒng)與列車清洗設(shè)備的接口；2洗車調(diào)度路徑中避免經(jīng)過轉(zhuǎn)換軌；3增強(qiáng)洗車區(qū)域的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

在建且未采用全自動無人駕駛技術(shù)的車輛基地宜預(yù)留后期改造的條件。

5 結(jié)語

本文在統(tǒng)一的前提條件下對各方案的洗車效率進(jìn)行了對比，方案一最優(yōu)；方案三次之；方案二再次之；方案四洗車效率較低；方案五適用于列車長度60 m以內(nèi)，用地嚴(yán)重受限的地段；方案六及方案七對洗車設(shè)備和運(yùn)營組織要求很高，存在風(fēng)險。

通過分析可知：列車清洗時走行時間和前后端洗耗時最長；縮短端洗時間(可采用動態(tài)洗車，列車行進(jìn)過程中端洗設(shè)備同步運(yùn)行，完成端洗)，改進(jìn)清洗工藝(采用更合理的清洗參數(shù)，更有效的清洗劑等)進(jìn)而提高洗車效率，會直接影響車輛基地洗車策略。另外，在車輛基地實(shí)際設(shè)計中，因?yàn)闂l件限制，洗車線的布置可選方案有限，宜綜合考慮，選擇適宜方案。