地鐵車輛段咽喉區(qū)長度分析

黃宗志 / 廣州地鐵設計研究院有限公司

地鐵車輛段咽喉區(qū)長度分析

黃宗志 / 廣州地鐵設計研究院有限公司

本文對地鐵車輛基地標準扇形咽喉區(qū)結構進行了分析，以股道間距固定為前提，以縮短咽喉區(qū)線束區(qū)域長度為目標，構建線型模型，求解咽喉區(qū)線束部分的長度。

地鐵；站場；咽喉區(qū)；線束劃分組合

1.引言

在地鐵車輛基地工程設計中，咽喉區(qū)受出入段線接入角度、股道規(guī)模、股道間距、道岔號、導曲線半徑等因素影響，其結構及其復雜，且咽喉區(qū)長度影響地鐵車輛基地的布局。本文著重討論車輛基地的咽喉區(qū)，分析咽喉區(qū)線束區(qū)域長度與線束劃分組合、線間距等的相互關系。

2.前提與假設

地鐵車輛基地咽喉區(qū)結構復雜，其長度不僅受選址地塊、咽喉區(qū)走行線接入位置和角度等因素影響，而且受停車規(guī)模、車型、庫內檢修設備、物業(yè)開發(fā)等影響，還受洗車機、調機工程車庫等工藝設施設備的布局影響。未來分析股道數量及線間距對咽喉區(qū)結構的影響，本文從最基本的咽喉區(qū)結構——標準扇形結構入手，忽略洗車機、調機工程車等工藝設備的布局，著重分析股道數量和線間距對咽喉區(qū)長度的影響。

地鐵車輛基地平面設計的關鍵在于咽喉區(qū)的設計，根據咽喉區(qū)的平面結構，每個咽喉區(qū)可以分為咽喉進路區(qū)和咽喉線束區(qū)[1]。本文以車輛基地最外側一組道岔起至交叉渡線后第一組道岔止的范圍為咽喉區(qū)進路區(qū)，以交叉渡線后第一組道岔起至平過道外側路緣止的范圍為咽喉區(qū)線束區(qū)。如圖1所示：

圖1 地鐵車輛基地咽喉區(qū)示意圖

從上圖看出，咽喉進路區(qū)結構相對簡單，在道岔間的連接關系一定的前提下，以安全及技術連接的要求作為約束條件，以工程及投資要求作為目標，建立線性規(guī)劃模型進行求解，具體參閱文獻[1]。咽喉線束區(qū)結構較復雜，為便于計算，定義咽喉線束區(qū)內與地鐵車輛基地出入線連接的線路為咽喉區(qū)走行線，以每條咽喉區(qū)走行線與平過道交點為坐標原點，水平由里往外為X軸正方向，垂直由咽喉區(qū)走行線往最外側股道方向為Y軸正方向。

3.約束條件

在地鐵車輛基地工程設計中，以保證列車運行安全為前提，合理規(guī)劃每一線束連接的股道數量，以減少咽喉區(qū)走行線道岔數量，縮短咽喉區(qū)長度，從而減小地鐵車輛基地用地及工程投資。因此，咽喉區(qū)布局應滿足以下約束條件：

3.1 列車出入基地能力要求

地鐵車輛基地是列車的停車場，為滿足地鐵早、晚高峰收發(fā)車要求，需結合基地停車數量配備對應的出入線（咽喉區(qū)走行線）。

3.1.1 咽喉區(qū)走行線數量為m，相鄰咽喉區(qū)走行線間的間距為（i=1，2，…，m-1）；

3.1.2 庫房內股道數量為g，咽喉區(qū)走行線道岔數量為n（i=1， 2，…，g），為第i條咽喉區(qū)走行線上第j個道岔。

3.1.3 咽喉線束區(qū)的線束劃分方式P。

3.2 安全要求

地鐵車輛基地設計中，為保證咽喉區(qū)作業(yè)安全，相鄰道岔間的最小岔心距離必須滿足鐵路站場設計規(guī)范要求。文獻[1]給出了相鄰道岔主要的組合形式：

圖2 相鄰道岔組合形式

并對鐵路站場設計規(guī)范未規(guī)定最小岔心距離的組合形式（f）、（g）進行分析，得出7種組合形式均滿足：

3.3 技術連接要求

咽喉線束區(qū)道岔連接除了滿足安全要求外，還需滿足技術連接要求。文獻[1]中指出咽喉區(qū)的技術連接要求為咽喉區(qū)各岔心距離應滿足以某一道岔為起點，沿任何計算路徑推算出的起點道岔的坐標都應相同，并引入回路概念，確定滿足技術連接要求的任意回路應滿足基本邊的長度等于基對邊的長度與左右段邊增量之和，如下所示：

具體計算參閱文獻[1]，本文不再詳述。

3.4 線束劃分組合P

相同規(guī)模的地鐵車輛基地，由于咽喉區(qū)線束劃分的不同，導致咽喉區(qū)線束區(qū)結構的不盡相同，咽喉線束區(qū)長度也存在較大差別。

以股道規(guī)模為24的地鐵車輛基地為例，假設其股道間距均為d，道岔角度為，咽喉線束區(qū)線間距為，倒角曲線半徑為R，線束劃分組合分別為、。

圖3 咽喉線束區(qū)連接形式比較圖

以股道間距固定為前提，對一定股道規(guī)模的咽喉區(qū)線束區(qū)進行比較，得出咽喉線束區(qū)較短的線束劃分組合，如下表所示：

表1 線束劃分組合表

注：括號內為與咽喉走行線直接相連的股道。

分析表中股道數量增加與線束劃分組合的關系，可得出咽喉區(qū)走行線每一組道岔連接的最大股道數量。以咽喉區(qū)走行線第一組道岔連接的最大股道數c為基礎，得出由里往外道岔連接最大股道數量公式：

根據（2）式可確定不同規(guī)模下咽喉區(qū)走行線的道岔數量n。

4.模型的建立

綜上分析，根據地鐵車輛基地股道規(guī)模N確定咽喉線束區(qū)道岔數量n，以安全及技術連接為約束條件，以咽喉線束區(qū)最短距離為目標，建立線型規(guī)劃模型，用以求解咽喉線束區(qū)長度。

5.進一步討論

本文提出的模型（3）僅是地鐵車輛基地標準扇形咽喉區(qū)結構中咽喉線束區(qū)長度的計算模型，而在實際的工程設計中，由于受用地條件、地鐵車輛基地布局形式等影響，咽喉區(qū)結構復雜得多，計算模型也復雜得多。另外，本文提出的線束劃分組合是以股道間距固定為前提，實際工程中，由于股道功能的差別、上蓋物業(yè)開發(fā)等的要求，股道間距不可能完全相同，線束劃分組合也會根據實際情況靈活變化。最后，模型（3）中咽喉線束區(qū)內股道間距受線束劃分組合影響，其計算方法還需要繼續(xù)研究。

[1]朱志國，葉懷珍.鐵路站場計算機輔助設計系統(tǒng)——咽喉區(qū)優(yōu)化設計[J].西南交通大學學報，1995（4）.

[2]馮煥,何勛龍.鐵路站場及樞紐.北京：中國鐵道出版社,1987:12-13,26.

[3]任南杰,陳之強,房復民.鐵路站場咽喉區(qū)優(yōu)化設計及總平面圖自動鋪畫方法研究[j].鐵路計算機應用，2011（11）.

[4]黃孝章,謝如鶴,胡思繼.鐵路站場咽喉區(qū)優(yōu)化設計及圖形自動生成方法研究[J].長沙鐵道學院學報，1998（3）.

[5]陳寶林.最優(yōu)化理論與算法.北京：清華大學出版社，1989:12-15.