跨座式單軌車輛段平面布置優(yōu)化研究

王國君

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京 100055)

車輛段系指跨座式單軌交通系統(tǒng)中提供車輛運用、檢修和設(shè)備、設(shè)施的維修、保養(yǎng)以及材料、物資供應(yīng)和技術(shù)培訓(xùn)等服務(wù)的綜合性基地[1-2],是跨座式單軌交通系統(tǒng)的重要組成部分[3-4],其主要設(shè)施有車輛段、綜合維修中心、物資總庫、培訓(xùn)中心和辦公、生活設(shè)施等[7]。

規(guī)范對車輛段用地、功能、規(guī)模和布局有詳細要求[5-8]。基于車輛段選址規(guī)劃和城市用地要求,車輛段平面布置受控因素極多,為更好實現(xiàn)車輛段功能,同時節(jié)省用地,滿足各項規(guī)范要求,匹配地方規(guī)劃要求,應(yīng)對車輛段進行平面布置優(yōu)化研究。

胡鵬等對城市軌道交通車輛基地運營管理系統(tǒng)進行設(shè)計,為城市軌道交通車輛基地調(diào)度人員提供良好的決策支持[9];梁曉東通過總結(jié)重慶單軌設(shè)計經(jīng)驗,研究跨座式單軌車輛段站場設(shè)計的特點[10];楊震介紹城市軌道交通車輛段總平面布置圖輔助設(shè)計系統(tǒng)各功能模塊的具體需求,闡述了總圖圖形的幾何模型及算法[11];為減少車輛基地場坪長度和工程投資,劉曉云等研究單軌車輛基地咽喉區(qū)線路平面[12];中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司基于蕪湖跨座式單軌工程兩段一場車輛基地工程,對車輛段布置形式進行深入研究[13-18]。

本次研究結(jié)合跨座式單軌特性、檢修工藝流程、運營特征,基于總圖最優(yōu)原則,通過優(yōu)化線群配置進行平面布置設(shè)計,設(shè)計思路可分為資料輸入、圖形特征分析、方案初始化、方案檢查、方案優(yōu)化和最終方案確定,流程見圖1。

圖1 車輛段平面設(shè)計思路

1 資料輸入

1.1 設(shè)計目標

定性目標為線路連通、工藝順暢、功能合理、美觀;定量目標為咽喉區(qū)短、工程量小、用地省。

1.2 初始布置

基于車輛的技術(shù)條件和參數(shù),根據(jù)車輛段承擔(dān)的功能和規(guī)模,結(jié)合地形、地質(zhì)條件、國內(nèi)外設(shè)計和運營經(jīng)驗,提出初始平面布置。

1.3 跨座式單軌車輛段道岔類型

隨著跨座式單軌在國內(nèi)外的大中型城市快速發(fā)展,跨座式單軌車型日益增加,現(xiàn)有日立(重慶)、龐巴迪(蕪湖)、比亞迪(安陽)和青島四方等多種單軌車型。盡管單軌車型較多,但單軌車輛段道岔類型較少,常用的有四開道岔和五開道岔。

2 圖形特征分析

2.1 運營特征

運營時間:一般為5:00～24:00;加車時間:一般為早高峰(7:00～8:00)和晚高峰(17:00～18:00);減車時間:一般為早高峰過后(9:00 左右)和晚高峰過后(19:00 左右)。

2.2 檢修特征

車輛段內(nèi)列車檢修:檢修時間段一般為8:00～18:00;車輛檢修周期應(yīng)結(jié)合車輛制造商的建議確定,參數(shù)見表1。

表1 車輛檢修周期

區(qū)間線路設(shè)備檢修:一般為停運期間(0:00～5:00)。

2.3 布置特征

根據(jù)車輛段的運營特征和檢修特征,列車出入段為集中出入、使用頻率高;車輛運用和車輛檢修在線路使用上有時間差,相互干擾時間短,故列車運用線路應(yīng)集中靠近出入線,以縮短出入段的路程和時間;檢修線路應(yīng)緊鄰運用線路,以縮短檢修車輛的走行距離和集中運用檢修設(shè)備設(shè)施,牽出線、其他庫線跟隨緊湊布置,即車輛段布置以運用庫為中心、檢修庫為重點、其他庫跟隨、牽出線為中轉(zhuǎn)。結(jié)合全自動駕駛的發(fā)展趨勢,針對“有人區(qū)”與“無人區(qū)”集中布置車場線。

3 方案初始化

3.1 布置原則

“六步原則”為出入線先行、線群位置調(diào)整、道岔數(shù)計算、線群劃分、道岔擺放、路徑指引。

3.2 具體布置

(1)出入線先行

根據(jù)車輛段周邊地形地質(zhì)條件,結(jié)合站段關(guān)系合理規(guī)劃出入線擺放位置。設(shè)置試車線的車輛段可規(guī)劃為出入線緊鄰試車線布置(房屋外置)、出入線與試車線間夾設(shè)房屋布置(房屋內(nèi)置)兩種類型。

(2)線群位置調(diào)整

線群位置調(diào)整按有利生產(chǎn)、方便管理原則,即以車輛運用(停車、列檢)為中心縮短出入段時間、檢修庫緊鄰試車線減少作業(yè)干擾。

(3)道岔數(shù)計算

道岔的數(shù)量影響咽喉區(qū)的長度進而影響用地和土建工程,同時道岔及其附屬土建工程成本較高(土建成本為450 萬元～650 萬元,根據(jù)車型和道岔型號變化)。

依據(jù)車輛段規(guī)模和線群組合方式,根據(jù)表2 可算出車輛段的最小道岔數(shù)。

表2 最小道岔數(shù)計算 個

(4)線群劃分

線群劃分旨在均衡出入線作業(yè)、提升車輛段運營效益、指導(dǎo)平面布置。根據(jù)檢修特征分析,檢修線作業(yè)頻率低且與運用線路交叉時間較少,故一般情況下,出入線連通的停車線、列檢線數(shù)量宜相等,或連通檢修線的停車線數(shù)量略小于普通列檢線,以達到出入線兩側(cè)線路的使用均衡和咽喉區(qū)長度的合理。

40 列位車輛段線群劃分示意見圖2,圖中停車線和列檢線共21 條,線群可分為“12 條列檢線+9 條停車線”和“9 條列檢線+12 條停車線”,為均衡作業(yè),宜選擇“12 條列檢線+9 條停車線”。

圖2 車輛段線群劃分

(5)道岔擺放

道岔擺放以出入線為中線,按照向心(出入線)原則擺放,旨在減少反向曲線、縮短咽喉區(qū)長度。道岔擺放向心原則示意見圖3。

圖3 道岔擺放向心原則示意

(6)路徑指引

路徑指引指繪圖的方向,即線路的聯(lián)通順序。路徑指引以出入線為中線,按照先內(nèi)后外、由難而易的原則。房屋外置車輛段路徑指引示意見圖4,房屋內(nèi)置車輛段路徑指引示意見圖5。

圖4 房屋外置車輛段路徑指引示意

圖5 房屋內(nèi)置車輛段路徑指引示意

4 方案檢查

方案初始化后,需檢查方案是否達到最優(yōu),檢查方法可概括為面、線、點,即從整體、局部和細部進行方案檢查。

4.1 面

面檢查主要是車輛段平面布置設(shè)計目標(定性目標、定量目標)進行檢查,定性目標著眼于車輛段的工藝是否順暢、功能是否合理、線形是否美觀,定量目標著重于咽喉區(qū)長度是否合理(出入線搭接處長度均衡)、道岔數(shù)是否合理、用地是否合理。48 列位車輛段優(yōu)化前后平面布置對比見圖6,32 列位停車場優(yōu)化前后平面布置對比見圖7。

圖6 48 列位車輛段優(yōu)化前后平面布置對比(單位:m)

圖7 32 列位停車場優(yōu)化前后平面布置對比(單位:m)

4.2 線

線檢查主要是對方案進行局部檢查,基于安全可靠、經(jīng)濟適用的原則,檢查方案是否可以優(yōu)化。40 列位車輛段線檢查優(yōu)化前后平面布置對比見圖8。

圖8 40 列位車輛段線檢查優(yōu)化前后平面布置對比(單位:m)

4.3 點

點檢查主要是對方案進行細部檢查,如夾直線是否可以縮短等,基于安全可靠、經(jīng)濟適用的原則檢查方案是否可以優(yōu)化。40 列位車輛段點檢查優(yōu)化前后平面布置對比見圖9。

圖9 40 列位車輛段點檢查優(yōu)化前后平面布置對比(單位:m)

5 方案優(yōu)化

車輛基地的總體方案為面、線群布置為線、線路直圓及夾直線布置為點,針對面、線、點發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方向,方案優(yōu)化采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)選組合的大改措施,以及平移、旋轉(zhuǎn)、收縮的小改措施。

5.1 面優(yōu)化—優(yōu)化結(jié)構(gòu)(優(yōu)選組合)

優(yōu)化道岔類型組合見圖10。

圖10 優(yōu)化道岔類型組合(單位:m)

優(yōu)化道岔配列組合見圖11。

圖11 優(yōu)化道岔配列組合示意(單位:m)

優(yōu)化線群連接見圖12。

圖12 優(yōu)化線群連接(單位:m)

5.2 線、點優(yōu)化

線、點優(yōu)化屬于局部或細部的優(yōu)化,主要采用平移、旋轉(zhuǎn)、收縮三步進行優(yōu)化,見圖13。

5.3 循環(huán)檢查與優(yōu)化

方案優(yōu)化后,再次使用面、線、點進行方案檢查并繼續(xù)優(yōu)化,直到方案達到最佳。

6 結(jié)論

運用方案檢查的面、線、點三原則方法將結(jié)構(gòu)、組合和個體三措施密切銜接于各運營流程,并設(shè)計一套適合跨座式單軌車輛段平面布置方法,以提升運營效益,縮減用地規(guī)模,降低工程投資。