市域鐵路車輛基地總平面設(shè)計研究

熊 盛

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

我國地鐵系統(tǒng)具有載客量大、開行密度高等特點(diǎn)，車輛檢修采用日常維修和定期檢修相結(jié)合的修程修制，主要分為列檢、雙周檢、3月檢、定修、架修和大修等模式，以適應(yīng)地鐵車輛運(yùn)用特點(diǎn)。市域鐵路運(yùn)營特點(diǎn)較地鐵有所不同，市域鐵路客流潮汐現(xiàn)象明顯，早晚高峰尤為突出，這些特點(diǎn)導(dǎo)致市域鐵路車輛運(yùn)用相較地鐵存在明顯差異，因此需要針對性地研究適應(yīng)市域鐵路車輛運(yùn)用特點(diǎn)的車輛檢修體系。

1 車輛基地總平面設(shè)置現(xiàn)狀

1.1 地鐵和國鐵

我國地鐵車輛段日常檢修通常分為列檢、雙周檢和3月檢，列檢作業(yè)和停車臺位共庫設(shè)置，雙周檢、3月檢單獨(dú)設(shè)置檢修庫。停車列檢設(shè)備設(shè)施規(guī)模等于配屬車輛數(shù)量減去檢修車輛數(shù)量，列檢列位數(shù)量一般占停車、列檢列位的一半。雙周檢、3月檢設(shè)備設(shè)施規(guī)模由檢修工作量確定，檢修作業(yè)場地相對分散，檢修人員及工器具在不同臺位間流動，即“人動車不動”，能在相對較短時間內(nèi)完成大量車輛列檢，但缺點(diǎn)是檢修人員效率及工器具利用率均較低，檢修庫占地面積較大。

國鐵動車運(yùn)用所日常維修主要在存車場和檢查庫完成，存車場承擔(dān)配屬動車組存放任務(wù)，檢查庫完成動車組一、二級修作業(yè)，一級修主要集中在晚上完成，二級修通過扣車檢修完成。存車場和檢查庫一般采用縱列式布置。存車線和檢查庫線一般布置為1線2列位。

1.2 市域鐵路布置

市域鐵路因潮汐客流現(xiàn)象明顯，平峰時刻列車開行對數(shù)約為高峰時刻的一半，可以考慮利用運(yùn)營期間高峰轉(zhuǎn)平峰時段完成下線車輛檢修工作，如若采用地鐵檢修模式按照配屬車輛的一半設(shè)置列檢設(shè)備設(shè)施，則列檢作業(yè)設(shè)備設(shè)施每日的使用頻率為2次/日，檢修設(shè)備設(shè)施使用效率低。研究“檢修集中，停檢分離”的車輛基地總平面布置方式，將存車和檢修分開設(shè)置，檢修集中設(shè)置在檢查庫，通過車輛的輪轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)檢修設(shè)備設(shè)施使用頻率的提高，提升檢修工作效率。檢查庫集中執(zhí)行市域鐵路車輛日常檢修作業(yè)，停車場承擔(dān)市域鐵路車輛停放和發(fā)車作業(yè)，車輛經(jīng)過檢修作業(yè)后返回停車場停放，即“車動人不動”，從而實(shí)現(xiàn)檢修人員及工器具的集約利用，提高工作效率，節(jié)省投資及用地。

車輛基地布置形式有：橫列式、縱列式和錯列式，橫列式、縱列式如圖1、圖2所示。一般情況下，考慮用地條件限制，將存車場與檢修線群橫列式布置，可使得總平面結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)性更好，在經(jīng)濟(jì)上也比較有利。當(dāng)車輛檢修基地總規(guī)模較大、存車數(shù)量較多時，考慮到列車到發(fā)次數(shù)以及檢修車輛在檢修線群和存車線群之間的轉(zhuǎn)線次數(shù)增多，為縮短段內(nèi)作業(yè)時間，在用地條件不受制約的情況下，可采用縱列式布置形式。市域鐵路車輛基地多建于城市規(guī)劃區(qū)，用地條件有限，規(guī)模不大的車輛基地多采用橫列式布置。

圖1 橫列式布置示意圖

圖2 縱列式布置示意圖

2 檢修能力分析

“檢修集中，停檢分離”的檢修作業(yè)方式可有效提升檢修設(shè)備設(shè)施的利用率，與此同時市域車輛調(diào)車作業(yè)效率就成為制約車輛段檢修能力的關(guān)鍵因素，列車的調(diào)車檢修作業(yè)可以視作列車在段內(nèi)存車線、檢修線、洗車線、臨修線以及鏇輪線等功能股道上的轉(zhuǎn)線和停留。股道運(yùn)用需要重點(diǎn)考慮2方面的約束：①股道的專用性，即不同檢修項(xiàng)目需要在不同股道上完成；②股道占用時空相容性，即同一時刻同一股道（列位）最多被一列動車組占用。另外還需要考慮車輛運(yùn)用計劃和日常檢修計劃約束。

多約束下車輛檢修調(diào)度、檢修效率可采用離散事件系統(tǒng)仿真方法進(jìn)行模擬分析。離散事件系統(tǒng)仿真（DEVS）是一種建模方法學(xué)，其中物理系統(tǒng)改變由一系列離散事件代表。一個DEVS模型假設(shè)被仿真，系統(tǒng)僅在其模擬事件的離散點(diǎn)改變狀態(tài)，或者說每一個離散事件仿真就是一個計算機(jī)程序，例如列車入段、洗車、咽喉區(qū)平行徑路自走行以及入庫檢修等都可以視作一個離散事件，只有當(dāng)前一個離散事件（工藝步驟）完成后，才能觸發(fā)下一個離散事件。

文章研究采用離散事件系統(tǒng)仿真方法，量化不同總平面檢修能力和檢修效率。仿真模擬中需要考慮以下幾個方面的約束：①車輛基地內(nèi)任一股道能停放的列車數(shù)量都不應(yīng)超過設(shè)計最大停放數(shù)量；②各個列車行進(jìn)徑路不存在沖突，即不同列車不能同時占有同一股道進(jìn)路；③各項(xiàng)工藝檢修作業(yè)時間滿足標(biāo)準(zhǔn)檢修作業(yè)要求。離散事件系統(tǒng)仿真必須保持對當(dāng)前仿真時間的跟蹤，在離散事件仿真中，與實(shí)時仿真不同，時間存在跳躍，由于事件是瞬時發(fā)生的，隨著仿真的進(jìn)展，時鐘跳躍到下一階段的開始時間。

2.1 檢修作業(yè)流程

市域車輛在車輛基地內(nèi)從入段到出段的作業(yè)流程為：入段→輪對踏面診斷→存車場→洗車→入庫檢修→存放→出段。

2.2 作業(yè)時間

因?yàn)橐归g作業(yè)工作量為一天內(nèi)最大量，所以僅需研究夜間作業(yè)效率制約因素，其制約因素如下。

（1）收車、一級修、整備、清洗主要于21 : 00～9 : 00時間段進(jìn)行。

（2）一級修標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間為2.5 h。

（3）為簡化計算難度，將不同存車線上的列車通過咽喉區(qū)平行徑路時間進(jìn)行統(tǒng)一，即列車在存車場至咽喉區(qū)平行徑路、咽喉區(qū)平行徑路走行、庫內(nèi)檢查以及出庫入存車場區(qū)域內(nèi)走行時間進(jìn)行統(tǒng)一，與具體股道編號無關(guān)。

2.3 行進(jìn)徑路通過原則

行進(jìn)徑路通過原則有如下4個方面。

（1）咽喉區(qū)內(nèi)1條平行徑路同一時間段內(nèi)只能允許1 列車通過。

（2）咽喉區(qū)平行徑路空閑時，檢修完畢準(zhǔn)備出庫的列車優(yōu)先出庫，入庫待檢列車等候。

（3）檢查庫線空閑時，列車先進(jìn)入此庫線檢修。

（4）存車線股道和檢查庫股道存在對應(yīng)關(guān)系，列車通過平行徑路實(shí)現(xiàn)在存車場以及檢查庫之間的周轉(zhuǎn)，行進(jìn)徑路不切割平行徑路。

2.4 建立離散事件系統(tǒng)仿真模型

根據(jù)列車在車輛基地內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度過程，確定基于離散事件系統(tǒng)仿真的市域車輛檢修調(diào)度流程邏輯圖，如圖3所示。

圖3 市域車輛檢修調(diào)度流程邏輯圖

建立市域車輛檢修調(diào)度離散模型，模型中設(shè)定總檢修時間、每列動車組檢修時間、咽喉區(qū)平行徑路長度、檢查庫線數(shù)量等參數(shù)，自動分析計算夜間作業(yè)時間內(nèi)列車在車輛基地內(nèi)的調(diào)度情況，列車檢修進(jìn)度如圖4所示。橫軸為時間，根據(jù)每一列車的入庫股道將其安排進(jìn)相應(yīng)的檢查庫線，并按照入庫時間的先后順序依次排列，計算出每條檢查庫線內(nèi)列車入庫時刻、庫停時間、候車出庫時間以及出庫時間，利用Matlab的圖形用戶界面（GUI）設(shè)計參數(shù)化計算界面如圖5所示?；贛atlab的圖形繪制模塊可將通過中部咽喉區(qū)平行徑路、洗車徑路、入庫檢修和出庫入存車場時間節(jié)點(diǎn)和各動車組進(jìn)入檢修股道順序通過橫道圖形式繪制出來。在規(guī)定時間內(nèi)完成的檢修列車數(shù)量即車輛基地的最大檢修能力（每日最大檢修車輛數(shù)量）。

圖4 列車檢修進(jìn)度鋪畫圖

圖5 GUI設(shè)計參數(shù)化計算界面

2.5 仿真結(jié)果分析

利用仿真模型可通過賦予參數(shù)不同數(shù)值，分析不同咽喉區(qū)平行徑路與檢查庫線數(shù)量關(guān)系。在檢查庫數(shù)量相同時，咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量越少，列車在庫內(nèi)候車時間越長，可直觀理解為咽喉區(qū)平行徑路頻繁被占用，此時存車場內(nèi)待修列車和檢查庫修畢列車將長時間等待咽喉區(qū)平行徑路完成調(diào)車作業(yè)；當(dāng)咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量達(dá)到一定值后再繼續(xù)增加咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量，檢修列車總數(shù)不變，此時制約檢修能力的因素是檢查庫線的數(shù)量，因?yàn)槊烤€檢查庫線的檢修能力的存在上限，持續(xù)增加咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量則不會提升檢修能力上限。

模擬仿真計算不同檢查庫線數(shù)量和咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量對車輛基地檢修能力的影響，分別設(shè)置咽喉區(qū)平行徑路為1、2、3、4，檢修能力、庫線數(shù)量和咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量關(guān)系如圖6所示?？梢钥闯鲈谀撤N總平面參數(shù)下1條檢查庫線一晚上最多可以檢修3列車，增加檢查庫線數(shù)量可以提升車輛基地檢修能力，但結(jié)合庫線數(shù)量增加咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量不能將檢修能力發(fā)揮至最大。對于橫列式布置的車輛基地，因?yàn)槠矫婀傻啦贾眉s束難以設(shè)置超過2條咽喉區(qū)平行徑路，建議采用橫列式布置的市域鐵路車輛基地在出入段線處設(shè)置不少于2條牽出線，有效保證咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量，以提高咽喉區(qū)平行徑路通過能力，提升車輛基地檢修能力利用率。

圖6 檢修能力、庫線數(shù)量和咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量關(guān)系圖

3 總平面方案優(yōu)化

基于以上數(shù)值仿真分析，咽喉區(qū)平行徑路通過能力瓶頸制約車輛基地檢修能力，車輛段規(guī)模較大時，由于存在頻繁調(diào)車，對運(yùn)營組織要求較高，需進(jìn)一步研究更優(yōu)的總平面布置方案。在總平面設(shè)計中可以考慮采用錯列式布置，即設(shè)置庫前存車線，相當(dāng)于設(shè)置庫前緩存區(qū)，有效減少檢查庫與存車線之間的頻繁調(diào)車作業(yè)。一般而言，車輛庫停檢修時間會大于咽喉徑路走行時間，庫前設(shè)置存車場可以實(shí)現(xiàn)待修列車?yán)脦靸?nèi)列車檢修作業(yè)時間完成從庫前存車區(qū)到存車場的轉(zhuǎn)場，并且?guī)烨按孳嚺彊z查庫，調(diào)車作業(yè)時間短，有效解決咽喉區(qū)平行徑路通過能力瓶頸問題。溫州市域鐵路S2線瑞安車輛段便采用錯列式布置方案，如圖7所示，利用庫前雙線存車線作為檢修緩存區(qū)，有效避免咽喉區(qū)平行徑路通過能力制約檢修能力。

圖7 瑞安車輛段總平面示意圖

4 結(jié)論

市域鐵路的車輛運(yùn)用特點(diǎn)相較地鐵有著明顯不同，采用“檢修集中，停檢分離”模式的總平面設(shè)計方案能有效提升檢修設(shè)備設(shè)施利用率，提高市域鐵路車輛基地建設(shè)經(jīng)濟(jì)性。同時在總平面設(shè)計中，咽喉區(qū)平行徑路設(shè)置與庫線數(shù)量應(yīng)結(jié)合具體的總平面設(shè)計條件進(jìn)行有效匹配，可采用離散事件系統(tǒng)仿真方法驗(yàn)證咽喉區(qū)平行徑路數(shù)量、檢查庫線數(shù)量、庫內(nèi)動車組作業(yè)時間和庫線與道岔對應(yīng)關(guān)系是否合適。此外，橫列式車輛基地的出入段線牽出線宜設(shè)置2條出入段線以提高咽喉區(qū)平行徑路通過能力。