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        地鐵不同場(chǎng)段分布對(duì)其規(guī)模分配和運(yùn)營成本的影響

        2013-09-02 21:49:26陳福貴
        關(guān)鍵詞:車場(chǎng)軌道交通分配

        陳福貴

        (中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

        地鐵不同場(chǎng)段分布對(duì)其規(guī)模分配和運(yùn)營成本的影響

        陳福貴

        (中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

        城市軌道交通的車輛段和停車場(chǎng)需要占用大量的城市土地,合理分配場(chǎng)段規(guī)??梢詢?yōu)化占地面積,提高運(yùn)營效率?;谝粓?chǎng)一段情況下,總結(jié)出不同接軌方案的場(chǎng)段規(guī)模分配計(jì)算方法,提出場(chǎng)段分布位置在線路中接近對(duì)稱時(shí),場(chǎng)段規(guī)模大致相等的研究結(jié)論。同時(shí),提出地鐵收發(fā)車空跑距離計(jì)算模型,并對(duì)不同場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營成本的影響因素進(jìn)行分析,提出降低運(yùn)營期間場(chǎng)段收發(fā)車空跑運(yùn)營成本的途徑。

        城市軌道交通;車輛段;規(guī)模分配;運(yùn)營成本

        1 研究意義

        近年來,我國各主要城市不斷興起城市軌道交通建設(shè)的高潮,僅2012年國家發(fā)改委批復(fù)的軌道交通建設(shè)規(guī)劃,總投資規(guī)模預(yù)計(jì)超過8 000億元,涉及全國19個(gè)城市。城市軌道交通的興建,給城市用地提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。而城市軌道交通的車輛段/停車場(chǎng)作為其不可或缺的組成部分,需要占用大量的城市土地[1-5]。隨著城市用地矛盾的日益突出,在滿足功能需求的前提下,如何控制好場(chǎng)段的占地面積,提高車輛檢修效率,降低日常運(yùn)營成本,對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員來說極為重要。

        城市軌道交通車輛段/停車場(chǎng)的規(guī)模,主要取決于運(yùn)用車數(shù)。本文在既有國內(nèi)外研究基礎(chǔ)上[6-12],從運(yùn)營的角度分析不同場(chǎng)段位置及接軌方案,對(duì)運(yùn)用車停車規(guī)模分配的影響,并提出收發(fā)車列車空跑的計(jì)算模型,從而分析場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營成本的影響。

        2 場(chǎng)段分布對(duì)其規(guī)模的合理分配研究

        地鐵線路運(yùn)營所需的運(yùn)用車數(shù)量是根據(jù)線路長(zhǎng)度、旅行速度和高峰小時(shí)開行列車對(duì)數(shù)確定的,運(yùn)用車分配又與場(chǎng)段在線路中接軌點(diǎn)位置和接軌方向有關(guān)。以下分析一場(chǎng)一段情況下,不同接軌方案的場(chǎng)段合理規(guī)模分配模型(此處規(guī)模是指運(yùn)用車停放列位,不含備用及檢修車)。

        規(guī)模分配模型設(shè)計(jì)原則:

        (1)按發(fā)車方向,劃分車場(chǎng)發(fā)車所覆蓋的范圍,且各車場(chǎng)覆蓋范圍不重疊,覆蓋范圍與所需停放的運(yùn)用車數(shù)成正比;

        (2)不考慮在中間站折返的情況,因?yàn)楦叻鍟r(shí)段的加車無法在中間站折返;

        (3)收車過程與發(fā)車相同。

        根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則,圖1所示為相同場(chǎng)段位置分布情況下,不同接軌方向與其所覆蓋收發(fā)車范圍的關(guān)系示意圖。圖中,A、B表示兩個(gè)車場(chǎng)接軌點(diǎn)位置;L1、L2、L3分別表示車場(chǎng)接軌點(diǎn)與線路長(zhǎng)度的關(guān)系(線路全長(zhǎng)L=L1+L2+L3)。

        圖1 車場(chǎng)分布與收發(fā)車范圍關(guān)系示意

        由此可以計(jì)算各個(gè)方案的場(chǎng)段規(guī)模分配如下。

        方案一:車場(chǎng) A規(guī)模/車場(chǎng) B規(guī)模 =(2×L1+L2)/(2×L3+L2)

        方案二:車場(chǎng)A規(guī)模/車場(chǎng)B規(guī)模=(2×L1+L2+2×L3)/L2

        方案三:車場(chǎng)A規(guī)模/車場(chǎng)B規(guī)模=L2/(2×L1+L2+2×L3)

        方案四:車場(chǎng) A規(guī)模/車場(chǎng) B規(guī)模 =(L2+2×L3)/(L2+2×L1)

        以上接軌方案均表示單方向接軌,若考慮車場(chǎng)A為雙向接軌,則場(chǎng)段覆蓋范圍分配與單方向接軌的差異如圖2所示。

        圖2 車場(chǎng)單向接軌與雙向接軌的差別

        可見車場(chǎng)雙向接軌時(shí),發(fā)車所覆蓋的范圍與單向接軌時(shí)面向一側(cè)線路起終點(diǎn)的情況相同,即車場(chǎng)規(guī)模一樣,差別只是在于列車空跑距離,雙向發(fā)車有利于節(jié)約空跑距離。因此,不論車場(chǎng)A、B哪一方是雙向接軌,均可按圖1中所示的規(guī)模分配方法進(jìn)行計(jì)算。

        因此,對(duì)于一段一場(chǎng)的布置情況,可以得到如下結(jié)論:

        (1)場(chǎng)段規(guī)模分配與場(chǎng)段在線路中的位置及接軌的方向密切相關(guān);

        (2)一般情況下,場(chǎng)段在線路中分布位置均衡則場(chǎng)段規(guī)模差異小,尤其是場(chǎng)段位置在線路中接近對(duì)稱時(shí),場(chǎng)段規(guī)模大致接近;

        (3)當(dāng)2個(gè)場(chǎng)段接軌方向相同,則收發(fā)車覆蓋范圍易出現(xiàn)重疊,因此場(chǎng)段規(guī)模差異比較大;而接軌方向相反時(shí)則規(guī)模分配相對(duì)較均衡。

        3 場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營成本的影響分析

        3.1 地鐵收發(fā)車空跑距離計(jì)算模型

        以早晨發(fā)車為例,為保證早晨第一個(gè)小時(shí)的行車密度,車輛基地的部分運(yùn)用車需提前發(fā)出至正線,并保證全線各車站具有相同的服務(wù)水平。

        最早一班車提前發(fā)車所走行的距離與車輛基地位置的關(guān)系可參見圖2。

        對(duì)車場(chǎng)A(單向接軌)而言,從車場(chǎng)A開出的最早一班車空跑距離為S1=2×L1+L2,平均旅行速度為V,則提前發(fā)車的時(shí)間為T1=(2×L1+L2)/V。

        若車場(chǎng)A為雙向接軌,則從車場(chǎng)A開出的最早一班車的提前發(fā)車時(shí)間T1應(yīng)取max{(2×L1)/V,L2/V}。由此可見,雙向接軌方案能有效地節(jié)約收發(fā)車空跑距離和時(shí)間。

        (2)收發(fā)車空跑距離的計(jì)算

        假定早晨第一個(gè)小時(shí)的列車開行密度為n對(duì)/h,且線上列車均勻分布。圖2中,對(duì)車場(chǎng)A(單向接軌)而言,最早一班車的空跑距離為S1,提前發(fā)車的時(shí)間為T1;第i班車的提前發(fā)車時(shí)間為Ti,空跑距離為Si;則有公式如下

        以此類推。

        手機(jī)的短信提示聲響了,高潮掏出手機(jī)一看,是“詩的妾”發(fā)過來的:老公,妾睡不著。高潮看了看手機(jī)上的時(shí)間,已是十一點(diǎn)多了。高潮想了想,回復(fù)“詩的妾”:草坪湖畔月下,蟲鳴狼嚎風(fēng)颯,苦惱人未歸家。

        此時(shí),車場(chǎng)A單方向需發(fā)出列車總數(shù)i=INT(T1×n)+1,累計(jì)空跑距離為∑Si,由此引起的運(yùn)營成本增加的計(jì)算公式為

        發(fā)車過程中空跑的運(yùn)營成本=∑Si×列車編組×每車公里的運(yùn)營成本單價(jià)。

        由于晚上收車的原理與早晨發(fā)車是一樣的,因此收車的空跑距離與發(fā)車一致。其余時(shí)段,如平峰向高峰過渡,行車密度增加需向線上加車,由此引起的列車空跑距離同樣可按上述模型進(jìn)行計(jì)算,不同的是:只計(jì)算增加的對(duì)數(shù)為Δn,且仍按均勻加車考慮。但是通??紤]由于加車過程中的空跑實(shí)際上也在載客運(yùn)營,不是真正意義上的空跑,因此,也可不計(jì)平峰、高峰時(shí)段轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的列車空跑,僅計(jì)早晚收發(fā)車的空跑。

        3.2 不同場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營成本的影響

        如上節(jié)所述,決定列車收發(fā)車空跑距離的是第一班列車的空跑距離,因此,減少場(chǎng)段單方向發(fā)車的覆蓋范圍,可減少第一班列車的空跑距離,從而減少收發(fā)車的空跑運(yùn)營成本。以下分析場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營成本的幾個(gè)影響因素。

        (1)場(chǎng)段數(shù)量

        顯然對(duì)同一線路而言,場(chǎng)段數(shù)量越多接軌點(diǎn)越多,全線所需列車覆蓋的范圍也由各個(gè)場(chǎng)段分?jǐn)偅梢詼p少收發(fā)車空跑距離,降低運(yùn)營成本。

        (2)接軌方案

        如圖2車場(chǎng)單向接軌與雙向接軌的差別所示,雙向接軌方案可以縮短從車場(chǎng)A單向發(fā)車的覆蓋范圍,較單向接軌方案縮短了L2,從而可以減少從車場(chǎng)A發(fā)車的空跑距離。因此雙向接軌較單向接軌能減少空跑距離,降低運(yùn)營成本。

        (3)場(chǎng)段位置分布

        在場(chǎng)段數(shù)量和接軌方式相對(duì)確定的情況下,則場(chǎng)段在線路中均勻的分布形式,可以均衡收發(fā)車覆蓋范圍,從而減少列車空跑和運(yùn)營成本。如圖3所示,場(chǎng)段分別位于線路兩端的方案,與集中在線路中部但可以雙向收發(fā)車,其分別覆蓋的線路范圍是一致的。因此,根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況,盡量均衡場(chǎng)段在線路中的位置分布,不僅可以平衡場(chǎng)段的規(guī)模,也可以降低空跑的運(yùn)營成本。

        圖3 場(chǎng)段位置分布對(duì)覆蓋范圍的影響

        通常地鐵為一場(chǎng)一段布置形式,很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為停車場(chǎng)和車輛段分布位于線路兩端才是最優(yōu)的布置方案,空跑距離最短。而事實(shí)上,通過以上分析可知,只要該場(chǎng)段布置相對(duì)對(duì)稱,可以通過接軌方案使得收發(fā)車的覆蓋范圍一致,即可達(dá)到空跑距離最短,降低運(yùn)營成本的目的。

        因此,降低由于場(chǎng)段收發(fā)車引起的空跑運(yùn)營成本的途徑包括:

        (1)增加場(chǎng)段接軌點(diǎn),例如車輛段采用貫通式的布置形式;

        (2)增加接軌方向,例如接軌車站采用雙島三線的雙向接軌方式;

        (3)均勻分布場(chǎng)段在線路中的位置,盡量處于對(duì)稱分布狀態(tài)等等。

        4 研究結(jié)論

        由于場(chǎng)段規(guī)模分配與場(chǎng)段在線路中的位置及接軌的方向密切相關(guān),基于一場(chǎng)一段情況下,總結(jié)出不同接軌方案的場(chǎng)段規(guī)模分配計(jì)算方法,提出場(chǎng)段分布位置在線路中接近對(duì)稱時(shí),場(chǎng)段規(guī)模大致相等的研究結(jié)論。

        同時(shí),提出地鐵收發(fā)車空跑距離計(jì)算模型,并對(duì)不同場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營成本的影響因素進(jìn)行分析,提出降低運(yùn)營期間場(chǎng)段收發(fā)車空跑運(yùn)營成本的途徑。

        文中所述均指在理論分析的情況下,對(duì)場(chǎng)段的規(guī)模進(jìn)行分配,實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)考慮各場(chǎng)段的用地面積、地形、接軌站條件等各種約束條件限制,以節(jié)省運(yùn)營期收發(fā)車運(yùn)營空跑距離為目標(biāo),對(duì)場(chǎng)段應(yīng)承擔(dān)的運(yùn)用車數(shù)量進(jìn)行調(diào)整,形成最優(yōu)場(chǎng)段規(guī)模分配方案。

        [1] 國家質(zhì)檢總局,建設(shè)部.GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2003.

        [2] 中華人民共和國建設(shè)部.建標(biāo)104—2008 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2008.

        [3] 季令,張國寶.城市軌道交通運(yùn)營組織[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

        [4] 孫章,何宗華,徐金華.城市軌道交通概論[M].北京:中國鐵道出版社,2000.

        [5] 何宗華,汪松滋,何其光.城市軌道交通車輛運(yùn)行與維修[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

        [6] 葉霞飛,李君,霍建平.國內(nèi)外城市軌道交通車輛段對(duì)比研究[J].城市軌道交通研究,2003(2):72-77.

        [7] 繆東.論城市軌道交通車輛段的設(shè)置規(guī)模和建設(shè)方式[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2005(3):35-38.

        [8] 朱捷.節(jié)約城市軌道交通車輛基地投資及用地的探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2003(9):67-69.

        [9] 馬沂文.對(duì)地鐵車輛段用地情況的分析[J].都市快軌交通,2004,17(1):42-47.

        [10]石塚弘道.鉄道のメンテナンス[C]//正田英介.第20回鉄道総研講演會(huì):第20回鉄道総研講演會(huì)概要集.東京:財(cái)団法人鉄道総合技術(shù)研究所,2007:1-59.

        [11] Competition Commission.London Underground Limited:A report on passenger and other services supplied by the company[R].Cm 1555,London:Competition Commission,1991.

        [12] RATP.La RATP en un clic[EB/OL].http://www.ratp.fr/,2007-06.

        The Influence Caused by Different Metro Yard and Depot Arrangements on Its Size Distribution and Operation Cost

        CHEN Fu-gui
        (China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.,Chengdu 610031,China)

        The rolling stock yards and depots of urban rail transit often occupy a lot of city land,so a reasonable distribution of the yards and depots can optimize the occupied area and improve operation efficiency.This paper proposed a calculation method of size distribution of yards and depots under different track junction schemes,and then drew a conclusion that:if the yards and depots were arranged symmetrically in the metro line,the scales of both the yard and depots would be roughly equal.Moreover,this paper proposed a calculation model of the empty running distances of car's dispatching and returning.After analyzing the influences of different yard and depot arrangements on the operation cost,this paper suggested some measures to reduce the operation cost of the empty running of car's dispatching and returning.

        urban rail transit;rolling stock depot;size distribution;operation cost

        U291.2

        A

        1004-2954(2013)09-0037-03

        2013-03-06;

        2013-03-18

        陳福貴(1981—),男,工程師,2007年畢業(yè)于西南交通大學(xué),工學(xué)碩士,E-mail:fgchen@163.com。

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