（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430061）

隨著社會經濟的迅猛發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，交通出行方式也變得更加多元化。地鐵出行方式，由于其準時、高效、運載量大等特點，已成為市民出行方式中最為重要的選擇之一[1-3]。

在現代地鐵建設規(guī)劃發(fā)展中，城市用地日趨緊張，建設線路不斷延長，配屬車輛數逐漸增多。因此，車輛段的選址點急劇減少，單個車輛段承擔作業(yè)量繁重，段場規(guī)模要求較大。車輛段的布局主要受用地條件的影響，導致新設車輛段基本無法滿足貫通式、多到發(fā)線等設計條件?；诖吮尘?，車輛段設計對早高峰時期的發(fā)車效率提出了更高的要求[4-5]。

1 研究必要性

針對車輛段的發(fā)車能力進行研究，普遍認為咽喉區(qū)的通過能力是限制發(fā)車能力的最主要原因[6-10]。然而，目前對車輛段咽喉區(qū)通過能力的研究大多為基于概率論統(tǒng)計方式分析計算所得到的結果，其數學意義僅是對于咽喉區(qū)不同道岔組的利用率的反映，因此并不能直接反映車輛段的發(fā)車效率或咽喉區(qū)通過效率的高低。綜上，現階段亟須一種行之有效的理論方法，能夠直接反映車輛段早高峰的發(fā)車效率高低，并對咽喉區(qū)通過能力進行分析計算，對車輛段發(fā)車能力進行合理評估。

2 發(fā)車能力研究

地鐵車輛發(fā)車能力受咽喉通過能力影響，而咽喉區(qū)通過能力主要受控于庫線規(guī)模、道岔布置形式、信號機數量等因素，還受到實際運營管理的模式和方法等因素的制約，列車出入段或通過咽喉區(qū)能力的計算，是地鐵車輛段設計中的重點和難點[11-12]。

2.1 咽喉區(qū)運行徑路

咽喉區(qū)運行徑路指的是列車從停車庫到轉換軌，完成模式轉換并出清轉換軌所走行的徑路[13]。

當列車庫前端的出發(fā)信號機開放后，司機駕駛列車行駛至停車庫門前停車，對前方進行觀察瞭望，確認前方平交道路安全后，列車出清停車庫[14]。

在出清車庫前，列車的速度不應超過5 km/h[15]；當列車完全出清車庫后，以不超過25 km/h行駛。列車繼續(xù)行駛至轉換軌信號機前停下，進行模式轉換，或不停車直接轉換模式并通過轉換軌，當模式轉換完成后，列車便可按照列車自動運行模式（ATO）運行至出清轉換區(qū)，至此，列車通過咽喉區(qū)徑路完成。

根據車輛基地及出段線的信號機布置和聯鎖關系設置，城市軌道交通車輛基地的列車出段作業(yè)有列車徑路和總出發(fā)徑路兩種方式[10]，當為列車徑路方式時，列車可直接行駛至轉換軌的正線入口信號機處；當為總出發(fā)徑路方式時，列車先行駛至總出發(fā)信號機，然后根據總出發(fā)信號機的顯示，進入正線入口的模式轉換信號機處。本文基于總出發(fā)徑路方式，考慮了車輛駛出轉換軌的時間不受車輛進站辦理時間的影響，即同時段只考慮列車發(fā)車徑路，無接車作業(yè)。其發(fā)車線路分區(qū)示意圖如圖1所示。

圖1 車輛段發(fā)車路線分區(qū)示意圖

2.2 出段徑路方式

調研發(fā)現，地鐵出段行進方式與段內所采用的信號機系統(tǒng)類型有關，根據列車行駛至轉換軌區(qū)段是否需要停車（兩種不同信號機類型），出段徑路方式一般可大致分為兩種。第一種徑路方式中，接收到調車指令的司機手動控制列車，通過咽喉區(qū)道岔組，行駛至轉換軌，停車并手動操作使列車轉為ATO正線跟蹤模式，駛向車站；第二種徑路方式中，接收到調車指令的司機手動控制列車，通過咽喉區(qū)道岔組，行駛至轉換軌，無須司機手動操作，列車在信號系統(tǒng)的控制下，自動轉為ATO正線跟蹤模式，并駛向車站。兩種信號系統(tǒng)在實際運營中均有所應用，在這里僅對第一種信號系統(tǒng)中的列車出段過程進行分析，第二種信號系統(tǒng)實際上是在其基礎上進行的升級，原理一致[16]。

2.3 單車發(fā)車時間計算

列車從停車庫通過咽喉區(qū)駛出車輛段，對于單列車而言，其走行時間稱為單車出段時間；對于多列車而言，其出庫總時間包含前后兩列車之間的發(fā)車時間間隔，這個時間稱為追蹤出段時間。

單車通過咽喉區(qū)出段時間T單：

式中：t準——列車出發(fā)前徑路辦理、司機準備等時間；t1——列車從停車位置行駛到庫門線處所用時間；t望——司機在庫門線處停車觀察瞭望的時間；t2——列車從庫門處行駛至出清庫門的時間；t3——列出從出清車庫到行駛至轉換軌信號機處所用時間；t轉——模式轉換時間；t4——列車從模式轉換信號機處至出清轉換軌所用的時間。

準備時間t準、瞭望時間t望、模式轉換時間t轉與司機操作習慣有關，可以取平均值，其他時間根據列車在每個小區(qū)間段上行駛的距離和速度決定，其中對于t3的計算，由于庫內不同股道出庫端到轉換軌信號機位置的線路長度相差較小，當行駛速度一定時，計算所得t3相對誤差相比于總用時可忽略不計，因此可認為咽喉區(qū)各股道列車出清車庫到轉換軌信號機處的走行時間相等。列車出清車庫前限速為5 km/h，至出清車輛段間限速為25 km/h[15]，速度均較低，因此在計算時間時忽略列車加減速過程造成的影響，假設列車為勻速行駛模式，并取值為最大限速的80%，即4 km/h和20 km/h。所以各行駛時間段可表示為：

式中：v5、v25——列車在限速5 km/h和25 km/h下的平均行駛速度。

至此，單列車通過咽喉區(qū)的出段時間T單得到了參數化表示。由于列車從出清總出發(fā)信號機至出清模式轉換信號機的時間小于列車從停車庫至出清總出發(fā)信號機的時間，因此列車出清總出發(fā)信號機后的時間不作為咽喉區(qū)的通過能力限制點考慮，而重點考慮列車從停車庫至出清總出發(fā)信號機的時間，這段時間稱為追蹤出段時間。

2.4 全段列車發(fā)車時間計算

以國內某地鐵車輛段為例，停車列檢庫、咽喉區(qū)及正線接入示意圖如圖2所示。

圖2 車輛段停車列檢庫及出入段線布置

其停車庫內設置為以雙列位停車線為主，單列位停車線為輔的布局模式，停車庫總體上分為兩個半區(qū)，每個半區(qū)連接1條到發(fā)線，且兩條到發(fā)線之間有交叉渡線連接，兩條到發(fā)線的接發(fā)車徑路稱之為平行進路。

按照運營規(guī)定，一個閉塞區(qū)間內同一時間段僅允許1列車行進。車輛段的咽喉區(qū)屬于一個閉塞區(qū)間，列車發(fā)車時，雙到發(fā)線的設計允許上下半區(qū)可同時發(fā)車，通過平行進路駛入正線，1個半區(qū)單次只有1列車發(fā)出，待前一列車出清總出發(fā)信號機后（即達到追蹤出段時間），后一列車開始發(fā)車。這種發(fā)車模式中整個車庫的列車全部發(fā)出的總時間取決于停放車輛數較多的車庫半區(qū)。設停車數較多的半區(qū)內停放2列車的線路有m條，停放1列車的線路有n條，則車庫內所有列車通過咽喉區(qū)駛出車輛段的總時間T總可表示為：

式中：Δt——2列位停放列車相比1列位停放列車多走行時間。

兩列位停放列車相比一列位停放列車多走行時間等于行駛1列車長的距離所需要的時間，因此Δt計算如下：

式中：L間——兩列位停車時前后列車之間的通道寬度，地鐵設計規(guī)范中為8 m。

對于相鄰兩列車，當前一列車出清總出發(fā)信號機時，下一列車即開始辦理進路準備出發(fā)，因此，計算列車的追蹤出段時間T追：

式中：——列車從出清車庫后提速到v25行駛至出清總出發(fā)信號機所用的時間；其余參數表示的含義與計算單車出段時間中的對應參數一致。

由此可得到車輛段內所有列車發(fā)車完成所需要的總時間T總。

3 結論與建議

通過上述計算模型可以看出，二列位非對稱停放方式的存在，導致Δt和T追的增大，直接影響T總，即停車庫內所有車全部發(fā)出所用的時間取決于停車數較多的半區(qū)，且停放兩列車的停車列檢線越多，所需要的時間越長；對于T追而言，由于列車由總出發(fā)信號機行駛到出清模式轉換信號機所用的時間小于列車從庫內到總出發(fā)信號機的時間，則t準由列車從庫內到總出發(fā)信號機的時間，即咽喉區(qū)閉塞區(qū)間時間決定，而T追隨著t準的增大而增大，而T追的增大直接導致T總增大；此外，司機反應及操作時間、瞭望時間、行駛時間、設備反應時間等均會影響T單，進而影響T總?；谏鲜鼋Y論，對于提高地鐵車輛段發(fā)車能力給出如下建議：

（1）停車庫進行列車停放時，庫內兩半區(qū)應盡量對稱布置，優(yōu)先單線單列停放，橫向股道不足時再考慮縱向雙列位停放，從而減少兩列位列車發(fā)車前等待時間及增加的1列車長走行時間，以提高發(fā)車效率。

（2）條件允許情況下，建議將咽喉區(qū)內分成多個閉塞區(qū)間，以此形成通過咽喉區(qū)的前后列車之間良好的接續(xù)性，減少時間的浪費。同時，優(yōu)先選擇能實現自動進行ATO模式轉換的信號機系統(tǒng)，以減去停車等待時間和加減速所延誤的時間，提高單車通過的效率。

（3）培訓司機的專業(yè)操作技能，升級信號設備性能均可以提高發(fā)車效率，此外，排列發(fā)車徑路時，在選擇道岔數少、路線較短的徑路的同時，可在車庫前的平交道口設置封鎖門，當列車出入車庫時，封鎖平交道口并禁止人員和車輛進入，由此可省去停車及瞭望過程，盡可能地降低可控時間。

總之，地鐵車輛出入車輛段，通過咽喉區(qū)是一個動態(tài)的、系統(tǒng)的、互相協調的過程，影響其通過能力的因素有很多，本文僅就實際運營情況進行了咽喉區(qū)通過效率的理論建模，部分影響因素有所弱化，但對于車輛段發(fā)車能力的評估計算和運營管理水平的提升具有實際意義。