王國(guó)君

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)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(yùn)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(kù)、培訓(xùn)中心和辦公、生活設(shè)施等[7]。

規(guī)范對(duì)車輛段用地、功能、規(guī)模和布局有詳細(xì)要求[5-8]?；谲囕v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(shí)現(xiàn)車輛段功能,同時(shí)節(jié)省用地,滿足各項(xiàng)規(guī)范要求,匹配地方規(guī)劃要求,應(yīng)對(duì)車輛段進(jìn)行平面布置優(yōu)化研究。

胡鵬等對(duì)城市軌道交通車輛基地運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),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(guò)總結(jié)重慶單軌設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),研究跨座式單軌車輛段站場(chǎng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)[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(jì)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(chǎng)坪長(zhǎng)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(jì)咨詢集團(tuán)有限公司基于蕪湖跨座式單軌工程兩段一場(chǎng)車輛基地工程,對(duì)車輛段布置形式進(jìn)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(yùn)營(yíng)特征,基于總圖最優(yōu)原則,通過(guò)優(yōu)化線群配置進(jìn)行平面布置設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)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(jiàn)圖1。

圖1 車輛段平面設(shè)計(jì)思路

1 資料輸入

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

定性目標(biāo)為線路連通、工藝順暢、功能合理、美觀;定量目標(biāo)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(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),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(guó)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(yáng))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(kāi)道岔和五開(kāi)道岔。

2 圖形特征分析

2.1 運(yùn)營(yíng)特征

運(yùn)營(yíng)時(shí)間:一般為5:00～24:00;加車時(shí)間:一般為早高峰(7:00～8:00)和晚高峰(17:00～18:00);減車時(shí)間:一般為早高峰過(guò)后(9:00 左右)和晚高峰過(guò)后(19:00 左右)。

2.2 檢修特征

車輛段內(nèi)列車檢修:檢修時(shí)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(jiàn)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(yùn)期間(0:00～5:00)。

2.3 布置特征

根據(jù)車輛段的運(yùn)營(yíng)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(yùn)用和車輛檢修在線路使用上有時(shí)間差,相互干擾時(shí)間短,故列車運(yùn)用線路應(yīng)集中靠近出入線,以縮短出入段的路程和時(shí)間;檢修線路應(yīng)緊鄰運(yùn)用線路,以縮短檢修車輛的走行距離和集中運(yùn)用檢修設(shè)備設(shè)施,牽出線、其他庫(kù)線跟隨緊湊布置,即車輛段布置以運(yùn)用庫(kù)為中心、檢修庫(kù)為重點(diǎn)、其他庫(kù)跟隨、牽出線為中轉(zhuǎn)。結(jié)合全自動(dòng)駕駛的發(fā)展趨勢(shì),針對(duì)“有人區(qū)”與“無(wú)人區(qū)”集中布置車場(chǎng)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(jì)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(yùn)用(停車、列檢)為中心縮短出入段時(shí)間、檢修庫(kù)緊鄰試車線減少作業(yè)干擾。

(3)道岔數(shù)計(jì)算

道岔的數(shù)量影響咽喉區(qū)的長(zhǎng)度進(jìn)而影響用地和土建工程,同時(shí)道岔及其附屬土建工程成本較高(土建成本為450 萬(wàn)元～650 萬(wàn)元,根據(jù)車型和道岔型號(hào)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(jì)算 個(gè)

(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(yùn)營(yíng)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(yùn)用線路交叉時(shí)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(dá)到出入線兩側(cè)線路的使用均衡和咽喉區(qū)長(zhǎng)度的合理。

40 列位車輛段線群劃分示意見(jiàn)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(zhǎng)度。道岔擺放向心原則示意見(jiàn)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(jiàn)圖4,房屋內(nèi)置車輛段路徑指引示意見(jiàn)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(dá)到最優(yōu),檢查方法可概括為面、線、點(diǎn),即從整體、局部和細(xì)部進(jìn)行方案檢查。

4.1 面

面檢查主要是車輛段平面布置設(shè)計(jì)目標(biāo)(定性目標(biāo)、定量目標(biāo))進(jìn)行檢查,定性目標(biāo)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(biāo)著重于咽喉區(qū)長(zhǎng)度是否合理(出入線搭接處長(zhǎng)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(duì)比見(jiàn)圖6,32 列位停車場(chǎng)優(yōu)化前后平面布置對(duì)比見(jiàn)圖7。

圖6 48 列位車輛段優(yōu)化前后平面布置對(duì)比(單位:m)

圖7 32 列位停車場(chǎng)優(yōu)化前后平面布置對(duì)比(單位:m)

4.2 線

線檢查主要是對(duì)方案進(jìn)行局部檢查,基于安全可靠、經(jīng)濟(jì)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(duì)比見(jiàn)圖8。

圖8 40 列位車輛段線檢查優(yōu)化前后平面布置對(duì)比(單位:m)

4.3 點(diǎn)

點(diǎn)檢查主要是對(duì)方案進(jìn)行細(xì)部檢查,如夾直線是否可以縮短等,基于安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用的原則檢查方案是否可以優(yōu)化。40 列位車輛段點(diǎn)檢查優(yōu)化前后平面布置對(duì)比見(jiàn)圖9。

圖9 40 列位車輛段點(diǎn)檢查優(yōu)化前后平面布置對(duì)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(diǎn),針對(duì)面、線、點(diǎn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)圖12。

圖12 優(yōu)化線群連接(單位:m)

5.2 線、點(diǎn)優(yōu)化

線、點(diǎn)優(yōu)化屬于局部或細(xì)部的優(yōu)化,主要采用平移、旋轉(zhuǎn)、收縮三步進(jìn)行優(yōu)化,見(jiàn)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(diǎn)進(jìn)行方案檢查并繼續(xù)優(yōu)化,直到方案達(dá)到最佳。

6 結(jié)論

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