地鐵不同場(chǎng)段分布對(duì)其規(guī)模分配和運(yùn)營(yíng)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)

地鐵不同場(chǎng)段分布對(duì)其規(guī)模分配和運(yùn)營(yíng)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(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)需要占用大量的城市土地，合理分配場(chǎng)段規(guī)模可以?xún)?yōu)化占地面積，提高運(yùn)營(yíng)效率。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(chēng)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(chē)空跑距離計(jì)算模型，并對(duì)不同場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營(yíng)成本的影響因素進(jìn)行分析，提出降低運(yùn)營(yíng)期間場(chǎng)段收發(fā)車(chē)空跑運(yùn)營(yíng)成本的途徑。

城市軌道交通;車(chē)輛段;規(guī)模分配;運(yùn)營(yíng)成本

1 研究意義

近年來(lái)，我國(guó)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(guó)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(guò)8 000億元，涉及全國(guó)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(chē)輛段/停車(chē)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(mǎn)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(chē)輛檢修效率，降低日常運(yùn)營(yíng)成本，對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)極為重要。

城市軌道交通車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的規(guī)模，主要取決于運(yùn)用車(chē)數(shù)。本文在既有國(guó)內(nèi)外研究基礎(chǔ)上［6-12］，從運(yùn)營(yíng)的角度分析不同場(chǎng)段位置及接軌方案，對(duì)運(yùn)用車(chē)停車(chē)規(guī)模分配的影響，并提出收發(fā)車(chē)列車(chē)空跑的計(jì)算模型，從而分析場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營(yíng)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(yíng)所需的運(yùn)用車(chē)數(shù)量是根據(jù)線路長(zhǎng)度、旅行速度和高峰小時(shí)開(kāi)行列車(chē)對(duì)數(shù)確定的，運(yùn)用車(chē)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(chē)停放列位，不含備用及檢修車(chē))。

規(guī)模分配模型設(shè)計(jì)原則:

(1)按發(fā)車(chē)方向，劃分車(chē)場(chǎng)發(fā)車(chē)所覆蓋的范圍，且各車(chē)場(chǎng)覆蓋范圍不重疊，覆蓋范圍與所需停放的運(yùn)用車(chē)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(chē)無(wú)法在中間站折返;

(3)收車(chē)過(guò)程與發(fā)車(chē)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(chē)范圍的關(guān)系示意圖。圖中，A、B表示兩個(gè)車(chē)場(chǎng)接軌點(diǎn)位置;L1、L2、L3分別表示車(chē)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(chē)場(chǎng)分布與收發(fā)車(chē)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(chē)場(chǎng) A規(guī)模/車(chē)場(chǎng) B規(guī)模 =(2×L1+L2)/(2×L3+L2)

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

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

方案四:車(chē)場(chǎng) A規(guī)模/車(chē)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(chē)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(chē)場(chǎng)單向接軌與雙向接軌的差別

可見(jiàn)車(chē)場(chǎng)雙向接軌時(shí)，發(fā)車(chē)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(chē)場(chǎng)規(guī)模一樣，差別只是在于列車(chē)空跑距離，雙向發(fā)車(chē)有利于節(jié)約空跑距離。因此，不論車(chē)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(chēng)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(chē)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(yíng)成本的影響分析

3.1 地鐵收發(fā)車(chē)空跑距離計(jì)算模型

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

最早一班車(chē)提前發(fā)車(chē)所走行的距離與車(chē)輛基地位置的關(guān)系可參見(jiàn)圖2。

對(duì)車(chē)場(chǎng)A(單向接軌)而言，從車(chē)場(chǎng)A開(kāi)出的最早一班車(chē)空跑距離為S1=2×L1+L2，平均旅行速度為V，則提前發(fā)車(chē)的時(shí)間為T(mén)1=(2×L1+L2)/V。

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

(2)收發(fā)車(chē)空跑距離的計(jì)算

假定早晨第一個(gè)小時(shí)的列車(chē)開(kāi)行密度為n對(duì)/h，且線上列車(chē)均勻分布。圖2中，對(duì)車(chē)場(chǎng)A(單向接軌)而言，最早一班車(chē)的空跑距離為S1，提前發(fā)車(chē)的時(shí)間為T(mén)1;第i班車(chē)的提前發(fā)車(chē)時(shí)間為T(mén)i，空跑距離為Si;則有公式如下

以此類(lèi)推。

手機(jī)的短信提示聲響了，高潮掏出手機(jī)一看，是“詩(shī)的妾”發(fā)過(guò)來(lái)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(shī)的妾”：草坪湖畔月下，蟲(chóng)鳴狼嚎風(fēng)颯，苦惱人未歸家。

此時(shí)，車(chē)場(chǎng)A單方向需發(fā)出列車(chē)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(yíng)成本增加的計(jì)算公式為

發(fā)車(chē)過(guò)程中空跑的運(yùn)營(yíng)成本=∑Si×列車(chē)編組×每車(chē)公里的運(yùn)營(yíng)成本單價(jià)。

由于晚上收車(chē)的原理與早晨發(fā)車(chē)是一樣的，因此收車(chē)的空跑距離與發(fā)車(chē)一致。其余時(shí)段，如平峰向高峰過(guò)渡，行車(chē)密度增加需向線上加車(chē)，由此引起的列車(chē)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(chē)考慮。但是通常考慮由于加車(chē)過(guò)程中的空跑實(shí)際上也在載客運(yùn)營(yíng)，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(chē)空跑，僅計(jì)早晚收發(fā)車(chē)的空跑。

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

如上節(jié)所述，決定列車(chē)收發(fā)車(chē)空跑距離的是第一班列車(chē)的空跑距離，因此，減少場(chǎng)段單方向發(fā)車(chē)的覆蓋范圍，可減少第一班列車(chē)的空跑距離，從而減少收發(fā)車(chē)的空跑運(yùn)營(yíng)成本。以下分析場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營(yíng)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(chē)覆蓋的范圍也由各個(gè)場(chǎng)段分?jǐn)偅梢詼p少收發(fā)車(chē)空跑距離，降低運(yùn)營(yíng)成本。

(2)接軌方案

如圖2車(chē)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(chē)場(chǎng)A單向發(fā)車(chē)的覆蓋范圍，較單向接軌方案縮短了L2，從而可以減少?gòu)能?chē)場(chǎng)A發(fā)車(chē)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(yíng)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(chē)覆蓋范圍，從而減少列車(chē)空跑和運(yùn)營(yíng)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(chē)，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(yíng)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(chē)場(chǎng)和車(chē)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(guò)以上分析可知，只要該場(chǎng)段布置相對(duì)對(duì)稱(chēng)，可以通過(guò)接軌方案使得收發(fā)車(chē)的覆蓋范圍一致，即可達(dá)到空跑距離最短，降低運(yùn)營(yíng)成本的目的。

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

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

(2)增加接軌方向，例如接軌車(chē)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(chēng)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(chēng)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(chē)空跑距離計(jì)算模型，并對(duì)不同場(chǎng)段分布對(duì)運(yùn)營(yíng)成本的影響因素進(jìn)行分析，提出降低運(yùn)營(yíng)期間場(chǎng)段收發(fā)車(chē)空跑運(yùn)營(yíng)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(yíng)期收發(fā)車(chē)運(yùn)營(yíng)空跑距離為目標(biāo)，對(duì)場(chǎng)段應(yīng)承擔(dān)的運(yùn)用車(chē)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(guó)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(guó)計(jì)劃出版社，2003.

［2］ 中華人民共和國(guó)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(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［3］ 季令，張國(guó)寶.城市軌道交通運(yùn)營(yíng)組織［M］.北京:中國(guó)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(guó)鐵道出版社，2000.

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

［6］ 葉霞飛，李君，霍建平.國(guó)內(nèi)外城市軌道交通車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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。