地鐵車輛基地洗車線布置方案比較分析

徐科明 李傳剛 李 繼

(1.林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司，401121，重慶；2.中冶賽迪工程技術股份有限公司，400013，重慶//第一作者，工程師)

地鐵車輛整潔的外表是提升城市軌道交通形象，保證市民乘用品質的基本要求之一。GB 20157—2013《地鐵設計規范》提出，車輛段應設機械洗車設施，配屬車超過12列的停車場也可設置機械洗車設施。

一般地鐵列車每2～4 d就要清洗一次，高架區間長的線路或特殊天氣情況下的列車清洗頻率更高。因此，車輛基地列車日常清洗工作量巨大。列車清洗機投資額高，維護工作量大。因此，有必要通過研究確定科學的洗車線布置形式和洗車策略。

此外，由于無人駕駛技術在城市軌道交通的推廣應用已是必然趨勢，故洗車線的設置應充分考慮遠期新技術的應用。

1 洗車工藝分析

目前，國內多個洗車機廠家均有成熟的洗車機產品，其性能指標大致相當。本文以以重慶地鐵As車為例進行洗車工藝分析。As車采用 7輛編組，列車長142 m。

1) 洗車設備工位布置沿洗車線設置的洗車設備工位主要包括：一度停車位—預濕/預冷工位—洗滌液噴淋工位—側頂弧刷抹工位—側面刷抹工位—端面刷洗工位—初沖洗工位—側頂弧刷洗工位—側面初刷洗工位—側面精刷洗工位—精沖洗工位—漂洗工位—吹干工位—洗車結束工位[2-3]。

2) 調車時間洗車時調車時間因洗車線布置形式及車輛調度作業時序不同會有差別。根據調研，當洗車方式為盡端洗方式時，列車從停車列檢庫調車至洗車庫前的用時一般在10 min內。其中，走行距離預估為600～900 m，辦令準備時間2 min。如果車輛基地用地嚴重受限，則洗車時場內調車時間會很長。此類車輛基地較為少見，本文不予探討。

3) 洗車作業時序 重慶地鐵As車洗車時列車速度為3 km/h，相應的洗車時序見表1。由表1可得：列車就位一度停車位后，洗車時間約為695 s；考慮1.2倍不平衡系數和場內調車時間，綜合洗車時間為834～1 554 s。

由表1可知，列車洗車作業時間為14～26 min。除前后端洗外，其他工位的清洗都是在列車運行過程中完成，清洗時間即為列車通過洗車機時間。洗車準備過程中，場內調車用時最多；洗車過程中，前后端洗時間占比約77%。可見，提高車輛洗車效率應從優化洗車線布置形式，提高洗車機端洗能力兩方面入手。

2 常用洗車線布置方案

現有車輛基地洗車設備布置形式見表2。其中，方案七暫無工程實際應用。

表2 洗車設備布置形式

2.1 方案一

方案一為咽喉區與出入段線并列設置洗車線形式。洗車時可采用入庫前洗車，不占用出入線，洗車過車不需換向，洗車效率高。依據洗車線設計規范，方案一的洗車線長度為：

Lts=2L+Ls+Lx

(1)

式中：

Lts——貫通式洗車線有效長度；

L——列車長度；

Ls——包含聯鎖設備的洗車機長度；

Lx——信號設備設置附加長度，取12 m。

以重慶As車為例，其洗車機長度約60 m，則洗車線長度Lts為356 m。方案一對出入段線用地要求高，目前重慶地區僅3號線的童家院子車輛段采用此方案。

2.2 方案二

方案一中，洗車線與出入段線平行。如果受用地條件限制，可將洗車線向咽喉區移動，使洗車線部分與出入段線平行，部分位于咽喉區，形成八字形往復式洗車布置方案，即為方案二。方案二的洗車線長度與方案一的一致。方案二與線路列車運營入段時間節奏匹配困難，其車輛往往需要從運用庫調車至洗車牽出線，通過洗車機至牽出線后再入庫。整個洗車過程中，列車走行距離長，掉頭次數多，效率較低。重慶環線涂山車輛段即采用此方案。

2.3 方案三

方案三中，運用庫為貫通式，車輛基地洗車線與運用庫平行布置。列車經過庫前咽喉區進入洗車線，待洗車完成后進庫后牽出線，再經過庫后咽喉區進入運用庫。相對方案二，方案三的走行距離和掉頭次數都較少少，結合列車入段時間可靈活安排清洗計劃。廣州地鐵2號線赤沙車輛段和4號線新造車輛段都采用方案三。

2.4 方案四

方案四為洗車線與運用庫并列布置的盡端式洗車線。此方案洗車節奏與列車運營入段時間節奏匹配同樣困難。洗車時一般從運用庫調車，過咽喉區牽出線后進入洗車線，洗車完成后原路返回或進入檢修庫。根據規范，盡端式洗車線長度為：

Ljs=2L+Ls+Lz

(2)

式中：

Ljs——盡端式洗車線的有效長度；

Lz——線路終端安全距離,取10 m。

雖然方案四的洗車走行距離長，掉頭次數多，但因為對場地要求較低，所以其應用較廣泛。重慶軌道交通環線四公里停車場和1號線馬家巖停車場都采用方案四。

2.5 方案五

方案五的列車進入洗車庫(宜與運用庫合建)后，列車停止，洗車設備往復運動完成洗車。上海軌道交通8號線浦江鎮車輛基地即采用方案五洗車。該線車型為APM 300型列車，4輛編組，車長50 m，洗車機移動速度最大1.5 km/h，清洗能力為20 min/列。

方案五適用于場地用地極度緊張，洗車強度不高的車輛基地。相比傳統洗車機，該方案的新型洗車機結構復雜，后期維護量大。受供水及供電的拖鏈限制，此類洗車機的走行范圍不宜過大，對于一般的地鐵車輛需要串聯布置兩臺，同時作業。洗車路徑與方案四基本一致。

2.6 方案六及方案七

方案六為出入線通過式洗車，取消了獨立的洗車線，直接將洗車設備設置于入段線上。方案六的核心是通過優化策略,使洗車作業與列車入段節奏匹配。通過入段時間間隔統計分析，如在低谷時段滿足入段洗車的列車占比超過34%，則可通過調度規劃實現3 d內完成全部列車的清洗；也可將洗車作業拆分，例如，單次只進行側洗、前端洗、后端洗或單次進行兩種清洗，第二次補洗剩下的工作內容。

方案六主要存在的風險有：設備布置在入段線上對設備可靠性要求很高，一旦設備損壞很可能影響車輛基地正常使用，洗車設備即使設置了獨立供電分區，檢修過程中接觸網斷電依然會影響正常的列車入段。

針對方案六的風險情況，方案七進行了改進，增設1條洗車線。該洗車線路長度按式(1)計算。

3 洗車線效率對比

車輛基地受用地限制，洗車線布置方案差異較大。若對現有不同車輛基地洗車效率進行對比，則結果誤差會較大，因此本文假定在同一車輛基地相同條件下，對不同洗車設備布置方案的洗車效率進行對比。以重慶軌道環線四公里車場為例，假定運用庫的庫前咽喉區長度為245 m，洗車機長度54 m，7編組車輛長142 m，每輛車長20 m，列車掉頭過程中司機走行及信號準備時間為2.8 min，列車過打岔及信號設備的附加長度為12 m，洗車機洗車速度為3 km/h，端洗時間為4 min，方案五中移動式洗車機洗車時間為20 min。此外，假設列車車頭進入運用庫即為完成回庫，庫內的運行距離不在走行距離計算范圍內。各方案洗車時間的計算結果如表3所示。

表3 不同方案洗車作業時間計算

由表3可見，方案六及方案七洗車時間僅需10 min左右，但是洗車占用入場線，作業期間其他車輛無法入場[4]。入庫洗方式，按洗車效率由高到低依次為：方案一、方案三、方案二、方案四、方案五。出庫洗方式，按洗車效率由高到低依次為：方案一、方案三、方案四、方案二、方案五。

可見，入庫洗方式與出庫洗方式對洗車效率影響很大。而能否采用入庫洗受車輛基地收發車時間間隔直接影響。對某一車輛基地列車入庫時間進行統計可得數據見表4。

表4 列車入庫時間間隔統計

由表4可得，相鄰列車入庫時間間隔15 min以上的，僅占列車總數10.6%。此時，如果采用方案六或方案七，無法滿足3 d內清洗所有列車的需求。為滿足清洗的時間要求，可改變清洗策略：例如，單次僅進行側洗、前端洗、后端洗其中的一種或兩種，以降低洗車占用的入段線時間，并對列車進行標示，待下次入場時再清洗剩余部分。

相隔1列列車的入庫時間間隔21 min以上的列車占比超過33.3%。采用方案一、方案三時，理論上不需要進行出庫洗，僅采用入庫洗，3 d即可完成所有列車的清洗。

相隔1列列車，時間間隔在27 min以上的列車占比僅為4%，采用方案二、方案四、方案五時，絕大部分列車要采用出庫洗的方式。精簡后的洗車效率見表5。

表5 洗車方式及洗車時間

根據表5,采用方案二時，僅采用入庫洗方式不能完全滿足3 d內清洗全部車輛的需求，宜采用入庫洗為主，出庫洗為輔的清洗方式。

4 自動駕駛模式下的洗車線布置

根據國際公共交通協會(UITP)估計，未來全球新建城市軌道交通線路中，75%計劃采用全自動駕駛技術；既有城市軌道交通線路中，40%線路擬改建為全自動駕駛線路。我國香港南港島線，北京軌道交通燕房線，上海軌道交通10號線，廣州地鐵12號線已采用全自動無人駕駛技術，在試點應用后再進行全面推廣。地鐵車輛基地自動運行區域的劃分尚無規范可依，但業內已有共識：全自動無人駕駛車輛基地的停車列檢、洗車及試車區域，宜采用與正線相同的信號系統[6-7]。

在自動駕駛模式下，洗車設備需要做以下調整：1增設信號系統與列車清洗設備的接口；2洗車調度路徑中避免經過轉換軌；3增強洗車區域的視頻監控系統。

在建且未采用全自動無人駕駛技術的車輛基地宜預留后期改造的條件。

5 結語

本文在統一的前提條件下對各方案的洗車效率進行了對比，方案一最優；方案三次之；方案二再次之；方案四洗車效率較低；方案五適用于列車長度60 m以內，用地嚴重受限的地段；方案六及方案七對洗車設備和運營組織要求很高，存在風險。

通過分析可知：列車清洗時走行時間和前后端洗耗時最長；縮短端洗時間(可采用動態洗車，列車行進過程中端洗設備同步運行，完成端洗)，改進清洗工藝(采用更合理的清洗參數，更有效的清洗劑等)進而提高洗車效率，會直接影響車輛基地洗車策略。另外，在車輛基地實際設計中，因為條件限制，洗車線的布置可選方案有限，宜綜合考慮，選擇適宜方案。