基于Flexsim的動車運用所咽喉通過能力仿真分析

朱澤群

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

隨著高速動車組的快速發展，全路高速鐵路里程突破2.2萬km，日開行動車組達2 322.5對。高鐵已經改變了人們的出行方式。

動車運用所是用于動車組的整備、停放、日常檢修和突發故障的臨時性檢修的場所，承擔了高鐵運營動車組的一、二級檢修作業，是動車組的后勤保障基地[1-5]。

動車運用所的檢修效率，直接影響了動車組是否能夠正常運營。隨著檢修技術的飛速發展，檢修效率得到不斷提高，而運用所咽喉區的接發車能力，成為制約動車運用所檢修效率的關鍵性因素[6-7]。而動車所一經投入運用，改擴建十分困難，必須從設計階段確保動車運用所咽喉區的通過能力[8-10]。

Flexsim軟件是面向工業物流、人流的圖形化仿真軟件，在倉儲基地[11]、機場[12]、物流中心[13]、工業裝配線[14]、大型機械生產線[15]等方面都有很廣泛的應用。動車組在運用所每日進行檢修的活動，可以視作多列動車組從動車所內徑路通過的一種物流過程，為驗算設計方案中動車所內咽喉徑路的合理性，從設計階段保證動車運用所的檢修效率，本文提出基于FLexsim的動車運用所咽喉區通過能力仿真分析方法，為新建動車所咽喉徑路的設計提供依據。

1 動車運用所介紹

1.1 基本概況

動車運用所主要由存車場、檢查庫、臨修庫、旋輪庫、輪對踏面檢測棚、機車外皮清洗庫及其他生產生活房屋構成[6-8]。為提高利用效率，動車組利用天窗時間進行檢修。動車所擔當動車組需在當天運行結束后依次進入所內進行整備檢修，檢修完成后，等待第二天正常發車。

1.2 運用所總平面布置

以某動車運用所10線庫為例進行說明。該動車運用所含2條出入段線，35 條存車線，10條檢查庫線。輪對踏面檢測棚跨雙線，布置于進場咽喉出入段線上。存車線、檢查庫、臨修庫、鏇輪庫、機車外皮清洗等設施如圖1所示。

圖1 某動車運用所總平面布置

1.3 動車運用所檢修工藝流程

該動車運用所擔當CRH2、少量CRH1和CRH3動車組的檢修工作，速度等級350 km/h的車型需每天檢修，250 km/h的車型隔日檢修。其運用檢修工藝流程如圖2所示。

圖2 某動車運用所工藝流程

2 基于Flexsim的動車運用所仿真

某動車運用所前期階段設計進場咽喉和中部咽喉徑路如圖3所示，進場咽喉和中部咽喉均設平行徑路2條。

圖3 某動車運用所咽喉徑路

根據動車運用所設計徑路圖，采用Flexsim建立了動車運用所的模型，如圖4所示。

圖4 動車運用所模型

2.1 建模

基于動車組檢修工藝流程，在Flexsim軟件中，利用網絡節點及AGV路徑模擬動車組在運用所內的走行路徑，動車組必須沿著既定的路徑行走，在指定的節點變道；以軟件提供的發生器、暫存區部件組合起來模擬進出段線，段內徑路不通時，動車組可臨時停放在進出段線上(本運用所進出段線長，具備短時停放的條件)。用處理器模擬輪對踏面檢測設備及各個工作車間(洗車，檢修，臨修等)檢修設施。

首先，根據設計的平面布局，建立動車設施的模型，并在相應位置設置仿真用的網絡節點，利用AGV工具，連接行車路徑。

然后設置動車優先路徑。本次模擬中的動車組共有4種類型：350 km/h速度等級、250 km/h速度等級、需鏇輪、隨機故障需臨修。根據不同的類型，設置動車組的優先路徑，仿真開始后，系統判斷動車類型和需進行的工藝，規劃其在指定的線路上行車。

最后，設置檢修工藝，并開始仿真。動車組從入口駛入后，在最近的存車線臨時停留，待有洗車位空出后駛入洗車，洗車后根據是否需要檢修選擇回到存車線或進入檢修庫。

檢修結束的車輛，通過指定徑路發往存車線(設置兩側優先停車)。在每條停車股道中間，都需要設置1個暫存區，用于停放車輛，同時給上游的洗車處理器和檢修處理器提供有序的端口。

在入場處布置1個吸收器(設為出口)，連接所有的停車暫存區，用于模擬發車。

2.2 模型邊界條件

根據經驗參數，為每個工藝節拍設置處理時間。1列長編動車組洗車為15 min，檢修為2 h，鏇輪為8 h，臨修為1 h。

動車最高行駛速度設為7.2 km/h，在特定的節點，如道岔，檢修入口，洗車入口處設定限速，速度為5 km/h。

本動車運用所350 km/h的動車數目約占40%每日檢修；250 km/h的動車組占60%隔日修。

2.3 仿真關鍵技術

2.3.1工位的均勻利用

為了使每個洗車處理器和檢修處理器得到均勻的使用率，并且效率最大化，因此將入口的發送邏輯設置為隨機可用端口發送到臨時暫存區，首先用if條件語句實現對實體類型的判定，用for循環語句檢測可用端口數目，用到duniform函數語句實現隨機發送。然后臨時暫存區按排隊最短可用邏輯發送到設置好的洗車處理器。洗車處理器經判定邏輯后，同樣按排隊最短邏輯發送至相應的檢修處理器。

2.3.2 防碰撞和阻塞

在車輛進行洗車流程和檢修流程的轉換過程中，需要避免車輛的碰撞和堵塞。因此在模型中設定兩個守則：

(1)在洗車進行過程中，與其股道相連的檢修處理器中的車輛(無論是否檢修完)都不能駛出；

(2)當一個洗車處理器對應相連的檢修處都有車輛進行檢修時(滿員狀態)，該洗車處理器的輸入端口需要暫時關閉，等有車輛從檢修處出來時才可重新開啟。

3 分析與優化

3.1 仿真結果分析

根據經驗，1條檢查線最多能擔當5列車的檢修任務。本模型采用50列動車組進行仿真。到達時間間隔為8 min。在開始本次仿真前，由于存車線設置量低于接車容量，部分車完成檢修后需出運用所停車。在35條存車線停滿前，讓最先停入的5輛車依次開出庫房，然后剩下最后檢修完的車輛就停放在檢修股道上。仿真時間從開始收車(當晚8點)到全部車輛檢修。

中部咽喉區有2條獨立徑路，上徑路對應6條檢查庫線，下徑路對應4條檢查庫線，兩條徑路間轉換時，不允許有其他車輛通過。仿真結果如圖5所示。

圖5 仿真分析結果

上述仿真結果中，動車組進庫檢修等待時間較多，僅庫線1、庫線7未出現等待情況，完成當日全部檢查工作共耗時863.4 min。

根據方案徑路圖中顯示，中部咽喉區有2條獨立徑路，上面徑路對應6條檢查庫線，下面徑路對應4條檢查庫線，仿真結果顯示一條徑路接的檢查庫線越多，等待時間越長。

本方案總體等待時間長，檢修效率低。

3.2 總平面優化

為了獲得合理的等待時間，在既有用地范圍內，需要增加咽喉徑路。調整后，在中部咽喉增加了2條徑路，并增設了2臺洗車機[8-10]，方案如圖6所示。

圖6 優化后的徑路方案示意

通過以上方法，對本徑路再次建模分析，得出檢修總用時674.7 min，比2條徑路減少了188.7 min，并統計20：00至檢修完成時間段內各工位工作時間，空閑時間，等待時間等信息。

(1)洗車工位

4個洗車工位的統計時間如表1所示。

表1 洗車工位仿真結果

表1中統計時間為從接第一列車開始，到最后一列車發出時段內的洗車、空閑時間及洗車機的利用率。由仿真數據可知：①咽喉區及洗車工序已經沒有出現阻塞，這樣可以保證檢查庫線的充分利用；②其中洗車1利用率較低，部分需補洗車輛可安排在工序1洗車機進行。

(2)檢修工位

10個檢修工位的統計時間如表2所示。

表2 檢修工位仿真結果 min

從以上數據可以看出，各檢修線的工作時間都較為飽滿，并且除了4號檢修線外，股道有效利用時間均超過50%。各檢修庫線阻塞時間在合理范圍之內。

(3)臨修、鏇輪工位

臨修、鏇輪工位的統計時間如表3所示。

表3 臨修、鏇輪工位仿真結果 min

由于臨修線取消了與前部咽喉的連接道岔，導致等待時間較長，建議將臨修線與前部咽喉貫通。

鏇輪庫作業時間較長，12.7 min的等待時間在可以接受的范圍內。

3.3 研究結論

經過本次仿真分析可得：

(1)咽喉區4條徑路條件下，檢修時間比2條徑路少188.7 min；

(2)4條通過徑路的條件下，接車時間間隔為8 min的條件下，該動車運用所每天的檢修時間內可接車50列。按照設定的行車組織和檢修規程，動車所內的行車徑路、臨修、鏇輪等設施能夠滿足需求。

4 結語

本文將Flexsim物流仿真軟件應用于對動車運用所咽喉區通過能力的仿真和檢算上，結論如下。

(1)驗算了某動車運用所咽喉區2條徑路條件下滿負荷檢修時的節拍和耗時。

(2)提出了4條徑路方案，并驗證了該方案的合理性。

(3)本文計算結果已在實際項目中應用。

本研究在深度上還有所欠缺，對各工藝流程耗時的準確把握能提高仿真結果的準確性，可以指導車輛的運用和檢修工人的排班，使檢修過程的控制更加合理，對保證動車組的安全運行有重要意義。