跨座式單軌車輛段平面布置優化研究

王國君

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

車輛段系指跨座式單軌交通系統中提供車輛運用、檢修和設備、設施的維修、保養以及材料、物資供應和技術培訓等服務的綜合性基地[1-2],是跨座式單軌交通系統的重要組成部分[3-4],其主要設施有車輛段、綜合維修中心、物資總庫、培訓中心和辦公、生活設施等[7]。

規范對車輛段用地、功能、規模和布局有詳細要求[5-8]。基于車輛段選址規劃和城市用地要求,車輛段平面布置受控因素極多,為更好實現車輛段功能,同時節省用地,滿足各項規范要求,匹配地方規劃要求,應對車輛段進行平面布置優化研究。

胡鵬等對城市軌道交通車輛基地運營管理系統進行設計,為城市軌道交通車輛基地調度人員提供良好的決策支持[9];梁曉東通過總結重慶單軌設計經驗,研究跨座式單軌車輛段站場設計的特點[10];楊震介紹城市軌道交通車輛段總平面布置圖輔助設計系統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];為減少車輛基地場坪長度和工程投資,劉曉云等研究單軌車輛基地咽喉區線路平面[12];中鐵工程設計咨詢集團有限公司基于蕪湖跨座式單軌工程兩段一場車輛基地工程,對車輛段布置形式進行深入研究[13-18]。

本次研究結合跨座式單軌特性、檢修工藝流程、運營特征,基于總圖最優原則,通過優化線群配置進行平面布置設計,設計思路可分為資料輸入、圖形特征分析、方案初始化、方案檢查、方案優化和最終方案確定,流程見圖1。

圖1 車輛段平面設計思路

1 資料輸入

1.1 設計目標

定性目標為線路連通、工藝順暢、功能合理、美觀;定量目標為咽喉區短、工程量小、用地省。

1.2 初始布置

基于車輛的技術條件和參數,根據車輛段承擔的功能和規模,結合地形、地質條件、國內外設計和運營經驗,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內外的大中型城市快速發展,跨座式單軌車型日益增加,現有日立(重慶)、龐巴迪(蕪湖)、比亞迪(安陽)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,常用的有四開道岔和五開道岔。

2 圖形特征分析

2.1 運營特征

運營時間:一般為5:00～24:00;加車時間:一般為早高峰(7:00～8:00)和晚高峰(17:00～18:00);減車時間:一般為早高峰過后(9:00 左右)和晚高峰過后(19:00 左右)。

2.2 檢修特征

車輛段內列車檢修:檢修時間段一般為8:00～18:00;車輛檢修周期應結合車輛制造商的建議確定,參數見表1。

表1 車輛檢修周期

區間線路設備檢修:一般為停運期間(0:00～5:00)。

2.3 布置特征

根據車輛段的運營特征和檢修特征,列車出入段為集中出入、使用頻率高;車輛運用和車輛檢修在線路使用上有時間差,相互干擾時間短,故列車運用線路應集中靠近出入線,以縮短出入段的路程和時間;檢修線路應緊鄰運用線路,以縮短檢修車輛的走行距離和集中運用檢修設備設施,牽出線、其他庫線跟隨緊湊布置,即車輛段布置以運用庫為中心、檢修庫為重點、其他庫跟隨、牽出線為中轉。結合全自動駕駛的發展趨勢,針對“有人區”與“無人區”集中布置車場線。

3 方案初始化

3.1 布置原則

“六步原則”為出入線先行、線群位置調整、道岔數計算、線群劃分、道岔擺放、路徑指引。

3.2 具體布置

(1)出入線先行

根據車輛段周邊地形地質條件,結合站段關系合理規劃出入線擺放位置。設置試車線的車輛段可規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房屋布置(房屋內置)兩種類型。

(2)線群位置調整

線群位置調整按有利生產、方便管理原則,即以車輛運用(停車、列檢)為中心縮短出入段時間、檢修庫緊鄰試車線減少作業干擾。

(3)道岔數計算

道岔的數量影響咽喉區的長度進而影響用地和土建工程,同時道岔及其附屬土建工程成本較高(土建成本為450 萬元～650 萬元,根據車型和道岔型號變化)。

依據車輛段規模和線群組合方式,根據表2 可算出車輛段的最小道岔數。

表2 最小道岔數計算 個

(4)線群劃分

線群劃分旨在均衡出入線作業、提升車輛段運營效益、指導平面布置。根據檢修特征分析,檢修線作業頻率低且與運用線路交叉時間較少,故一般情況下,出入線連通的停車線、列檢線數量宜相等,或連通檢修線的停車線數量略小于普通列檢線,以達到出入線兩側線路的使用均衡和咽喉區長度的合理。

40 列位車輛段線群劃分示意見圖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,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、縮短咽喉區長度。道岔擺放向心原則示意見圖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,即線路的聯通順序。路徑指引以出入線為中線,按照先內后外、由難而易的原則。房屋外置車輛段路徑指引示意見圖4,房屋內置車輛段路徑指引示意見圖5。

圖4 房屋外置車輛段路徑指引示意

圖5 房屋內置車輛段路徑指引示意

4 方案檢查

方案初始化后,需檢查方案是否達到最優,檢查方法可概括為面、線、點,即從整體、局部和細部進行方案檢查。

4.1 面

面檢查主要是車輛段平面布置設計目標(定性目標、定量目標)進行檢查,定性目標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,定量目標著重于咽喉區長度是否合理(出入線搭接處長度均衡)、道岔數是否合理、用地是否合理。48 列位車輛段優化前后平面布置對比見圖6,32 列位停車場優化前后平面布置對比見圖7。

圖6 48 列位車輛段優化前后平面布置對比(單位:m)

圖7 32 列位停車場優化前后平面布置對比(單位:m)

4.2 線

線檢查主要是對方案進行局部檢查,基于安全可靠、經濟適用的原則,檢查方案是否可以優化。40 列位車輛段線檢查優化前后平面布置對比見圖8。

圖8 40 列位車輛段線檢查優化前后平面布置對比(單位:m)

4.3 點

點檢查主要是對方案進行細部檢查,如夾直線是否可以縮短等,基于安全可靠、經濟適用的原則檢查方案是否可以優化。40 列位車輛段點檢查優化前后平面布置對比見圖9。

圖9 40 列位車輛段點檢查優化前后平面布置對比(單位:m)

5 方案優化

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,針對面、線、點發現優化方向,方案優化采用優化結構、優選組合的大改措施,以及平移、旋轉、收縮的小改措施。

5.1 面優化—優化結構(優選組合)

優化道岔類型組合見圖10。

圖10 優化道岔類型組合(單位:m)

優化道岔配列組合見圖11。

圖11 優化道岔配列組合示意(單位:m)

優化線群連接見圖12。

圖12 優化線群連接(單位:m)

5.2 線、點優化

線、點優化屬于局部或細部的優化,主要采用平移、旋轉、收縮三步進行優化,見圖13。

5.3 循環檢查與優化

方案優化后,再次使用面、線、點進行方案檢查并繼續優化,直到方案達到最佳。

6 結論

運用方案檢查的面、線、點三原則方法將結構、組合和個體三措施密切銜接于各運營流程,并設計一套適合跨座式單軌車輛段平面布置方法,以提升運營效益,縮減用地規模,降低工程投資。