地鐵不同場段分布對其規模分配和運營成本的影響

陳福貴

(中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

地鐵不同場段分布對其規模分配和運營成本的影響

陳福貴

(中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

城市軌道交通的車輛段和停車場需要占用大量的城市土地，合理分配場段規模可以優化占地面積，提高運營效率。基于一場一段情況下，總結出不同接軌方案的場段規模分配計算方法，提出場段分布位置在線路中接近對稱時，場段規模大致相等的研究結論。同時，提出地鐵收發車空跑距離計算模型，并對不同場段分布對運營成本的影響因素進行分析，提出降低運營期間場段收發車空跑運營成本的途徑。

城市軌道交通;車輛段;規模分配;運營成本

1 研究意義

近年來，我國各主要城市不斷興起城市軌道交通建設的高潮，僅2012年國家發改委批復的軌道交通建設規劃，總投資規模預計超過8 000億元，涉及全國19個城市。城市軌道交通的興建，給城市用地提出了嚴峻的考驗。而城市軌道交通的車輛段/停車場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，在滿足功能需求的前提下，如何控制好場段的占地面積，提高車輛檢修效率，降低日常運營成本，對規劃設計人員來說極為重要。

城市軌道交通車輛段/停車場的規模，主要取決于運用車數。本文在既有國內外研究基礎上［6-12］，從運營的角度分析不同場段位置及接軌方案，對運用車停車規模分配的影響，并提出收發車列車空跑的計算模型，從而分析場段分布對運營成本的影響。

2 場段分布對其規模的合理分配研究

地鐵線路運營所需的運用車數量是根據線路長度、旅行速度和高峰小時開行列車對數確定的，運用車分配又與場段在線路中接軌點位置和接軌方向有關。以下分析一場一段情況下，不同接軌方案的場段合理規模分配模型(此處規模是指運用車停放列位，不含備用及檢修車)。

規模分配模型設計原則:

(1)按發車方向，劃分車場發車所覆蓋的范圍，且各車場覆蓋范圍不重疊，覆蓋范圍與所需停放的運用車數成正比;

(2)不考慮在中間站折返的情況，因為高峰時段的加車無法在中間站折返;

(3)收車過程與發車相同。

根據以上設計原則，圖1所示為相同場段位置分布情況下，不同接軌方向與其所覆蓋收發車范圍的關系示意圖。圖中，A、B表示兩個車場接軌點位置;L1、L2、L3分別表示車場接軌點與線路長度的關系(線路全長L=L1+L2+L3)。

圖1 車場分布與收發車范圍關系示意

由此可以計算各個方案的場段規模分配如下。

方案一:車場 A規模/車場 B規模 =(2×L1+L2)/(2×L3+L2)

方案二:車場A規模/車場B規模=(2×L1+L2+2×L3)/L2

方案三:車場A規模/車場B規模=L2/(2×L1+L2+2×L3)

方案四:車場 A規模/車場 B規模 =(L2+2×L3)/(L2+2×L1)

以上接軌方案均表示單方向接軌，若考慮車場A為雙向接軌，則場段覆蓋范圍分配與單方向接軌的差異如圖2所示。

圖2 車場單向接軌與雙向接軌的差別

可見車場雙向接軌時，發車所覆蓋的范圍與單向接軌時面向一側線路起終點的情況相同，即車場規模一樣，差別只是在于列車空跑距離，雙向發車有利于節約空跑距離。因此，不論車場A、B哪一方是雙向接軌，均可按圖1中所示的規模分配方法進行計算。

因此，對于一段一場的布置情況，可以得到如下結論:

(1)場段規模分配與場段在線路中的位置及接軌的方向密切相關;

(2)一般情況下，場段在線路中分布位置均衡則場段規模差異小，尤其是場段位置在線路中接近對稱時，場段規模大致接近;

(3)當2個場段接軌方向相同，則收發車覆蓋范圍易出現重疊，因此場段規模差異比較大;而接軌方向相反時則規模分配相對較均衡。

3 場段分布對運營成本的影響分析

3.1 地鐵收發車空跑距離計算模型

以早晨發車為例，為保證早晨第一個小時的行車密度，車輛基地的部分運用車需提前發出至正線，并保證全線各車站具有相同的服務水平。

最早一班車提前發車所走行的距離與車輛基地位置的關系可參見圖2。

對車場A(單向接軌)而言，從車場A開出的最早一班車空跑距離為S1=2×L1+L2，平均旅行速度為V，則提前發車的時間為T1=(2×L1+L2)/V。

若車場A為雙向接軌，則從車場A開出的最早一班車的提前發車時間T1應取max{(2×L1)/V，L2/V}。由此可見，雙向接軌方案能有效地節約收發車空跑距離和時間。

(2)收發車空跑距離的計算

假定早晨第一個小時的列車開行密度為n對/h，且線上列車均勻分布。圖2中，對車場A(單向接軌)而言，最早一班車的空跑距離為S1，提前發車的時間為T1;第i班車的提前發車時間為Ti，空跑距離為Si;則有公式如下

以此類推。

手機的短信提示聲響了，高潮掏出手機一看，是“詩的妾”發過來的：老公，妾睡不著。高潮看了看手機上的時間，已是十一點多了。高潮想了想，回復“詩的妾”：草坪湖畔月下，蟲鳴狼嚎風颯，苦惱人未歸家。

此時，車場A單方向需發出列車總數i=INT(T1×n)+1，累計空跑距離為∑Si，由此引起的運營成本增加的計算公式為

發車過程中空跑的運營成本=∑Si×列車編組×每車公里的運營成本單價。

由于晚上收車的原理與早晨發車是一樣的，因此收車的空跑距離與發車一致。其余時段，如平峰向高峰過渡，行車密度增加需向線上加車，由此引起的列車空跑距離同樣可按上述模型進行計算，不同的是:只計算增加的對數為Δn，且仍按均勻加車考慮。但是通常考慮由于加車過程中的空跑實際上也在載客運營，不是真正意義上的空跑，因此，也可不計平峰、高峰時段轉換而產生的列車空跑，僅計早晚收發車的空跑。

3.2 不同場段分布對運營成本的影響

如上節所述，決定列車收發車空跑距離的是第一班列車的空跑距離，因此，減少場段單方向發車的覆蓋范圍，可減少第一班列車的空跑距離，從而減少收發車的空跑運營成本。以下分析場段分布對運營成本的幾個影響因素。

(1)場段數量

顯然對同一線路而言，場段數量越多接軌點越多，全線所需列車覆蓋的范圍也由各個場段分攤，可以減少收發車空跑距離，降低運營成本。

(2)接軌方案

如圖2車場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場A單向發車的覆蓋范圍，較單向接軌方案縮短了L2，從而可以減少從車場A發車的空跑距離。因此雙向接軌較單向接軌能減少空跑距離，降低運營成本。

(3)場段位置分布

在場段數量和接軌方式相對確定的情況下，則場段在線路中均勻的分布形式，可以均衡收發車覆蓋范圍，從而減少列車空跑和運營成本。如圖3所示，場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車，其分別覆蓋的線路范圍是一致的。因此，根據項目實際情況，盡量均衡場段在線路中的位置分布，不僅可以平衡場段的規模，也可以降低空跑的運營成本。

圖3 場段位置分布對覆蓋范圍的影響

通常地鐵為一場一段布置形式，很多業內人士認為停車場和車輛段分布位于線路兩端才是最優的布置方案，空跑距離最短。而事實上，通過以上分析可知，只要該場段布置相對對稱，可以通過接軌方案使得收發車的覆蓋范圍一致，即可達到空跑距離最短，降低運營成本的目的。

因此，降低由于場段收發車引起的空跑運營成本的途徑包括:

(1)增加場段接軌點，例如車輛段采用貫通式的布置形式;

(2)增加接軌方向，例如接軌車站采用雙島三線的雙向接軌方式;

(3)均勻分布場段在線路中的位置，盡量處于對稱分布狀態等等。

4 研究結論

由于場段規模分配與場段在線路中的位置及接軌的方向密切相關，基于一場一段情況下，總結出不同接軌方案的場段規模分配計算方法，提出場段分布位置在線路中接近對稱時，場段規模大致相等的研究結論。

同時，提出地鐵收發車空跑距離計算模型，并對不同場段分布對運營成本的影響因素進行分析，提出降低運營期間場段收發車空跑運營成本的途徑。

文中所述均指在理論分析的情況下，對場段的規模進行分配，實際應用中，應考慮各場段的用地面積、地形、接軌站條件等各種約束條件限制，以節省運營期收發車運營空跑距離為目標，對場段應承擔的運用車數量進行調整，形成最優場段規模分配方案。

［1］ 國家質檢總局，建設部.GB50157—2003 地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］ 中華人民共和國建設部.建標104—2008 城市軌道交通工程項目建設標準［S］.北京:中國計劃出版社，2008.

［3］ 季令，張國寶.城市軌道交通運營組織［M］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［4］ 孫章，何宗華，徐金華.城市軌道交通概論［M］.北京:中國鐵道出版社，2000.

［5］ 何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通車輛運行與維修［M］.北京:中國建筑工業出版社，2006.

［6］ 葉霞飛，李君，霍建平.國內外城市軌道交通車輛段對比研究［J］.城市軌道交通研究，2003(2):72-77.

［7］ 繆東.論城市軌道交通車輛段的設置規模和建設方式［J］.鐵道工程學報，2005(3):35-38.

［8］ 朱捷.節約城市軌道交通車輛基地投資及用地的探討［J］.鐵道標準設計，2003(9):67-69.

［9］ 馬沂文.對地鐵車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:第20回鉄道総研講演會概要集.東京:財団法人鉄道総合技術研究所，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年畢業于西南交通大學，工學碩士，E-mail:fgchen@163.com。