軌道交通車輛基地通過式洗車線的優化布置探析

高 華,王衛東,顏 文

(1.中南大學土木工程學院,長沙 410075； 2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

車輛基地是保證列車正常運營的后勤基地，其用地范圍應在站場股道和房屋規劃布置的基礎上按遠期規模確定[1-2]。車輛基地屬于大型建設工程，投資大，建設周期長，涉及專業多。在車輛基地中，列車清洗是其最重要的日常保養功能之一，洗車線的不同布置方案，對洗車效率和能力、出入線作業、站場平面布局、用地面積等影響很大[3-4]。因此，在車輛基地的站場布局設計中，結合車輛基地用地條件優化洗車線布置，高效利用城市土地，滿足洗車效率最佳、運營最靈活，是一線設計者一直以來追求的目標和方向[5-6]。

近年來，我國城市軌道交通建設的迅猛發展極大地推動了城市建設的發展，與此同時，軌道交通的建設與城市用地緊張的矛盾也日益突出。為保證城市軌道交通建設可持續發展，控制車輛段基地用地規模已經成為城市整體規劃的一種主流和優化目標。

金永樂[7]、徐科明等[8]對入段線通過式洗車線布置型式進行了研究，論證了該洗車線布置型式的可行性；張雄[9]、陳義志[10]、張強等[11]對洗車機咽喉區八字線通過式布置型式進行分析，并提出優化方案；蔡援朝[12]、繆東[13]、錢衛力[14]介紹了一種典型的洗車線布置形式和洗車作業模式，提出了洗車線配備雙向洗車機的咽喉區通過式布置型式，從而提高洗車效率；李崗[15]、占俊[16]、西小鳴[17]、邵周赟[18]對地鐵車輛段洗車線布置型式進行了研究和比較；李亞強[19]、劉增民[20]對地鐵車輛段洗車線布置方案進行對比，分析了兩種布置型式對總圖布置的影響，為其他地鐵車輛段設計方案提供參考。

在現有研究中，均停留在對幾種布置方案的比較層面，在功能、工藝要求及停車規模確定的前提下，車輛基地的庫房和咽喉位置決定了站場布局，而站場布局直接決定了車輛基地的占地面積。在總體布局中，庫房的布置優化空間有限，要優化車輛基地占地面積，應著重優化咽喉區的布置，其中洗車線的布置形式對咽喉區占地影響最大。

1 車輛基地洗車線幾種典型布置形式及特點分析

在城市軌道交通中，有4種典型的洗車線布置形式，分別是咽喉區通過式布置、與運用庫并列通過式布置、咽喉區“八”字線通過式布置和盡頭式往復式布置。其示意圖和洗車效率如表1所示。

表1 傳統的洗車線布置形式比較

由表1可知，從洗車作業的效率分析，洗車線布置形式的優先次序為：咽喉區通過式、運用庫并列式、咽喉區“八”字式、盡頭式。從目前國內車輛基地設計應用實踐來看，洗車效率越高的布置形式，對用地的要求越高，車輛基地的咽喉區長度越長。在軌道交通新線建設中，規劃車輛基地的選址用地，很難再具備布置傳統的咽喉區通過式或運用庫并列式洗車條件。為滿足規劃部門的用地要求，車輛基地的洗車線形式不得不采用咽喉區“八”字式或盡頭式。

通過對多個城市軌道交通集團運營部門的調研、設計回訪發現，由于咽喉區“八”字式和盡頭式洗車作業存在列車反復調頭折返的情況，作業時間長，效率低下，加大了運營組織調度的難度，增加了員工的勞動時間和強度。因此，運營單位對洗車方式采用咽喉區通過式的呼聲越來越強烈。那么，對傳統的咽喉區通過式洗車線布置進行優化，使洗車線的布置既滿足城市用地條件，又實現高效、方便的通過式清洗，滿足作業高效和節約用地的雙重要求，成為一線設計者亟需解決的難題。

2 傳統咽喉區通過式洗車作業流程

2.1 車輛基地常見站場布局比較

車輛基地各種常見典型的站場布局如表2所示。

表2 車輛基地的常見站場布局比較

由表2可知，無論車輛基地站場總布局采用何種形式，采用傳統的咽喉區通過式洗車線布置時，車輛基地站場線路設計有如下共同特點。

特點一：行車進路方面。洗車線往往與車輛基地內所有股道線路實現了順向連通。

特點二：站場線路布局方面。洗車線往往并列布置于(出)入線側，文中對車輛基地站場咽喉區按庫前三角形咽喉區和洗車線長方形咽喉區劃分(表2)，其中洗車線咽喉區的用地形狀呈較規整的長方形，而庫前咽喉區則呈三角形布置，洗車線的長方形咽喉區與庫前三角形咽喉區在用地分區上有比較明顯的分離，同時，洗車線咽喉區的道岔與庫前三角形咽喉區的道岔亦分區明顯。因此，在采用傳統的咽喉區通過式洗車布置中，車輛基地的站場工程用地范圍往往呈較規整的刀柄形。

針對站場線路以上特點，對車輛基地的站場咽喉區進行優化，可以分別從庫前三角形咽喉區的站場線路設計和洗車線長方形咽喉區的站場線路設計進行優化。車輛基地布局中，庫前三角形咽喉區的面積和形狀基本上由車輛基地停車規模、中軸線位置和庫房工藝布局決定，優化空間有限。因此，優化車輛基地站場咽喉區的線路設計，應重點對洗車線長方形咽喉區的站場線路進行優化。

2.2 咽喉區通過式洗車工藝流程及優化思路

2.2.1 優化思路一

圖1所示為典型傳統咽喉區通過式洗車線路布置示意，待洗列車入段清洗進路如下：待洗列車首先經過道岔①(出段線L2上駛來的待洗列車)或者道岔②(入段線L1上駛來的待洗列車)，過道岔③后駛入洗車線L3，經洗車庫清洗后，經道岔④、⑤、⑥能直接順向駛入停車列檢庫內的所有線路，經單渡線⑨～⑩能直接順向駛入聯合車庫的所有線路。圖1所示的洗車線布置中，在出入線L1、L2線間距以及列車車型確定的前提下，道岔①至道岔⑥之間的線路有效長度為定值，因此，要優化洗車線咽喉區占地面積，應著重考慮優化道岔⑦至道岔之間的咽喉區長度。

圖1 傳統咽喉區通過式洗車線路布置示意

圖1中設置交叉渡線⑦～⑧～⑨～⑩的主要目的是為了讓完成清洗的列車能無折返地順向駛入聯合車庫，如果將雙周/三月檢庫與停車列檢庫合建組成運用庫，將洗車線僅與運用庫順向連通，只保證清洗后的列車能直接無折返地順向駛入運用庫，入段列車若要駛入檢修庫，則通過牽出線L4進行一次折返掉頭，這樣組織的行車進路可以精簡洗車線咽喉區交叉渡線⑦～⑧～⑨～⑩至單渡線～之間咽喉長度，按以上思路優化后的洗車線站場布置如圖2所示。

若按線間距5 m，6B車型計算，按以上思路對洗車線咽喉區優化后，可以縮短洗車線咽喉區長度達130 m。

如圖2所示，按優化思路一對洗車線咽喉區的站場線路優化后的洗車作業流程如下：待洗列車首先經過道岔①(出段線L2上駛來的待洗列車)或者道岔②(入段線L1上駛來的待洗列車)，過道岔③后駛入洗車線L3，列車經洗車庫清洗后，清洗完成車輛經道岔④、單渡線⑤～⑥與運用庫的所有線路順向連通。通過交叉渡線⑦～⑧～⑨～⑩與折返線L4與檢修庫連通，清洗列車入檢修庫需經過一次折返掉頭作業。

圖2 對傳統咽喉區通過式洗車線優化布置示意

在軌道交通的實際生產運營中，列車并不需要每天清洗，只有需要清洗作業的部分列車在入段后需駛入洗車線，完成清洗后入庫停放，無需清洗的車輛則通過出入線直接入庫停放，無需駛經洗車線。由此可知，車輛基地站場線路設計中，洗車線沒有必要與車輛基地內所有庫內線路順向連通，由此，可以對傳統咽喉區通過式洗車站場線路布置進行優化。通過模擬仿真，對優化后的通過式洗車進行分析，核算其洗車能力。

列車入段能力的影響主要表現在列車洗車作業總時間和相鄰列車入段最小時間間隔。

前提條件：假設洗車線僅與部分停車列車線順向連通，列車由入段線L1上駛來，待洗列車經過洗車線洗車入庫，而無需清洗的列車可直接通過入段線L1直接入庫，列車只進行側洗，以6B車型車長120 m，段內正常行駛速度為15 km/h，洗車速度為5 km/h計算。列車洗車作業時間見表3。

表3 列車洗車作業時間計算

無需清洗的列車可以通過入段線L1直接入庫停放，調研發現，入段線L1的長度一般在500 m左右，無需清洗的列車入庫停車時間為120 s。

列車入段最小時間間隔T應為列車開始入段至入庫停車的行駛時間(t行駛)與入段等待時間(t等待)之和，列車等待入段時間一般不超過30 s，t等待取30 s。

列車入段最小時間間隔最小值應發生在相鄰兩列列車入段徑路完全不同，即第一列為無須清洗列車不經洗車線直接入庫，第二列車為須洗列車(或第一列為須洗列車，第二列為無須洗列車)。這種情況下，當第一列車駛離岔口③后，第二列車便可請求入段。此時Tmin=(43+30) s=73 s或1.22 min。

列車入段最小時間間隔最大值應發生在相鄰兩列列車入段徑路完全重疊且停放在同一停車線上的兩個列位的情況下。此時無須洗列車入段Tmax=(120+30) s=150 s或2.5 min，須洗列車入段Tmax=(281+30) s=311 s或5.18 min。

計算可知，列車入段最小時間間隔需1.22～5.18 min，若考慮端洗情況，一般端洗比側洗多10 min，由于無須清洗列車入段不經過洗車線，所以并不影響后續列車入段清洗，所有列車入段時間間隔最小值仍只需1.22 min，那么端洗情況下列車入段最小時間間隔需1.22～15.18 min。通過現場調研發現，根據合理排班后，理論上一天內能夠完成洗車比例45%～50%，再結合文獻[9]可以得出，理論上一個車輛基地可以實現3 d內完成洗車比例100%，無需夜間再出庫洗車。通過對城市軌道交通運營部門的調研發現，軌道交通車輛每3 d進行一次清洗是完全可以滿足運營及外觀要求的。基于此，站場設計人員可以對傳統咽喉區通過式洗車的站場線路布置進行優化，即將洗車線僅與部分停車列車線順向接通，滿足當日最大洗車量要求，這樣既能實現車輛基地咽喉區通過式洗車的功能要求，又能滿足城市用地緊張的條件。

2.2.2 優化思路二

根據2.1節中對咽喉區通過式洗車分析的特點二，還可以結合用地形狀，將洗車線的長方形咽喉區與庫前三角形咽喉區進行包容設計，通過道岔的巧妙布局進行咽喉融合，打破傳統的思維定勢，進行站場線路優化。以下結合案例詳細闡述如何將上文所提及的優化思路應用于實際設計生產中。

3 咽喉區通過式洗車線布置優化設計

圖3為某車輛基地在工可設計階段站場布局示意，車輛基地采用咽喉區“八”字式洗車布置，站場工程用地面積約39 hm2，其中站場咽喉區占地(含庫前咽喉區與洗車線咽喉區)約6 hm2，庫前三角形咽喉區與洗車線長方形咽喉區用道岔布置分區明顯，加圖用地最長處約1 800 m，最寬處410 m，用地形狀呈刀柄形。

圖3 某車輛基地洗車線布置優化前的站場布局示意(原方案)

圖4為該車輛基地采用咽喉區八字式洗車布置時，洗車線咽喉區的站場線路布置示意。該方案中，列車清洗的作業流程如下：對于入段線L1上駛來的待洗列車，列車首先經過道岔②，⑤，⑧，此后通過單渡線⑨～⑩駛入牽出線L4，在牽出線L4上完成第一次列車折返調頭作業；調頭完成后經道岔⑩駛入洗車庫，在洗車線L3上進行列車清洗；清洗完成后的列車經道岔①駛入牽出線L5，在牽出線L5上列車完成第二次折返調頭作業；再通過單渡線①～②、交叉渡線⑤～⑥～⑦～⑧以及單渡線～與車輛基地所有線路實現順向連通。

對于出段線L2上駛來的待洗列車，依次經單渡線⑦～⑧、⑨～⑩駛入牽出線L4，此后作業流程同入段線L1上駛來的待洗列車。

圖4 某車輛基地優化前的洗車線咽喉區站場線路布置(原方案)

經過以上分析可知，采用咽喉區“八”字式洗車布置時，待洗列車需要經過2次折返調頭作業才能完成列車清洗，該方案的站場線路布置能使列車完成清洗作業后直接順向駛入車輛基地內所有線路進行停放。

工可修編期間，規劃部門調整了車輛基地的用地，同時軌道公司運營部門提出洗車采用咽喉區通過式布置的要求。通過對變化后的用地條件進行反復踏勘、核查，經多次方案研究后，設計人員發現，若洗車線布置采用傳統的咽喉區通過式方案，洗車線僅能與車輛基地內部分線路順向接通。為最大限度地滿足生產實際需要，設計提請運營單位對該車輛基地通車后每天需要清洗的列車數量進行核算。經核算，若經過嚴密組織與科學的調度安排，該車輛基地在通車后每天最多需清洗車輛數為24列，即洗車線僅需滿足與車輛基地內24個列位的停車線順向連通即可。設計人員運用本文的優化思路，重點優化洗車線咽喉區的站場線路布置，分別設計了將洗車線與車輛基地內32個停車列檢位線路順向連通的方案1(圖5)和洗車線與所有停車列檢列位線路實現順向連通的方案2(圖7)。

圖5 對洗車線布置進行第一次優化后的站場布局示意(方案1)

方案1中，車輛基地洗車布置形式由咽喉區“八”字式洗車優化為咽喉區通過式洗車，同時運用本文的優化思路二，將洗車線咽喉區的道岔與庫前咽喉區道岔布置巧妙結合，將車輛基地的站場工程用地面積縮減至23 hm2，其中站場咽喉區占地約5.6 hm2，庫前咽喉區與洗車線咽喉區巧妙融合，在用地分區和道岔布置上已無明顯分離，優化后的站場工程用地最長處約1 300 m，最寬處約400 m，用地現狀呈梯形。

圖6為優化方案1的洗車線咽喉區站場線路布置，該方案中列車清洗的作業流程如下：對于入段線L1上駛來的待洗列車，經過道岔①駛入洗車線L3，通過洗車庫完成清洗后，經交叉渡線～～～可以直接順向駛入停車列檢庫內，洗車線實現與32個停車列檢位線路順向連通，滿足了運營部門對咽喉區通過式洗車的列位數量要求。其他無需清洗列車可以通過出入線順向駛入車輛基地其他線路。

圖6 對洗車線布置進行第一次優化后的洗車線咽喉區站場線路布置示意(方案1)

方案1滿足了規劃部門對車輛基地用地面積調整的條件，響應了清洗車輛能實現通過式洗車的要求，但所有待洗車必須自入段線L1駛來，同時洗車線僅與車輛基地內部分停車列檢線路實現順向連通。因此設計繼續深挖本文的思路，對站場線路重新布局，得出優化后的站場布局方案2，如圖7所示。

圖7 對洗車線布置進行第二次優化后的站場布局示意(方案2)

圖8為第二次優化后的洗車線咽喉區站場布局，與方案1相比，方案2加強了對文中思路二的深入研究，對咽喉道岔布置進行統籌組合，在不改變車輛基地用地和列車行車進路的前提下，實現了洗車線與車輛基地內更多的停車列檢車位的順向連通。

圖8 對洗車線布置進行第二次優化后的洗車線咽喉區站場線路布置示意(方案2)

方案2列車清洗的作業流程如下。

對于入段線L1上駛來的待洗列車，列車經過道岔① 駛入洗車線L3，完成清洗后，經交叉渡線～～～能順向駛入與停車列檢庫內的所有線路，而其他無需清洗列車可以通過出入線直接順向駛入車輛基地其余線路。

各方案站場布局對比如表4所示。

表4 各方案特點分析對比

由表4可知，運用本文的優化思路對車輛基地的站場布局進行優化設置后，不僅節約了車輛基地的工程用地，同時還實現了洗車作業由咽喉區“八”字式到咽喉區通過式的飛躍，提高了洗車效率。

4 結論

在實際設計中，車輛基地的站場線路布置應根據用地條件因地制宜進行優化布局，站場設計者需突破傳統設計思維，當車輛基地用地條件不能滿足傳統意義上的咽喉區通過式洗車要求時，可以結合運營需求，對車輛基地的停車列檢車位實現全部或者部分與洗車線順接。

應用本文的優化思路，對傳統咽喉區通過式洗車的線路進行優化布置，結合車輛基地的具體用地條件，巧妙運用交叉渡線和單渡線，對洗車線的長方形咽喉區與庫前三角形咽喉區進行咽喉融合，使洗車線僅與部分停車列位線順向接通，不僅能提高洗車效率，在節約車輛基地占地方面亦優勢明顯。應用本文優化思路而實施的工程案例，受到運營單位的歡迎，順應了軌道交通建設中提高土地利用率的趨勢，是一種很有推廣實用價值的洗車線優化設計，文中所述案例具有一定代表性，對軌道交通車輛基地的站場線路設計具有應用價值。