市域鐵路列車出車輛段/停車場效率研究
——以溫州軌道交通S3線麗岙車輛段為例

徐 軍 鄧志翔 姜 西

(1.溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司，325088，溫州；2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢∥第一作者，高級工程師)

市域鐵路的行車運營能力一般為24對/h[1]，其出入車輛段/停車場(以下簡稱“段/場”)能力需要與正線行車運營能力相匹配，且預留一定余量。因此，市域鐵路對出入段/場能力的要求相對較高。此外，市域列車的車體參數、列車修程修制模式、段/場道岔選型等因素均會對列車出入段/場能力產生不同的正負相關影響，即列車出段/場能力的邊界約束條件發生了變化和調整。因此，如何優化段/場設計，并輔以合理的信號系統設計，保障市域鐵路線路的發車效率和運營間隔，是現階段亟待研究的重要問題之一。本文以溫州軌道交通S3線麗岙車輛段為例，通過不同條件的信號設計方案，分析了各方案下的出段效率。本文研究可為新建市域鐵路出段能力的測算、段/場工藝方案和信號設計方案提供借鑒與指導。

1 市域鐵路車輛特點對出段/場能力的影響

1.1 市域鐵路車輛車體對段/場規模的影響

一般情況下，市域鐵路的運營覆蓋范圍較大，速度目標值和旅行速度較高且線路較長。為了保障乘客乘坐的舒適性，市域鐵路車輛的車體比城市軌道交通(以下簡稱“城軌”)其他制式車輛的車體略寬，車輛定距和軸重也相對較大。因此，市域鐵路段/場一般采用9號道岔(其他城軌線路段/場主要采用7號道岔)，以減小道岔對于車輪的摩擦，進而降低車輪在段/場內運行時的磨耗，減少道岔的損耗。相比于7號道岔，在相同條件下，9號道岔的長度更長，進而導致市域鐵路段/場的咽喉區較長，段/場規模也相對較大。較大的段/場規模，意味著列車在出段/場過程中需要行駛更遠的距離，降低了列車的出段/場效率。因此，市域鐵路車輛車體是影響其出段/場能力的因素之一。

1.2 市域鐵路車輛修程修制對存車線的影響

市域鐵路車輛檢修場所一般分為車輛檢修基地、車輛段和停車場三部分[2]。車輛檢修基地一般服務于線網或數條市域線路，承擔線網內配屬車的定期檢修、日常維修、臨修、運用整備和停放作業，并具有車輛管理、零配件儲備及配送、信息管理及線網車輛運用檢修管理培訓中心等功能。車輛段和停車場一般服務于特定線路。車輛段主要承擔本線定修、日常維修、臨修、運用整備和停放作業。停車場主要承擔本線配屬車輛的運用整備和停放作業。

根據TB 10624—2020《市域(郊)鐵路設計規范》的相關規定，市域鐵路在段/場內，如果僅考慮停車作業需求，則停車股道可按露天設計；當停車作業與列檢作業合并設置時，可設置庫(棚)。由此可知，從建設成本上考慮，在市域鐵路的段/場內會設置較多的露天或有頂棚的存車線，一般只在段/場內的部分區域設置停車列檢庫。目前，此種布局方式，已應用于溫州、臺州等地的市域鐵路項目中。市域鐵路車輛段/場典型布局如圖1所示。存車線上的列車每天出段/場時，可以一次加速到段/場內限速值(即道岔側向通過限速)，可以實現高速出段/場。

圖1 市域鐵路的段/場典型布局Fig.1 Typical layout of city railway depot/yard

在城軌其他制式項目中，車輛的修程修制針對的是單一線路，沒有服務于線網的檢修基地，因此一般將存車線和列檢線(包括定期檢修、日常維修、臨修及運用整備等功能)合二為一，段/場內設置的是停車列檢庫。城軌段/場的典型布局如圖2所示。當列車在停車列檢庫內運行(駛入或者駛出)時，其行車速度必須小于等于5 km/h；只有當列車駛出停車列檢庫且列車尾部越過庫門后，方可加速至車輛檢修基地內的限速。

圖2 城軌的段/場典型布局Fig.2 Typical layout of urban rail transit depot/yard

在市域鐵路的段/場中，若采用存車線的方式存車，那么列車在存車線上運行將無5 km/h特定限速的要求，提高了列車在場段內的平均行駛速度，這有利于提高段/場內的收發車效率。

2 信號機布點方案對出段/場能力的影響

2.1 市域鐵路信號系統種類

目前，市域鐵路主流信號系統分為兩類：當線路與國鐵線路互聯互通時，則一般采用CTCS-2(中國列車運行控制系統2級)信號系統；當線路獨立運營或獨立成網時，一般采用CBTC(基于通信的列車控制)信號系統。不同的信號系統所遵循的規范和設計標準有所差異，段/場內的信號機布點方案也有所不同，這會影響列車出段/場的效率。

CTCS-2信號系統的信號機布點方案需滿足TB 10007—2007《鐵路信號設計規范》等一系列標準規范的要求，有成熟的規范標準可以遵循；其信號控制邏輯較為簡單，能滿足大多數的運營場景，場調人員工作量較小。然而也有其劣勢：對于超大運量的線路而言，出段/場效率可能難以與高峰時段的運營需求相匹配。

CBTC信號系統的信號機布點方案主要滿足GB 50157—2013《地鐵設計規范》、GB/T 12578—2004《城市軌道交通信號系統通用技術條件》等的要求。出段/場進路可分段辦理，信號機布點方案的靈活性相對較高，因此出段/場能力可以滿足超大運量高峰客流時期的運營需求。然而也有其劣勢。即：在CBTC系統的聯鎖機制主要沿用國鐵規范的情況下，需要對聯鎖條件做出相應的突破和調整；其控制邏輯相對復雜，場調人員的工作量相對較大。

在段/場的信號機布點方式上，存在兩種主流方案[3]：CTCS-2信號系統一般采用一次出段/場布點方案；CBTC信號系統可以采用分段出段/場布點方案，也可以采用一次出段/場布點方案。由于CTCS-2信號系統具有規范性和統一性，所以CTCS制式的場段信號機布點方案具有唯一性，不在本文討論范圍內。本文主要針對CBTC信號系統下的場段信號機布點方案進行分析和討論。

2.2 一次出段/場信號機布點方案

一次出段/場信號機布點方案，指列車僅憑存車線前出發信號機的允許信號，一次性行駛至出入段/場線(正線控制范圍)，出段/場過程中不再有其余的信號機。一次出段/場信號機布點方案示意圖如圖3所示。在部分城軌項目中，沿用國家鐵路的信號機定義和設計原則，在段/場股道前的信號機至正線段不再設置其他用作“發車”的信號機，即任意出發信號機開放時，表示本股道的列車可以越過前方出發信號機，直接駛入出入段/場線(轉換軌1或轉換軌2)。

圖3 一次出段/場信號機布點方案示意圖

2.3 分段出段/場信號機布點方案

分段出段/場信號機布點方案示意圖如圖4所示。在某些城軌項目中，為了提高出段/場效率，定義停車列檢庫股道前的信號機為出發信號機(S1—S6)，并在場段咽喉區設置出段/場信號機(CD1—CD2)，從而將列車的出段/場進路一分為二。在城軌項目中，各方案設置的出段/場信號機位置有所不同，有些方案將出段/場信號機設置在咽喉區的交叉渡線之前(見圖4 a))，有些方案將出段/場信號機與進段/場信號機并置(見圖4 b))。相較于一次出段/場信號機布點方案需要在前車出清轉換軌后方可開放出段/場信號機，采用分段方案時，前車車尾越過出段/場信號機后，即可排列出庫信號機至出段/場信號機的進路，從而讓停車列檢庫股道上的列車提前發車，提高出段/場效率。從理論計算的角度出發，在咽喉區交叉渡線前設置出段/場信號機，被一分為二的兩段出段進路長度比例相對均勻，因此其出段效率更高。但其缺點為，一旦列車在出段/場信號機前停車且發生故障時，咽喉區將無法辦理其他股道的出發進路，影響范圍較大。

圖4 分段出段/場信號機布點方案示意圖

3 溫州軌道交通S3線麗岙車輛段出段能力分析

溫州軌道交通S3線是溫州在建的市域鐵路項目，正線最小行車間隔為2.5 min。設置一座麗岙車輛段,承擔該工程的定修、日常維修、臨修功能、運用整備和停放作業等功能。麗岙車輛段出入段線包括出段線和入段線2條線路，在早晚高峰集中收發車時期，2條線可同時作為出段線或入段線使用。當列車在出入段線上的單線最小出段間隔不大于正線最小行車間隔時間的2倍時，則其出段能力即可與正線最小行車間隔相匹配，即麗岙車輛段單線最小出段間隔不大于5.0 min。

按照溫州市域鐵路線網既有管理模式，列車完整的出段步驟為[4]：

步驟1：辦理出段進路。用時按21 s計。其中，計算機聯鎖運算時間按4 s計，道岔動作時間按13 s計，信號機點燈動作時間按3 s計。

步驟2：從存車線(或列檢庫)起動加速運行至轉換軌停車。若采用存車線方案，只需一次加速至段內最高限速后勻速行駛，隨后再制動停車即可運行至轉換軌；若采用列檢庫方案，列車在尾部出清列檢庫后，會多出一次或二次加速至段內最高限速的過程。

步驟3：轉換無線通話組和駕駛模式、與正線控制中心行調聯控，用時按60 s計。

步驟4：從轉換軌駛離，行駛距離為1列列車的長度。

步驟5：重復上述步驟，辦理下一列列車的出段流程。

列車出段過程中，速度-時間-距離的關系為：

(1)

式中：

Lit——列車行駛距離，m；

vi——列車運行初速度，m/s；

vt——列車運行末速度，m/s；

a——列車運行加速度，加速時為正，制動時為負，m/s2；

tit——列車以加速度a運行的時間，s。

在本工程中,市域列車采用6節編組，列車全長為140 m。當列車運行速度為0～40 km/h時，其起動加速度≥1.0 m/s2，常用制動減速度≥1.0 m/s2。車輛段內采用CZ2209 50 kg/m的9號道岔，庫內最高運行速度v1=5 km/h，段內最高運行速度v2=30 km/h。為便于后續計算，取v0=0，轉換軌的長度按200 m計算。

3.1 存車線+一次出段方案

當采用存車線+一次出段方案時，麗岙車輛段信號機布點方案示意圖如圖5所示。該方案下，列車可以直接加速至段內最高限速運行至軌換軌，限速運行時的列車加減速度均按1.0 m/s2計。此時，各階段作業時間和行駛距離可由式(1)獲得：①出段進路辦理時間t進路=21.0 s；②列車在段內從0加速至30.0 km/h的時間t02=8.5 s，行駛距離L02=35 m；③列車從段內到轉換軌以30.0 km/h的速度均速運行，作業時間t勻1=94.0 s，行駛距離L勻1=780 m；④列車在轉換軌內的運行速度由30.0 km/h制動至0的時間t20=8.5 s，行駛距離L20=35 m；⑤司機轉換無線通話組和駕駛模式、與正線控制中心行調聯控時間t確認=60.0 s；⑥列車從轉換軌起動，向正線行駛并出清轉換軌，列車行駛距離L車=140 m，此時可直接加速駛離，速度按0～100.0 km/h、平均加速度按0.5 m/s2進行計算，駛離轉換軌時間t出轉=24.0 s，出清轉換軌時的速度約為43.2 km/h；⑦合計上述所有作業過程作業時間，得出最小出段間隔為216.0 s，滿足遠期單線5.0 min、雙線2.5 min的出段能力要求。

圖5 采用一次出段方案時麗岙車輛段信號機布點示意圖

3.2 列檢庫+一次出段方案

當采用列檢庫+一次出段方案時，列車在庫內運行的最高速度不能超過5.0 km/h，此時各階段作業時間和行駛距離可由式(1)獲得：①t進路=21.0 s；②列車在段內從0加速至5.0 km/h的時間t01=1.5 s，行駛距離L01=1 m；③列車在庫內以5.0 km/h速度運行至列車車尾出庫的時間t勻2=101.0 s，行駛距離L勻2=139 m；④列車在段內從5.0 km/h加速至30.0 km/h時間t12=7.0 s，行駛距離L12=60 m；⑤列車在段內至轉換軌以30.0 km/h勻速行駛時間t勻3=74.0 s，行駛距離L勻3=615 m；⑥列車在轉換軌內的運行速度從30.0 km/h制動至0的時間為t20=8.5 s，行駛距離L20=35 m；⑦司機轉換無線通話組和駕駛模式、與正線控制中心行調聯控時間t確認=60.0 s；⑧列車駛離轉換軌時間t出轉=24.0 s；⑨合計上述所有時間，得出最小出段間隔為297.0 s，接近5.0 min。

由3.1節和3.2節的計算結果可知，均采用一次出段方案時，列車在列檢庫內運行速度是影響列車出段能力的最關鍵因素。當設置停車列檢庫時，相比較設置存車線，列車單線出段耗時增加約80.0 s，總時長接近5.0 min;若司機人工駕駛列車速度偏低時，則存在出段效率不足、運營晚點的風險。

3.3 存車線+分段出段方案

當采用存車線+分段出段方案時，麗岙車輛段信號機布點示意圖如圖6所示。該方案下，列車出段需要完成兩段進路，最小出段間隔為兩段進路完成時長中的較大值。此時出庫信號機至出段信號機進路各階段作業時間和行駛距離可由式(1)獲得：①出庫進路辦理時間t進路=21.0 s；②列車在段內從0加速至30.0 km/h的時間t02=8.5 s，行駛距離L20=35 m；③列車以30.0 km/h勻速行駛至車尾越過出段信號機的時間t勻4=68.0 s，行駛距離L勻4=570 m；④進路完成總用時t分1=98.5 s。

圖6 采用分段出段方案時麗岙車輛段信號機布點示意圖

完成出段信號機至轉換軌進路各作業環節作業時間和行駛距離由式(1)獲得：①列車在段內到轉換軌以30.0 km/h勻速行駛的時間t勻5=25.5 s，行駛距離為L勻5=210 m；②列車在轉換軌內從30.0 km/h制動至0的時間t20=8.5 s，行駛距離L20=35 m；③司機轉換無線通話組和駕駛模式、與正線控制中心行調聯控時間t確認=60.0 s。④列車駛離轉換軌時間t出轉=24.0 s；⑤進路完成總用時t分2=118.0 s。此時t分2>t分1，因此最小出段間隔為t分2=118.0 s。

3.4 列檢庫+分段出段方案

當采用列檢庫+分段出段方案時，完成出庫信號機至出段信號機進路各階段作業時間和行駛距離由式(1)獲得：①出庫進路辦理時間t進路=21.0 s；②列車在段內從0加速至5.0 km/h的時間t01=1.5 s，行駛距離L01=1 m；③列車在庫內以5.0 km/h速度運行直至列車車尾出庫的時間t勻6=t勻2=101.0 s，行駛距離L勻2=139 m；④列車在段內從5.0 km/h加速至30.0 km/h的時間t12=7.0 s，行駛距離L12=60 m；⑤列車以30.0 km/h勻速行駛至車尾越過出段信號機的時間t勻6=49.0 s，行駛距離L勻6=405 m；⑥進路完成總用時t分3=179.5 s。完成出段信號機至轉換軌進路的用時與3.3節存車線+分段方案一致，總用時t分4=t分2=118.0 s，此時t分4

分別對比3.1和3.3節、3.2節和3.4節的計算結果可知，無論采用列檢庫方案還是存車線方案，分段出段方案比一次出段方案的時長都縮短了約100.0 s，列車出段能力有明顯提升。考慮實際運營過程中，分段辦理進路時存在增加調度人員操作確認時間、司機為保障段內追蹤運行時的行車安全可能采取降速行駛等因素，該方案在實際運營中的優勢沒有理論計算的那么突出和顯著。

4 結語

隨著市域鐵路的迅速發展，市域線路段/場的出段/場效率是否與運營需求相匹配，成為了工程設計之初就應該探究和明確的關鍵問題。本文從標準規范、工程需求等方面，研究了影響列車出段/場能力的關鍵因素，并基于溫州市域鐵路S3線麗岙車輛段的實際工程參數，結合一次出段方案和分段出段方案的信號機布點形式，分析了在不同修程修制條件下的場段工藝布局、不同信號機布點方案的4種實際工況，計算了列車的出段時長。通過分析對比可知，4種工況下的出段能力均能與正線行車能力相匹配。

綜上所述，針對后續市域鐵路建設工程，建議段/場信號系統優先采用有規范明確支撐且聯鎖條件極為成熟的一次出段方案進行信號機布點設計，其信號系統設計相對規范，聯鎖邏輯更加成熟，調度員操作工作量較小，更加有利于后期的運營和維護。若由于修程修制要求必須建設停車列檢庫用于列車存車和檢修，且因場段規模較大、一次出段方案的出段能力檢算無法滿足正線行車能力要求時，信號系統可采用分段出段方案。