市域铁路车辆基地总平面设计研究

熊 盛

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

我国地铁系统具有载客量大、开行密度高等特点，车辆检修采用日常维修和定期检修相结合的修程修制，主要分为列检、双周检、3月检、定修、架修和大修等模式，以适应地铁车辆运用特点。市域铁路运营特点较地铁有所不同，市域铁路客流潮汐现象明显，早晚高峰尤为突出，这些特点导致市域铁路车辆运用相较地铁存在明显差异，因此需要针对性地研究适应市域铁路车辆运用特点的车辆检修体系。

1 车辆基地总平面设置现状

1.1 地铁和国铁

我国地铁车辆段日常检修通常分为列检、双周检和3月检，列检作业和停车台位共库设置，双周检、3月检单独设置检修库。停车列检设备设施规模等于配属车辆数量减去检修车辆数量，列检列位数量一般占停车、列检列位的一半。双周检、3月检设备设施规模由检修工作量确定，检修作业场地相对分散，检修人员及工器具在不同台位间流动，即“人动车不动”，能在相对较短时间内完成大量车辆列检，但缺点是检修人员效率及工器具利用率均较低，检修库占地面积较大。

国铁动车运用所日常维修主要在存车场和检查库完成，存车场承担配属动车组存放任务，检查库完成动车组一、二级修作业，一级修主要集中在晚上完成，二级修通过扣车检修完成。存车场和检查库一般采用纵列式布置。存车线和检查库线一般布置为1线2列位。

1.2 市域铁路布置

市域铁路因潮汐客流现象明显，平峰时刻列车开行对数约为高峰时刻的一半，可以考虑利用运营期间高峰转平峰时段完成下线车辆检修工作，如若采用地铁检修模式按照配属车辆的一半设置列检设备设施，则列检作业设备设施每日的使用频率为2次/日，检修设备设施使用效率低。研究“检修集中，停检分离”的车辆基地总平面布置方式，将存车和检修分开设置，检修集中设置在检查库，通过车辆的轮转实现检修设备设施使用频率的提高，提升检修工作效率。检查库集中执行市域铁路车辆日常检修作业，停车场承担市域铁路车辆停放和发车作业，车辆经过检修作业后返回停车场停放，即“车动人不动”，从而实现检修人员及工器具的集约利用，提高工作效率，节省投资及用地。

车辆基地布置形式有：横列式、纵列式和错列式，横列式、纵列式如图1、图2所示。一般情况下，考虑用地条件限制，将存车场与检修线群横列式布置，可使得总平面结构紧凑，适应性更好，在经济上也比较有利。当车辆检修基地总规模较大、存车数量较多时，考虑到列车到发次数以及检修车辆在检修线群和存车线群之间的转线次数增多，为缩短段内作业时间，在用地条件不受制约的情况下，可采用纵列式布置形式。市域铁路车辆基地多建于城市规划区，用地条件有限，规模不大的车辆基地多采用横列式布置。

图1 横列式布置示意图

图2 纵列式布置示意图

2 检修能力分析

“检修集中，停检分离”的检修作业方式可有效提升检修设备设施的利用率，与此同时市域车辆调车作业效率就成为制约车辆段检修能力的关键因素，列车的调车检修作业可以视作列车在段内存车线、检修线、洗车线、临修线以及镟轮线等功能股道上的转线和停留。股道运用需要重点考虑2方面的约束：①股道的专用性，即不同检修项目需要在不同股道上完成；②股道占用时空相容性，即同一时刻同一股道（列位）最多被一列动车组占用。另外还需要考虑车辆运用计划和日常检修计划约束。

多约束下车辆检修调度、检修效率可采用离散事件系统仿真方法进行模拟分析。离散事件系统仿真（DEVS）是一种建模方法学，其中物理系统改变由一系列离散事件代表。一个DEVS模型假设被仿真，系统仅在其模拟事件的离散点改变状态，或者说每一个离散事件仿真就是一个计算机程序，例如列车入段、洗车、咽喉区平行径路自走行以及入库检修等都可以视作一个离散事件，只有当前一个离散事件（工艺步骤）完成后，才能触发下一个离散事件。

文章研究采用离散事件系统仿真方法，量化不同总平面检修能力和检修效率。仿真模拟中需要考虑以下几个方面的约束：①车辆基地内任一股道能停放的列车数量都不应超过设计最大停放数量；②各个列车行进径路不存在冲突，即不同列车不能同时占有同一股道进路；③各项工艺检修作业时间满足标准检修作业要求。离散事件系统仿真必须保持对当前仿真时间的跟踪，在离散事件仿真中，与实时仿真不同，时间存在跳跃，由于事件是瞬时发生的，随着仿真的进展，时钟跳跃到下一阶段的开始时间。

2.1 检修作业流程

市域车辆在车辆基地内从入段到出段的作业流程为：入段→轮对踏面诊断→存车场→洗车→入库检修→存放→出段。

2.2 作业时间

因为夜间作业工作量为一天内最大量，所以仅需研究夜间作业效率制约因素，其制约因素如下。

（1）收车、一级修、整备、清洗主要于21 : 00～9 : 00时间段进行。

（2）一级修标准作业时间为2.5 h。

（3）为简化计算难度，将不同存车线上的列车通过咽喉区平行径路时间进行统一，即列车在存车场至咽喉区平行径路、咽喉区平行径路走行、库内检查以及出库入存车场区域内走行时间进行统一，与具体股道编号无关。

2.3 行进径路通过原则

行进径路通过原则有如下4个方面。

（1）咽喉区内1条平行径路同一时间段内只能允许1 列车通过。

（2）咽喉区平行径路空闲时，检修完毕准备出库的列车优先出库，入库待检列车等候。

（3）检查库线空闲时，列车先进入此库线检修。

（4）存车线股道和检查库股道存在对应关系，列车通过平行径路实现在存车场以及检查库之间的周转，行进径路不切割平行径路。

2.4 建立离散事件系统仿真模型

根据列车在车辆基地内运转调度过程，确定基于离散事件系统仿真的市域车辆检修调度流程逻辑图，如图3所示。

图3 市域车辆检修调度流程逻辑图

建立市域车辆检修调度离散模型，模型中设定总检修时间、每列动车组检修时间、咽喉区平行径路长度、检查库线数量等参数，自动分析计算夜间作业时间内列车在车辆基地内的调度情况，列车检修进度如图4所示。横轴为时间，根据每一列车的入库股道将其安排进相应的检查库线，并按照入库时间的先后顺序依次排列，计算出每条检查库线内列车入库时刻、库停时间、候车出库时间以及出库时间，利用Matlab的图形用户界面（GUI）设计参数化计算界面如图5所示。基于Matlab的图形绘制模块可将通过中部咽喉区平行径路、洗车径路、入库检修和出库入存车场时间节点和各动车组进入检修股道顺序通过横道图形式绘制出来。在规定时间内完成的检修列车数量即车辆基地的最大检修能力（每日最大检修车辆数量）。

图4 列车检修进度铺画图

图5 GUI设计参数化计算界面

2.5 仿真结果分析

利用仿真模型可通过赋予参数不同数值，分析不同咽喉区平行径路与检查库线数量关系。在检查库数量相同时，咽喉区平行径路数量越少，列车在库内候车时间越长，可直观理解为咽喉区平行径路频繁被占用，此时存车场内待修列车和检查库修毕列车将长时间等待咽喉区平行径路完成调车作业；当咽喉区平行径路数量达到一定值后再继续增加咽喉区平行径路数量，检修列车总数不变，此时制约检修能力的因素是检查库线的数量，因为每线检查库线的检修能力的存在上限，持续增加咽喉区平行径路数量则不会提升检修能力上限。

模拟仿真计算不同检查库线数量和咽喉区平行径路数量对车辆基地检修能力的影响，分别设置咽喉区平行径路为1、2、3、4，检修能力、库线数量和咽喉区平行径路数量关系如图6所示。可以看出在某种总平面参数下1条检查库线一晚上最多可以检修3列车，增加检查库线数量可以提升车辆基地检修能力，但结合库线数量增加咽喉区平行径路数量不能将检修能力发挥至最大。对于横列式布置的车辆基地，因为平面股道布置约束难以设置超过2条咽喉区平行径路，建议采用横列式布置的市域铁路车辆基地在出入段线处设置不少于2条牵出线，有效保证咽喉区平行径路数量，以提高咽喉区平行径路通过能力，提升车辆基地检修能力利用率。

图6 检修能力、库线数量和咽喉区平行径路数量关系图

3 总平面方案优化

基于以上数值仿真分析，咽喉区平行径路通过能力瓶颈制约车辆基地检修能力，车辆段规模较大时，由于存在频繁调车，对运营组织要求较高，需进一步研究更优的总平面布置方案。在总平面设计中可以考虑采用错列式布置，即设置库前存车线，相当于设置库前缓存区，有效减少检查库与存车线之间的频繁调车作业。一般而言，车辆库停检修时间会大于咽喉径路走行时间，库前设置存车场可以实现待修列车利用库内列车检修作业时间完成从库前存车区到存车场的转场，并且库前存车毗邻检查库，调车作业时间短，有效解决咽喉区平行径路通过能力瓶颈问题。温州市域铁路S2线瑞安车辆段便采用错列式布置方案，如图7所示，利用库前双线存车线作为检修缓存区，有效避免咽喉区平行径路通过能力制约检修能力。

图7 瑞安车辆段总平面示意图

4 结论

市域铁路的车辆运用特点相较地铁有着明显不同，采用“检修集中，停检分离”模式的总平面设计方案能有效提升检修设备设施利用率，提高市域铁路车辆基地建设经济性。同时在总平面设计中，咽喉区平行径路设置与库线数量应结合具体的总平面设计条件进行有效匹配，可采用离散事件系统仿真方法验证咽喉区平行径路数量、检查库线数量、库内动车组作业时间和库线与道岔对应关系是否合适。此外，横列式车辆基地的出入段线牵出线宜设置2条出入段线以提高咽喉区平行径路通过能力。