地铁不同场段分布对其规模分配和运营成本的影响

陈福贵

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

地铁不同场段分布对其规模分配和运营成本的影响

陈福贵

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

城市轨道交通的车辆段和停车场需要占用大量的城市土地，合理分配场段规模可以优化占地面积，提高运营效率。基于一场一段情况下，总结出不同接轨方案的场段规模分配计算方法，提出场段分布位置在线路中接近对称时，场段规模大致相等的研究结论。同时，提出地铁收发车空跑距离计算模型，并对不同场段分布对运营成本的影响因素进行分析，提出降低运营期间场段收发车空跑运营成本的途径。

城市轨道交通;车辆段;规模分配;运营成本

1 研究意义

近年来，我国各主要城市不断兴起城市轨道交通建设的高潮，仅2012年国家发改委批复的轨道交通建设规划，总投资规模预计超过8 000亿元，涉及全国19个城市。城市轨道交通的兴建，给城市用地提出了严峻的考验。而城市轨道交通的车辆段/停车场作为其不可或缺的组成部分，需要占用大量的城市土地［1-5］。随着城市用地矛盾的日益突出，在满足功能需求的前提下，如何控制好场段的占地面积，提高车辆检修效率，降低日常运营成本，对规划设计人员来说极为重要。

城市轨道交通车辆段/停车场的规模，主要取决于运用车数。本文在既有国内外研究基础上［6-12］，从运营的角度分析不同场段位置及接轨方案，对运用车停车规模分配的影响，并提出收发车列车空跑的计算模型，从而分析场段分布对运营成本的影响。

2 场段分布对其规模的合理分配研究

地铁线路运营所需的运用车数量是根据线路长度、旅行速度和高峰小时开行列车对数确定的，运用车分配又与场段在线路中接轨点位置和接轨方向有关。以下分析一场一段情况下，不同接轨方案的场段合理规模分配模型(此处规模是指运用车停放列位，不含备用及检修车)。

规模分配模型设计原则:

(1)按发车方向，划分车场发车所覆盖的范围，且各车场覆盖范围不重叠，覆盖范围与所需停放的运用车数成正比;

(2)不考虑在中间站折返的情况，因为高峰时段的加车无法在中间站折返;

(3)收车过程与发车相同。

根据以上设计原则，图1所示为相同场段位置分布情况下，不同接轨方向与其所覆盖收发车范围的关系示意图。图中，A、B表示两个车场接轨点位置;L1、L2、L3分别表示车场接轨点与线路长度的关系(线路全长L=L1+L2+L3)。

图1 车场分布与收发车范围关系示意

由此可以计算各个方案的场段规模分配如下。

方案一:车场 A规模/车场 B规模 =(2×L1+L2)/(2×L3+L2)

方案二:车场A规模/车场B规模=(2×L1+L2+2×L3)/L2

方案三:车场A规模/车场B规模=L2/(2×L1+L2+2×L3)

方案四:车场 A规模/车场 B规模 =(L2+2×L3)/(L2+2×L1)

以上接轨方案均表示单方向接轨，若考虑车场A为双向接轨，则场段覆盖范围分配与单方向接轨的差异如图2所示。

图2 车场单向接轨与双向接轨的差别

可见车场双向接轨时，发车所覆盖的范围与单向接轨时面向一侧线路起终点的情况相同，即车场规模一样，差别只是在于列车空跑距离，双向发车有利于节约空跑距离。因此，不论车场A、B哪一方是双向接轨，均可按图1中所示的规模分配方法进行计算。

因此，对于一段一场的布置情况，可以得到如下结论:

(1)场段规模分配与场段在线路中的位置及接轨的方向密切相关;

(2)一般情况下，场段在线路中分布位置均衡则场段规模差异小，尤其是场段位置在线路中接近对称时，场段规模大致接近;

(3)当2个场段接轨方向相同，则收发车覆盖范围易出现重叠，因此场段规模差异比较大;而接轨方向相反时则规模分配相对较均衡。

3 场段分布对运营成本的影响分析

3.1 地铁收发车空跑距离计算模型

以早晨发车为例，为保证早晨第一个小时的行车密度，车辆基地的部分运用车需提前发出至正线，并保证全线各车站具有相同的服务水平。

最早一班车提前发车所走行的距离与车辆基地位置的关系可参见图2。

对车场A(单向接轨)而言，从车场A开出的最早一班车空跑距离为S1=2×L1+L2，平均旅行速度为V，则提前发车的时间为T1=(2×L1+L2)/V。

若车场A为双向接轨，则从车场A开出的最早一班车的提前发车时间T1应取max{(2×L1)/V，L2/V}。由此可见，双向接轨方案能有效地节约收发车空跑距离和时间。

(2)收发车空跑距离的计算

假定早晨第一个小时的列车开行密度为n对/h，且线上列车均匀分布。图2中，对车场A(单向接轨)而言，最早一班车的空跑距离为S1，提前发车的时间为T1;第i班车的提前发车时间为Ti，空跑距离为Si;则有公式如下

以此类推。

手机的短信提示声响了，高潮掏出手机一看，是“诗的妾”发过来的：老公，妾睡不着。高潮看了看手机上的时间，已是十一点多了。高潮想了想，回复“诗的妾”：草坪湖畔月下，虫鸣狼嚎风飒，苦恼人未归家。

此时，车场A单方向需发出列车总数i=INT(T1×n)+1，累计空跑距离为∑Si，由此引起的运营成本增加的计算公式为

发车过程中空跑的运营成本=∑Si×列车编组×每车公里的运营成本单价。

由于晚上收车的原理与早晨发车是一样的，因此收车的空跑距离与发车一致。其余时段，如平峰向高峰过渡，行车密度增加需向线上加车，由此引起的列车空跑距离同样可按上述模型进行计算，不同的是:只计算增加的对数为Δn，且仍按均匀加车考虑。但是通常考虑由于加车过程中的空跑实际上也在载客运营，不是真正意义上的空跑，因此，也可不计平峰、高峰时段转换而产生的列车空跑，仅计早晚收发车的空跑。

3.2 不同场段分布对运营成本的影响

如上节所述，决定列车收发车空跑距离的是第一班列车的空跑距离，因此，减少场段单方向发车的覆盖范围，可减少第一班列车的空跑距离，从而减少收发车的空跑运营成本。以下分析场段分布对运营成本的几个影响因素。

(1)场段数量

显然对同一线路而言，场段数量越多接轨点越多，全线所需列车覆盖的范围也由各个场段分摊，可以减少收发车空跑距离，降低运营成本。

(2)接轨方案

如图2车场单向接轨与双向接轨的差别所示，双向接轨方案可以缩短从车场A单向发车的覆盖范围，较单向接轨方案缩短了L2，从而可以减少从车场A发车的空跑距离。因此双向接轨较单向接轨能减少空跑距离，降低运营成本。

(3)场段位置分布

在场段数量和接轨方式相对确定的情况下，则场段在线路中均匀的分布形式，可以均衡收发车覆盖范围，从而减少列车空跑和运营成本。如图3所示，场段分别位于线路两端的方案，与集中在线路中部但可以双向收发车，其分别覆盖的线路范围是一致的。因此，根据项目实际情况，尽量均衡场段在线路中的位置分布，不仅可以平衡场段的规模，也可以降低空跑的运营成本。

图3 场段位置分布对覆盖范围的影响

通常地铁为一场一段布置形式，很多业内人士认为停车场和车辆段分布位于线路两端才是最优的布置方案，空跑距离最短。而事实上，通过以上分析可知，只要该场段布置相对对称，可以通过接轨方案使得收发车的覆盖范围一致，即可达到空跑距离最短，降低运营成本的目的。

因此，降低由于场段收发车引起的空跑运营成本的途径包括:

(1)增加场段接轨点，例如车辆段采用贯通式的布置形式;

(2)增加接轨方向，例如接轨车站采用双岛三线的双向接轨方式;

(3)均匀分布场段在线路中的位置，尽量处于对称分布状态等等。

4 研究结论

由于场段规模分配与场段在线路中的位置及接轨的方向密切相关，基于一场一段情况下，总结出不同接轨方案的场段规模分配计算方法，提出场段分布位置在线路中接近对称时，场段规模大致相等的研究结论。

同时，提出地铁收发车空跑距离计算模型，并对不同场段分布对运营成本的影响因素进行分析，提出降低运营期间场段收发车空跑运营成本的途径。

文中所述均指在理论分析的情况下，对场段的规模进行分配，实际应用中，应考虑各场段的用地面积、地形、接轨站条件等各种约束条件限制，以节省运营期收发车运营空跑距离为目标，对场段应承担的运用车数量进行调整，形成最优场段规模分配方案。

［1］ 国家质检总局，建设部.GB50157—2003 地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［2］ 中华人民共和国建设部.建标104—2008 城市轨道交通工程项目建设标准［S］.北京:中国计划出版社，2008.

［3］ 季令，张国宝.城市轨道交通运营组织［M］.北京:中国铁道出版社，2003.

［4］ 孙章，何宗华，徐金华.城市轨道交通概论［M］.北京:中国铁道出版社，2000.

［5］ 何宗华，汪松滋，何其光.城市轨道交通车辆运行与维修［M］.北京:中国建筑工业出版社，2006.

［6］ 叶霞飞，李君，霍建平.国内外城市轨道交通车辆段对比研究［J］.城市轨道交通研究，2003(2):72-77.

［7］ 缪东.论城市轨道交通车辆段的设置规模和建设方式［J］.铁道工程学报，2005(3):35-38.

［8］ 朱捷.节约城市轨道交通车辆基地投资及用地的探讨［J］.铁道标准设计，2003(9):67-69.

［9］ 马沂文.对地铁车辆段用地情况的分析［J］.都市快轨交通，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回鉄道総研講演会:第20回鉄道総研講演会概要集.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

陈福贵(1981—)，男，工程师，2007年毕业于西南交通大学，工学硕士，E-mail:fgchen@163.com。