高速鐵路動車運用所總平面布置方式研究

張正舟 歐陽鵬

(中國國家鐵路集團有限公司工程設(shè)計鑒定中心,北京 100844)

引言

動車運用所(以下簡稱動車所)作為高速鐵路的重要配套設(shè)施[1],是動車組停放、整備、一二級修和臨修作業(yè)的重要場所,是保證動車組安全、正點、高效運營的關(guān)鍵[2]。動車運用所總平面布置不僅關(guān)系到功能合理實現(xiàn)、建設(shè)投資,也關(guān)系到運營成本等[4-6]。國內(nèi)已有許多學(xué)者進行研究,于永興對鄭州東動車所總圖進行優(yōu)化研究,認為應(yīng)在保證工藝流程順暢的前提下,盡可能壓縮占地面積,減少拆遷[7];朱麗蓉等對南寧動車所進行研究,優(yōu)化總平面布局,完善工藝設(shè)計,確保動車所安全、高效[8];駱燕等對成都動車段總平面進行研究,通過對線路、房屋、道路以及檢修設(shè)施等布置的研究,提出一種經(jīng)濟合理的總平面布置方案[10]。截至2022年底,全國已建成超過70個動車所,故現(xiàn)階段有必要總結(jié)動車所設(shè)計經(jīng)驗,系統(tǒng)研究總平面布置方式,為今后的動車所布置優(yōu)化提供借鑒。

以下深入研究動車運用所總平面布置方式,確立以作業(yè)流程順暢為目標、以存車場和檢查庫布置形式為主線的設(shè)計方法,按照總平面布置要點逐項分析確定并通過實例具體展現(xiàn)優(yōu)選的布置形式。

1 總平面布置基本原則

動車所總平面布置的目的為系統(tǒng)地確定動車所所有設(shè)施的空間位置,應(yīng)按設(shè)計規(guī)模,以合理代價(建設(shè)投資、運營成本、其他負擔和影響等)實現(xiàn)作業(yè)流程、人流和物流順暢。

一般而言,所謂作業(yè)流程順暢,指的是前后工位順接,其間無轉(zhuǎn)折迂回,工位以及工位之間無堵塞。在動車所內(nèi),動車組受到車場線路、動車組體量、運行速度、行車控制等諸多因素影響,移動難度較大。因此,實現(xiàn)動車組移位順暢,成為動車所總平面布置的關(guān)鍵。動車組移位方式,按前后工位串聯(lián)和并列,分為縱列式和橫列式(或稱并列式)。其中,橫列式轉(zhuǎn)線作業(yè)時間和占用咽喉次數(shù)是縱列式的3倍和2倍,故動車組移位首選縱列式。

總之,實現(xiàn)動車所作業(yè)流程、人流和物流順暢是總平面布置的主要目標,動車組在前、后工位之間轉(zhuǎn)線順暢是其關(guān)鍵。在轉(zhuǎn)線次數(shù)最多的存車場與檢查庫(或整備庫),首選縱列式布置,次選橫列式。

2 總平面布置要點分析

動車所主要設(shè)施包括：存車場、檢查庫、輪對踏面及受電弓檢測棚(以下簡稱“輪對檢測棚”)、洗車、臨修及鏇輪設(shè)施、獨立布置的輔助設(shè)施及相關(guān)專業(yè)設(shè)施等。其中,獨立設(shè)置的輔助設(shè)施包括空壓機間、濾網(wǎng)清洗間、材料庫(含危廢品庫、大部件庫等)和乘務(wù)員公寓等,相關(guān)專業(yè)設(shè)施包括給排水、污水處理及供電設(shè)施、信號樓、食堂和浴室等。

存車場和檢查庫(或整備庫)是動車所體量較大的主要設(shè)施,兩者定位之后,其他設(shè)施在其周圍按作業(yè)流程、人流和物流需要布置[11-12]。

2.1 存車場與檢查庫(或整備庫)布置形式

存車場與檢查庫(或整備庫)一般按縱列式布置,縱列式布置不可行時可按橫列式布置,不入檢查庫的動車組可停放于不直接連通檢查庫的存車線。

(1)縱列式布置

入庫檢查的動車組所在的存車場與檢查庫(或整備庫)前后首尾相連,一般通過一個咽喉連通,用地長度不足時,可通過多個咽喉連通。

按與檢查庫(或整備庫)縱列布置的存車場數(shù)量和出入所線連接形式,縱列式布置通常有以下6種形式。

①常規(guī)縱列式

出入所線?存車場?檢查庫(整備線)布置見圖1。這是縱列式布置最常見的形式。存車場與檢查庫之間的咽喉,一般收攏成2～4條平行進路,需要壓縮咽喉長度時可分開成多個咽喉,每個咽喉設(shè)1～2個進路。檢查庫側(cè)邊可并列布置少量人工洗車線,兼顧上水、卸污、存車或調(diào)車轉(zhuǎn)線等功能,嚴寒地區(qū)可并列布置融冰除雪整備庫。

圖1 常規(guī)縱列式布置Fig.1 Schematic diagram of conventional vertical arrangement

②兩存車場縱列式(簡稱兩場式)

出入所線?存車場Ⅰ?存車場Ⅱ?檢查庫布置見圖2。存車場Ⅱ與檢查庫之間一般通過多個咽喉連通,每條檢查庫線連通2～4條存車線,存車場Ⅱ宜包含上水卸污的整備兼存車線。這樣,動車組較快地出入檢查庫,但檢查庫也隨之加寬,存車場Ⅱ中需要增加走行線,以保證動車組能夠隨時出入檢查庫,為此,每2條檢查庫線均連通1條走行線以提高存車能力。

圖2 兩存車場縱列式Fig.2 Schematic diagram of two venue layout

③整備庫和檢查庫兩庫縱列式(簡稱兩庫式)

布置為出入所線?存車場?整備庫?檢查庫。該形式與兩場式類同,以整備庫替代存車場Ⅱ,適用于地形狹長且有融冰除雪整備庫的情形。

④兩端出入式(簡稱兩端式)

出入所線Ⅰ?存車場Ⅰ?檢查庫(整備線)?存車場Ⅱ?出入所線Ⅱ布置見圖3。檢查庫(整備線)可并列走行線。該形式適用于兩端有出入所線的動車所。

圖3 整備庫和檢查庫兩庫縱列式Fig.3 Schematic diagram of two end layout

⑤倒裝式

并列的出入所線和檢查庫?存車場布置見圖4。倒裝式比常規(guī)縱列式少一個存車場咽喉區(qū),道岔和用地相應(yīng)減少,但出入所的動車組與出入檢查庫的共用一個咽喉、出入所高峰時段相互干擾明顯。倒裝式適用于規(guī)模較小、地形較短的動車所。

圖4 倒裝式布置Fig.4 Schematic diagram of inverted layout

⑥組合縱列式

對以上5種形式進行組合,如倒裝式與兩端式組合,并列的出入所線Ⅰ和檢查庫?存車場?出入所線Ⅱ,適用于兩端有出入所線的動車所;兩場式與兩端式組合,出入所線Ⅱ分別與存車場Ⅱ或檢查庫并列;兩庫式與兩端式組合,出入所線Ⅱ與整備庫并列。

(2)橫列式布置

存車場與檢查庫(或整備庫)并列布置,比常規(guī)縱列式占地短(少1個存車場咽喉區(qū)),道岔和用地也相應(yīng)減少,但動車組在存車場與檢查庫之間轉(zhuǎn)線不順暢,出入所的動車組與出入檢查庫的共用1個咽喉,出入所高峰時段相互干擾明顯。因此,橫列式僅適用于規(guī)模較小、地形短、縱列式不可行的場合。

按并列存車場和檢查庫一端或兩端連接不同的設(shè)施,橫列式通常有以下5種形式。

①簡單橫列式

出入所線(牽出線)?并列的存車場和檢查庫布置見圖5。如果出入所線不能兼作牽出線時,需單獨設(shè)置牽出線。

圖5 簡單橫列式布置Fig.5 Schematic diagram of Simple horizontal layout

②貫通橫列式

出入所線(牽出線)?并列的存車場和檢查庫?牽出線(出入所線)布置見圖6。其中,檢查庫、所有或部分存車線尾部貫通。首尾牽出線分擔轉(zhuǎn)線作業(yè),以緩解出入所高峰時段咽喉緊張;完成檢修作業(yè)的動車組出庫后通過尾部牽出線轉(zhuǎn)線、待修的動車組從頭部牽出線入庫,與簡單橫列式相比,可壓縮動車組出入庫的過渡時間,相應(yīng)縮短檢查庫線空閑時間1 h/班。可在一定程度上彌補橫列式的不足。

圖6 貫通橫列式布置Fig.6 Schematic diagram of continuous horizontal arrangement

③主體橫列式

多用于并列的出入所線和少數(shù)存車線?并列的多數(shù)存車線和檢查庫。部分動車組實現(xiàn)了縱列式布置的轉(zhuǎn)線順暢,有利于彌補橫列式不足。

④庫前存車橫列式

多用于出入所線(牽出線)?并列的多數(shù)存車線和縱列的少數(shù)存車線與檢查庫。檢查庫前布置存車線,每條檢查庫線與2條或以上存車線連通(如龍?zhí)梁秃？趧榆囁?。作業(yè)完成的動車組出庫停放于走行兼存車線,待修的動車組隨之從庫前存車線進入檢查庫,這樣也可壓縮動車組出入庫的過渡時間。

⑤組合橫列式

以上有些形式可以組合,包括庫前存車的主體橫列式(如北京北動車所)、庫前存車的貫通橫列式和主體貫通橫列式。

(3) 存車場與檢查庫不直接連通

存車線一般按一個車場集中布置,地形條件局限時可按多場布置。其中不入庫檢查的動車組可停放于與檢查庫不直接連通的存車線。

2.2 洗車設(shè)施布置

洗車設(shè)施布置經(jīng)歷十余年探索,從洗車庫內(nèi)不掛網(wǎng)+牽車裝置+自動端洗,過渡到擋水墻+洗車線掛網(wǎng)+取消自動端洗,按通過式布置在存車場與檢查庫之間,洗車設(shè)施布置所需的直線段線路長度約110 m。據(jù)此,洗車設(shè)施可按存車場與檢查庫布置形式相應(yīng)布置如下。

(1)對于常規(guī)縱列和兩端式動車所,洗車設(shè)施一般布置在存車場與檢查庫之間的咽喉區(qū)、交叉渡線的延長線上(包括水平和斜向)。一般條件下,斜向布置可縮短咽喉長度。用地長度不足、存車場與檢查庫通過多個咽喉連通時,洗車設(shè)施仍可布置在存車場與檢查庫之間,但數(shù)量需相應(yīng)增多,以保證每列入庫的動車組均可經(jīng)過洗車設(shè)施。

(2)對于兩場式動車所,洗車設(shè)施一般布置在存車場Ⅰ與存車場Ⅱ之間的咽喉區(qū)。

(3)對于兩庫式動車所,洗車設(shè)施一般與整備庫并列布置,也可置于存車場與整備庫之間的咽喉區(qū),但用地隨之加長。

(4)對于倒裝式動車所,洗車設(shè)施一般布置在存車場與檢查庫之間的咽喉區(qū),必要時可與檢查庫并列布置。

(5)對于橫列式動車所,洗車設(shè)施一般布置在出入所線與檢查庫之間的咽喉區(qū),必要時洗車線可與出入所線并列布置并兼作牽出線。

概括而言,就是洗車設(shè)施主要服務(wù)于入庫檢查(或整備)的動車組,洗車作業(yè)在入所或入庫時同時進行。

2.3 臨修及鏇輪設(shè)施布置

臨修及鏇輪設(shè)施布置也經(jīng)歷十余年的發(fā)展,從與存車場并列變成利用邊角地布置,目前趨向于布置在存車場與檢查庫之間咽喉的一側(cè)。與存車線并列布置的臨修線和鏇輪線,比常規(guī)存車線長約400 m,2線臨修及鏇輪庫與6～7條存車線的占地寬度相當,為此,存車場長度和寬度加大。臨修和鏇輪每天作業(yè)頻次較少,對總平面布置的要求較低,臨修、鏇輪工位與檢查庫可不直接連通,這樣臨修及鏇輪庫可置于邊角地,并按實際需要占地,不會因與存車線并列而使存車場額外加長加寬。

臨修及鏇輪庫置于邊角地,除了考慮庫前和庫后各停放1列動車組、庫后停放公鐵兩用車所需的線路長度,以及庫前和庫后與1輛車相應(yīng)的直線段長度之外,其他可隨地形布置,無需通長的直線。據(jù)此,臨修及鏇輪設(shè)施可按存車場與檢查庫布置形式相應(yīng)布置如下。

(1)常規(guī)縱列式動車所

臨修庫和鏇輪庫通常合并設(shè)置,一般置于存車場與檢查庫之間咽喉的一側(cè),臨修線、鏇輪線與存車場靠邊的2條或以上的存車線連通。臨修及鏇輪庫與檢查庫錯開布置、庫后線路與檢查庫并列布置。庫內(nèi)臨修線與鏇輪線間距一般8 m以上,庫外大部分線路的線間距可按4.6 m設(shè)計。這樣,與庫內(nèi)外線路按一條直線布置相比,可減少用地約1 hm2。除臨修和鏇輪需要的道路外,其他道路不應(yīng)跨越臨修線和鏇輪線的作業(yè)區(qū)段,以免被動車組長時間占壓。

(2)對于兩場式動車所,合并設(shè)置的臨修及鏇輪庫一般置于存車場Ⅰ與存車場Ⅱ之間咽喉的一側(cè),分開設(shè)置時置于咽喉的一側(cè)或兩側(cè)。

(3)對于兩庫式動車所,臨修庫和鏇輪庫一般置于整備庫與檢查庫之間咽喉的一側(cè)或兩側(cè),也可置于存車場與整備庫之間咽喉的一側(cè)或兩側(cè)。

(4)對于兩端式和倒裝式動車所,臨修庫和鏇輪庫布置可參考常規(guī)縱列式的布置。

(5)對于橫列式動車所,臨修庫和鏇輪庫可置于檢查庫前線路的一側(cè)(與檢查庫邊跨同側(cè)),臨修線和鏇輪線尾部與檢查庫并列、頭部與出入所線(牽出線)連通;臨修庫和鏇輪庫也可置于檢查庫前咽喉區(qū)一側(cè),庫內(nèi)臨修線和鏇輪線相對出入所線傾斜而與咽喉區(qū)線路平行布置,臨修線和鏇輪線整體呈S形;臨修庫和鏇輪庫也可分開置于檢查庫前線路或咽喉區(qū)的兩側(cè)。

概括而言,就是臨修及鏇輪庫利用邊角地布置,臨修線和鏇輪線(或其延伸連接的線路)與檢查庫前咽喉直接連通,庫外臨修線和鏇輪線間距及其與相鄰建構(gòu)筑物間距按常規(guī)確定以節(jié)省用地,臨修庫和鏇輪庫一般合并設(shè)置,必要時也可分開布置。

2.4 輪對檢測棚布置

早期只要求入庫檢查的動車組進行檢測,由于地形等原因,有的輪對檢測棚布置在存車場與檢查庫之間的咽喉(如哈爾濱西動車所)。隨著動車組一級修周期延長、入所檢測比例提高、檢測內(nèi)容增加,輪對踏面及受電弓檢測逐漸演變成多項綜合檢測,檢測設(shè)備應(yīng)置于出入所線上,一般靠近存車場,需要壓縮動車所占地長度時也可考慮靠近車站。

2.5 其他設(shè)施布置

動車所其他設(shè)施包括：獨立設(shè)置的輔助設(shè)施及相關(guān)專業(yè)設(shè)施,其布置應(yīng)考慮功能、消防、節(jié)能、環(huán)保等需要。獨立設(shè)置的空壓機間應(yīng)靠近壓縮空氣用氣點和變電間;濾網(wǎng)清洗間既要與檢查庫之間運輸方便,也要弱化對環(huán)境的不利影響;大部件庫應(yīng)靠近臨修庫等用料點,危險品間應(yīng)滿足防火間距要求,廢品庫應(yīng)弱化對環(huán)境的不利影響;乘務(wù)員公寓與檢查庫、存車場之間應(yīng)交通方便。給水站與水源之間管道應(yīng)連接便捷,并靠近用水量較大的區(qū)域;污水處理站與洗車設(shè)施、濾網(wǎng)清洗間和檢查庫等設(shè)施之間管道連接便捷;變電所應(yīng)做到外電引入方便、靠近用電負荷較大的區(qū)域;信號樓應(yīng)靠近存車場咽喉且方便出入;食堂應(yīng)靠近人員集中的檢查庫及其邊跨,浴室應(yīng)方便下班人流,食堂和浴室宜集中布置。

以上設(shè)施沒有類似車場線路連接要求的剛性約束,但需要考慮相對位置和間距、相互聯(lián)系和影響等因素,雖然調(diào)整余地較大,也應(yīng)以合理的代價實現(xiàn)作業(yè)流程、人流和物流順暢。

2.6 車場布置重點和難點

存車場及其他線路組成的車場是動車所總平面布置的重點和難點,需多專業(yè)協(xié)同完成,既要滿足工藝要求、又要符合站場等相關(guān)專業(yè)規(guī)定,還要適應(yīng)各種地形限制。由此導(dǎo)致車場布置內(nèi)容復(fù)雜、比選方案較多、設(shè)計時間較長,設(shè)計過程中局部修改一處,相關(guān)部分也需隨之調(diào)整。僅僅是相關(guān)專業(yè)互相提要求和協(xié)商,會由于相互理解不充分而壓縮方案優(yōu)化空間、延長車場設(shè)計時間。因此,車場主要設(shè)計人員應(yīng)突破專業(yè)局限,既要熟悉動車所工藝,也要掌握車場的線路和道岔布置。

3 總平面布置實例分析

上海東動車所為近年來設(shè)計理念較新、功能布局較為合理的新建動車所,為進一步系統(tǒng)闡釋以上要點,以其為例分析動車所總平面布置,見圖7。

圖7 動車所總平面布置實例Fig.7 Example of the overall layout of EMU servicing depot

3.1 確定邊界條件

總平面布置首先應(yīng)明確設(shè)計邊界,合理用足邊界條件。圖7中,圍墻應(yīng)盡量按最小間距與正線平行而不留多余的邊角地。尾端圍墻與城市道路按最小間距平行布置。存車場立交橋橋墩間距盡可能加大,條件允許時橋墩盡量放在咽喉區(qū)、不擠占存車場寬度。

3.2 存車場和檢查庫布置

按地形采用常規(guī)縱列式布置。存車場與檢查庫之間的咽喉遠期按4條平行進路設(shè)計,居中2條進路與近期所有存車線和檢查庫線連通,靠邊2條輔助進路1/2的存車線和所有(或部分)檢查庫線連通。4條平行進路的通過能力與其連接的股道數(shù)量相關(guān),應(yīng)做到基本均衡。咽喉能力可結(jié)合總圖、作業(yè)流程、作業(yè)量驗算,驗算時考慮不均衡因素(包括通過咽喉的時間分布不均勻、有些轉(zhuǎn)線作業(yè)同時占用多個進路等)并適當留有余地。按遠期數(shù)據(jù)估計,每條進路平均每日占用時間約5.8 h,小于每日一級修時間10 h,咽喉能力滿足需要。

3.3 洗車設(shè)施布置

洗車設(shè)施布置在檢查庫前咽喉的交叉渡線斜向延長線上、偏存車場一側(cè),當檢查庫線及與其并列的存車線較多時,洗車設(shè)施也可布置在偏檢查庫一側(cè)。在需要適當拉長咽喉區(qū)以適應(yīng)不利地形時,可在直向延長線上布置洗車設(shè)施,并采用6.5 m或更大線間距的異型交叉渡線。

3.4 臨修及鏇輪設(shè)施布置

臨修及鏇輪庫置于檢查庫前咽喉一側(cè),緊靠圍墻并靠近檢查庫。庫外大部分線路的線間距為4. m,并部分采用半徑400 m的曲線,與臨修線和鏇輪線連通的存車線為2條。

3.5 輪對檢測棚及其他設(shè)施布置

輪對檢測棚置于出入所線,設(shè)備按2套布置。食堂、浴室和公寓等生活房屋集中于尾部,檢查庫邊跨朝東布置以免西曬。檢查庫前咽喉東側(cè)的其他設(shè)施按功能、消防、節(jié)能、環(huán)保等需要布置,與道路間距按常規(guī)確定,針對各種線路限定的不規(guī)則地形,應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃,提高土地利用率。

3.6 動車所能力和用地指標

(1)動車所能力

動車所能力包括檢查庫能力和存車能力,檢查庫能力按檢查庫線數(shù)量確定,存車能力按正常作業(yè)條件下、可同時停放的動車組數(shù)量確定。其中,可停放動車組的線路包括存車線(含具備整備功能的存車線)和檢查庫線。可停放動車組的股道中,部分股道不計入存車能力,其數(shù)量與車場之間咽喉的平行進路數(shù)量相等,當動車所長度方向有多個咽喉順接時(如兩場縱列式),按平行進路較多的咽喉確定不計入存車能力的股道數(shù)量。計算式為

A=(Ac+Ak-Ay)×2

(1)

式中,A為動車所存車能力;Ac為存車線數(shù)量;Ak為檢查庫線數(shù)量;Ay為動車組移位所需的走行線數(shù)量;2為折算標準組數(shù)量。

圖7中,動車所近期檢查庫線6條,存車線28條(含走行線)、其中2條存車線按不存車計算,存車能力為64標準組。

(2)用地指標

節(jié)約用地是工程設(shè)計的重要原則之一。動車所絕大多數(shù)占地用于布置各種股道,其他設(shè)施可利用邊角地布置。由于股道間距相對固定,用地面積與股道數(shù)量直接相關(guān)。因此,動車所圍墻中心線內(nèi)面積除以股道數(shù)量,即每條股道相應(yīng)的用地面積可作為衡量動車所用地的直觀指標?？紤]每條檢查庫線、臨修線和鏇輪線相關(guān)用地約為存車線的2倍,計算股道數(shù)量時,檢查庫線、臨修線和鏇輪線數(shù)量加倍折算。計算式為

S=M/n

(2)

式中,S為動車所用地指標;M為動車所圍墻內(nèi)面積;n為股道數(shù)量。

圖7中,動車所圍墻內(nèi)占地57.3 hm2,遠期檢查庫線10條、存車線53條、臨修鏇輪線3條,按遠期數(shù)據(jù)計算的用地指標為0.73 hm2/條。

4 結(jié)語

動車所總平面布置應(yīng)按設(shè)計確定的規(guī)模,以合理的代價,實現(xiàn)動車所作業(yè)流程、人流和物流順暢,關(guān)鍵是動車組在前后工位之間轉(zhuǎn)線順暢。存車場和檢查庫(或整備庫)是動車所體量較大的主要設(shè)施,兩者定位之后,其他設(shè)施在其周圍按作業(yè)流程、人流和物流需要布置。存車場與檢查庫(整備庫)一般按縱列式布置,縱列式不可行時可按橫列式布置,不入檢查庫作業(yè)的動車組可停放于與檢查庫不直接連通的存車線。

洗車設(shè)施主要服務(wù)于入庫檢查的動車組,洗車作業(yè)在入所或入庫過程中同時進行。臨修及鏇輪庫應(yīng)盡量利用邊角地布置,臨修線和鏇輪線(或其延伸連接的線路)與檢查庫前咽喉直接連通,庫外臨修線和鏇輪線間距及其與相鄰建構(gòu)筑物間距按常規(guī)確定。輪對踏面及受電弓檢測逐漸演變成多項綜合檢測,檢測設(shè)施應(yīng)置于出入所線,一般靠近存車場。獨立設(shè)置的輔助設(shè)施及相關(guān)專業(yè)設(shè)施,應(yīng)按功能、消防、節(jié)能、環(huán)保等需要布置。