地铁车辆基地洗车线布置方案比较分析

徐科明 李传刚 李 继

(1.林同棪国际工程咨询(中国)有限公司，401121，重庆；2.中冶赛迪工程技术股份有限公司，400013，重庆//第一作者，工程师)

地铁车辆整洁的外表是提升城市轨道交通形象，保证市民乘用品质的基本要求之一。GB 20157—2013《地铁设计规范》提出，车辆段应设机械洗车设施，配属车超过12列的停车场也可设置机械洗车设施。

一般地铁列车每2～4 d就要清洗一次，高架区间长的线路或特殊天气情况下的列车清洗频率更高。因此，车辆基地列车日常清洗工作量巨大。列车清洗机投资额高，维护工作量大。因此，有必要通过研究确定科学的洗车线布置形式和洗车策略。

此外，由于无人驾驶技术在城市轨道交通的推广应用已是必然趋势，故洗车线的设置应充分考虑远期新技术的应用。

1 洗车工艺分析

目前，国内多个洗车机厂家均有成熟的洗车机产品，其性能指标大致相当。本文以以重庆地铁As车为例进行洗车工艺分析。As车采用 7辆编组，列车长142 m。

1) 洗车设备工位布置沿洗车线设置的洗车设备工位主要包括：一度停车位—预湿/预冷工位—洗涤液喷淋工位—侧顶弧刷抹工位—侧面刷抹工位—端面刷洗工位—初冲洗工位—侧顶弧刷洗工位—侧面初刷洗工位—侧面精刷洗工位—精冲洗工位—漂洗工位—吹干工位—洗车结束工位[2-3]。

2) 调车时间洗车时调车时间因洗车线布置形式及车辆调度作业时序不同会有差别。根据调研，当洗车方式为尽端洗方式时，列车从停车列检库调车至洗车库前的用时一般在10 min内。其中，走行距离预估为600～900 m，办令准备时间2 min。如果车辆基地用地严重受限，则洗车时场内调车时间会很长。此类车辆基地较为少见，本文不予探讨。

3) 洗车作业时序 重庆地铁As车洗车时列车速度为3 km/h，相应的洗车时序见表1。由表1可得：列车就位一度停车位后，洗车时间约为695 s；考虑1.2倍不平衡系数和场内调车时间，综合洗车时间为834～1 554 s。

由表1可知，列车洗车作业时间为14～26 min。除前后端洗外，其他工位的清洗都是在列车运行过程中完成，清洗时间即为列车通过洗车机时间。洗车准备过程中，场内调车用时最多；洗车过程中，前后端洗时间占比约77%。可见，提高车辆洗车效率应从优化洗车线布置形式，提高洗车机端洗能力两方面入手。

2 常用洗车线布置方案

现有车辆基地洗车设备布置形式见表2。其中，方案七暂无工程实际应用。

表2 洗车设备布置形式

2.1 方案一

方案一为咽喉区与出入段线并列设置洗车线形式。洗车时可采用入库前洗车，不占用出入线，洗车过车不需换向，洗车效率高。依据洗车线设计规范，方案一的洗车线长度为：

Lts=2L+Ls+Lx

(1)

式中：

Lts——贯通式洗车线有效长度；

L——列车长度；

Ls——包含联锁设备的洗车机长度；

Lx——信号设备设置附加长度，取12 m。

以重庆As车为例，其洗车机长度约60 m，则洗车线长度Lts为356 m。方案一对出入段线用地要求高，目前重庆地区仅3号线的童家院子车辆段采用此方案。

2.2 方案二

方案一中，洗车线与出入段线平行。如果受用地条件限制，可将洗车线向咽喉区移动，使洗车线部分与出入段线平行，部分位于咽喉区，形成八字形往复式洗车布置方案，即为方案二。方案二的洗车线长度与方案一的一致。方案二与线路列车运营入段时间节奏匹配困难，其车辆往往需要从运用库调车至洗车牵出线，通过洗车机至牵出线后再入库。整个洗车过程中，列车走行距离长，掉头次数多，效率较低。重庆环线涂山车辆段即采用此方案。

2.3 方案三

方案三中，运用库为贯通式，车辆基地洗车线与运用库平行布置。列车经过库前咽喉区进入洗车线，待洗车完成后进库后牵出线，再经过库后咽喉区进入运用库。相对方案二，方案三的走行距离和掉头次数都较少少，结合列车入段时间可灵活安排清洗计划。广州地铁2号线赤沙车辆段和4号线新造车辆段都采用方案三。

2.4 方案四

方案四为洗车线与运用库并列布置的尽端式洗车线。此方案洗车节奏与列车运营入段时间节奏匹配同样困难。洗车时一般从运用库调车，过咽喉区牵出线后进入洗车线，洗车完成后原路返回或进入检修库。根据规范，尽端式洗车线长度为：

Ljs=2L+Ls+Lz

(2)

式中：

Ljs——尽端式洗车线的有效长度；

Lz——线路终端安全距离,取10 m。

虽然方案四的洗车走行距离长，掉头次数多，但因为对场地要求较低，所以其应用较广泛。重庆轨道交通环线四公里停车场和1号线马家岩停车场都采用方案四。

2.5 方案五

方案五的列车进入洗车库(宜与运用库合建)后，列车停止，洗车设备往复运动完成洗车。上海轨道交通8号线浦江镇车辆基地即采用方案五洗车。该线车型为APM 300型列车，4辆编组，车长50 m，洗车机移动速度最大1.5 km/h，清洗能力为20 min/列。

方案五适用于场地用地极度紧张，洗车强度不高的车辆基地。相比传统洗车机，该方案的新型洗车机结构复杂，后期维护量大。受供水及供电的拖链限制，此类洗车机的走行范围不宜过大，对于一般的地铁车辆需要串联布置两台，同时作业。洗车路径与方案四基本一致。

2.6 方案六及方案七

方案六为出入线通过式洗车，取消了独立的洗车线，直接将洗车设备设置于入段线上。方案六的核心是通过优化策略,使洗车作业与列车入段节奏匹配。通过入段时间间隔统计分析，如在低谷时段满足入段洗车的列车占比超过34%，则可通过调度规划实现3 d内完成全部列车的清洗；也可将洗车作业拆分，例如，单次只进行侧洗、前端洗、后端洗或单次进行两种清洗，第二次补洗剩下的工作内容。

方案六主要存在的风险有：设备布置在入段线上对设备可靠性要求很高，一旦设备损坏很可能影响车辆基地正常使用，洗车设备即使设置了独立供电分区，检修过程中接触网断电依然会影响正常的列车入段。

针对方案六的风险情况，方案七进行了改进，增设1条洗车线。该洗车线路长度按式(1)计算。

3 洗车线效率对比

车辆基地受用地限制，洗车线布置方案差异较大。若对现有不同车辆基地洗车效率进行对比，则结果误差会较大，因此本文假定在同一车辆基地相同条件下，对不同洗车设备布置方案的洗车效率进行对比。以重庆轨道环线四公里车场为例，假定运用库的库前咽喉区长度为245 m，洗车机长度54 m，7编组车辆长142 m，每辆车长20 m，列车掉头过程中司机走行及信号准备时间为2.8 min，列车过打岔及信号设备的附加长度为12 m，洗车机洗车速度为3 km/h，端洗时间为4 min，方案五中移动式洗车机洗车时间为20 min。此外，假设列车车头进入运用库即为完成回库，库内的运行距离不在走行距离计算范围内。各方案洗车时间的计算结果如表3所示。

表3 不同方案洗车作业时间计算

由表3可见，方案六及方案七洗车时间仅需10 min左右，但是洗车占用入场线，作业期间其他车辆无法入场[4]。入库洗方式，按洗车效率由高到低依次为：方案一、方案三、方案二、方案四、方案五。出库洗方式，按洗车效率由高到低依次为：方案一、方案三、方案四、方案二、方案五。

可见，入库洗方式与出库洗方式对洗车效率影响很大。而能否采用入库洗受车辆基地收发车时间间隔直接影响。对某一车辆基地列车入库时间进行统计可得数据见表4。

表4 列车入库时间间隔统计

由表4可得，相邻列车入库时间间隔15 min以上的，仅占列车总数10.6%。此时，如果采用方案六或方案七，无法满足3 d内清洗所有列车的需求。为满足清洗的时间要求，可改变清洗策略：例如，单次仅进行侧洗、前端洗、后端洗其中的一种或两种，以降低洗车占用的入段线时间，并对列车进行标示，待下次入场时再清洗剩余部分。

相隔1列列车的入库时间间隔21 min以上的列车占比超过33.3%。采用方案一、方案三时，理论上不需要进行出库洗，仅采用入库洗，3 d即可完成所有列车的清洗。

相隔1列列车，时间间隔在27 min以上的列车占比仅为4%，采用方案二、方案四、方案五时，绝大部分列车要采用出库洗的方式。精简后的洗车效率见表5。

表5 洗车方式及洗车时间

根据表5,采用方案二时，仅采用入库洗方式不能完全满足3 d内清洗全部车辆的需求，宜采用入库洗为主，出库洗为辅的清洗方式。

4 自动驾驶模式下的洗车线布置

根据国际公共交通协会(UITP)估计，未来全球新建城市轨道交通线路中，75%计划采用全自动驾驶技术；既有城市轨道交通线路中，40%线路拟改建为全自动驾驶线路。我国香港南港岛线，北京轨道交通燕房线，上海轨道交通10号线，广州地铁12号线已采用全自动无人驾驶技术，在试点应用后再进行全面推广。地铁车辆基地自动运行区域的划分尚无规范可依，但业内已有共识：全自动无人驾驶车辆基地的停车列检、洗车及试车区域，宜采用与正线相同的信号系统[6-7]。

在自动驾驶模式下，洗车设备需要做以下调整：1增设信号系统与列车清洗设备的接口；2洗车调度路径中避免经过转换轨；3增强洗车区域的视频监控系统。

在建且未采用全自动无人驾驶技术的车辆基地宜预留后期改造的条件。

5 结语

本文在统一的前提条件下对各方案的洗车效率进行了对比，方案一最优；方案三次之；方案二再次之；方案四洗车效率较低；方案五适用于列车长度60 m以内，用地严重受限的地段；方案六及方案七对洗车设备和运营组织要求很高，存在风险。

通过分析可知：列车清洗时走行时间和前后端洗耗时最长；缩短端洗时间(可采用动态洗车，列车行进过程中端洗设备同步运行，完成端洗)，改进清洗工艺(采用更合理的清洗参数，更有效的清洗剂等)进而提高洗车效率，会直接影响车辆基地洗车策略。另外，在车辆基地实际设计中，因为条件限制，洗车线的布置可选方案有限，宜综合考虑，选择适宜方案。