摘要针对城市轨道交通列车故障救援方式及延误计算问题对列车故障救援作业流程进行分析然后根据作业流程建立种救援方式的延误计算方法最后使用对福州市某地铁线路进行列车故障救援仿真并对仿真与计算结果进行比较分析研究结果表明在一定范围内提高救援速度可有效减小救援列车作业时间所提出的计算方法可较为准确反映延误情况在救援起讫点内以固定闭塞运行的后序列车的延误会突增并积累造成延误增幅的差异
关键词交通运输工程城市轨道交通列车故障救援延误计算
0引言
城市轨道交通系统运营过程中如发生列车故障，将会影响正常运营降低服务质量。列车故障如无法在短时间内排除，行车调度员需根据故障情况进行运营调整，对故障列车进行救援，即利用其他列车或者工程车将故障车移出正线。
国外研究主要针对运营干扰或中断后的恢复调整与故障分析。V.CACCHIANI等[1]对铁路系统的扰动和干扰管理与恢复算法进行研究，将系统故障分为干扰和中断;GAOYuan等[2]对地铁列车运行中断后的运行线路重排问题进行研究，将非正常运行图分为故障阶段和恢复阶段进行分析;XUXiaojie等[3]在分析列车运行中干扰管理问题中，认为故障可分为由乘客上下车、区间限速或计划维修引起的延误，以及由安全制动、子系统失效或事故等系统异常导致的运营中断;ZHANShuguang等[4]则将故障中断定为运营区段的完全阻断。国外研究较少关注列车故障救援组织优化与决策。
同时，国内关于城市轨道交通列车故障救援的研究主要集中在两个方面：①针对故障停车线，分别从宏观角度研究其布局和微观角度分析其设置形式与运用。付意庄[5]从停车线备车角度对停车线设置位置与客流因素进行了分析;郭彦东[6]根据呼和浩特1号线线路及客流数据，验证了双列位停车线的适用性;②针对列车故障救援组织进行分析并提出相关优化建议。陈颖斌等[7]对城轨列车故障救援的规程、人员操作和设施设备进行了分析;邹冉[8]则对列车故障救援的影响因素和延误效率进行分析，提出了提高救援效率的对策及建议。此外，王宏刚等[9]对列车运行状况的影响因素进行分析，建立基于MLD理论的列车运行调度模型。总体而言，现有研究多侧重于基础设施、救援组织的定性分析以及列车的运行调整，缺少救援方式的具体划分及影响的定量研究。
笔者对列车故障救援流程进行分析，按照救援列车选择、救援车组运行状态和故障列车停放位置这3类指标，对列车故障救援方式进行划分，计算各救援方式所产生的延误，并应用Opentrack软件进行仿真验证，为列车故障救援方案选择提供依据。
1故障救援作业分析
列车故障救援是指列车因动力或制动故障而无法继续运营，需借助救援列车退出正线运营的行车组织[10]，救援可划分为故障列车自救阶段和救援列车救助阶段。故障车自救阶段作业包括故障列车司机自救与技术协助处理。司机若无法完成自救，行车调度发布救援与清客命令，故障列车(位于车站附近)完成清客作业，与救援车进行联系并实施防护。救援列车司机了解救援情况并准备接受行调命令(如清客命令、接受救援命令、生效动车命令)，随后将救援列车运行至故障列车位置并与其进行连挂、试拉。救援车与故障车完成连挂后需要切除故障车常用制动，随后运行至停放位置。
由式(2)可知，救援列车的运行时间与救援列车与故障列车的间距和救援列车平均运行速度有关。以1～10km间距和10～80km/h的速度范围得到图2。由2图可知，随着救援列车到达故障点速度的增加，救援列车作业时间先迅速减小后趋于平缓，说明在一定范围内，提高救援速度可以有效减小救援列车作业时间。若列车故障救援作业时间上限取1800s[11]，救援列车与故障列车连挂完成前的作业时间约为720s，则救援车组的运行时间约为1080s。图2中各救援距离的时间曲线，与最大运行时间的交点所对应的救援速度，为该救援距离下的速度下限。完成连挂后的救援车组从故障位置到停放位置的旅行速度，应大于该速度下限，以保障救援作业时间。
2故障救援方式与救援延误计算
列车故障救援方式可按救援车组的运行方向可分为牵引救援和推送救援;按停放位置可分为车辆段停放救援和配线停放救援，其中用于停放故障车的配线为停车线、折返线及越行线[12]。此外，轨道交通故障救援列车还可用车站配线存放。车辆段停放模式中故障车组运行至车辆段后影响完全消除，暂存于配线则影响未被完全消除。对于救援列车的选择，一般选择前序列车(或邻线折返列车)，后序列车承担救援任务，但救援处置中不扣停前序列车而扣停后序列车。此外，救援车组推送运行通常不存在敌对方向，安全性较高。故障车辆存放于车辆段或停车场时不存在二次延误，且便于车辆维修;而存放于配线存在二次延误，不便于列车维修[10]。
列车救援方式的组合要素包括救援列车种类(后序列车、前序列车和邻线列车)、车组运行方向(正向运行、反向运行和混合运行)和故障列车的停放位置(车辆段、停车场、单/双列位停车线和车站配线)。后序列车救援优点为安全性较高，救援方式为推送、牵引和对向救援;前序列车救援的优势是正向救援时采用牵引运行，牵引速度一般情况下大于推送速度，通常可以达到40～45km/h[13]，可减少正线运营的干扰;对于反向和对向救援，前序列车救援以推送为主，因增加延误较少使用。
邻线列车救援会对邻线列车运营产生干扰，使邻线救援列车接近并与连挂的过程产生更大的延误。因而邻线正向救援过程中采用牵引模式以增加速度，减少对本线运营的干扰。因此，前序列车和邻线列车救援通常都采用正向运行方向。
笔者主要讨论5种救援方式：后序列车正向救援、后序列车反向救援、后序列车对向救援、前序列车正向救援以及对向列车正向救援;救援车组目的地分别是：车辆段、贯通式单列位停车线、贯通式双列位停车线、尽头式单列位停车线、尽头式双列位停车线。
2.1救援作业分析
救援作业中流程中，图中符号含义如表1。
2.1.1后序列车正向救援
后序列车正向救援作业流程如图3，主要作业内容包括：①故障判断与命令发布、②故障处理与清客、③后续列车接近救援列车、④救援车与故障车连挂、⑤推送运行到前方站、⑥故障车在前方站清客和⑦推送到停放地点。
2.1.2后序列车反向救援
后序列车反向救援流程如图4，作业内容包括：①故障判断与命令发布、②故障处理与清客、③后续列车接近救援列车、④救援车与故障车连挂、⑤逆向牵引到后方站、⑥故障车在后方站清客和⑦牵引到停放地点。
2.1.3后序列车对向救援
后序列车对向救援作业流程如图5。作业内容包括：①故障判断与命令发布、②故障处理与清客、③后序列车接近救援列车、④救援车与故障车连挂、⑤推送运行到前方站、⑥故障车在前方站清客、⑦推送到渡线、⑧换端与径路安排和⑨救援列车从渡线到停放地点。
2.1.4前序列车正向救援前序列车正向救援作业流程如图6。作业内容包括：①故障判断及救援命令发出、②前序列车清客、③前序列车接近、④救援车与故障车连挂、⑤牵引运行到前方站、⑥故障车在前方站清客和⑦牵引到停放地点。
2.1.5对向列车正向救援
对向列车正向救援作业流程如图7，作业内容包括：①故障判断与命令发布、②前序救援列车到达渡线、③救援列车到达前序车站、④清客、⑤救援列车接近故障列车、⑥救援车与故障车连挂、⑦牵引运行到前方站、⑧故障车在前方站清客和⑨牵引到停放地点。
2.2救援延误计算列车故障救援
延误时间分为一次延误和二次延误两部分。一次延误是指，从故障发生到救援列车将故障列车救援至停放位置产生的延误;二次延误是指，从救援列车将故障列车救援至停放位置至救援列车完成救援(救援列车可恢复运营或临时停放在停放点)产生的延误。其中一次延误由救援列车选择、车组运行方向以及故障列车停放点的位置决定，二次延误则由故障列车停放点的类型决定。
3救援延误仿真分析
针对不同救援方式的延误计算结果，笔者应用Opentrack软件结合实际线路开展仿真验证，分析计算延误与仿真延误的差异及产生原因。以福州市某轨道交通线路部分区间为研究对象。线路区段起于A站，终于E站，总长8268.7m;共设站5座，平均站间距2067m，D⁃E区间站间距最大为3088m，B⁃C区间站间距最小为1270m;A⁃B区间站间旅行速度最大为82.3km/h，B⁃C区间站间旅行速度最小为38.4km/h。该区段故障车停放点为A站右侧尽端式交叉渡线折返线和E站后的停车场，区段线路如图9。各区间牵引救援和推送救援的速度如表2。
仿真的救援情景为列车在车站B出现故障无法动车，需救援列车进行救援，救援过程涉及列车数量为5列，具体情况如表3。
延误计算结果与仿真结果如表5，其中仿真结果为后序列车1在各站的平均延误时间，二者相对误差在0.66～9.80%范围。后序列车对向救援的平均延误统计对象为上行后序列车1，未对邻线列车延误进行统计，与理论计算存在差异较大，但后序列车对向救援影响范围为本向和对向线路，其延误情况可放大。综上，笔者方法可较为准确地计算列车故障救援延误。
从仿真结果可知，后序列车正向救援的平均延误最大，前序列车和对向列车正向救援延误最小。后序列车正向救援因以后序列车为救援车，救援车组以低速运行至停放点(切除ATP保护下，救援车组以固定闭塞运行时限速为25km/h)，产生较大延误;前序列车和对向列车正向救援因采取牵引运行，救援车组以较高速度(限速为40km/h)运行至停放点，产生延误较小。此外，对同一故障点B分别采用5种救援方式进行仿真，救援列车的后序列车在各站延误的统计结果如图10。由图10可知，因救援起讫点存在救援作业，上行后序列车1在救援起点B站和终点E站前均会产生延误突增;且因运行速度低，后序列车正向和反向救援使列车在终点E站前延误累积过多，突增幅度较大。
4结语
笔者对城市轨道交通列车故障救援作业流程和救援方式所造成的延误进行分析和计算，并对救援作业中常用的后序列车正向推送救援的适用情况进行了分析，结论如下：
1)随着救援列车到达故障点速度的增加，救援列车作业时间先迅速减小后趋于平缓，说明在一定范围内提高救援速度可以有效减小救援列车作业时间。
2)各救援方式的延误情况分析与计算进行的仿真验证表明笔者所提出的计算方法相对误差在0.66%～9.80%，可较为准确地反映延误情况。
3)在救援起讫点范围内，以固定闭塞运行的后序列车会出现延误突增，且因延误累积，造成延误增幅差异。——论文作者：孙元广1，茧敏2，金华2，陈绍宽2
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