城市轨道交通设备配件储备网点布局设计

李平 周星月

摘 要：针对城市轨道交通设备零配件储备网点布局优化设计，对于地铁站点的故障发生率、故障发生类型、设备零配件需求分析以及各站点间距离进行了一系列统计与分析。在确定了一级选址点的基础上，应用P-中值优化模型对城市轨道交通应急设备配件储备网点的布局进行了优化设计。

关键词：城市轨道交通;配件储备;网点布局;P-中值模型算法

中图分类号：F291.1文献标识码：A文章编号：1005-6432（2022）12-0135-04

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.12.135

1 城市轨道交通关键节点的分析

通过2015—2019年这五年内，对北京地铁轨道交通各条线路总计发生故障的频次和故障发生地点分析，如图1所示。在2015年1月1日至2019年12月31日期间，北京地铁累计出现各类原生故障347次，除了S1线因开通时间较短，无故障记录之外，其余的线路均有程度不一的故障情况，这些故障都造成了几分钟到几个小时不等的地铁延误，其中以信号故障发生的情况最多，为174次。

信号故障频发的原因是当某一站点客流量增加时，为了减缓站点对于人流的压力，也是为乘客出行规划考虑，进而增发车辆以达到缩短发车间隔、节约时间的目的。而将行车间隔的时间缩短，对于信号系统的收发是一个比较严峻的考验。

分析中既包括了发生故障的单个站点，也包括了由两个站点组成的区间及多个站点组成的区段，同时剔除乘客误碰紧急按钮及乘客人为不可控事件的发生次数，选择客流量较大和故障发生率百分比较高的相关站点作为约束条件进行分析，确定37个站点为一级选址点。一级选址的站点之间实际位置关系，如图2所示。

2 P-中值模型算法

P-中值模型法是在一个给定数量及位置的候选点集合和一个同样给定数量及位置的需求点集合下，分别为p个设施找到合适位置并指派每个需求点到一个特定设施，目标是使需求点和设施点之间的运输费用最低，p值可以根据需求进行设定[1]。

式中：

t——应急时间;

S——仓库到站点的距离;

v——车辆平均速度;

θ——拥堵指数。

其中车辆平均速度v取60km/h。拥堵指数的范围依据每个节点所在的区域，在1～0.5之间进行设定。最靠近繁华、较中心区域的人流量大的站点，拥堵指数θ设为0.5，反之越靠近远郊区县的，人流量较少的站点，则拥堵指数θ越趋近于1。算法流程如图3所示。

3 解决城市轨道交通应急储备网点布局

应用P-中值模型法确定城市轨道交通应急设备零配件储备网点布局。使用Lingo 18优化软件来进行P-中值模型法的运算。

结合实际情况分析这37个故障发生率较高的站点的拥堵指数。根据式（1）计算出这37个故障易发点的应急时间，并且取平均值。根据“数据分析—方差分析”的计算结果，检验统计量F=15.31，临界值F-crit=1.43，检验统计量F>临界值F-crit，并且观测到的显著性水平P-value远远小于0.01，说明检验统计量F在a=0.05的水平上显著，也就是说这几组数据在a=0.05的水平上有极显著的差异。方差分析如表1所示。

通过上述分析，准备选取以下12个应急时间相对较短的站点作为初始候选点，如表2所示。同时，为了能够扩大一些选择空间，给最终的选址结果留下充分的再选择余地，避免最后所选出的设备零配件储备网点位置以及其周边环境不适宜储备网点的建立，因此决定从12个候选地中选出6个站点位置作为设备零配件储备网点。

通过如图4 运行结果分析所示的结果，最终得到了3、4、5、6、8 、10，这6个序号所代表的站点是立水桥南站、呼家楼站、公主坟站、西局站、和平里北街站以及东直门站，得出最优解16494元，共进行了227次迭代，当前模型共有312个变量数，模型全部展开后共有约束个数327个，所用模型是PILP——纯整数线性模型。

4 P-中值模型法的选址结果分析

得到相关节点后，首先排查这6个站点与之前集合覆盖模型选出的四惠站、天通苑北站、海淀五路居站的3个站点的重合情况，如若没有进行下一步。

随后判断剩下的这几个站点附近是否有车辆段或者停车场，并根据间距、大约时间以及拥堵情况进行分析，拥堵情况分析如表3所示。五路居停车场替代地铁公主坟站，张仪村車辆段替代地铁西局站作为轨道交通应急设备零配件储备网点。

接下来考虑立水桥南站、呼家楼站、和平里北街站以及东直门站的储备网点建立情况。

立水桥南站，以学校、购物广场、办公大厦和居民楼居多，周边相对来说有些空地，周边地价、房价相对其他几个站点来说更加友好。因此较为适宜轨道交通应急储备网点的建立。

呼家楼站与和平里北街站，地处三环，周边居民楼、娱乐消费场所居多，且绿化公园较多，相对于立水桥南来说地价与房价更贵一级，因此也不适合将轨道交通应急储备网点建立在此。

东直门站，处于北京市二环地区繁华地带，地理位置优越，也是交通枢纽处于房价与低地价考虑，也不适合。综上分析，应当将仓库地点多选于五路车辆段、四惠车辆段、太平庄车辆段和张仪村车辆段。立水桥南可做待修点，根据实际预期价位等情况进行开发，或者直接选用太平庄车辆段。

通过仿真模型建立和结果分析，可得知该设备零配件网点布局优化成立，并未出现配送延误等问题，并且由于很多储备网点都可近似地选取其周围距离较近的车辆段，故而达到节约成本的目的。并且在路径上也选择了最优，达到时间短、拥堵少的目的。

城市轨道交通设备零配件储备网点布局优化设计中主要使用了Excel和Lingo 18这两个软件作为应急网点选址的开发工具。通过P-中值模型针对各个站点间的运输成本进行城市轨道交通设备配件储备网点的选址问题的分析与探究。利用Anylogic仿真软件对算法的数据结果进行验证，确定最终的城市轨道交通设备零配件储备网点选址地点。

参考文献：

[1] 刘刚，刘建香，李淑霞.物流系统规划与设计（第二版）[M].北京：科学出版社，2017：51-52.

[2] 覃华勤. 智能优化算法在中值选址问题中的应用研究[D].大连：大连理工大学，2007.

[3] PRATSINI E . Logistics engineering handbook， edited by G. Don Taylor[J]. International Journal of Production Research， 2009， 47（19）：5559-5560.

[基金项目]北京联合大学2019年校级委托科研项目“基于城市轨道交通风险管理的应急物资科学储备”（项目编号：WZ20201901）。

[作者简介]李平（1964—），男，汉族，河北人，北京联合大学现代物流研究所所长，研究方向：物流工程;周星月（1998—），女，汉族，北京人，北京联合大学物流专业2016级学生。