全自動(dòng)駕駛模式下地鐵車輛基地運(yùn)用庫工藝設(shè)計(jì)研究

張榮國,馮 凱

(1.南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司,南寧 530029； 2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 概述

城市軌道交通車輛基地運(yùn)用庫一般由停車列檢棚(庫)、周月檢庫和輔助用房組成，主要負(fù)責(zé)本線路車輛的停放、清掃、日常檢查和雙周三月檢等任務(wù)。運(yùn)用庫主要特點(diǎn)在于占地面積大、股道多，設(shè)計(jì)中還需要考慮近遠(yuǎn)期相結(jié)合[1]，因此運(yùn)用庫的設(shè)計(jì)是否合理將直接影響到運(yùn)維作業(yè)的效率和質(zhì)量，同時(shí)又影響車輛的日常維護(hù)和運(yùn)營安全。

隨著地鐵全自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷推廣，越來越多的線路考慮全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)[2-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全自動(dòng)駕駛后大部分土建設(shè)計(jì)變化在車輛基地，而運(yùn)用庫的調(diào)整最多，目前各設(shè)計(jì)單位對(duì)運(yùn)用庫的全自動(dòng)設(shè)計(jì)方案均不相同，庫長(zhǎng)偏差較大。鑒于此，筆者對(duì)地鐵全自動(dòng)駕駛模式下車輛基地的運(yùn)用庫庫長(zhǎng)進(jìn)行深入研討，以探尋全自動(dòng)駕駛模式下車輛基地運(yùn)用庫工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。

2 地鐵全自動(dòng)駕駛后運(yùn)用庫設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 運(yùn)用庫分區(qū)

地鐵全自動(dòng)駕駛后，運(yùn)用庫一般設(shè)為“無人區(qū)”，列車停車、列檢、清掃保養(yǎng)等任務(wù)需在“無人區(qū)”內(nèi)進(jìn)行，從安全角度考慮，為避免發(fā)生意外，上述區(qū)域內(nèi)檢修及清潔工作進(jìn)行時(shí)，該區(qū)域內(nèi)列車禁止動(dòng)車、接觸網(wǎng)/軌為斷電狀態(tài)，如果庫中的所有電源都被切斷并且禁止動(dòng)車，則會(huì)對(duì)正線的運(yùn)行造成很大的干擾[5]。因此，停車列檢棚(庫)劃分為若干個(gè)防護(hù)小分區(qū)[6]，停車列檢棚(庫)內(nèi)功能分區(qū)情況如下。

(1)按功能分區(qū)：可分為停車區(qū)和列檢區(qū)。

(2)按保護(hù)分區(qū)：列檢庫中的每2～4個(gè)股道可以設(shè)置為一個(gè)保護(hù)區(qū)。防護(hù)區(qū)之間應(yīng)設(shè)置防護(hù)圍欄，庫內(nèi)設(shè)置人行專用通道，如圖1所示。運(yùn)用庫分為全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)和非全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，周月檢庫和輔助分間納入至非全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)，停車列檢區(qū)納入至全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)。

圖1 保護(hù)分區(qū)劃分示意

2.2 出入庫及通道設(shè)計(jì)[7]

停車列檢棚(庫)應(yīng)為不同類型的車輛和維修人員提供各種類型的出入口[8]。

(1)停車列檢棚(庫)大門：設(shè)置為地鐵車輛和工程車進(jìn)出庫通道。北方地區(qū)設(shè)置與信號(hào)系統(tǒng)連鎖的電動(dòng)庫門，南方地區(qū)不設(shè)置庫門，并將防護(hù)圍欄延伸至平交道后10 m。

(2)停車列檢棚(庫)庫中間通道：采用一線多列位設(shè)計(jì)時(shí)，需在庫中間設(shè)置可供汽車和作業(yè)人員通行的地面通道，通道出入口及穿過每個(gè)保護(hù)分區(qū)的圍欄位置設(shè)置帶門禁的圍欄門，圍欄門通常閉鎖，如圖2所示。

圖2 出入口設(shè)置示意

在庫內(nèi)還需要設(shè)置專用通道供檢修人員進(jìn)出保護(hù)分區(qū)，通道主出入口應(yīng)靠近值班室設(shè)置，并在各保護(hù)分區(qū)設(shè)置帶門禁的出入口，如圖3所示。門禁與接觸網(wǎng)隔離開關(guān)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)該保護(hù)分區(qū)接觸網(wǎng)斷電，禁止動(dòng)車。

圖3 地下通道設(shè)置示意

(3)停車列檢棚(庫)庫后出入通道：盡端式停車列檢棚(庫)庫后一般設(shè)置可供汽車和檢修作業(yè)人員通行的大門及地面通道，通道對(duì)應(yīng)每個(gè)保護(hù)分區(qū)的圍欄位置設(shè)置帶門禁的圍欄門，庫門及通道主要用于手推車、高空作業(yè)平臺(tái)作業(yè)時(shí)進(jìn)出各保護(hù)分區(qū)，該圍欄門通常處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在燈具檢修等其他類似作業(yè)時(shí)開啟[9]。

(4)單列位停車列檢棚(庫)出入口和通道：對(duì)于單列位的停車列檢棚(庫)，庫后地面通道及隔離門設(shè)置形式與盡端式停車列檢棚(庫)一致。

2.3 下穿通道設(shè)計(jì)

常規(guī)地鐵車輛基地停車列檢棚(庫)內(nèi)需在庫前及庫尾設(shè)置地面通道供行人及車輛通行，且?guī)熘胁啃柙O(shè)置橫向運(yùn)輸通道?？紤]全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)后，停車列檢棚(庫)內(nèi)通過隔離柵欄分隔成多個(gè)獨(dú)立的保護(hù)分區(qū)，人員無法通行。如果從庫后端進(jìn)入某個(gè)保護(hù)分區(qū)，則走行距離太大，工作效率較低。

2.3.1 下穿通道位置選擇

下穿通道位置主要有3種形式：庫前(如：上海10號(hào)線吳中路停車場(chǎng)、北京燕房線閻村北停車場(chǎng))、庫中間(如：成都5號(hào)線大豐停車場(chǎng)、成都9號(hào)線武青車輛段、北京地鐵3號(hào)線東壩車輛段)、庫前及庫中間均設(shè)置(如：南京地鐵7號(hào)線馬家園車輛段)。對(duì)下穿通道位置設(shè)置分析如表1所示。

從表1分析可知，下穿通道設(shè)置于庫中間方案從節(jié)省工程投資、便于運(yùn)營檢修、管理等多個(gè)角度考慮都有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，建議選用下穿通道設(shè)置于庫中間方案。

表1 下穿通道設(shè)置位置對(duì)比分析

2.3.2 設(shè)置形式

(1)為方便授權(quán)檢修人員出入保護(hù)區(qū)，減少走行路程，提高工作效率，除庫后設(shè)置可供車輛和人員通行的大門及地面通道外，在運(yùn)用庫的中間或庫前端部分設(shè)置水平地下通道[10-11]，并在每個(gè)保護(hù)分區(qū)內(nèi)設(shè)置帶門禁的出入口[12]。如圖4所示。

圖4 下穿通道示意

(2)若采用接觸軌供電模式，停車列檢棚(庫)中間通道也可采用上跨天橋布置形式，投資較省，安全性好，如圖5所示。

圖5 人行天橋示意

2.4 檢查坑布置

按GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，“列檢列位數(shù)設(shè)計(jì)不應(yīng)大于停車列檢棚(庫)總列位數(shù)的50%”[13]，全自動(dòng)駕駛模式下由于檢修天窗時(shí)間短，為提高車輛檢修效率，減少調(diào)車作業(yè)，停車列檢線100%設(shè)置柱式檢查坑。

2.5 車擋對(duì)比[14-16]

列車停車位置至車擋(危險(xiǎn)點(diǎn))距離建議按照15 m考慮?？紤]到前車可能發(fā)生后溜，后車的停車位置至前車(危險(xiǎn)點(diǎn))的距離應(yīng)增加5 m的安全余量，即兩列車之間距離建議為20 m，如圖6所示。若采用可撞擊式車擋，后車距車擋距離建議按照5 m考慮，如圖7所示。

圖6 摩擦式車擋示意(單位：m)

圖7 可撞擊式車擋示意(單位：m)

2.6 安全保護(hù)距離[17]

(1)上海申通地鐵規(guī)定：停車列檢棚(庫)兩列位列車間距≥20 m，末端列位列車距車擋≥15 m(緊急制動(dòng)建立時(shí)間不大于0.85 s，最小緊急制動(dòng)保障率不低于0.85 m/s2)。

(2)成都地鐵規(guī)定：停車列檢棚(庫)兩停車檢查坑端部間距≥20 m，末端停車檢查坑端部距車擋≥15 m(最小緊急制動(dòng)保障率不低于0.88 m/s2)。

(3)寧波地鐵5號(hào)線經(jīng)堂庵跟車輛段因受用地條件限制，安全保護(hù)距離長(zhǎng)度考慮為13 m。

綜上所述：運(yùn)用庫庫長(zhǎng)應(yīng)滿足兩列位列車間距≥20 m，末端列位距車擋≥15 m，此安全距離可包容大部分信號(hào)、車輛廠商，但當(dāng)信號(hào)設(shè)備或車輛廠商有特殊要求時(shí)，應(yīng)以實(shí)際參數(shù)另行計(jì)算。

3 運(yùn)用庫尺寸研究

(1)停車列檢線的長(zhǎng)度：在滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的基礎(chǔ)外，還需滿足信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)停車所需的安全防護(hù)間距[12]：?jiǎn)瘟形煌＼嚵袡z棚(庫)，列車車尾至車擋迎車面的間距為15～20 m；雙列位停車列檢棚(庫)，列車車鉤至車鉤的間距為12～25 m，列車車尾至車擋迎車面的間距為15～20 m；多列位貫通式停車列檢棚(庫)，相鄰列車車鉤至車鉤的間距為12～25 m。此安全距離可包容大部分信號(hào)、車輛廠商，但當(dāng)信號(hào)設(shè)備或車輛廠商有特殊要求時(shí)，應(yīng)以實(shí)際參數(shù)另行計(jì)算。

(2)停車列檢棚(庫)的寬度由停車列檢線的線間距以及每一跨列檢線數(shù)量決定，同時(shí)還需根據(jù)GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中“車體與側(cè)墻之間的通道寬度”計(jì)算車體與各保護(hù)分區(qū)防護(hù)圍欄之間的距離。

3.1 一線一列位

計(jì)算公式如下，庫長(zhǎng)示意如圖8所示。

停車棚(庫)L1=車長(zhǎng)+停車誤差+保護(hù)距離+保護(hù)分區(qū)內(nèi)通道寬度(0.5 m)+庫兩端通道寬度

列檢棚(庫)L1=檢查坑長(zhǎng)+保護(hù)距離+保護(hù)分區(qū)內(nèi)通道寬度(0.5 )+庫兩端通道寬度

圖8 一線一列位庫長(zhǎng)示意(單位：m)

優(yōu)點(diǎn)為：車輛調(diào)度靈活性強(qiáng)，無需設(shè)地下通道，咽喉區(qū)落柱條件較好，可不采用100%檢查坑；缺點(diǎn)為：占地面積大、土建投資較大。

3.2 一線兩列位

一線兩列位庫長(zhǎng)計(jì)算如下所示，庫長(zhǎng)示意如圖9所示。

停車棚(庫)L2=(車長(zhǎng)+停車誤差)×車誤庫尾端保護(hù)距離(15 m)+A、B端保護(hù)距離(20 m)+A、B端瞭望距離(6 m)+保護(hù)分區(qū)內(nèi)通道寬度(0.5 m)+庫兩端通道寬度

列檢棚(庫)L2=[檢查坑長(zhǎng)×查坑長(zhǎng)庫尾端保護(hù)距離(15 m)-庫尾端檢查坑斜坡度長(zhǎng)(1.5 m)]+A、B端保護(hù)距離20 m+A、B端瞭望距離(6 m)+保護(hù)分區(qū)內(nèi)通道寬度(0.5 m)+庫兩端通道寬度

圖9 一線兩列位庫長(zhǎng)示意(單位：m)

優(yōu)點(diǎn)為：節(jié)省占地面積、調(diào)車作業(yè)便捷、土建投資較??；缺點(diǎn)為：車輛調(diào)度靈活度較差、兩列位之間設(shè)地下通道、咽喉區(qū)落柱條件較差。

3.3 一線三列位或更多列位

停車棚(庫)Lx=L2+(x-2)×(安全距離20 m+瞭望距離6 m)

列檢棚(庫)Lx=L2+(x-2)×(安全距離20 m+瞭望距離6 m)

式中Lx——運(yùn)用庫長(zhǎng)度；

L2——一線兩列位運(yùn)用庫長(zhǎng)度；

x——列位數(shù)。

以上計(jì)算未包含車擋長(zhǎng)度；檢查坑長(zhǎng)度應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行考慮(兩端設(shè)踏步或斜坡)；一線兩列位A、B端保護(hù)距離與瞭望距離中包含下穿通道。

3.4 案例說明

3.4.1 工程概況

南寧軌道交通5號(hào)線選用B型車6輛編組，直流1 500 V接觸網(wǎng)供電，最高運(yùn)行速度80 km/h[18]，信號(hào)系統(tǒng)采用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)，運(yùn)營初期按照全線全時(shí)段有人監(jiān)護(hù)，有人在司機(jī)室監(jiān)護(hù)列車運(yùn)行，第二階段為車輛基地?zé)o人值守，正線全時(shí)段有人在列車車廂值守，第三階段正線高峰時(shí)段有人在列車車廂值守，平峰時(shí)段多職能人員間隙巡視，第四階段全線全時(shí)段無人模式[19-20]。

3.4.2 運(yùn)用庫設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)運(yùn)用庫長(zhǎng)度為306 m，近期規(guī)模寬度為95.6 m，建筑面積為32 702.16 m2。停車列檢棚按4線或5線跨設(shè)計(jì)，每2～3股道設(shè)置為1個(gè)保護(hù)分區(qū)，停車列檢近期28列位，遠(yuǎn)期預(yù)留12列位，共計(jì)40列位，預(yù)留6列位南延伸至機(jī)場(chǎng)線用地，周月檢3列位，庫區(qū)東南角設(shè)輔助邊跨二層，設(shè)置DCC、乘務(wù)車間等房間，運(yùn)用庫平面布局如圖10所示。

圖10 南寧5號(hào)線運(yùn)用庫布局示意

(1)自動(dòng)化分區(qū)

停車列檢棚按4線或5線跨設(shè)計(jì)結(jié)合柱網(wǎng)布置每跨為4～5股道，每2～3股道布置為1個(gè)保護(hù)分區(qū)。

(2)檢查坑設(shè)置

100%設(shè)置柱式檢查坑。

(3)下穿通道設(shè)置

從節(jié)省工程投資、便于運(yùn)營檢修、管理等多個(gè)角度考慮選用下穿通道設(shè)置于庫中間方案。

(4)運(yùn)用庫長(zhǎng)度、寬度計(jì)算

考慮列車完全停在坡底(按照常理車鉤至第一個(gè)轉(zhuǎn)向架可停在斜坡上)，因車輛、信號(hào)尚未招標(biāo)，其信號(hào)保護(hù)距離、車長(zhǎng)未知，結(jié)合柱式檢查坑坡度、摩擦式車檔和信號(hào)機(jī)安全距離等因素進(jìn)行計(jì)算：那洪車輛基地運(yùn)用庫長(zhǎng)度為306 m，庫長(zhǎng)計(jì)算如圖11所示。

圖11 南寧5號(hào)線那洪車輛基地運(yùn)用庫長(zhǎng)度示意(單位：m)

運(yùn)用庫寬度：每2股道或3股道設(shè)置為1個(gè)保護(hù)分區(qū)，使用1.8 m高擴(kuò)張網(wǎng)隔離，股道中心線距離防護(hù)圍欄按地鐵規(guī)范中要求車輛距離柱邊最小1.4 m考慮，防護(hù)圍欄厚度暫按0.2 m考慮，則股道距離防護(hù)圍欄間距2.9 m；兩股道間距一般為4.6 m，股道距離側(cè)墻按3.4 m考慮。

4 結(jié)論

全自動(dòng)駕駛模式下運(yùn)用庫停車列檢線納入控制中心管理，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)休眠、喚醒、準(zhǔn)備、自檢、運(yùn)行、停車等操作。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)長(zhǎng)度因素、線路條件、投資增加、場(chǎng)地條件等各個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，結(jié)合南寧地鐵5號(hào)線車輛基地運(yùn)用庫設(shè)計(jì)及工程實(shí)施進(jìn)度等各方面分析得出以下結(jié)論。

(1)運(yùn)用庫庫長(zhǎng)應(yīng)結(jié)合柱式檢查坑坡度、車檔和信號(hào)機(jī)安全距離等因素進(jìn)行計(jì)算。

(2)安全距離滿足兩列位列車間距≥20 m，最后一列位距車擋≥15 m，可包容大部分信號(hào)、車輛廠商，但當(dāng)信號(hào)設(shè)備或車輛廠商有特殊要求時(shí)，應(yīng)以實(shí)際參數(shù)另行計(jì)算。

(3)當(dāng)土建條件不滿足時(shí)，若運(yùn)營可保證前車不會(huì)發(fā)生后溜或后退且接受在極端情況下列車可以以不高于5 km/h的速度撞擊前車，則兩列車之間安全距離可以縮短至4 m。