全自動駕駛地鐵車輛基地工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)及創(chuàng)新

李愿望,鄭 輝,馮 凱

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 工程概況

南寧地鐵5號線南起國凱大道站,北至四塘站,全長32.5 km,其中一期工程線路長20.22 km,設(shè)那洪車輛基地1座,位于線路起點(diǎn)國凱大道站的東南側(cè),四塘停車場遠(yuǎn)期建設(shè)。

根據(jù)南寧市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃和第二輪建設(shè)規(guī)劃(2015～2021年)以及南寧市軌道交通建設(shè)規(guī)劃補(bǔ)充報(bào)告[1],5號線定位為全自動駕駛運(yùn)行線路,全自動駕駛運(yùn)行區(qū)域延伸至車輛基地內(nèi),列車采用4動2拖6輛編組B型車。那洪車輛基地定位為架、大修基地,承擔(dān)南寧地鐵4、5、7號線和8號線車輛的架、大修任務(wù)。那洪車輛基地同時還承擔(dān)5號線車輛的定修及以下修程和配屬列車的運(yùn)用停放及日常維護(hù)保養(yǎng)工作。

南寧地鐵5號線員工培訓(xùn)任務(wù)由已建成的全線網(wǎng)級培訓(xùn)中心承擔(dān),那洪車輛基地僅設(shè)掛網(wǎng)不帶電的練兵線。

2 任務(wù)量計(jì)算及規(guī)模確定

2.1 任務(wù)量計(jì)算

根據(jù)5號線運(yùn)用車編組和數(shù)量、大小交路、列車全日行車計(jì)劃、列車年走行公里,結(jié)合車輛技術(shù)條件、檢修周期、檢修作業(yè)時間等進(jìn)行計(jì)算[2],得出5號線全線配屬車輛數(shù)和車輛基地檢修任務(wù)量[3],詳見表1、表2。

表1 南寧地鐵5號線配屬的車輛數(shù) 列/輛

表2 南寧地鐵5號線車輛檢修的任務(wù)量

2.2 規(guī)模確定

根據(jù)南寧市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃[4],5號線那洪車輛基地承擔(dān)4、5、7、8號線配屬車輛的架、大修任務(wù),那洪車輛基地的架、大修能力按4、5、7、8號線配屬車輛數(shù)的遠(yuǎn)期規(guī)模設(shè)計(jì),一次規(guī)劃分期實(shí)施,提前設(shè)計(jì)并預(yù)留了遠(yuǎn)期建設(shè)接口條件[5]。

《南寧市軌道交通4號線一期工程初步設(shè)計(jì)》中4號線近、遠(yuǎn)期所需架、大修列位分別為0.99，1.18列位?！毒€網(wǎng)資源共享專題研究報(bào)告》中7號線和8號線所需架、大修列位分別估算為1.35，1.06列位。綜合以上研究成果,那洪車輛基地近期架、大修列位設(shè)計(jì)規(guī)模為3列位,遠(yuǎn)期架、大修列位設(shè)計(jì)規(guī)模共6列位?？紤]任務(wù)量增加后,庫內(nèi)預(yù)留一條待修、修竣存放線。

因那洪車輛基地屬于南寧地鐵4、5、7、8號線車輛的架、大修基地,占地面積59萬m2,屬于大型建設(shè)工程,投資較大,故設(shè)計(jì)時初期、近期、遠(yuǎn)期相結(jié)合,綜合考慮統(tǒng)一規(guī)劃,分期實(shí)施。列車數(shù)量的配置按初期運(yùn)營需求配備,后期根據(jù)運(yùn)營的實(shí)際需求逐步增加。房屋建筑、軌道數(shù)量和機(jī)電設(shè)備等按近期規(guī)模需求設(shè)計(jì),提前預(yù)留遠(yuǎn)期擴(kuò)建的接口條件[6]。因此確定那洪車輛基地設(shè)計(jì)規(guī)模[7]詳見表3。

表3 那洪車輛基地設(shè)計(jì)規(guī)模

注：1.雙周三月檢設(shè)計(jì)規(guī)模近期設(shè)3列位,遠(yuǎn)期共設(shè)5列位,分配車輛基地3列位,停車場2列位；2.停車規(guī)模已考慮5號線南延伸至機(jī)場線6列位,本次那洪車輛基地設(shè)計(jì)只考慮預(yù)留用地,遠(yuǎn)期建設(shè)；3.架、大修括號中1列位表示考慮遠(yuǎn)期任務(wù)量增加后,庫內(nèi)預(yù)留一條待修存放線。

3 車輛基地設(shè)計(jì)特點(diǎn)及創(chuàng)新

3.1 全自動運(yùn)行設(shè)計(jì)(UTO)

經(jīng)過充分分析和研究地鐵發(fā)展趨勢和南寧地鐵5號線定位等情況,5號線采用自動化運(yùn)行等級最高的UTO(Unattended Train Operation)運(yùn)行模式,即完全無人值守的全自動駕駛(UTO)技術(shù)。全自動運(yùn)行(無人駕駛和無人值守)從正線拓展延伸至那洪車輛基地和遠(yuǎn)期建設(shè)的停車場,故那洪車輛基地需按全自動運(yùn)行場段設(shè)計(jì)。

3.1.1 全自動運(yùn)行總平面設(shè)計(jì)

全自動運(yùn)行區(qū)域從正線拓展延伸至那洪車輛基地,那洪車輛基地設(shè)計(jì)時除滿足常規(guī)有人駕駛段、場檢修、工藝的運(yùn)營需求的基礎(chǔ)上,還需滿足：設(shè)置全自動運(yùn)行區(qū)域(亦稱“全自動無人駕駛區(qū)域”)和非全自動運(yùn)行區(qū)域(亦稱“有人駕駛區(qū)域”)[8]。無人駕駛區(qū)域一般為停車列檢、洗車、信號轉(zhuǎn)換等自動運(yùn)行的區(qū)域；有人駕駛區(qū)域一般為周月檢、靜調(diào)、吹掃、定臨修、架大修、不落輪鏇、試車等非自動運(yùn)行的區(qū)域[9]。兩個區(qū)域劃分界面應(yīng)清晰并配有物理隔離措施。

所以，那洪車輛基地總平面設(shè)計(jì)時應(yīng)按無人駕駛區(qū)域和有人駕駛區(qū)域劃分,分界面用通透式隔離柵欄隔開,且所有無人駕駛區(qū)域用通透式隔離柵欄完全隔離,各出入口處需設(shè)置門禁(各門禁獨(dú)立,當(dāng)指定的門禁卡授權(quán)指定的門禁方可開啟)。

對于列車駕駛模式在無人駕駛區(qū)域和有人駕駛區(qū)域之間的信號轉(zhuǎn)換作業(yè),設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)換區(qū)段。轉(zhuǎn)換區(qū)段設(shè)置于無人駕駛區(qū)域內(nèi),同時配置有工作人員登車平臺,并具有工作人員上、下車的安全保護(hù)措施。全自動運(yùn)行車輛基地?zé)o人駕駛分區(qū)和有人駕駛分區(qū)劃分示意見圖1。5號線那洪車輛基地工藝總平面見圖2。

圖1 車輛基地?zé)o人駕駛分區(qū)和有人駕駛分區(qū)示意

圖2 那洪車輛基地總平面

3.1.2 全自動駕駛停車列檢庫(棚)設(shè)計(jì)

5號線停車列檢庫(棚)按全自動駕駛設(shè)計(jì),考慮到信號安全距離、列檢檢修的便捷性,列檢檢查坑按100%列位設(shè)置柱式檢查坑和下穿通道設(shè)置等因素,停車列檢棚長度增長至306 m,相比常規(guī)駕駛的停車列檢棚增長了24 m,南方地區(qū)取消了庫門設(shè)置,北方地區(qū)冬季較冷,需取暖設(shè)自動化庫門,庫門位置狀態(tài)需設(shè)監(jiān)測,宜接入信號安全回路。考慮列檢時對工作人員保護(hù)和減小對其他股道列車的影響,應(yīng)按每2～3股道劃分為一個安全防護(hù)分區(qū),庫中增設(shè)下穿式通道,并設(shè)置門禁和預(yù)進(jìn)值班室,以便安全管理列檢工作人員進(jìn)出停車列檢棚[10]。

3.1.3 全自動運(yùn)行洗車棚設(shè)計(jì)

全自動運(yùn)行模式下,列車洗車按全自動洗車設(shè)計(jì),洗車線根據(jù)地塊特點(diǎn)和全自動洗車要求設(shè)置為“八字往復(fù)式”,洗車效率較高?？紤]信號安全保護(hù)距離等因素，洗車牽出線有效長度由145 m增長至175 m,增長了30 m,洗車棚無需設(shè)置庫門,周圍用隔離柵欄隔離,劃分屬性為無人區(qū)域。全自動無人駕駛洗車模式下洗車機(jī)控制間至DCC需增設(shè)信號系統(tǒng)通訊電纜,以便實(shí)現(xiàn)全自動無人駕駛洗車(洗車庫控制室無需值守人員)和工作人員在DCC即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視及控制洗車機(jī)設(shè)備的功能。

3.1.4 全自動駕駛模式轉(zhuǎn)換及牽出線設(shè)計(jì)

全自動運(yùn)行模式下,列車檢修調(diào)車模式與常規(guī)駕駛不同。根據(jù)檢修調(diào)車計(jì)劃,列車從全自動無人駕駛分區(qū)內(nèi)按全自動駕駛模式駛?cè)胲囕v基地內(nèi)信號轉(zhuǎn)換軌(兼作常規(guī)人工駕駛模式下牽出線功能),進(jìn)行駕駛模式的轉(zhuǎn)換,即從全自動無人駕駛模式切換為有人駕駛模式。為方便司機(jī)登車,在信號轉(zhuǎn)換軌旁邊設(shè)有固定式登車平臺,出入口設(shè)有門禁,門禁開關(guān)與列車運(yùn)行速度互鎖。

信號轉(zhuǎn)換軌長度需考慮信號機(jī)距道岔的距離(自連接道岔岔尖計(jì)算)、列車端部到信號機(jī)的瞭望距離(列車停車位置至信號機(jī)的距離)、列車長度、信號要求的安全保護(hù)距離(一般為40 m,按25 km/h速度計(jì)算,常規(guī)駕駛模式為10 m),同時兼作人工駕駛模式下牽出線功能,因此信號轉(zhuǎn)換軌兼牽出線長度為186 m,與常規(guī)駕駛模式下車輛段牽出線相比增長了30 m,且在信號轉(zhuǎn)換軌(兼牽出線)旁增設(shè)固定式登車平臺,其出入口增設(shè)門禁,整體納入無人駕駛區(qū)域。由于采用最高等級的全自動無人駕駛且無人值守運(yùn)行,列車取消了司機(jī)室側(cè)門,且司機(jī)室與客室之間采用可拆卸隔斷。司機(jī)登車需從第一節(jié)車輛的第一個客室車門進(jìn)入,故固定式上車平臺位置應(yīng)與列車停車位置第一節(jié)車輛的第一個客室車門對應(yīng),同時應(yīng)滿足限界要求。

3.2 海綿車輛基地設(shè)計(jì)

那洪車輛基地位于5號線起點(diǎn)站國凱大道站的東南側(cè),地塊東側(cè)為南防鐵路(貨運(yùn)鐵路),南側(cè)為山丘,西側(cè)靠近機(jī)場高速(南友高速),北側(cè)為南寧繞城高速。所處區(qū)域地形高程在96～145 m(1954坐標(biāo)系),地勢起伏較大。經(jīng)現(xiàn)場踏勘、研究該區(qū)域排水困難,故對該區(qū)域排水進(jìn)行專題研究,詳見《南寧市軌道交通5號線一期工程那洪車輛基地區(qū)域排水規(guī)劃專題研究報(bào)告》(以下簡稱“排水規(guī)劃專題研究”)。根據(jù)該排水規(guī)劃專題研究報(bào)告,結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)理念,針對車輛基地占地面積較大,其中軌道路線、檢修車間等硬質(zhì)面積較大,綠化面積相對較少的特點(diǎn),并結(jié)合場地自然景觀,在盡可能不破壞景觀設(shè)計(jì)理念的情況下進(jìn)行海綿化設(shè)計(jì)。在室外綠地考慮設(shè)置下凹式綠地及雨水花園,室外停車位盡可能設(shè)計(jì)為生態(tài)停車場,主要將雨水引至實(shí)土綠地內(nèi)“滲、滯、凈”處理為主,同時根據(jù)匯水設(shè)置雨水調(diào)蓄池,用于綠化灌溉、道路澆灑等雜用水。那洪車輛基地設(shè)計(jì)雨水調(diào)蓄池一座,占地9 000 m2,有效容量為2.58×104m3,可有效緩解該區(qū)域100年一遇暴雨對那洪車輛基地、東臨南防鐵路及下游的威脅。同時該雨水調(diào)蓄池兼有景觀設(shè)計(jì),可為工作人員提供一個綠色、健康的工作環(huán)境。雨水調(diào)蓄池部分剖面見圖3。

圖3 雨水調(diào)蓄池部分剖面

3.2.1 雨水收集利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

那洪車輛基地在綠化場地及雨水調(diào)蓄池周邊設(shè)計(jì)有雨水收集利用系統(tǒng),利用建筑物屋頂及管道、廣場等硬化地表匯集的降雨徑流,通過收集→輸送→凈化→儲存等方式蓄積[11],進(jìn)而為綠化灌溉、景觀用水、洗滌用水及地下水源提供水分補(bǔ)給,以達(dá)到綜合利用雨水資源及節(jié)約用水的目的,它還具有減緩城市雨水內(nèi)洪、改善城市生態(tài)環(huán)境等作用[12-13]。

3.2.2 下沉式綠地設(shè)計(jì)

那洪車輛基地局部綠化場地設(shè)計(jì)為下沉式綠地,即綠地種植土表面低于周邊地面的綠地,其利用下沉的空間承接和蓄積雨水,達(dá)到減少徑流外排的作用,內(nèi)部植物多以本土草本植被為主,故具有一定的調(diào)蓄容量,即可用來調(diào)節(jié)雨水峰值、蓄水,同時能凈化徑流雨水。下沉式綠地植被種植面高程低于四周鋪砌道路或地面約200 mm以內(nèi),綠地區(qū)域內(nèi)設(shè)置溢流口(設(shè)鐵箅子),為確保下大雨期間徑流的溢流和排放,溢流口的頂部高程應(yīng)比綠地的表面高出50～100 mm[14]。下沉式綠地示意見圖4。

圖4 下沉式綠地示意(單位：mm)

3.2.3 透水磚鋪設(shè)設(shè)計(jì)

那洪車輛基地在綠化場地及雨水調(diào)蓄池周邊綠徑、非機(jī)動車道等設(shè)計(jì)鋪設(shè)透水磚,透水磚具有優(yōu)良的透氣和透水性能,能夠使雨水快速滲入地下,以增補(bǔ)土壤中的水分,保持土壤適當(dāng)?shù)乃?進(jìn)而改善植物和土壤中微生物的生存環(huán)境[15-16]。可有效緩解城市熱島效應(yīng),減輕城市雨水排放和防洪壓力,從而實(shí)現(xiàn)了雨后不積水,改善了雨后出行。透水磚鋪設(shè)斷面示意見圖5。

圖5 透水磚鋪設(shè)示意

那洪車輛基地海綿化設(shè)計(jì)滿足多年平均徑流總量控制率不低于68%的要求,同時年徑流污染削減率不低于50%。設(shè)置有雨水收集利用系統(tǒng)、下凹式綠地、雨水調(diào)蓄池等,解決了常規(guī)設(shè)計(jì)無法充分消納周邊雨水的問題,初期雨水經(jīng)綠地凈化后能有效控制徑流污染,消納周邊硬化道路雨水的同時充分發(fā)揮滯蓄作用。下凹式綠地、雨水調(diào)蓄池花園及植草溝等設(shè)置雨水溢流口,暴雨時,多余的雨水通過溢流口溢流至雨水調(diào)蓄池調(diào)蓄后排向下游河流,保障場地內(nèi)的雨水排放安全,防止內(nèi)澇。雨水處理回用設(shè)施出水水質(zhì)均達(dá)到GB/T 18919—2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》要求的雨水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),符合南寧市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。具體主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見表4。

表4 那洪車輛基地海綿設(shè)計(jì)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

注：主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不含土方開挖、水池建設(shè)等土建相關(guān)費(fèi)用。

3.3 裝配式綜合管廊設(shè)計(jì)

地鐵場段管線眾多、錯綜復(fù)雜,以往設(shè)計(jì)的場段管線一般考慮在綠化帶和道路下方埋地敷設(shè),管線施工時需大面積土方開挖和回填,后期管線檢修和更換時需對道路和綠化帶開挖,不利于檢修[17-18]。隨著裝配式綜合管廊技術(shù)發(fā)展、響應(yīng)南寧市政府關(guān)于加快推動裝配式建筑發(fā)展(南府規(guī)[2017]2號)號召和多地調(diào)研總結(jié),擬在南寧地鐵5號線那洪車輛基地采用裝配式綜合管廊設(shè)計(jì)。

根據(jù)之前地鐵車輛基地的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),車輛基地內(nèi)管線一般分為五類：動力管線(如：給水、中水、消防、噴淋、熱力、壓縮空氣管)、重力流管線(如：雨水、污水、廢水管)、強(qiáng)電管線(110，33 kV、220 V以及控制保護(hù)電纜等)、弱電管線(通信、信號、FAS、BAS、綜合監(jiān)控、安防、門禁等)和燃?xì)夤芫€[18-19]。那洪車輛基地?cái)M采用裝配式綜合管廊(雙倉)布置以上管線。與以往設(shè)計(jì)的各類現(xiàn)澆管溝對比,裝配式綜合管廊概算減少4%,工期縮短45%,施工綠色環(huán)保且單位能耗低,同時可采用BIM技術(shù)等信息化手段做好孔洞預(yù)留,避免后期開洞鑿孔防水效果不良等缺點(diǎn)[20]。

3.4 新技術(shù)、新工藝的采用

在滿足車輛基地檢修工藝需求的前提下,綜合考慮南寧地鐵運(yùn)營的檢修模式,結(jié)合目前新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝,對那洪車輛基地工藝設(shè)計(jì)、相關(guān)檢修設(shè)備的選用都進(jìn)行了與時俱進(jìn)的優(yōu)化和不斷的創(chuàng)新。

(1)對于吹掃庫,設(shè)計(jì)了密閉的空間,并采用吹吸效果更加顯著的列車智能吹吸設(shè)備,即利用機(jī)器人視覺技術(shù)搭建智能車底吹吸系統(tǒng)。根據(jù)污物的多少決定除塵作用時間,密封罩吸塵單個依次工作,形成縱向粉塵流動場,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加顯著的除塵。配套雙層作業(yè)平臺,對客室內(nèi)和列車頂部均可清掃除塵,減少其他庫區(qū)環(huán)境的污染,從而改善了檢修人員作業(yè)環(huán)境。智能吹吸設(shè)備平縱示意詳見圖6、圖7。

圖6 智能吹吸設(shè)備平面示意

圖7 智能吹吸設(shè)備縱斷面示意

(2)雙周三月檢線、靜調(diào)線、定修線兩側(cè)設(shè)置三層(三個作業(yè)面,即一層地面-1.2 m、二層+1.1 m,三層+3.6 m)和兩層作業(yè)平臺(2個作業(yè)面,即一層地面-1.2 m、二層+1.1 m),相應(yīng)位置設(shè)防護(hù)欄桿,為檢修作業(yè)人員提供安全可靠的作業(yè)平臺和防護(hù)設(shè)施,充分體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計(jì)理念[21]。

(3)根據(jù)臨修作業(yè)特點(diǎn)及運(yùn)營意見,在臨修線上設(shè)置固定式架車機(jī)組,可方便、快捷架車并處理列車走行部故障,進(jìn)而滿足臨修故障檢修要求。臨修線末端延伸至轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤和移車臺作業(yè)區(qū)域,可兼做架、大修分解組裝線,以便克服遠(yuǎn)期架、大修作業(yè)時因檢修作業(yè)人員技術(shù)不熟練而造成架、大修分解組裝線不夠使用的困境[22]。

(4)隨著新技術(shù)的發(fā)展,在架、大修分解組裝線上設(shè)置集成稱重功能的固定式架車機(jī)組,以便車輛組裝后不用移車即可實(shí)現(xiàn)稱重、調(diào)節(jié),從而很大程度上縮短了組裝、調(diào)試時間,提高了檢修作業(yè)效率。

4 結(jié)語

通過對南寧市地鐵5號線那洪車輛基地工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析,在地鐵車輛基地設(shè)計(jì)中應(yīng)用全自動駕駛技術(shù)、融入海綿兼景觀設(shè)計(jì)和裝配式綜合管廊設(shè)計(jì)以及新技術(shù)、新工藝的采用,使車輛基地生產(chǎn)檢修工藝更加流暢、合理、生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境更加優(yōu)美和富有科技感。并且此研究成果可為類似車輛基地工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供一定的參考、借鑒作用。