城軌交通全自動(dòng)運(yùn)行列車車輛段設(shè)計(jì)研究

摘 要：首先總結(jié)城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行列車對(duì)車輛段設(shè)計(jì)帶來(lái)的主要變化，并分析不同段型的車輛段總平面布置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與注意事項(xiàng);然后研究車輛段停車列檢庫(kù)、轉(zhuǎn)換軌、洗車庫(kù)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)變化，并給出設(shè)計(jì)建議;最后分析全自動(dòng)運(yùn)行列車對(duì)車輛段設(shè)計(jì)帶來(lái)的其他影響。此研究結(jié)論和建議可為車輛段總平面設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;全自動(dòng)運(yùn)行列車;車輛段;設(shè)計(jì)研究

中圖分類號(hào)：U231.1

全自動(dòng)運(yùn)行列車是一種基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過(guò)程自動(dòng)化的新一代城市軌道交通列車。而車輛基地是保證城市軌道交通正常運(yùn)行的后勤保障場(chǎng)所，包括車輛段、綜合維修中心、物資總庫(kù)和其他輔助生產(chǎn)的配套設(shè)施。城市軌道交通工程采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)后，車輛段的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)理念將發(fā)生較大的變化。

1 車輛段的主要變化

1.1 場(chǎng)段駕駛區(qū)劃分

為滿足列車在段內(nèi)部分區(qū)域全自動(dòng)駕駛的需求，需根據(jù)作業(yè)需求將車輛段劃分為自動(dòng)駕駛區(qū)和人工駕駛區(qū)。運(yùn)營(yíng)控制中心（OCC）對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)控制權(quán)由車站延伸至車輛段的自動(dòng)駕駛區(qū)。

自動(dòng)駕駛區(qū)包含出入段線、停車列檢線、洗車線;周月（雙周/三月）檢線根據(jù)工藝布局，既可位于自動(dòng)駕駛區(qū)也可位于人工駕駛區(qū);牽出線（轉(zhuǎn)換軌）、試車線應(yīng)按自動(dòng)駕駛區(qū)進(jìn)行防護(hù)，但也具有人工駕駛的工況;吹掃線、靜調(diào)線、定修線、臨修線、調(diào)機(jī)停放線、鏇輪線、大架修線等線路位于人工駕駛區(qū)。自動(dòng)駕駛區(qū)和人工駕駛區(qū)應(yīng)連續(xù)相鄰設(shè)置，不宜間隔設(shè)置，避免作業(yè)干擾。車輛段內(nèi)線路分區(qū)情況具體如表1所示。

1.2 駕駛區(qū)之間設(shè)轉(zhuǎn)換軌

車輛段內(nèi)自動(dòng)駕駛區(qū)的控制權(quán)一般在OCC，也可在車輛段控制中心 （DCC），列車在正常工況下均為無(wú)人駕駛。人工駕駛區(qū)的控制權(quán)在DCC，在此區(qū)列車處于人工駕駛或調(diào)機(jī)牽引/推送工況。因此，兩區(qū)之間需設(shè)置轉(zhuǎn)換軌，滿足列車自動(dòng)駕駛與人工駕駛模式轉(zhuǎn)換的需要。

1.3 停車列檢庫(kù)劃分防護(hù)分區(qū)

停車列檢庫(kù)設(shè)置在自動(dòng)駕駛區(qū)，為方便人員進(jìn)出及保證作業(yè)安全，將停車列檢庫(kù)分為多個(gè)防護(hù)分區(qū)，各個(gè)防護(hù)分區(qū)用鐵柵欄形成物理隔離。另外，在庫(kù)中部、庫(kù)后端設(shè)置通往各防護(hù)分區(qū)的地下通道或天橋，通道在每個(gè)防護(hù)分區(qū)設(shè)1個(gè)或2個(gè)出入口，并在出入口設(shè)置門禁。

1.4 停車列檢庫(kù)長(zhǎng)度增加

停車列檢庫(kù)內(nèi)每列位的長(zhǎng)度需考慮列車距信號(hào)機(jī)的瞭望距離、列車長(zhǎng)度和安全保護(hù)距離。列車在停車列檢庫(kù)內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，該防護(hù)分區(qū)不能有人，而且列車庫(kù)內(nèi)移車作業(yè)流程較煩瑣，為減少庫(kù)內(nèi)移車作業(yè)，庫(kù)內(nèi)應(yīng)設(shè)100%檢查坑。

1.5 洗車實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化

在車輛段日常作業(yè)中，列車外皮清洗較為頻繁，每列車每周清洗1次，通常在早、晚高峰后入段時(shí)清洗。由于洗車作業(yè)與出入段線、停車列檢線聯(lián)系緊密，因此將其劃分在自動(dòng)駕駛區(qū)，且列車自動(dòng)運(yùn)行可提高洗車效率。洗車機(jī)應(yīng)具備全自動(dòng)洗車模式，以及與信號(hào)系統(tǒng)的接口，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車。

1.6 自動(dòng)駕駛區(qū)庫(kù)門與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖

在北方地區(qū)，停車列檢庫(kù)及洗車庫(kù)宜設(shè)置自動(dòng)車庫(kù)門并納入信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)控，并應(yīng)具有車庫(kù)門故障旁路功能。

2 車輛段總平面布置

根據(jù)車輛段與接軌站的關(guān)系，車輛段總平面布置分為貫通式和盡端式布置2種。貫通式布置是在運(yùn)用庫(kù)庫(kù)線兩端均設(shè)置咽喉區(qū)，前后2個(gè)咽喉區(qū)之間設(shè)置走行線連通，并通過(guò)2個(gè)接軌站分別設(shè)置出入段線與運(yùn)用庫(kù)兩端連通。盡端式布置只在運(yùn)用庫(kù)的一個(gè)方向設(shè)置咽喉區(qū)，與車輛段接軌站連接。在實(shí)際應(yīng)用中，貫通式布置受到的條件限制較多，應(yīng)結(jié)合段址情況和站段關(guān)系統(tǒng)一考量，往往可遇而不可求，國(guó)內(nèi)大多數(shù)車輛段采用盡端式布置。根據(jù)運(yùn)用庫(kù)與檢修庫(kù)的位置及股道連接關(guān)系，地鐵車輛段總平面盡端式布置又可分為橫列式和縱列式（包括順向和反向）段型2種。

2.1 橫列式段型

橫列式段型是檢修庫(kù)和運(yùn)用庫(kù)順向橫列布置，運(yùn)用庫(kù)和檢修庫(kù)通過(guò)咽喉區(qū)的牽出線連接。順向橫列式總平面布置最為常見，相比反向縱列式，其調(diào)車作業(yè)順暢，生產(chǎn)區(qū)相對(duì)集中。但順向橫列式布置的檢修庫(kù)與運(yùn)用庫(kù)是并列布置，2個(gè)庫(kù)前會(huì)形成較大的咽喉區(qū)，占地相對(duì)較大，布局不夠緊湊。

圖1為順向橫列式車輛段示意圖，周月檢庫(kù)位于檢修庫(kù)中，劃為人工駕駛區(qū)，利用咽喉區(qū)的牽出線兼做轉(zhuǎn)換軌。此段型總體工藝較為順暢，但存在以下2點(diǎn)不足。

（1）自動(dòng)駕駛區(qū)和人工駕駛區(qū)的分區(qū)不夠明確，轉(zhuǎn)換軌（牽出線）在自動(dòng)駕駛區(qū)內(nèi)。通常自動(dòng)駕駛區(qū)控制權(quán)在OCC，人工駕駛區(qū)控制權(quán)在DCC時(shí)，列車從牽出線到檢修庫(kù)需要DCC和OCC雙方調(diào)度員排進(jìn)路，需多次對(duì)接，檢修列車轉(zhuǎn)線作業(yè)需要向OCC申請(qǐng)進(jìn)路。

（2）周月檢線劃為人工駕駛區(qū)，人員檢修作業(yè)較為靈活，但車輛扣修/修竣出入周月檢庫(kù)需要“之”字走行。

2.2 縱列式段型

反向縱列式段型是檢修庫(kù)和運(yùn)用庫(kù)縱列布置，運(yùn)用庫(kù)和檢修庫(kù)之間需“之”字形折返調(diào)車。圖2為反向縱列式車輛段示意圖，周月檢庫(kù)位于運(yùn)用庫(kù)中，劃為自動(dòng)駕駛區(qū)，利用運(yùn)用庫(kù)與檢修庫(kù)之間的聯(lián)絡(luò)線兼做轉(zhuǎn)換軌，自動(dòng)駕駛區(qū)和人工駕駛區(qū)物理分區(qū)明確，檢修調(diào)車作業(yè)靈活，不需要向OCC申請(qǐng)進(jìn)路。

順向縱列式段型是檢修庫(kù)與運(yùn)用庫(kù)縱列布置，兩庫(kù)之間通過(guò)走行線和咽喉區(qū)的牽出線連接。圖3為順向縱列式車輛段示意圖，周月檢庫(kù)位于運(yùn)用庫(kù)中，劃為自動(dòng)駕駛區(qū)。自動(dòng)駕駛區(qū)和人工駕駛區(qū)的轉(zhuǎn)換軌設(shè)置在聯(lián)絡(luò)線上，兩區(qū)分區(qū)明確，車輛駕駛模式轉(zhuǎn)換順暢。

縱列式段型有利于自動(dòng)駕駛區(qū)和人工駕駛區(qū)物理分區(qū)明確，可將轉(zhuǎn)換軌設(shè)置在兩區(qū)域之間的聯(lián)絡(luò)線上。其具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）無(wú)論自動(dòng)駕駛區(qū)與人工駕駛區(qū)的控制權(quán)在DCC還是OCC，雙方調(diào)度員的責(zé)任分區(qū)明確，駕駛模式轉(zhuǎn)換順暢。

（2）牽出線專用于檢修列車轉(zhuǎn)線作業(yè)，可由DCC直接調(diào)度，不再通過(guò)OCC，轉(zhuǎn)線作業(yè)靈活方便。

2.3 其他建議

（1）由于列車雙周三月檢較為頻繁，總平面布置應(yīng)考慮檢修人員作業(yè)便捷性及車輛出入周月檢庫(kù)的便捷性。

（2）自動(dòng)駕駛區(qū)與人工駕駛區(qū)作業(yè)有較多交叉時(shí)，建議段內(nèi)兩區(qū)的信號(hào)均由DCC控制。

3 車輛段運(yùn)用檢修設(shè)施設(shè)計(jì)

全自動(dòng)運(yùn)行列車的采用除對(duì)總平面布置帶來(lái)較大的影響外，對(duì)車輛段運(yùn)用檢修設(shè)施的影響也較大，主要包括停車列檢庫(kù)、牽出線（轉(zhuǎn)換軌）和洗車庫(kù)。

3.1 停車列檢庫(kù)

3.1.1 庫(kù)長(zhǎng)

因采用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)，停車列檢庫(kù)需考慮列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（ATP）信號(hào)的安全防護(hù)距離，增加相應(yīng)長(zhǎng)度。停車列檢庫(kù)內(nèi)每列位的安全保護(hù)距離宜為20m。合肥市軌道交通車輛段停車列檢庫(kù)2列位列車間距≥25m，末端列位列車距車擋≥20m。成都地鐵規(guī)定，停車列檢庫(kù)2列位檢查坑端部間距≥20m，末端列位檢查坑端部距車擋≥15 m。

綜上，運(yùn)用庫(kù)庫(kù)長(zhǎng)應(yīng)滿足2列位列車間距≥25 m，末端列位列車距車擋≥20 m，此安全距離適用于大部分信號(hào)、車輛廠商，如圖4所示。具體防護(hù)距離應(yīng)以信號(hào)設(shè)備廠商要求為準(zhǔn)。

3.1.2 防護(hù)分區(qū)

庫(kù)內(nèi)設(shè)置防護(hù)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)設(shè)人員防護(hù)開關(guān)（SPKS），當(dāng)作業(yè)人員進(jìn)入防護(hù)分區(qū)時(shí)，防護(hù)分區(qū)對(duì)應(yīng)股道上的列車不能移動(dòng)。為減小防護(hù)分區(qū)對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響，每2股道或3股道設(shè)置1個(gè)防護(hù)分區(qū)，采用金屬圍欄隔離。金屬圍欄在庫(kù)內(nèi)平過(guò)道處設(shè)門，平時(shí)關(guān)閉，只有在火災(zāi)等緊急情況時(shí)開啟，用于人員疏散。庫(kù)前平過(guò)道兩端設(shè)置電動(dòng)伸縮門，不另在分區(qū)設(shè)金屬圍欄。

3.1.3 人行通道

接觸網(wǎng)供電時(shí)宜采用人行地道;接觸軌供電時(shí)可采用人行天橋。地道建議設(shè)置于庫(kù)中平過(guò)道處，以減少作業(yè)人員從地道出口到庫(kù)前后列位的距離，也可設(shè)置在庫(kù)后平過(guò)道處。為便于管理，建議在人行通道入口處設(shè)置崗?fù)せ蛑蛋喙の?，防止未取得許可的人員隨意進(jìn)入地道。

3.1.4 庫(kù)門

停車列檢庫(kù)庫(kù)門宜設(shè)為自動(dòng)車庫(kù)門，并納入信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)，并具有車庫(kù)門故障旁路功能。當(dāng)氣候條件允許時(shí)，可不設(shè)庫(kù)門，以利于列車出入庫(kù)。

3.1.5 車擋

停車列檢庫(kù)內(nèi)車擋采用液壓緩沖固定式車擋，占用線路長(zhǎng)度一般為2.5 m。

3.2 牽出線（轉(zhuǎn)換軌）

牽出線有效長(zhǎng)度不應(yīng)小于通過(guò)牽出線的列車總長(zhǎng)度、調(diào)機(jī)長(zhǎng)度和10 m終端安全距離之和。如合肥市軌道交通對(duì)牽出線的要求：為滿足工程車雙機(jī)牽引電客車（6 節(jié)編組B型車）回段調(diào)車需求，段場(chǎng)牽出線有效長(zhǎng)度不應(yīng)小于160 m（即1列6B電客車120m + 2 輛工程車25 m+車頭距離止擋10 m+車尾距離道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)5m）。

當(dāng)牽出線作為轉(zhuǎn)換軌時(shí)，其有效長(zhǎng)度（不含車擋）應(yīng)不小于列車長(zhǎng)度+ 45 m（即40 m的安全保護(hù)距離+ 5 m的列車距信號(hào)機(jī)的距離）。

綜上所述，當(dāng)牽出線兼做轉(zhuǎn)換軌時(shí)，其有效長(zhǎng)度可按以下組成考慮：列車長(zhǎng)度+ 5 m（信號(hào)瞭望距離）+ 40m（自動(dòng)駕駛安全保護(hù)距離）+調(diào)機(jī)長(zhǎng)度+ 5 m（終端安全距離及停車誤差）。當(dāng)列車以自動(dòng)駕駛工況進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌時(shí)，其安全保護(hù)距離為40 m +調(diào)機(jī)長(zhǎng)度+ 5 m，滿足信號(hào)設(shè)備要求。以調(diào)機(jī)模式使用牽出線時(shí)，調(diào)機(jī)距離車擋的安全距離按5 m考慮，調(diào)機(jī)進(jìn)入牽出線后列車駛?cè)?，距調(diào)機(jī)的安全保護(hù)距離為40 m，滿足信號(hào)設(shè)備要求。牽出線車擋采用液壓緩沖滑動(dòng)式車擋，占用線路長(zhǎng)度一般為15m。牽出線有效長(zhǎng)度組成如圖5所示。

3.3 洗車庫(kù)

貫通式洗車線有效長(zhǎng)度由洗車機(jī)長(zhǎng)度、洗車機(jī)前后各1列車長(zhǎng)度和信號(hào)設(shè)備附加長(zhǎng)度之和組成。洗車庫(kù)前股道安全保護(hù)距離宜為40 m。洗車庫(kù)后股道安全保護(hù)距離宜為20 m。列車在段內(nèi)走行至洗車庫(kù)前，速度由最高25 km/h逐漸降至5 km/h，列車清洗時(shí)速度不超過(guò)5 km/h。因此，庫(kù)前的安全保護(hù)距離要求較高，庫(kù)后的安全保護(hù)距離要求相對(duì)較低。下面根據(jù)不同的洗車線布置方式分析洗車線的有效長(zhǎng)度。

3.3.1 咽喉區(qū)通過(guò)式

咽喉區(qū)通過(guò)式布置方式的洗車效率最高，在段址咽喉區(qū)長(zhǎng)度條件允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先按通過(guò)式洗車方式布置。如圖6所示，洗車庫(kù)前股道的有效長(zhǎng)度L1增加安全距離40 m;由于列車通過(guò)洗車庫(kù)后速度不大于5 km/h，洗車庫(kù)后股道的有效長(zhǎng)度L2增加安全距離20 m。

3.3.2 八字線往復(fù)式

八字線往復(fù)式洗車布置方式最為常見，其洗車線的有效長(zhǎng)度如圖7所示。洗車庫(kù)前股道的有效長(zhǎng)度L1增加安全距離40 m，洗車庫(kù)后股道的有效長(zhǎng)度L2增加安全距離20 m。

3.3.3 盡端線往復(fù)式

在段址用地長(zhǎng)度受限時(shí)，一般采用盡端線往復(fù)式洗車，其洗車線有效長(zhǎng)度如圖8所示。洗車庫(kù)前股道的有效長(zhǎng)度L1增加安全距離40 m，洗車庫(kù)后股道的有效長(zhǎng)度L2增加安全距離20 m。

車輛段內(nèi)的咽喉區(qū)通過(guò)式和盡端線往復(fù)式洗車，洗車庫(kù)前股道后方是洗車機(jī)，且位于自動(dòng)駕駛區(qū)（無(wú)人），并不存在列車沖撞車擋或道岔的安全隱患;當(dāng)用地緊張或條件困難時(shí)，洗車庫(kù)前股道的有效長(zhǎng)度可不考慮增加安全距離，控制中心排好洗車進(jìn)路后，列車可直接進(jìn)入庫(kù)內(nèi)完成洗車作業(yè)。

4 全自動(dòng)運(yùn)行列車對(duì)車輛段設(shè)計(jì)的其他影響分析

4.1 車輛段系統(tǒng)規(guī)模

車輛段的功能、規(guī)模和各項(xiàng)設(shè)施的配置，應(yīng)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大能力的需要。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力是指線路的各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施整體所具備的支持列車運(yùn)行密度的能力，常規(guī)地鐵線路中，系統(tǒng)能力大多按行車密度30對(duì)/ h設(shè)計(jì)。

全自動(dòng)運(yùn)行列車的應(yīng)用，可以縮短列車的折返時(shí)間，提高行車密度，從而導(dǎo)致運(yùn)用車數(shù)增加，影響到車輛段的系統(tǒng)規(guī)模。采用全自動(dòng)運(yùn)行列車的線路具備提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的條件，應(yīng)根據(jù)線路情況，重新論證系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，而不是機(jī)械的套用30對(duì)/h。系統(tǒng)能力的提高將使車輛段占地增大，此時(shí)車輛段設(shè)計(jì)應(yīng)做好近遠(yuǎn)期結(jié)合，避免土地資源長(zhǎng)期閑置。

4.2 正線停車線停車

全自動(dòng)運(yùn)行列車可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，無(wú)需列車乘務(wù)員的出退勤管理，車站停車線仍具備自動(dòng)休眠、喚醒功能。隨著智能運(yùn)維模式的探索推廣，大量的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備在場(chǎng)段和正線上投入使用，列車將不再需要每日回段日檢，增大列車日常檢查間隔是一種趨勢(shì)。此外，全自動(dòng)駕駛模式利用車站停車線停車將更加靈活，減少了列車空走距離，提高了運(yùn)營(yíng)靈活性，從而可減小車輛段的停車列檢庫(kù)規(guī)模。目前，由于全自動(dòng)運(yùn)行模式尚需經(jīng)驗(yàn)積累，停車列檢規(guī)模暫不宜考慮車站停車，但可在一定程度上防范由于系統(tǒng)能力增大帶來(lái)的場(chǎng)段停車能力不足的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 運(yùn)用車數(shù)量

全自動(dòng)運(yùn)行列車的應(yīng)用減少了列車出入段時(shí)間、折返時(shí)間、停站時(shí)間，從而使列車平均周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短，上線運(yùn)用車數(shù)量相應(yīng)減少，配屬車數(shù)隨之減少，從而導(dǎo)致車輛段的規(guī)?？s小。行車組織運(yùn)營(yíng)仿真應(yīng)按全自動(dòng)運(yùn)行模式進(jìn)行，可準(zhǔn)確確定車輛段規(guī)模，提高設(shè)計(jì)精確性。

4.4 備用控制中心

采用全自動(dòng)運(yùn)行列車的線路宜設(shè)置備用控制中心，當(dāng)主用控制中心發(fā)生故障時(shí)，可實(shí)時(shí)切換到備用控制中心。一般設(shè)置簡(jiǎn)易的備用控制中心，常設(shè)置在車輛段，建議與DCC合設(shè)，最大程度地實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地、設(shè)備和人員的共享。

5 結(jié)語(yǔ)

全自動(dòng)運(yùn)行列車在城市軌道交通工程中逐漸被采用，對(duì)車輛段的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了較大的影響。原有的車輛段設(shè)計(jì)理念已不能滿足全自動(dòng)運(yùn)行列車的需求，需要在實(shí)踐中不斷積累自動(dòng)化場(chǎng)段設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，豐富設(shè)計(jì)思路。期望本文針對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行列車車輛段設(shè)計(jì)研究所得出的結(jié)論和建議為相關(guān)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

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收稿日期 2019-12-05

責(zé)任編輯 黨選麗

Research on design of FAO train depot for

urban rail transit

Yang Ziliang

Abstract： Firstly， this paper summarizes the main changes brought by the FAO train to the depot design， and analyzes the design features and precautions of the general layout of different sections of the depot. Secondly， it studies the changes of the main design parameters of the depot parking garage， switching track and cleaning and washing garage， and gives design suggestions. In the final conclusion， it points out the other influences of the design of the FAO train onto the depot. The conclusions and suggestions provide references and basis for the general layout design and process design of FAO train depot.

Keywords： urban rail transit， fully automated operation （FAO） train， vehicle depot， design， research

作者簡(jiǎn)介：楊子亮（1983—），男，高級(jí)工程師