寧波市軌道交通4號線東錢湖車輛段上蓋開發(fā)項目的設計思路及創(chuàng)新性技術應用*

代 剛

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,430063,武漢∥高級工程師)

目前，我國已建成和在建的城市軌道交通車輛基地已超過400座，其中采取上蓋開發(fā)的車輛段及停車場已超過50座。在很多城市，車輛基地的上蓋開發(fā)已成為了必選項。車輛基地上蓋開發(fā)在實施過程中面臨總平面布置、蓋上開發(fā)與蓋下車輛段界面協(xié)調，以及消防要求高、建設時序復雜、工期長等諸多難題[1-3]。鑒于此，本文以寧波軌道交通4號線東錢湖車輛段上蓋開發(fā)項目為案例[4]，介紹其設計思路及創(chuàng)新性技術應用，為類似項目提供參考。

1 研究背景

東錢湖車輛段位于寧波市軌道交通4號線(以下簡為“4號線”)線路南端，距離東錢湖風景區(qū)1.2 km，處于東錢湖大道、玉泉南路、規(guī)劃環(huán)湖西路、規(guī)劃紫金中路圍合地塊，其東側有1條規(guī)劃河道。東錢湖車輛段區(qū)位如圖1所示。

圖1 東錢湖車輛段區(qū)位

根據線網功能定位，東錢湖車輛段定位為定修段，承擔4號線全部配屬列車的定修、臨修、鏇輪，以及部分配屬列車的周檢、月檢和停放任務。圖2為東錢湖車輛段上蓋部分的剖面示意圖。

圖2 東錢湖車輛段上蓋部分剖面示意圖

2 設計思路

2.1 總平面布置及蓋下工作環(huán)境的改善

上蓋開發(fā)車輛段的大部分庫房均處于蓋下，相應作業(yè)環(huán)境較差[5]，主要體現(xiàn)在：①蓋下通風條件差，特別是南方梅雨天氣濕度較高；②蓋下采光較差，除蓋體邊緣及蓋體開孔處，大部分區(qū)域生產作業(yè)白天均需要照明。

文獻[6]提出了一種“以距離換環(huán)境”的理念，將生產車間和配套辦公用房進行分離，將段內辦公用房最大限度遷至蓋外，從而達到根本改善運營辦公條件的目的。由于車輛段人員辦公主要集中在綜合樓，因此將綜合樓調整至蓋外是改善作業(yè)環(huán)境的主要途徑。相應的總平面布置主要有2種方案：

方案一：綜合樓位于蓋下，緊鄰蓋體邊緣，靠近檢修庫及停車列檢庫等主要生產用房，如圖3所示。

圖3 上蓋車輛段總平面布置方案一

方案二：將綜合樓設于蓋上，并在靠近檢修庫、停車列檢庫等主要生產用房處設置垂直交通盒，如圖4所示。

圖4 上蓋車輛段總平面布置方案二

方案一適用條件為：蓋下用地條件較為寬松，物業(yè)開發(fā)品質較高，車輛段區(qū)域與物業(yè)開發(fā)區(qū)域獨立設置。

方案二適用條件為：蓋下用地條件較為局促，同時蓋上物業(yè)允許布置車輛段辦公用房，但存在物業(yè)與車輛段辦公區(qū)域交叉。

東錢湖車輛段采用上蓋與落地開發(fā)結合的形式。由于東錢湖車輛段處于河道及城市路網圍合區(qū)域，受用地條件限制，高品質住宅開發(fā)主要布置在蓋上，在蓋外區(qū)域布置車輛段辦公樓。為盡可能減少對落地物業(yè)開發(fā)的影響，車輛段廠前區(qū)設置于咽喉區(qū)，如圖5所示。

圖5 東錢湖車輛段總平面區(qū)位條件

根據用地條件，將綜合樓布置在蓋外咽喉區(qū)，靠近主入口，可以改善采光條件。

新車和檢修完成后的列車多從檢修庫內轉入試車線，以進行全面的動態(tài)性能檢測調試。為減少列車的折返調車作業(yè)和咽喉區(qū)的交叉干擾，試車線需與檢修庫相鄰設置。試車線的長度普遍遠長于車輛段其他設施用地，其位置設置受周邊地形條件的限制較大。為滿足試車線與檢修庫的位置關系，保證試車線聯(lián)絡線與檢修庫咽喉區(qū)連接順暢，在車輛段總平面布置時，應充分結合地形條件合理設置試車線。

在車輛段段內，試車線區(qū)域的列車開行速度最高， 列車開行產生的噪聲和振動也最大。因此，應盡量將試車線設置于蓋下，并采取相關減振措施，以減小試車線作業(yè)時的噪聲對上蓋物業(yè)的影響，進而提高開發(fā)品質。

綜上所述，東錢湖車輛段總平面布置概念圖如圖6所示。

圖6 東錢湖車輛段總平面布置方案

車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)后，其蓋下的采光通風等條件均較差。為改善蓋下環(huán)境，宜在蓋邊等部分采光較好的區(qū)域種植喜陰類植物，在生產區(qū)使用硬質鋪裝。

2.2 蓋板高度

根據開發(fā)要求，車輛段上蓋平臺設置為1層或者2層蓋板。為方便上蓋物業(yè)設施的布置，應盡量設置統(tǒng)一高程的平臺。其中1層蓋板平臺的高程主要受蓋下車輛通行，以及接觸網、排煙風管、消防水管等設施的布置要求限制[7]。運用庫及檢修庫的作業(yè)空間對1層蓋體平臺的高程影響尤為突出。影響高度設計的上蓋開發(fā)車輛段庫房主要設施見表1。

表1 影響高度設計的上蓋開發(fā)車輛段庫房主要設施

東錢湖車輛段大架修庫及定臨修庫均需設置2臺10 t雙梁橋式起重機。首先，綜合考慮架車作業(yè)的高度、起重機司機室下部高程、起重機的結構尺寸等諸多因素，將大架修庫及定臨修庫的起重機走行軌高程定為8.1～8.4 m；然后，考慮起重機結構頂部至走行軌高程的距離為1.8 m，排煙風機、風管、消防水管等設施的布置空間高度為1.5 m，故建議大架修庫及定臨修庫的庫頂梁底高程不小于11.5 m。此外，大架修庫及定臨修庫的庫內凈高要求遠大于靜調庫、吹掃庫及周月檢庫等。因此，在大架修及定臨修庫區(qū)域僅設置1層平臺板，作為通高區(qū)域；在其他區(qū)域設置2層平臺板，并在平臺板之間設置上蓋物業(yè)的車位。受車型、工藝設備設施、機電設備管線及建筑結構等因素綜合影響，1層蓋板高程的建議值及限值如表2所示。

表2 不同車型上蓋開發(fā)1層蓋板建議高程

2.3 消防及蓋體合規(guī)性設計

一方面，上蓋車輛段的消防要求比非上蓋車輛段更高[8]；另一方面，消防設計還需要考慮蓋下消防對上蓋物業(yè)開發(fā)的影響。車輛段消防與蓋上物業(yè)的消防通常為獨立設計：車輛段所在層與上蓋物業(yè)之間需進行防火分隔，即通過樓板、梁、柱等完全分隔開；物業(yè)開發(fā)的垂直交通及水平交通與車輛基地完全分隔。在此情況下，可將車輛段所在層視為獨立消防安全面，依照相關規(guī)范進行消防設計。

GB 51298—2018《地鐵設計防火標準》要求：車輛基地建筑的承重構件的耐火極限不應低于3.00 h，樓板的耐火極限不應低于2.00 h。然而，對應耐火時限的樓板厚度及鋼筋保護層厚度設置卻無規(guī)范可依[9]。各地樓板厚度、保護層厚度、構件耐火時限及規(guī)范的調研統(tǒng)計結果如表3所示。

表3 建筑構件消防設計統(tǒng)計表

由于各地標準均不統(tǒng)一，參考寧波市軌道交通1號線天童莊車輛段的消防性能化結論，確定東錢湖車輛段上蓋蓋板厚度及鋼筋保護層厚度如表4所示。

表4 東錢湖車輛段上蓋蓋板厚度及鋼筋保護層厚度

在蓋下區(qū)域，各單體應優(yōu)先考慮自然通風排煙，如無自然排煙條件或自然排煙達不到要求，則應設機械排煙。東錢湖車輛段蓋下單體運用庫、檢修庫及物質總庫采用機械排煙，其余單體及公共區(qū)域采用自然排煙。各地上蓋開發(fā)項目自然排煙開孔要求各異，如過多開孔，將對物業(yè)開發(fā)品質影響較大；如不開孔，對蓋下車輛段的通風排煙及采光均有影響[10]。在設計過程中，需消防、運營與物業(yè)開發(fā)及時溝通，以平衡各方需求，還需注意蓋板設計應盡可能合規(guī)適用，以易于審查。

2.4 結構設計

根據GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》，跨度超過18 m的結構屬于大跨度結構，需考慮豎向地震作用。根據以往地震經驗，大跨度結構震害較為嚴重。東錢湖車輛段區(qū)位屬7度半地震烈度區(qū)，且其場地類別為Ⅲ類和Ⅳ類，地質條件非常差，故需考慮地震作用放大。此外，大跨度結構還存在施工難度大、不易控制施工溫度裂縫(大體積混凝土)和擾度等問題，其建設成本高。因此，在東錢湖車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)方案中，在大跨度結構上方應避免布置住宅建筑。

住宅區(qū)域應布置在運用庫及檢修庫等大庫柱網較為規(guī)整的區(qū)域(B區(qū))，在出入段線區(qū)域，住宅應避開大跨度區(qū)域(A區(qū))。在咽喉區(qū)(C區(qū))，由于柱網布局不規(guī)則，故物業(yè)開發(fā)按綠地及社區(qū)配套用房進行考慮。物業(yè)開發(fā)總平面如圖7所示。

圖7 蓋上物業(yè)開發(fā)總平面布置

蓋體的荷載是車輛段上蓋結構設計需考慮的重要因素[11]。第1層及第2層蓋體施工的實施時序及同步實施范圍也需綜合考慮各種工況下的荷載。東錢湖車輛段的1層蓋體整體同步實施，2層蓋體由上蓋物業(yè)開發(fā)方實施。施工期間及上蓋物業(yè)完成后運營期間的荷載均需在設計中考慮。各部位的設計活荷載取值如表5所示。

表5 各部位的設計均布活荷載

消防車按照30 t考慮。根據建筑結構荷載規(guī)范，消防車荷載取值為20 kN/m2。在局部預留的施工通道及塔吊區(qū)域，活荷載不應超過54 kN/m2。

3 創(chuàng)新性技術應用

3.1 裝配式建筑

車輛基地上蓋土建施工項目的工程量大。車輛基地主體大多采用現(xiàn)澆結構。車輛基地施工周期短，施工質量及可靠性要求高，故東錢湖車輛段上蓋部分采用了施工方便、質量可控性高的裝配式建筑形式。

車輛段檢修立柱不僅數(shù)量巨大、施工周期長，而且需要準確定位，才能保證后期鋼軌的精確安裝。這是滿足車輛段實際需求的關鍵。對此，東錢湖車輛段成為國內首次應用了裝配式檢修立柱(見圖8)的車輛段。

圖8 裝配式檢修立柱實景

3.2 智慧車輛段

隨著各地逐年攀升的線網規(guī)模，與日劇增的客流量，日益多樣化的乘客出行需求，信息技術的日新月異，城市軌道交通行業(yè)管理理念開始從“重建設”到“重運營”轉變。

智慧車輛段是“智慧城軌”的重要分支，需要借助新一代信息技術，提高設備設施的安全性和可靠性，推動設施設備從“計劃修”到“狀態(tài)修”轉變。智慧車輛段主要采用了以下創(chuàng)新技術：

1) 全面集成應用了車載蓄電池管理、脫軌檢測、障礙物檢測、車門防夾檢測、弓網檢測及接觸網懸掛狀態(tài)檢測等系統(tǒng)，并在軌旁設置了弓網、軸溫、輪對等檢測系統(tǒng)，其能準確監(jiān)測轉向架、受電弓、車體、軌道及接觸網等關鍵節(jié)點的運行狀態(tài)，實現(xiàn)車地融合、互相監(jiān)測，為實現(xiàn)“狀態(tài)修”奠定了硬件基礎。

2) 集成了車輛調度系統(tǒng)、智能運維系統(tǒng)及車輛監(jiān)測系統(tǒng)，能分析列車實時狀態(tài)，對車輛進行遠程監(jiān)控。通過大數(shù)據平臺、多源異構數(shù)據處理及檢修運維應用等技術手段，實現(xiàn)了檢修運維服務新模式，為實現(xiàn)“狀態(tài)修”奠定軟件基礎。

3) 充分發(fā)揮BIM(建筑信息模型)技術優(yōu)勢，構建檢修設備及相關構筑物信息標準；采用信息與模型脫離的形式，實現(xiàn)數(shù)據在車輛運維全生命周期的流轉、共享與智能分析，兌現(xiàn)車輛“狀態(tài)修”，探索性創(chuàng)建智能運維系統(tǒng)。

4) 運用檢修人員作業(yè)流程的標準化管理、安全監(jiān)控與自動報警(全自動駕駛防入侵等)技術、檢修人員作業(yè)的智能化探索技術(VR即虛擬現(xiàn)實、AR即增強現(xiàn)實、MR即混合現(xiàn)實技術應用)，實現(xiàn)智能化輔助檢修。

3.3 設計中的其他創(chuàng)新

基于上蓋車輛段設計及項目實施情況，其他設計細節(jié)創(chuàng)新點如下：

1) 為減小咽喉區(qū)柱網對司機視線的遮擋，建議該部分柱網采用圓柱形式。

2) 咽喉區(qū)的柱網布置需滿足轉轍機的安裝位置及安裝尺寸要求，避免轉轍機與上蓋平臺柱網位置沖突。

3) 工藝總平面布置需綜合考慮蓋上蓋下交通流線的組織。一般情況下，蓋上蓋下出入口應獨立設置，既能方便蓋上人員的出行，又能提高開發(fā)品質。此外，蓋上蓋下的消防通道宜結合交通組織設計方案獨立考慮。

4) 由于蓋下通風條件較差，列車運行過程中產生的灰塵較難揮散，造成作業(yè)環(huán)境惡化，故咽喉區(qū)宜設置排水設施，以滿足沖洗道床的排水要求。

4 結語

作為高品質車輛基地上蓋開發(fā)項目，東錢湖車輛基地設計將人性化設計理念貫穿始終：通過優(yōu)化總平面布置改善蓋下作業(yè)環(huán)境；設置合理的蓋體標高，以便蓋下檢修作業(yè)及后續(xù)機電設備管線維護保養(yǎng)。合理合規(guī)的消防及蓋體設計是上蓋車輛基地項目重點關注的內容，合理的結構設計是車輛基地安全的重要保障，也是上蓋開發(fā)經濟性重要的評價指標。

車輛基地智能化及數(shù)字化是行業(yè)發(fā)展的趨勢，通過裝配式建筑兼顧了施工質量和施工周期的要求，通過配備智慧化的運維設備、檢修設備及安全設備等裝備，推動設施設備從計劃修到狀態(tài)修轉變，實現(xiàn)運用智能化、無人化，檢修人機融合。