嚴(yán)寒地區(qū)地鐵車輛段洗車設(shè)施設(shè)計(jì)實(shí)踐

韓秀輝

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 前言

洗車設(shè)施是地鐵車輛段最常用的車輛運(yùn)用整備設(shè)施之一，承擔(dān)列車車體外表面灰塵、油污及其他污漬清洗的任務(wù)，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)性以及后期運(yùn)營(yíng)效率。

隨著地鐵工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)高效運(yùn)營(yíng)工作的需求不斷提升，列車清洗技術(shù)由人工擦洗、高壓水沖洗逐漸轉(zhuǎn)為洗車機(jī)自動(dòng)刷洗。洗車機(jī)分為固定式洗車機(jī)和移動(dòng)式洗車機(jī)。相比于移動(dòng)式洗車機(jī)，固定式洗車機(jī)更為功能齊全、穩(wěn)定可靠、清洗效率高且效果好，在地鐵建設(shè)過(guò)程中被廣泛采用。

因固定式洗車機(jī)造價(jià)高、專業(yè)接口繁多、工藝流程復(fù)雜，在工程建設(shè)中統(tǒng)籌考慮相關(guān)設(shè)施設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。尤其是在嚴(yán)寒地區(qū)，氣候特征對(duì)洗車設(shè)施設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

目前，學(xué)者們對(duì)洗車設(shè)施的研究多數(shù)為針對(duì)洗車線布置形式或洗車機(jī)某一子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及現(xiàn)場(chǎng)使用需求的單一問(wèn)題進(jìn)行分析研究[1-9]，而鮮有針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)氣候特性的洗車設(shè)施整體設(shè)計(jì)研究。筆者結(jié)合哈爾濱地鐵場(chǎng)段多年來(lái)項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出一種嚴(yán)寒地區(qū)地鐵洗車設(shè)施設(shè)計(jì)方案，以期為類似氣候條件下的洗車設(shè)施設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參考。

2 嚴(yán)寒地區(qū)洗車設(shè)施設(shè)計(jì)原則

哈爾濱位于東經(jīng)125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′之間。氣候?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，冬長(zhǎng)夏短，集中降雪期為每年11月至次年1月。冬季1月平均氣溫約-19℃，歷年極端最低氣溫-38.1℃；夏季7月的平均氣溫約23℃，歷年極端最高氣溫36.4℃。該地區(qū)所運(yùn)營(yíng)的地鐵車輛技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 車輛技術(shù)參數(shù)表

因所處地理位置的特殊氣候特點(diǎn)，嚴(yán)寒地區(qū)與其他地區(qū)洗車設(shè)施有所不同，如在總平面內(nèi)洗車線布置形式一般選擇盡端式；洗車主庫(kù)設(shè)為長(zhǎng)庫(kù)，邊跨房屋結(jié)合主庫(kù)洗車設(shè)備位置條件布置并設(shè)蒸汽分配室；在洗車工藝流程及設(shè)備布置方案方面，需考慮設(shè)定預(yù)熱烘干環(huán)節(jié)以提升清洗效果等。

根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的27.3.12 條要求[10]，車輛段應(yīng)設(shè)機(jī)械洗車設(shè)施，設(shè)施包括洗車機(jī)、洗車線路和生產(chǎn)房屋。洗車設(shè)施設(shè)計(jì)原則有以下4 條：

（1）洗車線有效長(zhǎng)按洗車設(shè)備前后各有1 列車長(zhǎng)的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)；

（2）考慮到哈爾濱的氣候寒冷，列車清洗作業(yè)區(qū)應(yīng)設(shè)在庫(kù)內(nèi)；

（3）洗車庫(kù)按掛網(wǎng)設(shè)計(jì)，洗車時(shí)列車自行進(jìn)出庫(kù)；

（4）洗車設(shè)備選型及布置滿足嚴(yán)寒地區(qū)清洗工藝需求。

基于以上原則，下文將分別從洗車線路、生產(chǎn)房屋和洗車機(jī)3 個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐分析。

3 洗車線路布置

洗車線布置形式分為盡端式和貫通式。與盡端式洗車線相比，貫通式洗車線具有洗車時(shí)間及洗車間隔時(shí)間短、調(diào)車作業(yè)靈活的優(yōu)勢(shì)，在工程應(yīng)用中更為常見(jiàn)。但考慮到東北地區(qū)寒冷，冬季室外溫度低。貫通式洗車過(guò)程中庫(kù)兩端開(kāi)敞，無(wú)法保證列車清洗作業(yè)溫度，影響洗滌劑的作用效果，甚至易造成車體及部件遇冷水結(jié)冰而影響列車正常使用。故考慮采用盡端式洗車線路，在帶預(yù)熱烘干功能洗車機(jī)的盡端式封閉庫(kù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行洗車作業(yè)。

3.1 洗車線有效長(zhǎng)

盡端式洗車線有效長(zhǎng)應(yīng)按下式計(jì)算確定[10]：

式（1）中：Ljs表示盡端式洗車線有效長(zhǎng)度，m；2L表示洗車機(jī)設(shè)備前后各一列車長(zhǎng)度，m；Ls表示洗車機(jī)長(zhǎng)度（包括聯(lián)鎖設(shè)備），m；10 為線路終端安全距離，m。

一般洗車機(jī)（不含預(yù)熱烘干設(shè)備、信號(hào)燈、停車標(biāo)志牌等）設(shè)備區(qū)占用線路長(zhǎng)度約70 m。按上式計(jì)算得，洗車線有效長(zhǎng)為2×119+70+10=318 m。

3.2 總平面布置

綜合考慮用地條件、總平面布置方案等因素，洗車線與鏇輪線、停車列檢線（2 列位/線）并列盡端式布置，如圖1所示。

圖1 車輛段總平面布置圖

車輛段設(shè)施整體呈南北向布置，由北至南依次為洗車鏇輪庫(kù)、停車列檢庫(kù)、聯(lián)合檢修庫(kù)、調(diào)機(jī)及工程車庫(kù)。試車線緊鄰南側(cè)用地界，物資總庫(kù)、蓄電池間等建筑位于聯(lián)合檢修庫(kù)西側(cè)，生活辦公區(qū)建筑位于車輛段西南側(cè)。

列車入段后，若需清洗，則直接進(jìn)入洗車線，完成清洗作業(yè)后，通過(guò)入段線北側(cè)的牽出線進(jìn)入停車列檢線或雙周三月檢線；若不需清洗，則直接進(jìn)入停車列檢線或雙周三月檢線。

4 生產(chǎn)房屋

生產(chǎn)房屋分為洗車主庫(kù)及邊跨輔助房屋。房屋的布局應(yīng)考慮洗車工藝流程及洗車設(shè)備布置方案等因素。

4.1 洗車主庫(kù)

4.1.1 主庫(kù)布局分區(qū)

冬季天氣寒冷，理想狀態(tài)下的的洗車作業(yè)應(yīng)在列車入庫(kù)后、關(guān)閉庫(kù)門并保溫后再開(kāi)始。但出于這種考慮而建設(shè)的洗車庫(kù)長(zhǎng)度在300 m 以上，不僅會(huì)導(dǎo)致工程前期建設(shè)投資大、后期運(yùn)營(yíng)采暖費(fèi)用高，還會(huì)使洗車庫(kù)與其他建筑單體不協(xié)調(diào)，影響總平面布置。

基于上述原因，考慮允許列車駛?cè)胂窜囋O(shè)備區(qū)前，部分車輛停留在庫(kù)外。為減少列車在庫(kù)前平交道的停留時(shí)間，并提升待清洗車體溫度，需要使列車編組中盡可能多的車輛駛?cè)霂?kù)內(nèi)。因此，在滿足洗車機(jī)后線路長(zhǎng)度需求的前提下，洗車機(jī)宜盡量靠庫(kù)后設(shè)置。

列車清洗過(guò)程中采用入庫(kù)預(yù)熱清洗、庫(kù)后瀝水折返及烘干出庫(kù)的方式。庫(kù)前區(qū)為洗車機(jī)設(shè)備布置區(qū)，庫(kù)后區(qū)為清洗后列車瀝水折返區(qū)。

4.1.2 庫(kù)長(zhǎng)及庫(kù)寬設(shè)計(jì)

洗車主庫(kù)長(zhǎng)度需考慮洗車機(jī)長(zhǎng)度Ls、預(yù)熱烘干機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度Lh及列車長(zhǎng)度L、線路終端安全距離10 m，另考慮庫(kù)后人員通道寬度5 m，故洗車庫(kù)長(zhǎng)度不小于234 m（70 + 30 + 119 + 10 + 5）。

設(shè)計(jì)過(guò)程中原考慮將洗車鏇輪庫(kù)與停車列檢庫(kù)合建為運(yùn)用組合庫(kù)，在大庫(kù)中間設(shè)消防通道。但應(yīng)消防部門要求，洗車及鏇輪設(shè)施為常用設(shè)施，若作業(yè)過(guò)程中大庫(kù)發(fā)生火災(zāi)，正在作業(yè)的列車可能占用消防車道而影響消防救援，故將洗車及鏇輪設(shè)施從大庫(kù)中拆分出來(lái)。

因天氣寒冷，鏇輪作業(yè)也需在庫(kù)內(nèi)進(jìn)行，并滿足鏇輪設(shè)備前后各一列車的要求。同時(shí)，為利于總平面建筑布局整體美觀及集約用地，將洗車庫(kù)與鏇輪庫(kù)合建，庫(kù)長(zhǎng)與停車列檢庫(kù)取齊，即為276 m（軸線尺寸，下同）。綜合考慮股道兩側(cè)洗車機(jī)設(shè)備布置及維修空間、人員通行空間，庫(kù)寬為9 m，洗車庫(kù)平面布局如圖2所示。

4.1.3 設(shè)備設(shè)施配置

洗車主庫(kù)設(shè)有預(yù)熱烘干機(jī)構(gòu)、刷洗機(jī)構(gòu)、淋雨試驗(yàn)機(jī)構(gòu)、監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)燈及停車標(biāo)志牌等。因列車清洗后駛?cè)霂?kù)后區(qū)停放時(shí)，車體表面的殘留水滴落在有灰塵的地面會(huì)形成污漬，故在庫(kù)后列車折返區(qū)股道兩側(cè)設(shè)排水溝，用于承接車體外皮滴落水，保證庫(kù)后區(qū)地面效果。洗車庫(kù)主庫(kù)邊墻設(shè)供暖設(shè)施，保證洗車庫(kù)內(nèi)溫度不低于10℃的環(huán)境需求。

4.2 邊跨輔助房屋

邊跨輔助房屋含控制室、機(jī)械水處理間、蒸汽分配室、設(shè)備維修間及備品間等，邊跨長(zhǎng)90 m、寬6 m，邊跨輔助房屋平面布局如圖2所示，房屋布置遵循以下原則。

圖2 洗車庫(kù)平面布局圖（單位：mm）

（1）控制室設(shè)控制臺(tái)及電控柜，房間宜靠近庫(kù)內(nèi)端洗區(qū)與機(jī)械水處理間，便于工作人員通過(guò)觀察窗瞭望端刷洗、側(cè)刷洗等工位工作狀態(tài)，并對(duì)各用電子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行供電。

（2）機(jī)械水處理間設(shè)供水及水處理設(shè)備、供氣及供洗滌劑設(shè)備、沉淀過(guò)濾池及循環(huán)水池，房間宜布置在洗刷工位附近，便于縮短管路敷設(shè)路徑并保證介質(zhì)傳遞效率。

（3）蒸汽分配室設(shè)蒸汽減壓閥、蒸汽分配罐及蒸汽管路，可對(duì)鍋爐房提供的蒸汽進(jìn)行調(diào)壓并將蒸汽分配給主庫(kù)內(nèi)的熱風(fēng)幕，以供列車清洗前的預(yù)熱及清洗后出庫(kù)前的烘干，故房間位置宜靠近蒸汽源（鍋爐房）及洗車庫(kù)內(nèi)預(yù)熱、烘干工位（蒸汽熱風(fēng)幕區(qū)）。

基于嚴(yán)寒地區(qū)氣候特性，下文將說(shuō)明列車冬季清洗工藝流程、洗車設(shè)備布置方案及部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

5 列車冬季清洗工藝流程

參照如圖3所示的洗車機(jī)工位布置，洗車工藝流程分為如下所示的10 個(gè)步驟。

圖3 洗車機(jī)工位立面示意圖（單位：mm）

（1）列車根據(jù)庫(kù)前信號(hào)燈指示入庫(kù)，駛?cè)腼L(fēng)幕預(yù)熱工位（N1～N6），用熱風(fēng)幕進(jìn)行車體預(yù)熱調(diào)溫。

（2）列車駛?cè)腩A(yù)熱噴淋工位（PR1、PR2），用熱水預(yù)濕噴淋機(jī)構(gòu)繼續(xù)調(diào)節(jié)車皮溫度，并將列車車體外皮濕潤(rùn)，沖刷表面灰塵。

（3）列車駛?cè)胂礈靹┩磕üの唬˙S1），洗滌劑涂抹機(jī)構(gòu)將經(jīng)過(guò)（用回用水）稀釋后的洗滌劑噴淋到車體外表面上，提高車體外表面的濕潤(rùn)性，增強(qiáng)洗滌效果。

（4）列車駛?cè)攵讼垂の唬˙E），根據(jù)指示信號(hào)停車，進(jìn)行列車端面刷洗，端刷上行程為回用水（可選是否加入洗滌劑）除垢刷洗，下行程為清水刷洗。

（5）列車根據(jù)信號(hào)燈指示啟動(dòng)，駛?cè)雮?cè)面初刷洗工位（BS2），用回用水進(jìn)行列車側(cè)面初刷洗，可選是否加入洗滌劑。

（6）列車駛?cè)雮?cè)面次刷洗及側(cè)頂弧刷洗工位（BS3、BR），用回用水進(jìn)行列車側(cè)面次刷及側(cè)頂弧刷洗，不加入洗滌劑。

（7）列車駛?cè)氤鯖_洗工位（R1），用回用水或清水對(duì)車頭端面、側(cè)頂弧、車側(cè)面進(jìn)行噴淋沖洗，沖洗殘留洗滌劑，防止其干結(jié)在車輛表面上。

（8）列車駛?cè)雮?cè)面精刷洗工位（BS4），用清水進(jìn)行列車側(cè)面精刷洗。

（9）列車駛?cè)虢K沖洗工位（R2），沖洗采用經(jīng)電子軟化處理的自來(lái)水，不需加入濕潤(rùn)劑，以防止殘留水干結(jié)在窗戶上。

（10）列車駛?cè)霂?kù)后瀝水區(qū)靜置一段時(shí)間后，折返通過(guò)熱風(fēng)幕區(qū)，吹掃烘干后出庫(kù)。

6 洗車設(shè)備布置方案

設(shè)備布置需考慮以下因素：清洗流程順暢、系統(tǒng)安全可靠、清洗效果優(yōu)、造價(jià)合理。洗車機(jī)為貫通式設(shè)計(jì)，沿主庫(kù)線路按工藝流程布置設(shè)備，邊跨輔助房屋設(shè)備結(jié)合主庫(kù)工位需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)備由哈爾濱威克軌道交通技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司制造，設(shè)備平面布置如圖4所示，洗車機(jī)系統(tǒng)組成如表2所示。

表2 洗車機(jī)設(shè)備系統(tǒng)組成表 套

圖4 洗車庫(kù)設(shè)備平面布置圖（單位：mm）

7 部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

洗車機(jī)各刷洗系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等與其他地區(qū)洗車機(jī)功能及組成類似，差異性不大。本節(jié)重點(diǎn)介紹預(yù)熱烘干風(fēng)幕系統(tǒng)、預(yù)冷/預(yù)熱系統(tǒng)和淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

7.1 預(yù)熱烘干風(fēng)幕系統(tǒng)

相比電熱風(fēng)幕和熱水風(fēng)幕，蒸汽風(fēng)幕具有節(jié)能環(huán)保及制熱效果好的優(yōu)勢(shì)，更適于嚴(yán)寒地區(qū)。故預(yù)熱烘干風(fēng)幕系統(tǒng)熱媒采用蒸汽，由蒸汽分配室附近的鍋爐房供汽。列車預(yù)熱和烘干過(guò)程如下。

（1）預(yù)熱過(guò)程。預(yù)熱系統(tǒng)由2 個(gè)單元共6 組12 套預(yù)熱風(fēng)幕組成，分為低溫預(yù)熱單元和高溫預(yù)熱單元。低溫預(yù)熱單元由2 組低溫風(fēng)幕組成，負(fù)責(zé)緩沖車體表面低溫；高溫預(yù)熱單元由4 組高溫風(fēng)幕組成，負(fù)責(zé)提高車體表面溫度，為后續(xù)熱水噴淋進(jìn)一步預(yù)熱提供條件，防止車窗玻璃直接遇熱水炸裂。通過(guò)調(diào)整閥門開(kāi)啟程度，可控制風(fēng)幕出口空氣溫度，保證清洗要求及效果。蒸汽與熱交換系統(tǒng)原理如圖5所示。

圖5 蒸汽與熱交換系統(tǒng)原理圖

（2）烘干過(guò)程。烘干過(guò)程仍由熱風(fēng)幕實(shí)現(xiàn)，當(dāng)冬季列車入庫(kù)進(jìn)行清洗作業(yè)時(shí)，經(jīng)過(guò)上述的預(yù)熱過(guò)程后進(jìn)行刷洗、沖洗，清洗完成后到庫(kù)內(nèi)洗車區(qū)后端進(jìn)行瀝水，車輛折返出庫(kù)時(shí)再次經(jīng)過(guò)熱風(fēng)幕吹掃烘干。

7.2 預(yù)冷/預(yù)熱系統(tǒng)

預(yù)冷/預(yù)熱系統(tǒng)用于洗車前調(diào)節(jié)溫度。冬季預(yù)熱噴熱水，由噴嘴噴出均勻、扇形的循環(huán)水水霧，以提升車體外表面的溫度。系統(tǒng)設(shè)有2 組共4 套固定噴淋管，熱水由機(jī)械水處理間的板式熱交換器對(duì)分配罐蒸汽與循環(huán)水池冷水進(jìn)行熱交換而來(lái)，溫度可控可調(diào)。夏季預(yù)冷噴冷水，以降低車體外表面的溫度，使后面洗滌劑涂抹工位噴出的洗滌劑不至于揮發(fā)，增強(qiáng)洗滌效果。

7.3 淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)

淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)是用于檢查列車水密封性能的配套設(shè)備。出于安全考慮，淋雨試驗(yàn)裝置設(shè)置于端洗機(jī)構(gòu)附近，與端洗機(jī)構(gòu)一同置于洗車線接觸網(wǎng)斷電區(qū)域。淋雨試驗(yàn)采用列車斷續(xù)移動(dòng)方式進(jìn)行。系統(tǒng)設(shè)有3 組固定噴淋管，并參照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)。試驗(yàn)用供排水設(shè)施借助于洗車庫(kù)現(xiàn)有設(shè)施。

8 結(jié)語(yǔ)

洗車設(shè)施實(shí)現(xiàn)洗車作業(yè)的自動(dòng)化，極大提升運(yùn)營(yíng)效率。完善的洗車設(shè)施方案設(shè)計(jì)不僅可以減少建設(shè)期間工程風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省投資，也能降低運(yùn)營(yíng)期間成本及設(shè)備故障率，確保工程的順利實(shí)施并達(dá)到良好的使用效果。

本文所設(shè)計(jì)的洗車設(shè)施現(xiàn)已投入運(yùn)營(yíng)近1年，用戶反饋運(yùn)行情況良好，達(dá)到預(yù)期目的，但設(shè)計(jì)過(guò)程中存在以下3 點(diǎn)問(wèn)題需要注意。

（1）洗車機(jī)招標(biāo)滯后于施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)度。因設(shè)備招標(biāo)滯后，土建預(yù)留預(yù)埋需求難以與大庫(kù)整體設(shè)計(jì)統(tǒng)籌考慮，設(shè)備招標(biāo)后不得以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)已實(shí)施情況調(diào)整設(shè)備方案，如本設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中，洗車機(jī)招標(biāo)后設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)大庫(kù)結(jié)構(gòu)已部分施工，設(shè)備的部分預(yù)留預(yù)埋需求難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致洗車機(jī)及邊跨不得已靠近庫(kù)前端，難以后移，影響洗車效果。

（2）散熱器與洗車機(jī)附屬設(shè)備沖突。因冬季寒冷，為保證庫(kù)內(nèi)工作環(huán)境溫度，洗車庫(kù)墻邊布置大量翅片散熱器，但其與洗車機(jī)沿墻附屬設(shè)備沖突，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法安裝。經(jīng)暖通專業(yè)重新核算采暖量，拆改現(xiàn)場(chǎng)已實(shí)施的5 處散熱器，如圖6所示。

圖6 散熱器拆改后效果

（3）風(fēng)管與端刷機(jī)構(gòu)沖突。因洗車庫(kù)較長(zhǎng)且封閉，根據(jù)規(guī)范要求，暖通專業(yè)沿梁下設(shè)置較長(zhǎng)的大截面風(fēng)管，但其占用端刷機(jī)構(gòu)上導(dǎo)軌預(yù)埋件下方空間，如圖7所示，造成設(shè)備制造商進(jìn)場(chǎng)后無(wú)法安裝端刷機(jī)構(gòu)，經(jīng)暖通專業(yè)重新核算，截?cái)嗉s10 m 風(fēng)管。

圖7 風(fēng)管占用端刷上導(dǎo)軌下方空間

結(jié)合以上問(wèn)題，針對(duì)大型設(shè)備土建及風(fēng)水電接口復(fù)雜、難以進(jìn)行包容性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，建議設(shè)計(jì)時(shí)提前與業(yè)主充分溝通，盡快完成設(shè)備招標(biāo)及設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)，穩(wěn)定接口條件后完成設(shè)計(jì)，并力求與大庫(kù)整體同步實(shí)施。同時(shí)，設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)與設(shè)備制造商充分溝通設(shè)備技術(shù)要求并對(duì)相關(guān)專業(yè)提出全面要求，避免現(xiàn)場(chǎng)拆改。