基于全自動駕駛技術的南京地鐵7號線高架車輛段設計

王亞麗

(中鐵上海設計院集團有限公司，200070,上海//高級工程師)

1 項目概況

南京地鐵7號線為南京市首條全自動駕駛模式的線路，位于長江南岸，定位為東北—西南向的大運量局域線。其南起西善橋，北止仙新路，途經雨花臺區、建鄴區、鼓樓區和棲霞區，線路長約35.6 km;設站27座，含換乘站13座，均采用地下敷設方式，平均站間距約1.35 km。

南京地鐵7號線全線按一段一場設置，在起點設西善橋停車場，在終點設馬家園車輛段；利用2號線所街主變電所和3號線濱江路主變電所供電，7號線主控制中心設在馬家園車輛段內。采用B型車、6輛編組，設計最高時速為80 km/h，DC 1 500 V接觸網供電;初/近/遠期均采用大小交路，高峰小時開行對數分別為20、24、30對。本線場段分布及交路形式見圖1。

圖1 南京地鐵7號線場段分布及交路示意圖

馬家園車輛段為定修段，接軌于7號線線路北端仙新路站，段址位于南京鐵路樞紐南京東站既有寧蕪出發線、寧東環到線合圍地塊內，選址示意圖見圖2。主要工程內容包括總平面、工藝、站場、路基、橋涵、房建(含裝修)、給排水,以及消防、動照、暖通、綜合管網、道路、圍墻、綠化等。

由于車輛段用地被鐵路線包圍，對外交通條件較差，出入口均需上跨既有鐵路；出入段線需下穿南京東編組站、京滬鐵路、仙新路并上跨寧東環到線后再以大坡度引入車輛段；此外，車輛段周邊要考慮鐵路限界，場坪與既有鐵路線高差較大，受控因素多、用地局促。經與地面方案進行多方面比較論證后，馬家園車輛段采用架空方式，即出入段線上跨寧東環到線后以平坡入段，將軌行區置于蓋板上，其他生產輔助房屋置于蓋板下，這樣有利于改善出入段線和車輛運營條件，有利于土地集約利用。同時,為了改善蓋下通風采光，在蓋板上因地制宜設置若干采光天井，并引入光導管等先進技術，將蓋下空間打造成集生產、辦公、生活、休閑、綠化為一體的“地下城市”。

圖2 馬家園車輛段選址示意圖

2 全自動駕駛車輛段總平面布置形式

全自動駕駛技術在國內外得到了快速發展，在增加運能、提高系統效率、改善乘坐舒適度、節省人力資源等方面具有顯著優勢。基于全自動駕駛技術的車輛段與常規車輛段不同的是，它需考慮全自動運行區和非自動運行區的劃分，并設置轉換軌用于信號模式的轉換。一般將停車列檢庫、洗車庫線群納入全自動運行區，將周月檢庫、定臨修庫、鏇輪庫、調機工程車庫線群納入非自動運行區，兩個區域不宜間隔布置，并進行物理分割。

總平面布局通常有以下幾種形式：

(1)順接布置，轉換軌兼作牽出線，如圖3所示。停車列檢庫和檢修庫并列順向布置，在出入線一側設牽出線兼轉換軌。這種布置形式在傳統駕駛模式下，列車可以從正線直接駛入停車列檢庫或檢修庫，調車工藝順暢，折角次數少，在地形條件允許的情況下應優先考慮。但在全自動駕駛模式下，由于列車不能直接從正線(全自動運行區)駛入檢修庫(非自動運行區)，必須經過段內信號模式轉換，因此列車先自動進入停車列檢庫，再折返至轉換軌，最后運行至檢修庫，總共需經過2次換向，1次模式切換。同理，檢修結束后返回停車列檢庫待命的列車需經過1次換向、1次模式切換。此外，如果運營單位能夠充分信賴全自動駕駛列車的自檢功能，即列車不需要每日列檢，而是雙日檢或四日檢，那么可將停車列檢庫分為兩部分：一部分僅用于停車，無需分區或設置檢查地溝；另一部分兼顧停車和列檢，劃分保護區，并設置檢查地溝。

圖3 北京地鐵17號線歇甲村車輛段布置示意圖

(2)倒裝布置，轉換軌兼作牽出線，如圖4所示。停車列檢庫和檢修庫逆向倒裝布置，牽出線兼作轉換軌，全自動運行區與非自動運行區相互獨立，界限分明。這種布置形式在傳統駕駛模式下，進入檢修庫的列車都需要在牽出線上折返，調車效率低，但該形式布置緊湊，占地面積較小，在用地條件受限的情況也經常采用。在全自動駕駛模式下，列車從正線駛入檢修庫需經過1次換向、1次模式切換；檢修結束返回停車列檢庫需經過2次換向、1次模式切換。因此，總的換向和模式切換次數與順接方案相同。

圖4 上海軌道交通10號線吳中路車輛段布置示意圖

(3)順向縱列式，走行線兼作轉換軌，如圖5所示。停車列檢庫和檢修庫順向縱列布置，走行線兼作轉換軌，全自動運行區與非自動運行區一前一后相互獨立，界限分明。這種布置形式在傳統駕駛模式下，列車下線通過走行線可直接進入檢修庫，工藝順暢。在全自動駕駛模式下，列車從正線駛入檢修庫只需在走行線切換1次模式，無需換向；檢修結束返回停車列檢庫需經過1次換向、1次模式切換。可見，縱列式布置折返次數少，可較好地滿足初期有人—無人駕駛過渡，且分區鮮明，但這種形式對用地長度要求較高。

圖5 順向縱列式車輛段布置示意圖

(4)順接布置，檢修庫前設轉換軌，如圖6所示。停車庫(新加坡TEL車輛段僅用于停車，不作列檢)和檢修庫并列順向布置，在檢修庫每股道前留有一列車長加安全距離的有效長作為轉換軌，需要檢修的列車可以直接從正線運行到庫前轉換軌，再經信號轉換后駛入檢修庫，不需換向。這種布置形式適用于國外列車編組較小的情況，且由于與國內檢修體制的不同，停車庫一般兼作列檢，需要考慮檢查地溝和分區隔離。馬家園車輛段總平面方案引用并優化了這種形式，即在檢修庫岔群前集中設置一處轉換軌，而不是對應每條檢修線設置。

圖6 新加坡TEL車輛段布置示意圖

3 全自動運行區工藝設計

基于全自動駕駛技術的車輛段在滿足常規車輛段檢修工藝的基礎上，還應滿足下列需求：

(1)設置全自動運行區和非自動運行區，兩個區域劃分界面清晰并配有物理隔離措施。

(2)對全自動運行區和非自動運行區的轉換作業，在牽出線或檢修庫前配置轉換區段。轉換區段設于全自動運行區內，配套設置司機登乘平臺，并具備司機上、下車的安全措施。

(3)停車列檢庫除了停車功能外，還兼顧日檢功能，按100%列位設置檢查地溝；防護分區的劃分兼顧安全與效率的原則，通常每2～3股道設置為1個防護分區，采用防護圍欄分隔。

(4)停車列檢庫內應滿足信號自動停車的安全防護距離要求，并宜滿足相關測試的長度要求,即列車停車點至車檔(不含車檔長度)大于等于15 m，庫內兩列車間距大于等于20 m。

(5)對司機在停車庫列檢庫的上、下車作業，應配套設置司機登乘平臺，并具備司機上、下車的安全措施(包括從非自動運行區域至登乘平臺的通道)；為保證司機上、下車的絕對安全，司機通道與一般作業人員通道宜嚴格分離，互不交叉。

(6)為了保證工作人員進入停車列檢庫各分區的安全和便捷，需設置地下橫向通道。

(7) 洗車庫設于全自動運行區域，并滿足自動洗車的要求。

4 馬家園車輛段總平面布局

4.1 蓋上平面布局

蓋上總平面呈并列盡端式布置，停車列檢庫(34列位)與洗車庫為全自動運行區，位于場地北側，停車列檢庫中間設一條縱向采光天井；聯合檢修庫由周月檢庫(3列位)、定臨修庫(2列位)、靜調庫、吹掃庫等組成，為非自動運行區，位于場地南側，岔群前設一列位轉換軌，一端設司機登車臺；鏇輪庫及材料棚平行布置于聯合檢修庫南側，材料線尾部同時考慮新車裝卸；工程車庫布置于停車列檢庫咽喉東南側；試車線長約1 150 m，設于場地東南側，采用連續梁上跨南京東編組站環到線。蓋上總平面示意圖見圖7。

圖7 馬家園車輛段蓋上平面布置示意圖

車輛段設3個出入口，其中2個通過匝道上跨鐵路線與市政道路連接，1個利用既有涵洞(主要供公安派出所使用)。

大庫尾部為開放性的入口廣場，與大庫區蓋下半開放的觀景庭院及咽喉區蓋下私密性的內庭院形成一體化的景觀主軸，完成空間過渡。

4.2 蓋下平面布局

考慮車輛段處于鐵路線包圍的夾心地塊，直達此處的市政道路較少，地面交通不便，聲環境較差，因此蓋下空間不適合作為住宅、商業、倉儲等類似大客流車站開發性質的功能。故考慮蓋板下部空間主要作為車輛段自身使用,以及為地鐵內部使用做預留，例如會議用房、材料倉庫等對選址沒有限制并對采光要求不高的一些功能用房。

蓋下地面標高結合現狀地形及蓋下房間功能特點，根據廠區土石方平衡原則，并考慮百年洪水位要求，將場坪作階梯狀處理，蓋下西側區域以挖方為主，室內地面標高約29.5～30.8 m，東側區域以填方為主，室內地面標高約27.0 m。

蓋下總平面示意圖見圖8。蓋下面積約13.5萬m2，長度方向約770 m，寬度方向約280 m，蓋下通風采光條件差，根據蓋上整體布局以及蓋下消防設計原則，在蓋上局部單體與單體、單體與道路之間和線路限界后的空白區域設置天井，同時采用光導照明系統與景觀設計相結合的方式，最大限度地改善蓋下自然通風與采光條件。

圖8 馬家園車輛段蓋下平面布置示意圖

蓋下空間結合蓋上各單體功能布局特點布置：物資總庫設置在聯合檢修庫南側、材料堆場蓋板下，并設置1部貨梯，便于物資搬運；7號線控制中心、車輛段綜合維修和辦公房及食堂等設置在停車列檢庫及聯合檢修庫西部蓋下，與輔跨用房通過垂直交通設施連接，其流線簡短，工作交流方便快捷。公安派出所位于蓋下東端出入段線橋下，以北側鐵路涵洞作為出入口，與車輛段功能區域隔開。

在聯合檢修庫南側與工程車庫尾部天井邊沿布置間休室，以充分利用天井采光與通風，提升周邊環境。同時設置有適量的運動休閑場所，供車輛段內部員工休憩放松。

預留區域主要位于岔區蓋下，近期做簡單綠化，可通過1個單獨的汽車匝道及1個地面出入口到達此區域。

5 高架車輛段特殊設計

5.1 蓋體及房屋結構

蓋體、蓋上、蓋下房屋結構結合車輛段各功能分區、建筑布局以及不同的工藝設備需求，合理選擇結構形式及基礎形式。停車列檢庫、聯合檢修庫的跨度大，故選用型鋼梁加鋼骨架輕型板的結構體系;其余庫房及蓋體跨度約為15 m，故采用整體現澆混凝土框架結構。針對各庫房不同設備基礎的要求及體系，個別如地坑式架車機基礎、不落輪鏇床基礎均設置獨立框架，以避免出現結構不規則的情況。為減小蓋體震動對蓋下有人區域的影響，對結構采取了相應的措施。大庫蓋下主要為辦公區域，采用了雙層屋面板；間休區域采用雙層屋面板并設置獨立基礎，與蓋體完全分離，有利于減震降噪。

5.2 蓋上排水

蓋板上采用雨水斗排水方式，道路區域每間隔約15 m設置1處雨水斗，由建筑面層找坡。軌道區域按最多3股道(橫向間距約15 m)設置1處雨水斗，由結構面層找坡。雨水斗收集蓋上排水后，沿立柱設置雨水立管排至蓋下地面雨水系統。

5.3 蓋下通風采光

結合蓋上功能布局與線路走向特點，在停車列檢庫中部，停車列檢庫與聯合檢修庫之間，咽喉區軌道限界之余的空地上設置采光通風天井，同時根據蓋下單體布置特點，在建筑入口、重要的人員辦公空間、餐廳、景觀節點等布置適量的光導管進行輔助照明，極大地改善了蓋下環境，達到了深度節能減排的效果。

5.4 蓋下消防

蓋下房屋大都為多層工業建筑(派出所、間休室為民用建筑)，耐火等級為二級(控制中心為一級)，火災危險性等級為丁、戊類，根據GB 50014—2014《建筑設計防火規范》，工業建筑與民用建筑之間防火間距不小于10 m。蓋下綜合樓、間休室、派出所等單體防火分區按不大于5 000 m2設計，物資庫防火分區按不大于3 000 m2設計。每個防火分區至少設2個安全出口，疏散至蓋板外或蓋板下的開敞空間。整個車輛段共設3個出入口與市政道路連接。蓋下單體設消防環道，單體長度大于150 m設穿越建筑的消防車道。消防道路中心線距離小于160 m。消防車道頂部開口面積達到車道面積的25%。蓋板耐火時間為3 h。設置天井優化自然采光通風與排煙，天井處防火分隔：樓板交接處設大于等于1.2 m的高實體墻或設寬度大于等于1.0 m的挑檐。

6 結語

全自動駕駛技術是未來軌道交通發展的方向，也是未來地鐵建設的首選模式，南京地鐵7號線無人駕駛線路在此背景下應運而生。

馬家園車輛段是南京首個全自動駕駛的車輛段，由于受用地條件限制，經權衡比較后采用了高架形式，即將大庫及軌行區置于蓋板上，綜合樓等配套設施位于蓋板下，在有限的用地范圍內較好地實現了全自動運行、生產、辦公、生活等基本功能。同時，考慮到該車輛段代表南京地鐵前沿技術和工藝水平，承載了企業文化展示的需要，對建筑外立面和景觀進行了適度超前設計，體現了先進性、生態性和體驗性的理念，未來一段時間將成為業內的標桿項目。

此外，綜合樓、物資庫、間休室、公安用房等置于工業廠房蓋板之下，尚未有規劃、消防等方面的規范可依；間休室位于聯合檢修庫咽喉區，會產生震動與噪聲干擾；蓋下部分房間無法直接采光通風，影響了室內環境。本案例在上述幾方面作了積極嘗試，其應用效果尚待實踐檢驗。