全自動駕駛模式下地鐵車輛基地運用庫工藝設計研究

張榮國,馮 凱

(1.南寧軌道交通集團有限責任公司,南寧 530029； 2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 概述

城市軌道交通車輛基地運用庫一般由停車列檢棚(庫)、周月檢庫和輔助用房組成，主要負責本線路車輛的停放、清掃、日常檢查和雙周三月檢等任務。運用庫主要特點在于占地面積大、股道多，設計中還需要考慮近遠期相結合[1]，因此運用庫的設計是否合理將直接影響到運維作業的效率和質量，同時又影響車輛的日常維護和運營安全。

隨著地鐵全自動駕駛技術的不斷推廣，越來越多的線路考慮全自動運行系統[2-4]。據統計，全自動駕駛后大部分土建設計變化在車輛基地，而運用庫的調整最多，目前各設計單位對運用庫的全自動設計方案均不相同，庫長偏差較大。鑒于此，筆者對地鐵全自動駕駛模式下車輛基地的運用庫庫長進行深入研討，以探尋全自動駕駛模式下車輛基地運用庫工藝設計的優化方案。

2 地鐵全自動駕駛后運用庫設計特點

2.1 運用庫分區

地鐵全自動駕駛后，運用庫一般設為“無人區”，列車停車、列檢、清掃保養等任務需在“無人區”內進行，從安全角度考慮，為避免發生意外，上述區域內檢修及清潔工作進行時，該區域內列車禁止動車、接觸網/軌為斷電狀態，如果庫中的所有電源都被切斷并且禁止動車，則會對正線的運行造成很大的干擾[5]。因此，停車列檢棚(庫)劃分為若干個防護小分區[6]，停車列檢棚(庫)內功能分區情況如下。

(1)按功能分區：可分為停車區和列檢區。

(2)按保護分區：列檢庫中的每2～4個股道可以設置為一個保護區。防護區之間應設置防護圍欄，庫內設置人行專用通道，如圖1所示。運用庫分為全自動運行區和非全自動運行區，周月檢庫和輔助分間納入至非全自動運行區，停車列檢區納入至全自動運行區。

圖1 保護分區劃分示意

2.2 出入庫及通道設計[7]

停車列檢棚(庫)應為不同類型的車輛和維修人員提供各種類型的出入口[8]。

(1)停車列檢棚(庫)大門：設置為地鐵車輛和工程車進出庫通道。北方地區設置與信號系統連鎖的電動庫門，南方地區不設置庫門，并將防護圍欄延伸至平交道后10 m。

(2)停車列檢棚(庫)庫中間通道：采用一線多列位設計時，需在庫中間設置可供汽車和作業人員通行的地面通道，通道出入口及穿過每個保護分區的圍欄位置設置帶門禁的圍欄門，圍欄門通常閉鎖，如圖2所示。

圖2 出入口設置示意

在庫內還需要設置專用通道供檢修人員進出保護分區，通道主出入口應靠近值班室設置，并在各保護分區設置帶門禁的出入口，如圖3所示。門禁與接觸網隔離開關聯動，當有人進入時該保護分區接觸網斷電，禁止動車。

圖3 地下通道設置示意

(3)停車列檢棚(庫)庫后出入通道：盡端式停車列檢棚(庫)庫后一般設置可供汽車和檢修作業人員通行的大門及地面通道，通道對應每個保護分區的圍欄位置設置帶門禁的圍欄門，庫門及通道主要用于手推車、高空作業平臺作業時進出各保護分區，該圍欄門通常處于關閉狀態，僅在燈具檢修等其他類似作業時開啟[9]。

(4)單列位停車列檢棚(庫)出入口和通道：對于單列位的停車列檢棚(庫)，庫后地面通道及隔離門設置形式與盡端式停車列檢棚(庫)一致。

2.3 下穿通道設計

常規地鐵車輛基地停車列檢棚(庫)內需在庫前及庫尾設置地面通道供行人及車輛通行，且庫中部需設置橫向運輸通道。考慮全自動運行系統后，停車列檢棚(庫)內通過隔離柵欄分隔成多個獨立的保護分區，人員無法通行。如果從庫后端進入某個保護分區，則走行距離太大，工作效率較低。

2.3.1 下穿通道位置選擇

下穿通道位置主要有3種形式：庫前(如：上海10號線吳中路停車場、北京燕房線閻村北停車場)、庫中間(如：成都5號線大豐停車場、成都9號線武青車輛段、北京地鐵3號線東壩車輛段)、庫前及庫中間均設置(如：南京地鐵7號線馬家園車輛段)。對下穿通道位置設置分析如表1所示。

從表1分析可知，下穿通道設置于庫中間方案從節省工程投資、便于運營檢修、管理等多個角度考慮都有明顯優勢。因此，建議選用下穿通道設置于庫中間方案。

表1 下穿通道設置位置對比分析

2.3.2 設置形式

(1)為方便授權檢修人員出入保護區，減少走行路程，提高工作效率，除庫后設置可供車輛和人員通行的大門及地面通道外，在運用庫的中間或庫前端部分設置水平地下通道[10-11]，并在每個保護分區內設置帶門禁的出入口[12]。如圖4所示。

圖4 下穿通道示意

(2)若采用接觸軌供電模式，停車列檢棚(庫)中間通道也可采用上跨天橋布置形式，投資較省，安全性好，如圖5所示。

圖5 人行天橋示意

2.4 檢查坑布置

按GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定，“列檢列位數設計不應大于停車列檢棚(庫)總列位數的50%”[13]，全自動駕駛模式下由于檢修天窗時間短，為提高車輛檢修效率，減少調車作業，停車列檢線100%設置柱式檢查坑。

2.5 車擋對比[14-16]

列車停車位置至車擋(危險點)距離建議按照15 m考慮。考慮到前車可能發生后溜，后車的停車位置至前車(危險點)的距離應增加5 m的安全余量，即兩列車之間距離建議為20 m，如圖6所示。若采用可撞擊式車擋，后車距車擋距離建議按照5 m考慮，如圖7所示。

圖6 摩擦式車擋示意(單位：m)

圖7 可撞擊式車擋示意(單位：m)

2.6 安全保護距離[17]

(1)上海申通地鐵規定：停車列檢棚(庫)兩列位列車間距≥20 m，末端列位列車距車擋≥15 m(緊急制動建立時間不大于0.85 s，最小緊急制動保障率不低于0.85 m/s2)。

(2)成都地鐵規定：停車列檢棚(庫)兩停車檢查坑端部間距≥20 m，末端停車檢查坑端部距車擋≥15 m(最小緊急制動保障率不低于0.88 m/s2)。

(3)寧波地鐵5號線經堂庵跟車輛段因受用地條件限制，安全保護距離長度考慮為13 m。

綜上所述：運用庫庫長應滿足兩列位列車間距≥20 m，末端列位距車擋≥15 m，此安全距離可包容大部分信號、車輛廠商，但當信號設備或車輛廠商有特殊要求時，應以實際參數另行計算。

3 運用庫尺寸研究

(1)停車列檢線的長度：在滿足《地鐵設計規范》的基礎外，還需滿足信號系統自動停車所需的安全防護間距[12]：單列位停車列檢棚(庫)，列車車尾至車擋迎車面的間距為15～20 m；雙列位停車列檢棚(庫)，列車車鉤至車鉤的間距為12～25 m，列車車尾至車擋迎車面的間距為15～20 m；多列位貫通式停車列檢棚(庫)，相鄰列車車鉤至車鉤的間距為12～25 m。此安全距離可包容大部分信號、車輛廠商，但當信號設備或車輛廠商有特殊要求時，應以實際參數另行計算。

(2)停車列檢棚(庫)的寬度由停車列檢線的線間距以及每一跨列檢線數量決定，同時還需根據GB50157—2013《地鐵設計規范》中“車體與側墻之間的通道寬度”計算車體與各保護分區防護圍欄之間的距離。

3.1 一線一列位

計算公式如下，庫長示意如圖8所示。

停車棚(庫)L1=車長+停車誤差+保護距離+保護分區內通道寬度(0.5 m)+庫兩端通道寬度

列檢棚(庫)L1=檢查坑長+保護距離+保護分區內通道寬度(0.5 )+庫兩端通道寬度

圖8 一線一列位庫長示意(單位：m)

優點為：車輛調度靈活性強，無需設地下通道，咽喉區落柱條件較好，可不采用100%檢查坑；缺點為：占地面積大、土建投資較大。

3.2 一線兩列位

一線兩列位庫長計算如下所示，庫長示意如圖9所示。

停車棚(庫)L2=(車長+停車誤差)×車誤庫尾端保護距離(15 m)+A、B端保護距離(20 m)+A、B端瞭望距離(6 m)+保護分區內通道寬度(0.5 m)+庫兩端通道寬度

列檢棚(庫)L2=[檢查坑長×查坑長庫尾端保護距離(15 m)-庫尾端檢查坑斜坡度長(1.5 m)]+A、B端保護距離20 m+A、B端瞭望距離(6 m)+保護分區內通道寬度(0.5 m)+庫兩端通道寬度

圖9 一線兩列位庫長示意(單位：m)

優點為：節省占地面積、調車作業便捷、土建投資較小；缺點為：車輛調度靈活度較差、兩列位之間設地下通道、咽喉區落柱條件較差。

3.3 一線三列位或更多列位

停車棚(庫)Lx=L2+(x-2)×(安全距離20 m+瞭望距離6 m)

列檢棚(庫)Lx=L2+(x-2)×(安全距離20 m+瞭望距離6 m)

式中Lx——運用庫長度；

L2——一線兩列位運用庫長度；

x——列位數。

以上計算未包含車擋長度；檢查坑長度應結合實際進行考慮(兩端設踏步或斜坡)；一線兩列位A、B端保護距離與瞭望距離中包含下穿通道。

3.4 案例說明

3.4.1 工程概況

南寧軌道交通5號線選用B型車6輛編組，直流1 500 V接觸網供電，最高運行速度80 km/h[18]，信號系統采用全自動運行技術，運營初期按照全線全時段有人監護，有人在司機室監護列車運行，第二階段為車輛基地無人值守，正線全時段有人在列車車廂值守，第三階段正線高峰時段有人在列車車廂值守，平峰時段多職能人員間隙巡視，第四階段全線全時段無人模式[19-20]。

3.4.2 運用庫設計

設計運用庫長度為306 m，近期規模寬度為95.6 m，建筑面積為32 702.16 m2。停車列檢棚按4線或5線跨設計，每2～3股道設置為1個保護分區，停車列檢近期28列位，遠期預留12列位，共計40列位，預留6列位南延伸至機場線用地，周月檢3列位，庫區東南角設輔助邊跨二層，設置DCC、乘務車間等房間，運用庫平面布局如圖10所示。

圖10 南寧5號線運用庫布局示意

(1)自動化分區

停車列檢棚按4線或5線跨設計結合柱網布置每跨為4～5股道，每2～3股道布置為1個保護分區。

(2)檢查坑設置

100%設置柱式檢查坑。

(3)下穿通道設置

從節省工程投資、便于運營檢修、管理等多個角度考慮選用下穿通道設置于庫中間方案。

(4)運用庫長度、寬度計算

考慮列車完全停在坡底(按照常理車鉤至第一個轉向架可停在斜坡上)，因車輛、信號尚未招標，其信號保護距離、車長未知，結合柱式檢查坑坡度、摩擦式車檔和信號機安全距離等因素進行計算：那洪車輛基地運用庫長度為306 m，庫長計算如圖11所示。

圖11 南寧5號線那洪車輛基地運用庫長度示意(單位：m)

運用庫寬度：每2股道或3股道設置為1個保護分區，使用1.8 m高擴張網隔離，股道中心線距離防護圍欄按地鐵規范中要求車輛距離柱邊最小1.4 m考慮，防護圍欄厚度暫按0.2 m考慮，則股道距離防護圍欄間距2.9 m；兩股道間距一般為4.6 m，股道距離側墻按3.4 m考慮。

4 結論

全自動駕駛模式下運用庫停車列檢線納入控制中心管理，可實現自動休眠、喚醒、準備、自檢、運行、停車等操作。在此基礎上，根據長度因素、線路條件、投資增加、場地條件等各個方面進行綜合分析，結合南寧地鐵5號線車輛基地運用庫設計及工程實施進度等各方面分析得出以下結論。

(1)運用庫庫長應結合柱式檢查坑坡度、車檔和信號機安全距離等因素進行計算。

(2)安全距離滿足兩列位列車間距≥20 m，最后一列位距車擋≥15 m，可包容大部分信號、車輛廠商，但當信號設備或車輛廠商有特殊要求時，應以實際參數另行計算。

(3)當土建條件不滿足時，若運營可保證前車不會發生后溜或后退且接受在極端情況下列車可以以不高于5 km/h的速度撞擊前車，則兩列車之間安全距離可以縮短至4 m。