全自動駕駛地鐵車輛基地工藝設計特點及創新

李愿望,鄭 輝,馮 凱

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 工程概況

南寧地鐵5號線南起國凱大道站,北至四塘站,全長32.5 km,其中一期工程線路長20.22 km,設那洪車輛基地1座,位于線路起點國凱大道站的東南側,四塘停車場遠期建設。

根據南寧市軌道交通線網規劃和第二輪建設規劃(2015～2021年)以及南寧市軌道交通建設規劃補充報告[1],5號線定位為全自動駕駛運行線路,全自動駕駛運行區域延伸至車輛基地內,列車采用4動2拖6輛編組B型車。那洪車輛基地定位為架、大修基地,承擔南寧地鐵4、5、7號線和8號線車輛的架、大修任務。那洪車輛基地同時還承擔5號線車輛的定修及以下修程和配屬列車的運用停放及日常維護保養工作。

南寧地鐵5號線員工培訓任務由已建成的全線網級培訓中心承擔,那洪車輛基地僅設掛網不帶電的練兵線。

2 任務量計算及規模確定

2.1 任務量計算

根據5號線運用車編組和數量、大小交路、列車全日行車計劃、列車年走行公里,結合車輛技術條件、檢修周期、檢修作業時間等進行計算[2],得出5號線全線配屬車輛數和車輛基地檢修任務量[3],詳見表1、表2。

表1 南寧地鐵5號線配屬的車輛數 列/輛

表2 南寧地鐵5號線車輛檢修的任務量

2.2 規模確定

根據南寧市軌道交通線網規劃[4],5號線那洪車輛基地承擔4、5、7、8號線配屬車輛的架、大修任務,那洪車輛基地的架、大修能力按4、5、7、8號線配屬車輛數的遠期規模設計,一次規劃分期實施,提前設計并預留了遠期建設接口條件[5]。

《南寧市軌道交通4號線一期工程初步設計》中4號線近、遠期所需架、大修列位分別為0.99，1.18列位。《線網資源共享專題研究報告》中7號線和8號線所需架、大修列位分別估算為1.35，1.06列位。綜合以上研究成果,那洪車輛基地近期架、大修列位設計規模為3列位,遠期架、大修列位設計規模共6列位。考慮任務量增加后,庫內預留一條待修、修竣存放線。

因那洪車輛基地屬于南寧地鐵4、5、7、8號線車輛的架、大修基地,占地面積59萬m2,屬于大型建設工程,投資較大,故設計時初期、近期、遠期相結合,綜合考慮統一規劃,分期實施。列車數量的配置按初期運營需求配備,后期根據運營的實際需求逐步增加。房屋建筑、軌道數量和機電設備等按近期規模需求設計,提前預留遠期擴建的接口條件[6]。因此確定那洪車輛基地設計規模[7]詳見表3。

表3 那洪車輛基地設計規模

注：1.雙周三月檢設計規模近期設3列位,遠期共設5列位,分配車輛基地3列位,停車場2列位；2.停車規模已考慮5號線南延伸至機場線6列位,本次那洪車輛基地設計只考慮預留用地,遠期建設；3.架、大修括號中1列位表示考慮遠期任務量增加后,庫內預留一條待修存放線。

3 車輛基地設計特點及創新

3.1 全自動運行設計(UTO)

經過充分分析和研究地鐵發展趨勢和南寧地鐵5號線定位等情況,5號線采用自動化運行等級最高的UTO(Unattended Train Operation)運行模式,即完全無人值守的全自動駕駛(UTO)技術。全自動運行(無人駕駛和無人值守)從正線拓展延伸至那洪車輛基地和遠期建設的停車場,故那洪車輛基地需按全自動運行場段設計。

3.1.1 全自動運行總平面設計

全自動運行區域從正線拓展延伸至那洪車輛基地,那洪車輛基地設計時除滿足常規有人駕駛段、場檢修、工藝的運營需求的基礎上,還需滿足：設置全自動運行區域(亦稱“全自動無人駕駛區域”)和非全自動運行區域(亦稱“有人駕駛區域”)[8]。無人駕駛區域一般為停車列檢、洗車、信號轉換等自動運行的區域；有人駕駛區域一般為周月檢、靜調、吹掃、定臨修、架大修、不落輪鏇、試車等非自動運行的區域[9]。兩個區域劃分界面應清晰并配有物理隔離措施。

所以，那洪車輛基地總平面設計時應按無人駕駛區域和有人駕駛區域劃分,分界面用通透式隔離柵欄隔開,且所有無人駕駛區域用通透式隔離柵欄完全隔離,各出入口處需設置門禁(各門禁獨立,當指定的門禁卡授權指定的門禁方可開啟)。

對于列車駕駛模式在無人駕駛區域和有人駕駛區域之間的信號轉換作業,設計有轉換區段。轉換區段設置于無人駕駛區域內,同時配置有工作人員登車平臺,并具有工作人員上、下車的安全保護措施。全自動運行車輛基地無人駕駛分區和有人駕駛分區劃分示意見圖1。5號線那洪車輛基地工藝總平面見圖2。

圖1 車輛基地無人駕駛分區和有人駕駛分區示意

圖2 那洪車輛基地總平面

3.1.2 全自動駕駛停車列檢庫(棚)設計

5號線停車列檢庫(棚)按全自動駕駛設計,考慮到信號安全距離、列檢檢修的便捷性,列檢檢查坑按100%列位設置柱式檢查坑和下穿通道設置等因素,停車列檢棚長度增長至306 m,相比常規駕駛的停車列檢棚增長了24 m,南方地區取消了庫門設置,北方地區冬季較冷,需取暖設自動化庫門,庫門位置狀態需設監測,宜接入信號安全回路。考慮列檢時對工作人員保護和減小對其他股道列車的影響,應按每2～3股道劃分為一個安全防護分區,庫中增設下穿式通道,并設置門禁和預進值班室,以便安全管理列檢工作人員進出停車列檢棚[10]。

3.1.3 全自動運行洗車棚設計

全自動運行模式下,列車洗車按全自動洗車設計,洗車線根據地塊特點和全自動洗車要求設置為“八字往復式”,洗車效率較高。考慮信號安全保護距離等因素，洗車牽出線有效長度由145 m增長至175 m,增長了30 m,洗車棚無需設置庫門,周圍用隔離柵欄隔離,劃分屬性為無人區域。全自動無人駕駛洗車模式下洗車機控制間至DCC需增設信號系統通訊電纜,以便實現全自動無人駕駛洗車(洗車庫控制室無需值守人員)和工作人員在DCC即可實現遠程監視及控制洗車機設備的功能。

3.1.4 全自動駕駛模式轉換及牽出線設計

全自動運行模式下,列車檢修調車模式與常規駕駛不同。根據檢修調車計劃,列車從全自動無人駕駛分區內按全自動駕駛模式駛入車輛基地內信號轉換軌(兼作常規人工駕駛模式下牽出線功能),進行駕駛模式的轉換,即從全自動無人駕駛模式切換為有人駕駛模式。為方便司機登車,在信號轉換軌旁邊設有固定式登車平臺,出入口設有門禁,門禁開關與列車運行速度互鎖。

信號轉換軌長度需考慮信號機距道岔的距離(自連接道岔岔尖計算)、列車端部到信號機的瞭望距離(列車停車位置至信號機的距離)、列車長度、信號要求的安全保護距離(一般為40 m,按25 km/h速度計算,常規駕駛模式為10 m),同時兼作人工駕駛模式下牽出線功能,因此信號轉換軌兼牽出線長度為186 m,與常規駕駛模式下車輛段牽出線相比增長了30 m,且在信號轉換軌(兼牽出線)旁增設固定式登車平臺,其出入口增設門禁,整體納入無人駕駛區域。由于采用最高等級的全自動無人駕駛且無人值守運行,列車取消了司機室側門,且司機室與客室之間采用可拆卸隔斷。司機登車需從第一節車輛的第一個客室車門進入,故固定式上車平臺位置應與列車停車位置第一節車輛的第一個客室車門對應,同時應滿足限界要求。

3.2 海綿車輛基地設計

那洪車輛基地位于5號線起點站國凱大道站的東南側,地塊東側為南防鐵路(貨運鐵路),南側為山丘,西側靠近機場高速(南友高速),北側為南寧繞城高速。所處區域地形高程在96～145 m(1954坐標系),地勢起伏較大。經現場踏勘、研究該區域排水困難,故對該區域排水進行專題研究,詳見《南寧市軌道交通5號線一期工程那洪車輛基地區域排水規劃專題研究報告》(以下簡稱“排水規劃專題研究”)。根據該排水規劃專題研究報告,結合海綿城市設計理念,針對車輛基地占地面積較大,其中軌道路線、檢修車間等硬質面積較大,綠化面積相對較少的特點,并結合場地自然景觀,在盡可能不破壞景觀設計理念的情況下進行海綿化設計。在室外綠地考慮設置下凹式綠地及雨水花園,室外停車位盡可能設計為生態停車場,主要將雨水引至實土綠地內“滲、滯、凈”處理為主,同時根據匯水設置雨水調蓄池,用于綠化灌溉、道路澆灑等雜用水。那洪車輛基地設計雨水調蓄池一座,占地9 000 m2,有效容量為2.58×104m3,可有效緩解該區域100年一遇暴雨對那洪車輛基地、東臨南防鐵路及下游的威脅。同時該雨水調蓄池兼有景觀設計,可為工作人員提供一個綠色、健康的工作環境。雨水調蓄池部分剖面見圖3。

圖3 雨水調蓄池部分剖面

3.2.1 雨水收集利用系統設計

那洪車輛基地在綠化場地及雨水調蓄池周邊設計有雨水收集利用系統,利用建筑物屋頂及管道、廣場等硬化地表匯集的降雨徑流,通過收集→輸送→凈化→儲存等方式蓄積[11],進而為綠化灌溉、景觀用水、洗滌用水及地下水源提供水分補給,以達到綜合利用雨水資源及節約用水的目的,它還具有減緩城市雨水內洪、改善城市生態環境等作用[12-13]。

3.2.2 下沉式綠地設計

那洪車輛基地局部綠化場地設計為下沉式綠地,即綠地種植土表面低于周邊地面的綠地,其利用下沉的空間承接和蓄積雨水,達到減少徑流外排的作用,內部植物多以本土草本植被為主,故具有一定的調蓄容量,即可用來調節雨水峰值、蓄水,同時能凈化徑流雨水。下沉式綠地植被種植面高程低于四周鋪砌道路或地面約200 mm以內,綠地區域內設置溢流口(設鐵箅子),為確保下大雨期間徑流的溢流和排放,溢流口的頂部高程應比綠地的表面高出50～100 mm[14]。下沉式綠地示意見圖4。

圖4 下沉式綠地示意(單位：mm)

3.2.3 透水磚鋪設設計

那洪車輛基地在綠化場地及雨水調蓄池周邊綠徑、非機動車道等設計鋪設透水磚,透水磚具有優良的透氣和透水性能,能夠使雨水快速滲入地下,以增補土壤中的水分,保持土壤適當的水分,進而改善植物和土壤中微生物的生存環境[15-16]。可有效緩解城市熱島效應,減輕城市雨水排放和防洪壓力,從而實現了雨后不積水,改善了雨后出行。透水磚鋪設斷面示意見圖5。

圖5 透水磚鋪設示意

那洪車輛基地海綿化設計滿足多年平均徑流總量控制率不低于68%的要求,同時年徑流污染削減率不低于50%。設置有雨水收集利用系統、下凹式綠地、雨水調蓄池等,解決了常規設計無法充分消納周邊雨水的問題,初期雨水經綠地凈化后能有效控制徑流污染,消納周邊硬化道路雨水的同時充分發揮滯蓄作用。下凹式綠地、雨水調蓄池花園及植草溝等設置雨水溢流口,暴雨時,多余的雨水通過溢流口溢流至雨水調蓄池調蓄后排向下游河流,保障場地內的雨水排放安全,防止內澇。雨水處理回用設施出水水質均達到GB/T 18919—2002《城市污水再生利用景觀環境用水水質》要求的雨水回用水質標準,符合南寧市海綿城市規劃設計標準。具體主要技術經濟指標詳見表4。

表4 那洪車輛基地海綿設計主要技術經濟指標

注：主要技術經濟指標不含土方開挖、水池建設等土建相關費用。

3.3 裝配式綜合管廊設計

地鐵場段管線眾多、錯綜復雜,以往設計的場段管線一般考慮在綠化帶和道路下方埋地敷設,管線施工時需大面積土方開挖和回填,后期管線檢修和更換時需對道路和綠化帶開挖,不利于檢修[17-18]。隨著裝配式綜合管廊技術發展、響應南寧市政府關于加快推動裝配式建筑發展(南府規[2017]2號)號召和多地調研總結,擬在南寧地鐵5號線那洪車輛基地采用裝配式綜合管廊設計。

根據之前地鐵車輛基地的設計經驗,車輛基地內管線一般分為五類：動力管線(如：給水、中水、消防、噴淋、熱力、壓縮空氣管)、重力流管線(如：雨水、污水、廢水管)、強電管線(110，33 kV、220 V以及控制保護電纜等)、弱電管線(通信、信號、FAS、BAS、綜合監控、安防、門禁等)和燃氣管線[18-19]。那洪車輛基地擬采用裝配式綜合管廊(雙倉)布置以上管線。與以往設計的各類現澆管溝對比,裝配式綜合管廊概算減少4%,工期縮短45%,施工綠色環保且單位能耗低,同時可采用BIM技術等信息化手段做好孔洞預留,避免后期開洞鑿孔防水效果不良等缺點[20]。

3.4 新技術、新工藝的采用

在滿足車輛基地檢修工藝需求的前提下,綜合考慮南寧地鐵運營的檢修模式,結合目前新技術、新設備、新工藝,對那洪車輛基地工藝設計、相關檢修設備的選用都進行了與時俱進的優化和不斷的創新。

(1)對于吹掃庫,設計了密閉的空間,并采用吹吸效果更加顯著的列車智能吹吸設備,即利用機器人視覺技術搭建智能車底吹吸系統。根據污物的多少決定除塵作用時間,密封罩吸塵單個依次工作,形成縱向粉塵流動場,進而實現更加顯著的除塵。配套雙層作業平臺,對客室內和列車頂部均可清掃除塵,減少其他庫區環境的污染,從而改善了檢修人員作業環境。智能吹吸設備平縱示意詳見圖6、圖7。

圖6 智能吹吸設備平面示意

圖7 智能吹吸設備縱斷面示意

(2)雙周三月檢線、靜調線、定修線兩側設置三層(三個作業面,即一層地面-1.2 m、二層+1.1 m,三層+3.6 m)和兩層作業平臺(2個作業面,即一層地面-1.2 m、二層+1.1 m),相應位置設防護欄桿,為檢修作業人員提供安全可靠的作業平臺和防護設施,充分體現了“以人為本”的設計理念[21]。

(3)根據臨修作業特點及運營意見,在臨修線上設置固定式架車機組,可方便、快捷架車并處理列車走行部故障,進而滿足臨修故障檢修要求。臨修線末端延伸至轉向架轉盤和移車臺作業區域,可兼做架、大修分解組裝線,以便克服遠期架、大修作業時因檢修作業人員技術不熟練而造成架、大修分解組裝線不夠使用的困境[22]。

(4)隨著新技術的發展,在架、大修分解組裝線上設置集成稱重功能的固定式架車機組,以便車輛組裝后不用移車即可實現稱重、調節,從而很大程度上縮短了組裝、調試時間,提高了檢修作業效率。

4 結語

通過對南寧市地鐵5號線那洪車輛基地工藝設計特點分析,在地鐵車輛基地設計中應用全自動駕駛技術、融入海綿兼景觀設計和裝配式綜合管廊設計以及新技術、新工藝的采用,使車輛基地生產檢修工藝更加流暢、合理、生產作業環境更加優美和富有科技感。并且此研究成果可為類似車輛基地工程設計項目提供一定的參考、借鑒作用。