市域鐵路靈昆修造基地工藝設計創新與實踐

熊 盛

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

近年來，國內掀起市域鐵路的建設高潮，總結城市軌道交通前期建設經驗為減少車輛的遠距離輸送，采取到當地建廠；隨著線路的運營，新造車輛需求減少，各地地鐵車輛基地閑置或虧損比較普遍。溫州靈昆車輛維修基地是我國首個市域鐵路線網的唯一車輛檢修基地，設計初期就創新地提出“修造合一”的理念，即為響應地方“溫州車，溫州造”的產業升級發展要求[1-3]，同時也致力于解決類似地鐵車輛基地閑置的情況，解決城軌車輛新造產能富余的問題。

靈昆修造基地作為我國市域D型車高級修基地，在設計中充分考慮了國鐵動車段(所)和地鐵車輛維修基地的設計優點，從工藝仿真分析、總圖、總裝庫房和實驗庫房等方面重點研究和設計，為我國正在興起的市域鐵路規劃建設提供了參考及示范。

1 修造基地設計概況

靈昆修造基地具體選址在溫州市甌江口產業新區，選址地塊為人工填海區，按功能劃分為運用檢修生產區和修造生產區。修造生產區以室外移車臺為中軸線來布局流水修工藝廠房，移車臺西側設總裝廠房(內設12臺位總裝庫、物流倉庫、配線裝配庫和3層邊跨)、轉向架檢修庫、部件檢修庫、靜調庫、整列淋雨線、存車線等設施，以該庫為修造組合廠房的核心，兩端設置移車臺。移車臺東側設涂裝庫、單車試驗庫、整車稱重、淋雨試驗線等設施(見圖1)。

圖1 基地總平面布置Figure 1 General layout of the depot

2 修造基地總圖布置

2.1 工藝內容分析

靈昆修造基地承擔溫州市域鐵路線網的全部配屬車輛的高級修和新造。市域D型車作為一種全新的市域車型，采用了五級檢修的修程修制體系。相比地鐵及高鐵，市域鐵路具備自身的特點，其車輛的最高運營速度一般介于100～160 km/h，具有長線路持續高速運營、快啟快停(0.8～1.0 m/s2)、啟停頻繁、載客量大等特點[4]。

根據運用特點，市域鐵路車輛的高級修相較于國鐵或者地鐵來說，檢修工藝做了相應調整。市域車輛三級修不同于國鐵，采用了車體解編的工藝(見圖2)[5]。

圖2 三級修工藝流程Figure 2 The grade-three maintenance process

四、五級修所涉及的主要檢修內容包含了三級修的所有內容，另外還需對車內設備、車鉤緩沖器、車門、空調、轉向架、牽引制動、輔助系統等各系統進行全面分解檢修。相較四級修，五級修的部件檢修更加深化和細化，另需完成列車管理系統的更換(見圖3、4)。

圖3 四級修工藝流程Figure 3 The grade-four maintenance process

市域車輛新造工藝包括車體、轉向架、涂裝、總裝、單車試驗和調試等(見圖5)。其中，車體和轉向架的制造工藝復雜，工藝設備設施昂貴，建設投資很高，在產能不高的情況下，車體和轉向架一般由車輛廠提供。因此，車輛修造基地的新造工藝主要為車輛的總裝工藝、涂裝工藝和調試工藝。

圖5 車輛新造工藝流程Figure 5 Vehicle manufacturing technological process

市域車輛完成單編組新造組裝后，在調試庫內完成列車的組編和靜態調試，自走行經過基地咽喉至試車線上，完成動態調試并最終上線運營[6-8]。

圖4 五級修工藝流程Figure 4 The grade-five maintenance process

2.2 基地總圖設計

靈昆修造基地位于靈昆島的跨海路東側，場地東端直抵靈昆島海堤，原地貌為灘涂地，規劃為靈昆島溫州沿海產業區的中心地帶。選址的自然地質條件為經人工吹填形成的沿海灘涂地，勘察資料顯示，場地內表層為3～6 m的吹填淤泥土，中部為約40 m的淤泥，局部夾粉砂，其下為約20 m的軟塑狀黏土，底部細圓礫土。

對廠區內道路及場坪沉降控制標準低的區域，采用堆載預壓結合塑料排水板處理；對有砟軌道區的承載力和沉降要求較高的區域，創新地提出了“長板短樁”結合堆載預壓的處理方案；由于庫房及檢修車輛設備基礎精度要求高，新造和檢修庫房結構形式采用了150 mm厚零層板結合超長管樁(78 m)的方案。場地填筑的穩定性和不同工程的沉降控制是修造基地工程建設的關鍵，直接影響后續廠房的建設與使用，影響設備的安裝與運行。根據不同建筑物需求，優化地基處理方案，對保證工程安全、控制工程投資具有重要的意義。

維修車輛由基地北側溫州市域鐵路 S1線靈昆車輛段整列自走行進入檢修基地檢修，新造車輛由汽運車體經龍門吊卸車后進入各級庫房組裝，檢修和新造列車進入基地的徑路互不干擾。總裝、靜調、涂裝和單車試驗庫房以移車臺為中軸線分布兩側，車輛在不同庫房之間的流轉采用移車臺分節轉運，以移車臺替代車輛自走行完成流水修，省去了高級修庫前股道咽喉區用地，極大地節省了基地用地以及地基處理費用。建成后的靈昆修造基地如圖6所示。

圖6 建成后的靈昆修造基地Figure 6 Lingkun maintenance base after completion

3 檢修和新造工藝融合

靈昆修造基地作為市域 D型車高級修的首次嘗試，創新地將車輛新造和檢修相結合，實現車輛基地在全生命周期內資源的高效利用。溫州地區規劃3條市域鐵路，里程共計137 km，整體線網規模對于新車需求有限，定位為“溫州車，溫州造”的靈昆修造基地，車輛新造設施的后期資源利用成為項目設計初期就需要考慮的問題。基于新造需求的總裝、涂裝和調試工藝版塊，設置有總裝庫、涂裝及單車試驗庫和靜調庫。

在總裝庫與配管配線及配臺中心合建的組裝聯合廠房內，主要完成車輛組裝和配線拼裝。其中，總裝庫長220 m，寬18 m，庫內設置2條股道，每股道6個臺位，共12個臺位(見圖7)。配管配線及配臺中心庫與總裝庫同長220 m，寬24 m，配管配線在廠房東側，完成各類大線、小線存放與下料，配臺中心用于組裝用材料及零部件的存放，聯合廠房北側設置3層的車間輔助用房。總裝臺位庫房尾部設置室內移車臺，總裝庫內形成U型流水修的整體工藝方案。

圖7 總裝庫Figure 7 Assembly depot

涂裝庫與單車試驗庫合建，其中涂裝庫庫長60 m，寬30 m。庫內共布置3股道，由北到南布置如下：第1股道設防寒材臺位及準備臺位各1個，第2股道設油漆及準備臺位各1個，第3股道設地板布及準備臺位。單車試驗廠房長60 m，寬33 m，庫內布置3條鐵路線，設整備、落車、準備、稱重、限界、淋雨臺位各1個，交驗臺位3個。

三級修車輛需拆離轉向架和電氣柜等進行分解檢修，完成檢修后重新進行組裝(即電氣柜等安裝和落車)；四、五級修除以上部件外，還需將所有其他零部件從車體上分解拆離，進行部件的分解和檢修，車體完成涂裝后，安裝檢修后的(或更換新的)零部件。除分解和部件檢修外，三、四、五級修車輛總裝各工藝均可在新造車輛總裝廠房內完成，所需設備配備基本一致，可進行整合。

車輛三、四、五級修與新造在完成組裝后，均需進行落車、淋雨(見圖8)、檢查、交車、稱重等試驗，試驗內容與流程均一致，所需設備設施均相同，可以整合，新造和檢修單車的試驗設施可以共用。由于部分工位無法采用雙班制，檢修能力的配置上需要適當考慮新造與檢修需求重疊的因素，核算廠房能力和規模。

圖8 淋雨臺位Figure 8 Rain test device

新造車輛的涂裝工藝包括防寒材安裝、二遍面漆、分色、地板布鋪裝，檢修車輛的涂裝工藝包括面漆打磨、膩子找補、局部防寒材安裝和地板布檢修等。新造時二遍面漆和分色作業在面漆噴漆臺位完成，檢修時面漆打磨可在二遍面漆噴漆臺位完成；面漆打磨后破損的膩子層可在涂裝臺位上人工進行找補，完成后仍需在涂裝臺位進行二遍面漆的重新噴涂和分色；其余防寒材安裝和地板布鋪裝臺位，均可同時滿足新造和檢修需求(見圖9)。

圖9 油漆臺位Figure 9 Painting device

對三、四、五級檢修工藝和新造工藝詳細分析，提出了新造車輛和三、四、五修的總裝、涂裝、單車試驗、編組靜調及物流部分廠房可兼容共享。在總圖布置中，將新造和檢修相同的工藝設施集中布置，主要體現為總裝、涂裝以及單車調試工藝，減少車體取送次數以及運輸距離，提高檢修和新造工藝的效率，圖10、11分別給出了完成新造和檢修工藝的市域車輛，在修造基地內的流水高級修和新造工藝流線。新造和檢修車輛分別從東西兩側采用自走行和起重機落車的方式送入基地，作業相互獨立、互不干涉。檢修車體經解編分解后按市域車輛檢修作業流程，與新造車體混編進入總裝、涂裝、單身試驗庫房。在庫內同時完成檢修和新造作業。

圖10 四、五級修工藝流線Figure 10 Process flowcharts for grade-four and grade-five maintenance

在市域新造工藝和高級修中，總裝、涂裝和調試中的設備設施基于“車輛解編，分體檢修”的工藝流線理念，可實現資料共享，具體指3層工作平臺、噴漆臺位、淋雨臺位、落車臺位、稱重臺位、靜調電源等均可實現資源的共享共用，實現新造設施在檢修中的 100%利用，避免了后期新造設施閑置。同時，靈昆修造基地地處沿海灘涂，地質條件為深厚軟土，軟基處理費用較高，“車輛解編，分體檢修”的工藝理念可省去高級修庫前咽喉股道，在不影響工藝效率的前提下，節省項目工程投資。

圖11 新造工藝流線Figure 11 New manufactury technology flowchart

工藝流線圖中給出的移車臺作為車輛在各個臺位之間流轉的“大動脈”，工藝設計時選用了雙列位移車臺，旨在提高車輛在各個庫房間轉運的效率，防止因移車臺轉運而制約整體流水修造工藝效率。

4 BIM工藝仿真設計

檢修工藝和修造工藝的融合，其關鍵是保證兩種工藝設施設備的和諧共用。基地工藝設計常采用二維平面 CAD表達，難以直觀反映錯綜復雜的三維空間工程問題。本研究采用Bentley公司的MicroStation軟件，運用建筑信息模型(BIM)技術，對檢修工藝進行動態仿真模擬，模擬真實的檢修環境，驗證和校正整修“修造合一”的工藝工程方案[9-10]。

重點對總裝、涂裝和單車試驗工藝進行三維模擬仿真，對3層工作平臺、淋雨設備、噴漆設備、限界門、平衡軌以及稱重試驗等設備的共享方案進行了三維模擬研究。圖12給出了總裝臺位的模擬仿真新造，以及檢修車體通過工藝轉向架實現車體在不同工位的流轉。

圖12 總裝工藝仿真Figure 12 Assembly process simulation

新造和檢修車體合理共用移動架車機，實現車體落車或者轉向架拆裝設施，整體工藝順暢(見圖13)。

圖13 落車工藝仿真Figure 13 Alighting process simulation

三維工藝模擬仿真技術直觀清晰，驗證和展示了“修造合一”整體工藝方案的可行性，同時BIM設計驗證有效避免了平面二維圖紙的一些“差、錯、碰、漏”，具體到如室內移車臺設備基礎與變電所地梁的結構沖突。

5 結語

靈昆修造基地作為國內首個市域鐵路的新造和高級修基地，基于經濟性、集約型的總體設計理念，提出了“修造合一”的整體工藝布局，是市域鐵路高級修創新實踐的一次成功探索，對后期市域鐵路車輛基地設計具有借鑒意義。

2014年9月，市域D型車作為溫州市域鐵路四大關鍵技術之一，列入國家戰略新興產業示范工程。靈昆車輛修造基地項目截止到2019年12月，已完成新造市域D型車64輛，并具備新造(組裝)市域車輛120輛/年，三級修 20列(120輛)/年，四、五級修20列(120輛)/年的能力。溫州靈昆車輛維修基地的建成運營，標志著我國市域鐵路動車組安全運維集成技術已經形成，對構建我國交流市域動車組運用檢修體系起到了關鍵作用，也為后續同類工程的建設起到了很好的借鑒和指導作用。項目成果直接應用于北京、上海、臺州、蘇州等地的多個市域鐵路項目，取得了良好的社會效益。