寧波市軌道交通4號線東錢湖車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路及創(chuàng)新性技術(shù)應(yīng)用*

代 剛

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,430063,武漢∥高級工程師)

目前，我國已建成和在建的城市軌道交通車輛基地已超過400座，其中采取上蓋開發(fā)的車輛段及停車場已超過50座。在很多城市，車輛基地的上蓋開發(fā)已成為了必選項(xiàng)。車輛基地上蓋開發(fā)在實(shí)施過程中面臨總平面布置、蓋上開發(fā)與蓋下車輛段界面協(xié)調(diào)，以及消防要求高、建設(shè)時(shí)序復(fù)雜、工期長等諸多難題[1-3]。鑒于此，本文以寧波軌道交通4號線東錢湖車輛段上蓋開發(fā)項(xiàng)目為案例[4]，介紹其設(shè)計(jì)思路及創(chuàng)新性技術(shù)應(yīng)用，為類似項(xiàng)目提供參考。

1 研究背景

東錢湖車輛段位于寧波市軌道交通4號線(以下簡為“4號線”)線路南端，距離東錢湖風(fēng)景區(qū)1.2 km，處于東錢湖大道、玉泉南路、規(guī)劃環(huán)湖西路、規(guī)劃紫金中路圍合地塊，其東側(cè)有1條規(guī)劃河道。東錢湖車輛段區(qū)位如圖1所示。

圖1 東錢湖車輛段區(qū)位

根據(jù)線網(wǎng)功能定位，東錢湖車輛段定位為定修段，承擔(dān)4號線全部配屬列車的定修、臨修、鏇輪，以及部分配屬列車的周檢、月檢和停放任務(wù)。圖2為東錢湖車輛段上蓋部分的剖面示意圖。

圖2 東錢湖車輛段上蓋部分剖面示意圖

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 總平面布置及蓋下工作環(huán)境的改善

上蓋開發(fā)車輛段的大部分庫房均處于蓋下，相應(yīng)作業(yè)環(huán)境較差[5]，主要體現(xiàn)在：①蓋下通風(fēng)條件差，特別是南方梅雨天氣濕度較高；②蓋下采光較差，除蓋體邊緣及蓋體開孔處，大部分區(qū)域生產(chǎn)作業(yè)白天均需要照明。

文獻(xiàn)[6]提出了一種“以距離換環(huán)境”的理念，將生產(chǎn)車間和配套辦公用房進(jìn)行分離，將段內(nèi)辦公用房最大限度遷至蓋外，從而達(dá)到根本改善運(yùn)營辦公條件的目的。由于車輛段人員辦公主要集中在綜合樓，因此將綜合樓調(diào)整至蓋外是改善作業(yè)環(huán)境的主要途徑。相應(yīng)的總平面布置主要有2種方案：

方案一：綜合樓位于蓋下，緊鄰蓋體邊緣，靠近檢修庫及停車列檢庫等主要生產(chǎn)用房，如圖3所示。

圖3 上蓋車輛段總平面布置方案一

方案二：將綜合樓設(shè)于蓋上，并在靠近檢修庫、停車列檢庫等主要生產(chǎn)用房處設(shè)置垂直交通盒，如圖4所示。

圖4 上蓋車輛段總平面布置方案二

方案一適用條件為：蓋下用地條件較為寬松，物業(yè)開發(fā)品質(zhì)較高，車輛段區(qū)域與物業(yè)開發(fā)區(qū)域獨(dú)立設(shè)置。

方案二適用條件為：蓋下用地條件較為局促，同時(shí)蓋上物業(yè)允許布置車輛段辦公用房，但存在物業(yè)與車輛段辦公區(qū)域交叉。

東錢湖車輛段采用上蓋與落地開發(fā)結(jié)合的形式。由于東錢湖車輛段處于河道及城市路網(wǎng)圍合區(qū)域，受用地條件限制，高品質(zhì)住宅開發(fā)主要布置在蓋上，在蓋外區(qū)域布置車輛段辦公樓。為盡可能減少對落地物業(yè)開發(fā)的影響，車輛段廠前區(qū)設(shè)置于咽喉區(qū)，如圖5所示。

圖5 東錢湖車輛段總平面區(qū)位條件

根據(jù)用地條件，將綜合樓布置在蓋外咽喉區(qū)，靠近主入口，可以改善采光條件。

新車和檢修完成后的列車多從檢修庫內(nèi)轉(zhuǎn)入試車線，以進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)性能檢測調(diào)試。為減少列車的折返調(diào)車作業(yè)和咽喉區(qū)的交叉干擾，試車線需與檢修庫相鄰設(shè)置。試車線的長度普遍遠(yuǎn)長于車輛段其他設(shè)施用地，其位置設(shè)置受周邊地形條件的限制較大。為滿足試車線與檢修庫的位置關(guān)系，保證試車線聯(lián)絡(luò)線與檢修庫咽喉區(qū)連接順暢，在車輛段總平面布置時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合地形條件合理設(shè)置試車線。

在車輛段段內(nèi)，試車線區(qū)域的列車開行速度最高， 列車開行產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)也最大。因此，應(yīng)盡量將試車線設(shè)置于蓋下，并采取相關(guān)減振措施，以減小試車線作業(yè)時(shí)的噪聲對上蓋物業(yè)的影響，進(jìn)而提高開發(fā)品質(zhì)。

綜上所述，東錢湖車輛段總平面布置概念圖如圖6所示。

圖6 東錢湖車輛段總平面布置方案

車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)后，其蓋下的采光通風(fēng)等條件均較差。為改善蓋下環(huán)境，宜在蓋邊等部分采光較好的區(qū)域種植喜陰類植物，在生產(chǎn)區(qū)使用硬質(zhì)鋪裝。

2.2 蓋板高度

根據(jù)開發(fā)要求，車輛段上蓋平臺(tái)設(shè)置為1層或者2層蓋板。為方便上蓋物業(yè)設(shè)施的布置，應(yīng)盡量設(shè)置統(tǒng)一高程的平臺(tái)。其中1層蓋板平臺(tái)的高程主要受蓋下車輛通行，以及接觸網(wǎng)、排煙風(fēng)管、消防水管等設(shè)施的布置要求限制[7]。運(yùn)用庫及檢修庫的作業(yè)空間對1層蓋體平臺(tái)的高程影響尤為突出。影響高度設(shè)計(jì)的上蓋開發(fā)車輛段庫房主要設(shè)施見表1。

表1 影響高度設(shè)計(jì)的上蓋開發(fā)車輛段庫房主要設(shè)施

東錢湖車輛段大架修庫及定臨修庫均需設(shè)置2臺(tái)10 t雙梁橋式起重機(jī)。首先，綜合考慮架車作業(yè)的高度、起重機(jī)司機(jī)室下部高程、起重機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸等諸多因素，將大架修庫及定臨修庫的起重機(jī)走行軌高程定為8.1～8.4 m；然后，考慮起重機(jī)結(jié)構(gòu)頂部至走行軌高程的距離為1.8 m，排煙風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、消防水管等設(shè)施的布置空間高度為1.5 m，故建議大架修庫及定臨修庫的庫頂梁底高程不小于11.5 m。此外，大架修庫及定臨修庫的庫內(nèi)凈高要求遠(yuǎn)大于靜調(diào)庫、吹掃庫及周月檢庫等。因此，在大架修及定臨修庫區(qū)域僅設(shè)置1層平臺(tái)板，作為通高區(qū)域；在其他區(qū)域設(shè)置2層平臺(tái)板，并在平臺(tái)板之間設(shè)置上蓋物業(yè)的車位。受車型、工藝設(shè)備設(shè)施、機(jī)電設(shè)備管線及建筑結(jié)構(gòu)等因素綜合影響，1層蓋板高程的建議值及限值如表2所示。

表2 不同車型上蓋開發(fā)1層蓋板建議高程

2.3 消防及蓋體合規(guī)性設(shè)計(jì)

一方面，上蓋車輛段的消防要求比非上蓋車輛段更高[8]；另一方面，消防設(shè)計(jì)還需要考慮蓋下消防對上蓋物業(yè)開發(fā)的影響。車輛段消防與蓋上物業(yè)的消防通常為獨(dú)立設(shè)計(jì)：車輛段所在層與上蓋物業(yè)之間需進(jìn)行防火分隔，即通過樓板、梁、柱等完全分隔開；物業(yè)開發(fā)的垂直交通及水平交通與車輛基地完全分隔。在此情況下，可將車輛段所在層視為獨(dú)立消防安全面，依照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行消防設(shè)計(jì)。

GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》要求：車輛基地建筑的承重構(gòu)件的耐火極限不應(yīng)低于3.00 h，樓板的耐火極限不應(yīng)低于2.00 h。然而，對應(yīng)耐火時(shí)限的樓板厚度及鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)置卻無規(guī)范可依[9]。各地樓板厚度、保護(hù)層厚度、構(gòu)件耐火時(shí)限及規(guī)范的調(diào)研統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 建筑構(gòu)件消防設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)表

由于各地標(biāo)準(zhǔn)均不統(tǒng)一，參考寧波市軌道交通1號線天童莊車輛段的消防性能化結(jié)論，確定東錢湖車輛段上蓋蓋板厚度及鋼筋保護(hù)層厚度如表4所示。

表4 東錢湖車輛段上蓋蓋板厚度及鋼筋保護(hù)層厚度

在蓋下區(qū)域，各單體應(yīng)優(yōu)先考慮自然通風(fēng)排煙，如無自然排煙條件或自然排煙達(dá)不到要求，則應(yīng)設(shè)機(jī)械排煙。東錢湖車輛段蓋下單體運(yùn)用庫、檢修庫及物質(zhì)總庫采用機(jī)械排煙，其余單體及公共區(qū)域采用自然排煙。各地上蓋開發(fā)項(xiàng)目自然排煙開孔要求各異，如過多開孔，將對物業(yè)開發(fā)品質(zhì)影響較大；如不開孔，對蓋下車輛段的通風(fēng)排煙及采光均有影響[10]。在設(shè)計(jì)過程中，需消防、運(yùn)營與物業(yè)開發(fā)及時(shí)溝通，以平衡各方需求，還需注意蓋板設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能合規(guī)適用，以易于審查。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，跨度超過18 m的結(jié)構(gòu)屬于大跨度結(jié)構(gòu)，需考慮豎向地震作用。根據(jù)以往地震經(jīng)驗(yàn)，大跨度結(jié)構(gòu)震害較為嚴(yán)重。東錢湖車輛段區(qū)位屬7度半地震烈度區(qū)，且其場地類別為Ⅲ類和Ⅳ類，地質(zhì)條件非常差，故需考慮地震作用放大。此外，大跨度結(jié)構(gòu)還存在施工難度大、不易控制施工溫度裂縫(大體積混凝土)和擾度等問題，其建設(shè)成本高。因此，在東錢湖車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)方案中，在大跨度結(jié)構(gòu)上方應(yīng)避免布置住宅建筑。

住宅區(qū)域應(yīng)布置在運(yùn)用庫及檢修庫等大庫柱網(wǎng)較為規(guī)整的區(qū)域(B區(qū))，在出入段線區(qū)域，住宅應(yīng)避開大跨度區(qū)域(A區(qū))。在咽喉區(qū)(C區(qū))，由于柱網(wǎng)布局不規(guī)則，故物業(yè)開發(fā)按綠地及社區(qū)配套用房進(jìn)行考慮。物業(yè)開發(fā)總平面如圖7所示。

圖7 蓋上物業(yè)開發(fā)總平面布置

蓋體的荷載是車輛段上蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮的重要因素[11]。第1層及第2層蓋體施工的實(shí)施時(shí)序及同步實(shí)施范圍也需綜合考慮各種工況下的荷載。東錢湖車輛段的1層蓋體整體同步實(shí)施，2層蓋體由上蓋物業(yè)開發(fā)方實(shí)施。施工期間及上蓋物業(yè)完成后運(yùn)營期間的荷載均需在設(shè)計(jì)中考慮。各部位的設(shè)計(jì)活荷載取值如表5所示。

表5 各部位的設(shè)計(jì)均布活荷載

消防車按照30 t考慮。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，消防車荷載取值為20 kN/m2。在局部預(yù)留的施工通道及塔吊區(qū)域，活荷載不應(yīng)超過54 kN/m2。

3 創(chuàng)新性技術(shù)應(yīng)用

3.1 裝配式建筑

車輛基地上蓋土建施工項(xiàng)目的工程量大。車輛基地主體大多采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。車輛基地施工周期短，施工質(zhì)量及可靠性要求高，故東錢湖車輛段上蓋部分采用了施工方便、質(zhì)量可控性高的裝配式建筑形式。

車輛段檢修立柱不僅數(shù)量巨大、施工周期長，而且需要準(zhǔn)確定位，才能保證后期鋼軌的精確安裝。這是滿足車輛段實(shí)際需求的關(guān)鍵。對此，東錢湖車輛段成為國內(nèi)首次應(yīng)用了裝配式檢修立柱(見圖8)的車輛段。

圖8 裝配式檢修立柱實(shí)景

3.2 智慧車輛段

隨著各地逐年攀升的線網(wǎng)規(guī)模，與日劇增的客流量，日益多樣化的乘客出行需求，信息技術(shù)的日新月異，城市軌道交通行業(yè)管理理念開始從“重建設(shè)”到“重運(yùn)營”轉(zhuǎn)變。

智慧車輛段是“智慧城軌”的重要分支，需要借助新一代信息技術(shù)，提高設(shè)備設(shè)施的安全性和可靠性，推動(dòng)設(shè)施設(shè)備從“計(jì)劃修”到“狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變。智慧車輛段主要采用了以下創(chuàng)新技術(shù)：

1) 全面集成應(yīng)用了車載蓄電池管理、脫軌檢測、障礙物檢測、車門防夾檢測、弓網(wǎng)檢測及接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測等系統(tǒng)，并在軌旁設(shè)置了弓網(wǎng)、軸溫、輪對等檢測系統(tǒng)，其能準(zhǔn)確監(jiān)測轉(zhuǎn)向架、受電弓、車體、軌道及接觸網(wǎng)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)車地融合、互相監(jiān)測，為實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)修”奠定了硬件基礎(chǔ)。

2) 集成了車輛調(diào)度系統(tǒng)、智能運(yùn)維系統(tǒng)及車輛監(jiān)測系統(tǒng)，能分析列車實(shí)時(shí)狀態(tài)，對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)處理及檢修運(yùn)維應(yīng)用等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了檢修運(yùn)維服務(wù)新模式，為實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)修”奠定軟件基礎(chǔ)。

3) 充分發(fā)揮BIM(建筑信息模型)技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建檢修設(shè)備及相關(guān)構(gòu)筑物信息標(biāo)準(zhǔn)；采用信息與模型脫離的形式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在車輛運(yùn)維全生命周期的流轉(zhuǎn)、共享與智能分析，兌現(xiàn)車輛“狀態(tài)修”，探索性創(chuàng)建智能運(yùn)維系統(tǒng)。

4) 運(yùn)用檢修人員作業(yè)流程的標(biāo)準(zhǔn)化管理、安全監(jiān)控與自動(dòng)報(bào)警(全自動(dòng)駕駛防入侵等)技術(shù)、檢修人員作業(yè)的智能化探索技術(shù)(VR即虛擬現(xiàn)實(shí)、AR即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、MR即混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用)，實(shí)現(xiàn)智能化輔助檢修。

3.3 設(shè)計(jì)中的其他創(chuàng)新

基于上蓋車輛段設(shè)計(jì)及項(xiàng)目實(shí)施情況，其他設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1) 為減小咽喉區(qū)柱網(wǎng)對司機(jī)視線的遮擋，建議該部分柱網(wǎng)采用圓柱形式。

2) 咽喉區(qū)的柱網(wǎng)布置需滿足轉(zhuǎn)轍機(jī)的安裝位置及安裝尺寸要求，避免轉(zhuǎn)轍機(jī)與上蓋平臺(tái)柱網(wǎng)位置沖突。

3) 工藝總平面布置需綜合考慮蓋上蓋下交通流線的組織。一般情況下，蓋上蓋下出入口應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，既能方便蓋上人員的出行，又能提高開發(fā)品質(zhì)。此外，蓋上蓋下的消防通道宜結(jié)合交通組織設(shè)計(jì)方案獨(dú)立考慮。

4) 由于蓋下通風(fēng)條件較差，列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的灰塵較難揮散，造成作業(yè)環(huán)境惡化，故咽喉區(qū)宜設(shè)置排水設(shè)施，以滿足沖洗道床的排水要求。

4 結(jié)語

作為高品質(zhì)車輛基地上蓋開發(fā)項(xiàng)目，東錢湖車輛基地設(shè)計(jì)將人性化設(shè)計(jì)理念貫穿始終：通過優(yōu)化總平面布置改善蓋下作業(yè)環(huán)境；設(shè)置合理的蓋體標(biāo)高，以便蓋下檢修作業(yè)及后續(xù)機(jī)電設(shè)備管線維護(hù)保養(yǎng)。合理合規(guī)的消防及蓋體設(shè)計(jì)是上蓋車輛基地項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是車輛基地安全的重要保障，也是上蓋開發(fā)經(jīng)濟(jì)性重要的評價(jià)指標(biāo)。

車輛基地智能化及數(shù)字化是行業(yè)發(fā)展的趨勢，通過裝配式建筑兼顧了施工質(zhì)量和施工周期的要求，通過配備智慧化的運(yùn)維設(shè)備、檢修設(shè)備及安全設(shè)備等裝備，推動(dòng)設(shè)施設(shè)備從計(jì)劃修到狀態(tài)修轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用智能化、無人化，檢修人機(jī)融合。