ART 車輛段總圖設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素分析

肖 衡， 樊興銳，徐生國(guó)

（1. 湖南中車智行科技有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410006；2. 湖南省多鉸接膠輪運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，湖南長(zhǎng)沙 410006）

電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)作為中低運(yùn)量城市軌道交通制式之一，采用虛擬軌道，無(wú)需鋪設(shè)鋼軌和接觸網(wǎng)，可在現(xiàn)有市政道路上運(yùn)營(yíng)，因此具有建設(shè)周期短、成本低的巨大優(yōu)勢(shì)。車輛段是停放、維修、保養(yǎng)其車輛的場(chǎng)所，對(duì)車輛段進(jìn)行科學(xué)、合理設(shè)計(jì)是保障電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)安全、順暢運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。由于電子導(dǎo)向膠輪系統(tǒng)車輛的結(jié)構(gòu)與其他制式車輛存在較大的區(qū)別，加之目前尚無(wú)專門針對(duì)該系統(tǒng)制定的標(biāo)準(zhǔn)可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和建設(shè)實(shí)踐，而參考其他相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)也存在適用性問(wèn)題，因此對(duì)該系統(tǒng)車輛段總圖設(shè)計(jì)需考慮的關(guān)鍵要素進(jìn)行研究以指導(dǎo)相關(guān)設(shè)計(jì)，十分必要。本文以智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“智軌”，英文縮寫為“ART”）為例，結(jié)合已建成項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其車輛段總圖設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素進(jìn)行分析和說(shuō)明，以期為類似工程的總平面布置提供參考和借鑒。

1 ART 車輛及車輛段概述

1.1 ART 車輛

ART車輛采用蓄電池驅(qū)動(dòng)方式。其在外形尺寸與車內(nèi)結(jié)構(gòu)方面與100%低地板有軌電車類似，采用多模塊編組結(jié)構(gòu)，目前已運(yùn)營(yíng)的車輛多為3模塊編組（圖 1），車輛長(zhǎng)度為30～40 m，寬度為2.65 m，地板面離地高度不小于350 mm。該車輛走行部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用與汽車相同的車橋車輪結(jié)構(gòu)，全軸所有車輪均可轉(zhuǎn)向（圖2）。車輛的大部分設(shè)備安裝在車頂，車下除走行部和管路外無(wú)其余設(shè)備。在車輛修程修制方面，目前已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的ART線路在車輛段內(nèi)通常采用日常檢查+均衡修與架/大修的修制。

1.2 ART 車輛段

ART車輛段主要承擔(dān)配屬車輛的各級(jí)檢修和檢修后試驗(yàn)，以及車輛的停放、充電、車內(nèi)清掃、車外洗刷、定期消毒等日常保養(yǎng)維護(hù)工作；此外，還負(fù)責(zé)車輛段內(nèi)設(shè)備機(jī)具維修、工程車輛整備，以及管轄范圍內(nèi)線路設(shè)施設(shè)備綜合維修、材料供應(yīng)、車輛救援等任務(wù)。因此，車輛段內(nèi)包含停車庫(kù)、檢修庫(kù)、洗車庫(kù)、物資庫(kù)、運(yùn)營(yíng)綜合樓等建筑以及必要的通行道路（車場(chǎng)線）、變配電設(shè)施等。其中，檢修庫(kù)可細(xì)分為列檢位、臨修位、架/大修位、靜調(diào)線、動(dòng)調(diào)線等功能區(qū)。由于架/大修需要對(duì)車輛進(jìn)行解體，對(duì)部件進(jìn)行拆卸檢查，涉及專業(yè)較多且復(fù)雜，加之目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)營(yíng)ART線路車輛均尚未進(jìn)入此階段，其在車輛段中的場(chǎng)地僅作預(yù)留，因此本文不對(duì)架/大修位的設(shè)計(jì)作介紹。

2 車輛段總圖設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素分析

2.1 停車位設(shè)置

由于ART車輛走行部與輪軌制式車輛有顯著差異，加之列車出入庫(kù)均為人工駕駛，停車精度和行駛姿態(tài)僅能做到相對(duì)準(zhǔn)確，因此ART車輛停車位的設(shè)置除考慮車輛限界等因素外，還需關(guān)注安全駕駛等條件，應(yīng)將列位寬度設(shè)置為略大于輪軌制式車輛。

鑒于車輛輪廓寬度在車側(cè)不同檢修艙門開(kāi)閉狀態(tài)下的差別較大（圖3），為節(jié)省用地指標(biāo)和方便車輛管理，建議將停車位與列檢位分開(kāi)設(shè)置，在停車位僅開(kāi)展車輛停放、車內(nèi)檢查、消毒等非維修類作業(yè)。

單個(gè)停車位的尺寸設(shè)計(jì)需考慮停車位周圍人員安全活動(dòng)的距離，建議停車列位的設(shè)置采用如圖4所示的方式。以長(zhǎng)度為32 m的ART車輛為例，單個(gè)停車位尺寸宜為35 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬）。庫(kù)內(nèi)停車位采用盡端式或貫通式布置均可，若需在單個(gè)股道設(shè)置多個(gè)列位，則縱向列位間的距離應(yīng)滿足安全疏散及充電要求。

2.2 列檢位設(shè)置

ART車輛列檢位通常配置有車頂作業(yè)平臺(tái)和壁式檢查坑，以便在多個(gè)作業(yè)面同時(shí)開(kāi)展檢修（圖5）。列位長(zhǎng)度計(jì)算可參考GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，寬度取車側(cè)艙門打開(kāi)的最大寬度（6 m），作業(yè)平臺(tái)高度滿足設(shè)備限界要求即可。由于ART車輛設(shè)備少（尤其是車頂和車下），檢查所需的時(shí)間較短，加之設(shè)備的智能化程度高，可實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此宜減少壁式檢查坑的數(shù)量。建議設(shè)置壁式檢查坑的列位數(shù)占列檢位總數(shù)的10%～20%，且不少于2個(gè)。對(duì)于盡端式布置的列檢庫(kù)，建議在入庫(kù)第一個(gè)列位設(shè)置壁式檢查坑和車頂作業(yè)平臺(tái)；對(duì)于貫通式布置的列檢庫(kù)，則可在1個(gè)股道集中設(shè)置壁式檢查坑和車頂作業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車輛在段內(nèi)的循環(huán)貫通轉(zhuǎn)線作業(yè)，以有效利用檢修工位。鑒于部分ART運(yùn)營(yíng)公司仍習(xí)慣于每天對(duì)車底走行部設(shè)備及車頂設(shè)備進(jìn)行檢查，并且出于減少庫(kù)內(nèi)移位調(diào)車工作量的考慮要求多設(shè)置壁式檢查坑和車頂作業(yè)平臺(tái)，因此在總圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮運(yùn)營(yíng)公司的檢修作業(yè)需求。

2.3 庫(kù)前出入線設(shè)置

由于ART車輛不受實(shí)體軌道的限制，轉(zhuǎn)彎半徑小，在道路暢通和場(chǎng)地?zé)o占用的條件下段內(nèi)移車作業(yè)相對(duì)容易，因此在其車輛段設(shè)計(jì)中宜充分利用上述優(yōu)勢(shì)，縮減庫(kù)前咽喉區(qū)的占地面積。為保證車輛在列位上處于拉直的狀態(tài)，出入線設(shè)計(jì)時(shí)須考慮直線及直角轉(zhuǎn)彎2個(gè)典型工況，其他工況可參考這2類進(jìn)行調(diào)整。在直線工況下，限界寬度受車輛運(yùn)行速度的影響不大，較為一致，出入線設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮設(shè)備限界以保證進(jìn)路順暢。而直角轉(zhuǎn)彎工況則較為復(fù)雜，不僅需要考慮車輛在不同轉(zhuǎn)彎半徑下的限界寬度（表1），還應(yīng)該考慮車輛輪跡與車身姿態(tài)在整個(gè)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的變化，原因在于：ART車輛采用全軸轉(zhuǎn)向和軌跡跟隨技術(shù)，入彎分為非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎2個(gè)階段，即在車輛剛?cè)霃潟r(shí)，其偶數(shù)軸的輪跡會(huì)向彎道外側(cè)偏移，在車輛入彎后，其將逐步回正，從而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎階段，而在上述過(guò)程中，輪跡與車身姿態(tài)均會(huì)發(fā)生變化（圖6）。為保證車輛出入庫(kù)的安全，要求車輛不能直接在列位上轉(zhuǎn)彎，必須先沿直線開(kāi)出一段距離后再轉(zhuǎn)彎（圖7）。

表1 直角轉(zhuǎn)彎工況下轉(zhuǎn)彎半徑不同時(shí)ART車輛限界寬度

例如，對(duì)于3編組ART車輛，要求其庫(kù)前出入線中從出庫(kù)起點(diǎn)至入彎分界點(diǎn)的距離須大于1軸至3軸的距離之和（以標(biāo)準(zhǔn)車型為例，該距離約為12 m），若出入庫(kù)第一個(gè)列位設(shè)置有檢查坑，則該距離應(yīng)大于1軸至4軸的距離之和（以標(biāo)準(zhǔn)車型為例，該距離約為18 m）。此外，為延長(zhǎng)段內(nèi)貫通道區(qū)域鉸接系統(tǒng)的使用壽命，建議將段內(nèi)最小轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)置為20 m。若彎道為S形連續(xù)彎道，則要求2條弧線之間的切線長(zhǎng)度大于中間4個(gè)車軸（2軸至5軸）的軸距之和，夾直線長(zhǎng)度應(yīng)不小于 15 m。

2.4 測(cè)試線設(shè)置

傳統(tǒng)制式城市軌道交通車輛段的測(cè)試線用于新車交付驗(yàn)收以及定修、架/大修、重大臨修車輛的全面動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，其通常為全程直線，具有開(kāi)展車輛高速試驗(yàn)及相關(guān)信號(hào)試驗(yàn)的功能，長(zhǎng)度為數(shù)百米或上千米。但ART車輛屬于道路交通車輛，其測(cè)試內(nèi)容更為復(fù)雜，目前其測(cè)試線主要參考汽車測(cè)試線的功能進(jìn)行設(shè)置，分為靜態(tài)測(cè)試線和動(dòng)態(tài)測(cè)試線，其測(cè)試內(nèi)容如下。

（1）靜態(tài)測(cè)試線負(fù)責(zé)列車車軸轉(zhuǎn)速測(cè)量、軸荷（輪重）測(cè)量、低速制動(dòng)（40 km/h）檢測(cè)、側(cè)滑檢測(cè)、轉(zhuǎn)角與車輪定位、360°環(huán)視標(biāo)定、傳感器檢測(cè)、燈光檢測(cè)、列車防雨密封性能檢測(cè)。

（2）動(dòng)態(tài)測(cè)試線負(fù)責(zé)整車循跡精度測(cè)試與標(biāo)定、高速制動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)駕駛測(cè)試。

其中，靜態(tài)測(cè)試線用于測(cè)試車輛安全駕駛相關(guān)性能，使用頻率不高，可將其與臨修列位合并布置，并按測(cè)試功能將其分為多個(gè)工位并列或串聯(lián)布置（圖8）。若庫(kù)內(nèi)為盡端式結(jié)構(gòu)，則建議該線的長(zhǎng)度不小于3倍列車長(zhǎng)度。動(dòng)態(tài)測(cè)試線用于開(kāi)展與輔助駕駛相關(guān)的功能測(cè)試，其與傳統(tǒng)制式城市軌道交通車輛的測(cè)試線有較大區(qū)別（圖 9）。在條件允許的情況下，動(dòng)態(tài)測(cè)試線的車道寬度不宜小于5 m，直線段長(zhǎng)度宜滿足40 km/h以上制動(dòng)試驗(yàn)的要求（即大于400 m），燈泡線區(qū)域轉(zhuǎn)彎半徑為15 m，可與信號(hào)測(cè)試相關(guān)設(shè)備共建；若條件不滿足，則段內(nèi)轉(zhuǎn)彎區(qū)域可設(shè)置為直角轉(zhuǎn)彎，直線段長(zhǎng)度應(yīng)不小于4倍列車長(zhǎng)度（即120 m），用于進(jìn)行走行精度的標(biāo)定與測(cè)試。

2.5 洗車線布置

ART車輛段洗車線可根據(jù)配屬車輛數(shù)量、運(yùn)營(yíng)工況及當(dāng)?shù)貧夂驐l件等進(jìn)行設(shè)置。若配屬車輛數(shù)量較少，可不設(shè)置洗車線，采用在停車位上人工擦洗的清潔模式；若配屬車輛數(shù)量超過(guò)20列，應(yīng)設(shè)置洗車線并配置自動(dòng)洗車機(jī)，對(duì)車輛端面和側(cè)面進(jìn)行清潔，對(duì)于車底和車輪區(qū)域則采用人工沖洗的方式。洗車線有盡端式、貫通式等設(shè)置方式。圖10a展示了與列檢位并列布置的盡端式洗車線，圖10b展示了在庫(kù)外與車輛出庫(kù)線平行布置的貫通式洗車線。由于ART車輛長(zhǎng)度較短，洗車作業(yè)用時(shí)少，因此可實(shí)現(xiàn)段內(nèi)停車、調(diào)車、洗車平行作業(yè)。

圖1 3編組ART車輛示意圖

圖2 ART車輛走行部結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 ART車輛在不同檢修艙門開(kāi)閉狀態(tài)下的輪廓寬度示意圖（單位：mm）

圖4 ART車輛停車列位設(shè)置示意圖

圖5 ART車輛列檢位示意圖

圖6 直角轉(zhuǎn)彎工況下R為20 m時(shí)車身各關(guān)鍵點(diǎn)軌跡圖

圖7 庫(kù)前出入線設(shè)計(jì)示意圖

圖8 靜態(tài)測(cè)試線示意圖

圖9 動(dòng)態(tài)測(cè)試線示意圖

圖10 洗車線布置實(shí)圖

2.6 充電設(shè)施布置

充電設(shè)施是ART車輛段內(nèi)的重要設(shè)備。ART車輛充電設(shè)施分為國(guó)標(biāo)新能源汽車充電樁和大功率直流充電軌2類。國(guó)標(biāo)新能源汽車充電樁適用于車輛在段內(nèi)停車位上的低功率充電場(chǎng)景（圖11a），通常設(shè)置在停車庫(kù)內(nèi)。1臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)充電樁通常有2把充電槍，可同時(shí)供2列車充電，因此停車充電區(qū)域充電樁配置數(shù)量的上限為充電列位總數(shù)的50%，在配置有快速充電裝置的車輛段內(nèi)該比例可下調(diào)至40%左右。大功率直流充電軌適用于為車輛快速補(bǔ)電（圖11b）。該設(shè)備在車輛段內(nèi)的主要用途是對(duì)車輛受電弓的充電功能進(jìn)行驗(yàn)證與測(cè)試，同時(shí)兼顧車輛的充電需求。建議1個(gè)車輛段內(nèi)應(yīng)至少設(shè)置1套充電軌，有起重作業(yè)和車頂作業(yè)的區(qū)域不設(shè)置充電軌，貫通式停車庫(kù)可在出庫(kù)端或入庫(kù)端的第一個(gè)列位設(shè)置，盡端式停車庫(kù)可在入庫(kù)端第一個(gè)列位設(shè)置，此外也可在停車庫(kù)外單獨(dú)設(shè)置。

圖11 ART車輛段充電設(shè)施實(shí)圖

3 車輛段總圖設(shè)計(jì)案例分析

3.1 橫列式布置案例

圖12為某城市ART項(xiàng)目車輛段布置總圖，該車輛段按照近期25列車的規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，所在區(qū)域?yàn)轭愓叫蔚貕K（長(zhǎng)度與寬度接近），由于長(zhǎng)度受限，故采用檢修庫(kù)與停車列檢庫(kù)并列的橫列式布置形式。其中，停車列檢庫(kù)采用一線兩列位貫通式方案；其他庫(kù)區(qū)采用一線單列位盡端式方案，設(shè)有周月檢線、定修線、臨修線、架/大修線以及洗車線，貼近物資倉(cāng)庫(kù)。段內(nèi)的車輛出入口分開(kāi)設(shè)置，采用梳形出入線，并以段內(nèi)的環(huán)形出入線作為動(dòng)態(tài)測(cè)試線。設(shè)有車頂作業(yè)平臺(tái)的列位占停車列檢庫(kù)總列位數(shù)的25%，設(shè)有壁式檢查坑的列位占總列位數(shù)的50%，配置充電樁的列位占總列位數(shù)的50%，并配置2套充電軌。

圖12 某ART項(xiàng)目車輛段橫列式布置總圖

3.2 縱列式布置案例

圖13 為另一ART項(xiàng)目車輛段布置總圖，該車輛段照按初期9列、近期22列車的規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，所在區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)條形地塊，總長(zhǎng)度約300 m，寬度不到60 m，呈啞鈴型，僅有一個(gè)出口可與正線接駁，且其中部分建筑物為永久性設(shè)施，不可拆除。為保證各項(xiàng)作業(yè)的流暢銜接并減少干擾，該車輛段采用縱列式布置方案，在靠近出場(chǎng)線的一端設(shè)置停車列檢庫(kù)，另一端設(shè)置檢修庫(kù)、洗車庫(kù)等。由于地塊條件的限制，其停車列檢庫(kù)的平均線間距僅為4 m，檢修庫(kù)的平均線間距僅為5.5 m，移位調(diào)車難度較大。鑒于此，建議車輛段優(yōu)先選擇長(zhǎng)方形地塊，此類地塊長(zhǎng)寬比例協(xié)調(diào)，可適應(yīng)各類布置形式。

圖13 某ART項(xiàng)目車輛段縱列式布置總圖

4 結(jié)語(yǔ)

ART車輛段總圖設(shè)計(jì)可在參考其他制式城市軌道交通車輛段相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，綜合考慮ART車輛的特殊結(jié)構(gòu)及修程，對(duì)車輛段內(nèi)的各種設(shè)施進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。此外，由于地塊形狀對(duì)車輛段總圖布置形式的影響較大，還需要結(jié)合具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。文中僅對(duì)與車輛維保關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了闡釋，在實(shí)際工程中還應(yīng)結(jié)合運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)辦公、駕駛培訓(xùn)等需求，對(duì)車輛段內(nèi)其他建筑設(shè)施進(jìn)行科學(xué)、合理布置。