高質量發展下的城市軌道交通車輛基地設計

張生平 張樹藝

(北京城建設計發展集團股份有限公司,100037,北京∥第一作者,高級工程師)

車輛基地作為城市軌道交通工程中車輛及全線設備系統的維修保障中心,是城市軌道交通設施中占地面積最大、人員勞動強度最高的地方,但其技術裝備及維修理念仍相對落后。隨著我國綠色、節能、智能及智慧技術的不斷發展,如何在新時代背景下構建綠色節能、智慧智能、人性和諧、城市一體化發展的車輛基地,是未來貫穿城市軌道交通車輛基地規劃、設計、建設及運營全過程的重點。

1 我國城市軌道交通車輛基地現狀及存在問題

1.1 概述

1969年10月1日,北京地鐵1號線的開通運營標志著我國進入城市軌道交通時代。該線的古城車輛段(見圖1)作為我國首個建成的城市軌道交通車輛段,運營至今已逾50年。據統計,目前我國城市軌道交通運營線路有200多條,已運營的車輛基地約500座。車輛基地普遍存在著占地面積較大、智能化水平較低、人員勞動強度較高、工作環境較差等問題。

近年來,隨著各類技術的不斷發展,互聯網、智能化、智慧化、綠色節能等新技術不斷應用于城市軌道交通工程中。車輛基地作為城市軌道交通運營的保障中心,正面臨著系統、全面的變革。

1.2 現狀及主要問題

車輛基地作為全線車輛、設備系統的維護保障中心,是城市軌道交通系統中維修人員、設備及設施最為密集的地方。目前城市軌道交通車輛基地的規劃、設計、建設及運營過程中存在較多問題,主要包括:

1) 設施設備相對落后,自動化程度不高,人員的勞動強度較大。城市軌道交通車輛檢修是典型的勞動密集型行業,運營部門定期開展檢查時主要采用人工檢查、手寫記錄各項信息等方式,這些方式工作強度大、效率低、人工成本高。隨著城市軌道交通的迅速發展,列車配屬數急劇增加,列車發車間隔縮短,每日運營時間延長,這些變化均可能導致列車檢修時間減少、檢修強度增加、故障類別增加、設備制式多、全壽命周期管理滯后、信息化平臺融合度低等問題的產生。

2) 作業流程、檢修制度的更新速度滯后于設備技術水平的發展速度。我國城市軌道交通經過50多年的運營實踐,車輛及設備系統的技術水平已達到國際領先水平,設備的穩定性及可靠性不斷提高。但與設備系統的發展相比,我國城市軌道交通車輛及設備系統檢修制度、作業流程的更新相對滯后,目前普遍存在作業流程及檢修制度的靈活性不足,以及新技術、新裝備應用不足等問題。

3) 對人性化理念的考量相對較少,人員的工作環境較差。城市軌道交通車輛基地是車輛、設備設施檢修場所,不面向乘客服務,在規劃、設計、建設等各階段,車輛基地工作人員在生活、工作中得到的人性化關懷不夠。傳統設計理念中,車輛基地作為檢修工廠,按照廠房/工廠的設計理念開展設計,這導致了運營階段普遍存在人性化設施不足的問題,進而導致員工工作及生活滿意度較低。

4) 綠色、節能設施設備的應用較少。城市軌道交通車輛基地是城市軌道交通中占地最廣、建筑體量最大的設施。隨著我國裝備、工業技術的不斷發展,各類綠色、節能技術不斷在城市軌道交通工程中得以應用。車輛基地作為后方保障基地,不面向乘客服務,其各類新技術、新理念的試點應用及推廣相對滯后。

5)車輛基地TOD(公交引導發展)一體化開發的上下部設計及實施不協調。車輛基地對城市現狀及規劃帶來了極大的分割,對城市整體規劃、土地價值提升帶來了諸多負面影響。車輛基地上蓋及周邊土地綜合開發利用已成為城市軌道交通TOD一體化發展的重點。但由于政策、規劃、審批、責任主體、設計等方面的不同步,導致部分上蓋開發項目設計與城市軌道交通設計嚴重脫節。

2 高質量發展下的城市軌道交通車輛基地設計

2.1 逐步構建智能化車輛基地

2.1.1 優化車輛修程修制

與既有車輛技術水平相比,我國GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定的車輛修程修制已相對落后。結合各城市軌道交通的運營經驗及車輛實際情況,優化車輛修程修制已成為車輛基地降本增效的關鍵所在。

在中國國家鐵路集團有限公司編制的鐵總機輛[2019]54號《關于推進動車組及和諧型機車修程修制改革的指導意見》中,將最高運行速度低于200 km/h的動車組的日檢周期延長至4 d。上海、廣州、南京及成都等城市軌道交通運營單位也在逐步推行將軌道交通車輛既有的日檢周期(2 d)延長至4 d、5 d或8 d,同時結合車輛技術發展按照均衡修、全效修的標準開展車輛的日常維護作業,取消定修修程。

2.1.2 應用智能化設備

隨著智能感知、互聯網及機器視覺等新技術在城市軌道交通中的應用,城市軌道交通不斷向智能化、智慧化邁進。全車360°動態圖像智能檢測系統、列檢機器人、智能安全聯鎖系統等智能化手段在減輕車輛基地檢修強度、規范作業流程、提高檢修效率等方面起到了重要的作用。

結合我國上海、廣州等城市軌道交通智能化設備的應用經驗,全車360°動態圖像智能檢測系統、列檢機器人等技術手段可使車輛檢修效率提高50%～60%。合理應用成熟、可靠的智能化新裝備,已成為有效提升車輛基地檢修效率和可靠性的關鍵技術手段。列檢機器人現場工作圖如圖2所示。

圖2 列檢機器人現場工作圖

2.1.3 構建車輛基地智能運維系統

結合城市軌道交通車輛及設備系統的檢修流程、修程修制,因地制宜地從車輛基地檢修的“人、機、料、法、環”等方面全方位建立有效的車輛基地檢修智能管控系統。根據實際需要,切實從檢修修程修制、檢修流程出發,實現車輛基地關鍵檢修流程的電子化及可視化,逐步構建整個車輛基地的智能運維系統。

2.1.4 部件自動流水線作業的應用

車輛高級別檢修屬于車輛基地功能中技術要求最高、設備系統最為復雜的部分,且對人員技術水平要求極高、人員勞動強度極大。隨著機械制造行業的不斷發展,機器手臂、智能檢測及智能運輸等智能化、自動化設備逐步應用于設備檢修。

針對輪軸、電機、軸承及空調等檢修工藝標準化程度較高的部件,采用以人工為輔、自動化設備為主的自動流水線作業方式,已成為我國城市軌道交通車輛檢修的發展方向。南京、深圳及廣州等多地的城市軌道交通已逐步構建了專業部件集中修的自動化流水線。隨著城市軌道交通線網的不斷擴大,關鍵部件集中流水修成為提高車輛檢修安全性及可靠性、提升檢修效率至關重要的技術手段。某城市軌道交通車輛基地的自動化輪軸加工線如圖3所示。

2.2 全面提升車輛基地人性化水平

我國城市軌道交通車輛基地的傳統設計理念主要以工廠化、廠房化為主。車輛基地各類生產、生活環境中存在人員公共空間不足、公共/休閑空間品質不高等問題。車輛基地工作人員缺少緩解工作壓力的場所,這與目前要求增加人性化設施、提高員工工作和生活滿意度的社會發展趨勢不符。

車輛基地受工程投資的影響,綠化、景觀及休閑等設施相對較少。如何在合理的工程投資范圍內,有效增加基地內綠化及休閑設施,是有效提升車輛基地人性化水平的關鍵。某城市軌道交通停車庫區中庭綠化布置如圖4所示。

圖4 某城市軌道交通停車庫區中庭綠化現場圖

車輛基地上蓋開發已成為城市軌道交通融合城市發展的必然趨勢,但上蓋開發的車輛基地普遍存在下部軌道交通作業空間難以正常自然采光、通風及工作環境差等問題。在車輛基地上蓋方案可行的基礎上,應進一步改善蓋下作業區的自然采光、通風環境,這是提升上蓋開發車輛基地人性化品質的關鍵。某城市軌道交通上蓋開發車輛基地檢修庫現場如圖5所示。

圖5 某城市軌道交通上蓋開發車輛基地檢修庫現場圖

2.3 全面推進車輛基地的綠色、節能

2.3.1 場地規劃及布局

在既有檢修模式條件下,如何高效整合車輛基地內的各類檢修設施,是車輛基地集約化的關鍵。針對車輛基地占地面積大的特點,將功能相近的檢修設施(如檢修庫、周月檢庫、停車庫,以及材料棚、工程車庫及調機車庫等)進行合理、有效的整合,以達到土地集約化利用的目的。車輛基地集約化布置如圖6所示。車輛基地內若存在高差較大的用地,應結合實際場坪對軌行區、廠前生活辦公區等功能不同的區域進行差異化設計,以實現優化場地工程量的目標。

圖6 車輛基地集約化布置示意圖

2.3.2 綠色建造

在綠色化、裝配式建筑不斷在城市軌道交通工程中得以應用的背景下,可結合車輛基地的工程特點,合理、有效地推進鋼結構、疊合樓板、樓梯、外墻及軌道檢查坑等節點工程的裝配式施工,以提高車輛基地工程的實施效率和工程質量,推進綠色建造的可持續發展。

2.3.3 綠色、節能新技術的應用

隨著我國工業化進程的不斷推進,各類綠色、節能技術不斷推廣、應用于城市軌道交通中。結合車輛基地的特點,可采用的綠色、節能新技術主要包括一體化光伏發電、直驅LED(發光二極管)照明、智能照明、工業通風機、綜合管溝及海綿城市等。

2.4 全面推進車輛基地TOD一體化設計

為推進城市軌道交通車輛基地與上蓋開發的同步設計與施工,實現城市軌道交通設施融入城市、服務城市、引領城市的TOD一體化開發目標,建議從以下幾方面開展車輛基地的上下部一體化設計。

2.4.1 建筑體系

車輛基地TOD一體化開發方案涉及規劃、立項審批等多項手續,這些手續一般與城市軌道交通車輛基地建設分屬不同的主管部門,這也是導致車輛基地方案與TOD方案難以同步的主要原因。國內常見的車輛基地TOD一體化開發項目中,其下部軌道交通工程的設計與實施一般早于上蓋開發工程的設計與實施。我國多個城市軌道交通車輛基地在設計之初考慮了上蓋開發預留,但在后期上蓋建設期間卻出現了預留建筑體系難以滿足上蓋開發需求的問題,進而嚴重影響了上蓋一體化開發方案的實施。

考慮到后期上蓋開發的可實施性及開發的品質,在開展車輛基地設計之初,需針對上蓋開發方案開展車輛基地上下部建筑體系的一體化設計。一體化設計應重點考慮結構銜接體系、管線路由、減振降噪、預留工程條件及過渡期保障措施等多方面。

2.4.2 消防設施

城市軌道交通車輛基地上蓋開發無相關的消防規范/標準可參考,需結合上下部方案開展消防性能化設計(特殊消防設計)。隨著GB 51298—2018《地鐵設計防火標準》及各城市軌道交通車輛基地上蓋綜合利用工程設計防火標準等一批新規范、新標準的施行,車輛基地綜合開發逐步獲得了規范體系的支持。

在車輛基地開展設計之初,應充分借鑒已建上蓋車輛基地的消防設計案例,開展上下部一體化的消防設計。應針對上部開發方案提出明確的消防限制條件,下部軌道交通設施設置應充分考慮上部方案的可實施性。為保證下部軌道交通工程的順利實施,還需對上蓋開發車輛基地的消防設計盡早進行消防審查溝通,以確定特殊消防設計的必要性和消防方案的合理性。某城市軌道交通地下車輛基地敞開式消防環路設置如圖7所示。

2.4.3 上下部景觀

車輛基地作為城市軌道交通系統占地面積最大的設施,對城市的現狀、景觀、規劃均會造成非常大的影響。車輛基地TOD開發區域一般土地價值較高,對城市景觀、規劃的要求隨之也較高。考慮城市軌道交通融入城市主體的要求,減少對城市的分割影響,在車輛基地TOD開發方案設計階段需對其上下部景觀開展一體化設計,以實現車輛基地開發方案真正融入城市、服務城市的目標。

2.4.4 上下部交通

車輛基地占地面積極大,其建設對周邊的交通體系造成極大影響,因此車輛基地需完全獨立于城市相關設施。在保證車輛基地基本功能的前提下,如何減少對城市交通體系的影響,是車輛基地TOD一體化開發需考慮的重點問題。車輛基地TOD一體化開發在保證下部軌道交通工程基本的交通功能基礎上,需重點考慮一體化開發與城市道路交通、公交、慢行系統等交通方式的接駁。某城市軌道交通車輛基地一體化開發的上蓋交通引入了市政道路,如圖8所示。

圖8 某城市軌道交通車輛基地一體化上蓋市政道路現場圖

3 結語

隨著我國城市軌道交通工程高質量建設的不斷推進,如何在新時代背景下構建綠色節能、智慧智能、人性和諧、城市一體化發展的車輛基地,成為未來城市軌道交通車輛基地設計的重點。本文立足我國城市軌道交通的建設經驗及新理念、新技術的應用,從車輛基地規劃、設計、裝備配置等方面出發,針對車輛基地的智慧化建設、人性化設施建設、綠色節能及TOD上下部一體化設計等關鍵點,提出了切實可行的專項實施建議,可為未來城市軌道交通車輛基地的高質量設計提供參考。