基于全自動駕駛技術(shù)的南京地鐵7號線高架車輛段設(shè)計(jì)

王亞麗

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，200070,上海//高級工程師)

1 項(xiàng)目概況

南京地鐵7號線為南京市首條全自動駕駛模式的線路，位于長江南岸，定位為東北—西南向的大運(yùn)量局域線。其南起西善橋，北止仙新路，途經(jīng)雨花臺區(qū)、建鄴區(qū)、鼓樓區(qū)和棲霞區(qū)，線路長約35.6 km;設(shè)站27座，含換乘站13座，均采用地下敷設(shè)方式，平均站間距約1.35 km。

南京地鐵7號線全線按一段一場設(shè)置，在起點(diǎn)設(shè)西善橋停車場，在終點(diǎn)設(shè)馬家園車輛段；利用2號線所街主變電所和3號線濱江路主變電所供電，7號線主控制中心設(shè)在馬家園車輛段內(nèi)。采用B型車、6輛編組，設(shè)計(jì)最高時速為80 km/h，DC 1 500 V接觸網(wǎng)供電;初/近/遠(yuǎn)期均采用大小交路，高峰小時開行對數(shù)分別為20、24、30對。本線場段分布及交路形式見圖1。

圖1 南京地鐵7號線場段分布及交路示意圖

馬家園車輛段為定修段，接軌于7號線線路北端仙新路站，段址位于南京鐵路樞紐南京東站既有寧蕪出發(fā)線、寧東環(huán)到線合圍地塊內(nèi)，選址示意圖見圖2。主要工程內(nèi)容包括總平面、工藝、站場、路基、橋涵、房建(含裝修)、給排水,以及消防、動照、暖通、綜合管網(wǎng)、道路、圍墻、綠化等。

由于車輛段用地被鐵路線包圍，對外交通條件較差，出入口均需上跨既有鐵路；出入段線需下穿南京東編組站、京滬鐵路、仙新路并上跨寧東環(huán)到線后再以大坡度引入車輛段；此外，車輛段周邊要考慮鐵路限界，場坪與既有鐵路線高差較大，受控因素多、用地局促。經(jīng)與地面方案進(jìn)行多方面比較論證后，馬家園車輛段采用架空方式，即出入段線上跨寧東環(huán)到線后以平坡入段，將軌行區(qū)置于蓋板上，其他生產(chǎn)輔助房屋置于蓋板下，這樣有利于改善出入段線和車輛運(yùn)營條件，有利于土地集約利用。同時,為了改善蓋下通風(fēng)采光，在蓋板上因地制宜設(shè)置若干采光天井，并引入光導(dǎo)管等先進(jìn)技術(shù)，將蓋下空間打造成集生產(chǎn)、辦公、生活、休閑、綠化為一體的“地下城市”。

圖2 馬家園車輛段選址示意圖

2 全自動駕駛車輛段總平面布置形式

全自動駕駛技術(shù)在國內(nèi)外得到了快速發(fā)展，在增加運(yùn)能、提高系統(tǒng)效率、改善乘坐舒適度、節(jié)省人力資源等方面具有顯著優(yōu)勢?；谌詣玉{駛技術(shù)的車輛段與常規(guī)車輛段不同的是，它需考慮全自動運(yùn)行區(qū)和非自動運(yùn)行區(qū)的劃分，并設(shè)置轉(zhuǎn)換軌用于信號模式的轉(zhuǎn)換。一般將停車列檢庫、洗車庫線群納入全自動運(yùn)行區(qū)，將周月檢庫、定臨修庫、鏇輪庫、調(diào)機(jī)工程車庫線群納入非自動運(yùn)行區(qū)，兩個區(qū)域不宜間隔布置，并進(jìn)行物理分割。

總平面布局通常有以下幾種形式：

(1)順接布置，轉(zhuǎn)換軌兼作牽出線，如圖3所示。停車列檢庫和檢修庫并列順向布置，在出入線一側(cè)設(shè)牽出線兼轉(zhuǎn)換軌。這種布置形式在傳統(tǒng)駕駛模式下，列車可以從正線直接駛?cè)胪＼嚵袡z庫或檢修庫，調(diào)車工藝順暢，折角次數(shù)少，在地形條件允許的情況下應(yīng)優(yōu)先考慮。但在全自動駕駛模式下，由于列車不能直接從正線(全自動運(yùn)行區(qū))駛?cè)霗z修庫(非自動運(yùn)行區(qū))，必須經(jīng)過段內(nèi)信號模式轉(zhuǎn)換，因此列車先自動進(jìn)入停車列檢庫，再折返至轉(zhuǎn)換軌，最后運(yùn)行至檢修庫，總共需經(jīng)過2次換向，1次模式切換。同理，檢修結(jié)束后返回停車列檢庫待命的列車需經(jīng)過1次換向、1次模式切換。此外，如果運(yùn)營單位能夠充分信賴全自動駕駛列車的自檢功能，即列車不需要每日列檢，而是雙日檢或四日檢，那么可將停車列檢庫分為兩部分：一部分僅用于停車，無需分區(qū)或設(shè)置檢查地溝；另一部分兼顧停車和列檢，劃分保護(hù)區(qū)，并設(shè)置檢查地溝。

圖3 北京地鐵17號線歇甲村車輛段布置示意圖

(2)倒裝布置，轉(zhuǎn)換軌兼作牽出線，如圖4所示。停車列檢庫和檢修庫逆向倒裝布置，牽出線兼作轉(zhuǎn)換軌，全自動運(yùn)行區(qū)與非自動運(yùn)行區(qū)相互獨(dú)立，界限分明。這種布置形式在傳統(tǒng)駕駛模式下，進(jìn)入檢修庫的列車都需要在牽出線上折返，調(diào)車效率低，但該形式布置緊湊，占地面積較小，在用地條件受限的情況也經(jīng)常采用。在全自動駕駛模式下，列車從正線駛?cè)霗z修庫需經(jīng)過1次換向、1次模式切換；檢修結(jié)束返回停車列檢庫需經(jīng)過2次換向、1次模式切換。因此，總的換向和模式切換次數(shù)與順接方案相同。

圖4 上海軌道交通10號線吳中路車輛段布置示意圖

(3)順向縱列式，走行線兼作轉(zhuǎn)換軌，如圖5所示。停車列檢庫和檢修庫順向縱列布置，走行線兼作轉(zhuǎn)換軌，全自動運(yùn)行區(qū)與非自動運(yùn)行區(qū)一前一后相互獨(dú)立，界限分明。這種布置形式在傳統(tǒng)駕駛模式下，列車下線通過走行線可直接進(jìn)入檢修庫，工藝順暢。在全自動駕駛模式下，列車從正線駛?cè)霗z修庫只需在走行線切換1次模式，無需換向；檢修結(jié)束返回停車列檢庫需經(jīng)過1次換向、1次模式切換?？梢?，縱列式布置折返次數(shù)少，可較好地滿足初期有人—無人駕駛過渡，且分區(qū)鮮明，但這種形式對用地長度要求較高。

圖5 順向縱列式車輛段布置示意圖

(4)順接布置，檢修庫前設(shè)轉(zhuǎn)換軌，如圖6所示。停車庫(新加坡TEL車輛段僅用于停車，不作列檢)和檢修庫并列順向布置，在檢修庫每股道前留有一列車長加安全距離的有效長作為轉(zhuǎn)換軌，需要檢修的列車可以直接從正線運(yùn)行到庫前轉(zhuǎn)換軌，再經(jīng)信號轉(zhuǎn)換后駛?cè)霗z修庫，不需換向。這種布置形式適用于國外列車編組較小的情況，且由于與國內(nèi)檢修體制的不同，停車庫一般兼作列檢，需要考慮檢查地溝和分區(qū)隔離。馬家園車輛段總平面方案引用并優(yōu)化了這種形式，即在檢修庫岔群前集中設(shè)置一處轉(zhuǎn)換軌，而不是對應(yīng)每條檢修線設(shè)置。

圖6 新加坡TEL車輛段布置示意圖

3 全自動運(yùn)行區(qū)工藝設(shè)計(jì)

基于全自動駕駛技術(shù)的車輛段在滿足常規(guī)車輛段檢修工藝的基礎(chǔ)上，還應(yīng)滿足下列需求：

(1)設(shè)置全自動運(yùn)行區(qū)和非自動運(yùn)行區(qū)，兩個區(qū)域劃分界面清晰并配有物理隔離措施。

(2)對全自動運(yùn)行區(qū)和非自動運(yùn)行區(qū)的轉(zhuǎn)換作業(yè)，在牽出線或檢修庫前配置轉(zhuǎn)換區(qū)段。轉(zhuǎn)換區(qū)段設(shè)于全自動運(yùn)行區(qū)內(nèi)，配套設(shè)置司機(jī)登乘平臺，并具備司機(jī)上、下車的安全措施。

(3)停車列檢庫除了停車功能外，還兼顧日檢功能，按100%列位設(shè)置檢查地溝；防護(hù)分區(qū)的劃分兼顧安全與效率的原則，通常每2～3股道設(shè)置為1個防護(hù)分區(qū)，采用防護(hù)圍欄分隔。

(4)停車列檢庫內(nèi)應(yīng)滿足信號自動停車的安全防護(hù)距離要求，并宜滿足相關(guān)測試的長度要求,即列車停車點(diǎn)至車檔(不含車檔長度)大于等于15 m，庫內(nèi)兩列車間距大于等于20 m。

(5)對司機(jī)在停車庫列檢庫的上、下車作業(yè)，應(yīng)配套設(shè)置司機(jī)登乘平臺，并具備司機(jī)上、下車的安全措施(包括從非自動運(yùn)行區(qū)域至登乘平臺的通道)；為保證司機(jī)上、下車的絕對安全，司機(jī)通道與一般作業(yè)人員通道宜嚴(yán)格分離，互不交叉。

(6)為了保證工作人員進(jìn)入停車列檢庫各分區(qū)的安全和便捷，需設(shè)置地下橫向通道。

(7) 洗車庫設(shè)于全自動運(yùn)行區(qū)域，并滿足自動洗車的要求。

4 馬家園車輛段總平面布局

4.1 蓋上平面布局

蓋上總平面呈并列盡端式布置，停車列檢庫(34列位)與洗車庫為全自動運(yùn)行區(qū)，位于場地北側(cè)，停車列檢庫中間設(shè)一條縱向采光天井；聯(lián)合檢修庫由周月檢庫(3列位)、定臨修庫(2列位)、靜調(diào)庫、吹掃庫等組成，為非自動運(yùn)行區(qū)，位于場地南側(cè)，岔群前設(shè)一列位轉(zhuǎn)換軌，一端設(shè)司機(jī)登車臺；鏇輪庫及材料棚平行布置于聯(lián)合檢修庫南側(cè)，材料線尾部同時考慮新車裝卸；工程車庫布置于停車列檢庫咽喉東南側(cè)；試車線長約1 150 m，設(shè)于場地東南側(cè)，采用連續(xù)梁上跨南京東編組站環(huán)到線。蓋上總平面示意圖見圖7。

圖7 馬家園車輛段蓋上平面布置示意圖

車輛段設(shè)3個出入口，其中2個通過匝道上跨鐵路線與市政道路連接，1個利用既有涵洞(主要供公安派出所使用)。

大庫尾部為開放性的入口廣場，與大庫區(qū)蓋下半開放的觀景庭院及咽喉區(qū)蓋下私密性的內(nèi)庭院形成一體化的景觀主軸，完成空間過渡。

4.2 蓋下平面布局

考慮車輛段處于鐵路線包圍的夾心地塊，直達(dá)此處的市政道路較少，地面交通不便，聲環(huán)境較差，因此蓋下空間不適合作為住宅、商業(yè)、倉儲等類似大客流車站開發(fā)性質(zhì)的功能。故考慮蓋板下部空間主要作為車輛段自身使用,以及為地鐵內(nèi)部使用做預(yù)留，例如會議用房、材料倉庫等對選址沒有限制并對采光要求不高的一些功能用房。

蓋下地面標(biāo)高結(jié)合現(xiàn)狀地形及蓋下房間功能特點(diǎn)，根據(jù)廠區(qū)土石方平衡原則，并考慮百年洪水位要求，將場坪作階梯狀處理，蓋下西側(cè)區(qū)域以挖方為主，室內(nèi)地面標(biāo)高約29.5～30.8 m，東側(cè)區(qū)域以填方為主，室內(nèi)地面標(biāo)高約27.0 m。

蓋下總平面示意圖見圖8。蓋下面積約13.5萬m2，長度方向約770 m，寬度方向約280 m，蓋下通風(fēng)采光條件差，根據(jù)蓋上整體布局以及蓋下消防設(shè)計(jì)原則，在蓋上局部單體與單體、單體與道路之間和線路限界后的空白區(qū)域設(shè)置天井，同時采用光導(dǎo)照明系統(tǒng)與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，最大限度地改善蓋下自然通風(fēng)與采光條件。

圖8 馬家園車輛段蓋下平面布置示意圖

蓋下空間結(jié)合蓋上各單體功能布局特點(diǎn)布置：物資總庫設(shè)置在聯(lián)合檢修庫南側(cè)、材料堆場蓋板下，并設(shè)置1部貨梯，便于物資搬運(yùn)；7號線控制中心、車輛段綜合維修和辦公房及食堂等設(shè)置在停車列檢庫及聯(lián)合檢修庫西部蓋下，與輔跨用房通過垂直交通設(shè)施連接，其流線簡短，工作交流方便快捷。公安派出所位于蓋下東端出入段線橋下，以北側(cè)鐵路涵洞作為出入口，與車輛段功能區(qū)域隔開。

在聯(lián)合檢修庫南側(cè)與工程車庫尾部天井邊沿布置間休室，以充分利用天井采光與通風(fēng)，提升周邊環(huán)境。同時設(shè)置有適量的運(yùn)動休閑場所，供車輛段內(nèi)部員工休憩放松。

預(yù)留區(qū)域主要位于岔區(qū)蓋下，近期做簡單綠化，可通過1個單獨(dú)的汽車匝道及1個地面出入口到達(dá)此區(qū)域。

5 高架車輛段特殊設(shè)計(jì)

5.1 蓋體及房屋結(jié)構(gòu)

蓋體、蓋上、蓋下房屋結(jié)構(gòu)結(jié)合車輛段各功能分區(qū)、建筑布局以及不同的工藝設(shè)備需求，合理選擇結(jié)構(gòu)形式及基礎(chǔ)形式。停車列檢庫、聯(lián)合檢修庫的跨度大，故選用型鋼梁加鋼骨架輕型板的結(jié)構(gòu)體系;其余庫房及蓋體跨度約為15 m，故采用整體現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。針對各庫房不同設(shè)備基礎(chǔ)的要求及體系，個別如地坑式架車機(jī)基礎(chǔ)、不落輪鏇床基礎(chǔ)均設(shè)置獨(dú)立框架，以避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不規(guī)則的情況。為減小蓋體震動對蓋下有人區(qū)域的影響，對結(jié)構(gòu)采取了相應(yīng)的措施。大庫蓋下主要為辦公區(qū)域，采用了雙層屋面板；間休區(qū)域采用雙層屋面板并設(shè)置獨(dú)立基礎(chǔ)，與蓋體完全分離，有利于減震降噪。

5.2 蓋上排水

蓋板上采用雨水斗排水方式，道路區(qū)域每間隔約15 m設(shè)置1處雨水斗，由建筑面層找坡。軌道區(qū)域按最多3股道(橫向間距約15 m)設(shè)置1處雨水斗，由結(jié)構(gòu)面層找坡。雨水斗收集蓋上排水后，沿立柱設(shè)置雨水立管排至蓋下地面雨水系統(tǒng)。

5.3 蓋下通風(fēng)采光

結(jié)合蓋上功能布局與線路走向特點(diǎn)，在停車列檢庫中部，停車列檢庫與聯(lián)合檢修庫之間，咽喉區(qū)軌道限界之余的空地上設(shè)置采光通風(fēng)天井，同時根據(jù)蓋下單體布置特點(diǎn)，在建筑入口、重要的人員辦公空間、餐廳、景觀節(jié)點(diǎn)等布置適量的光導(dǎo)管進(jìn)行輔助照明，極大地改善了蓋下環(huán)境，達(dá)到了深度節(jié)能減排的效果。

5.4 蓋下消防

蓋下房屋大都為多層工業(yè)建筑(派出所、間休室為民用建筑)，耐火等級為二級(控制中心為一級)，火災(zāi)危險(xiǎn)性等級為丁、戊類，根據(jù)GB 50014—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，工業(yè)建筑與民用建筑之間防火間距不小于10 m。蓋下綜合樓、間休室、派出所等單體防火分區(qū)按不大于5 000 m2設(shè)計(jì)，物資庫防火分區(qū)按不大于3 000 m2設(shè)計(jì)。每個防火分區(qū)至少設(shè)2個安全出口，疏散至蓋板外或蓋板下的開敞空間。整個車輛段共設(shè)3個出入口與市政道路連接。蓋下單體設(shè)消防環(huán)道，單體長度大于150 m設(shè)穿越建筑的消防車道。消防道路中心線距離小于160 m。消防車道頂部開口面積達(dá)到車道面積的25%。蓋板耐火時間為3 h。設(shè)置天井優(yōu)化自然采光通風(fēng)與排煙，天井處防火分隔：樓板交接處設(shè)大于等于1.2 m的高實(shí)體墻或設(shè)寬度大于等于1.0 m的挑檐。

6 結(jié)語

全自動駕駛技術(shù)是未來軌道交通發(fā)展的方向，也是未來地鐵建設(shè)的首選模式，南京地鐵7號線無人駕駛線路在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。

馬家園車輛段是南京首個全自動駕駛的車輛段，由于受用地條件限制，經(jīng)權(quán)衡比較后采用了高架形式，即將大庫及軌行區(qū)置于蓋板上，綜合樓等配套設(shè)施位于蓋板下，在有限的用地范圍內(nèi)較好地實(shí)現(xiàn)了全自動運(yùn)行、生產(chǎn)、辦公、生活等基本功能。同時，考慮到該車輛段代表南京地鐵前沿技術(shù)和工藝水平，承載了企業(yè)文化展示的需要，對建筑外立面和景觀進(jìn)行了適度超前設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了先進(jìn)性、生態(tài)性和體驗(yàn)性的理念，未來一段時間將成為業(yè)內(nèi)的標(biāo)桿項(xiàng)目。

此外，綜合樓、物資庫、間休室、公安用房等置于工業(yè)廠房蓋板之下，尚未有規(guī)劃、消防等方面的規(guī)范可依；間休室位于聯(lián)合檢修庫咽喉區(qū)，會產(chǎn)生震動與噪聲干擾；蓋下部分房間無法直接采光通風(fēng)，影響了室內(nèi)環(huán)境。本案例在上述幾方面作了積極嘗試，其應(yīng)用效果尚待實(shí)踐檢驗(yàn)。