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      車輛基地上蓋開發(fā)對車輛運維影響及解決措施探討

      2020-10-29 08:55:52尹仁發(fā)
      鐵道建筑技術(shù) 2020年8期
      關(guān)鍵詞:物業(yè)車輪運維

      尹仁發(fā)

      (中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600)

      1 研究背景

      近年來,在國家與各城市政策推動引導、城市土地資源日益稀缺、平衡軌道交通建設(shè)資金需要等多種因素影響下,結(jié)合軌道交通TOD理念對車輛基地[1]進行上蓋物業(yè)開發(fā)的步伐加快。據(jù)統(tǒng)計,在已開通軌道交通的城市中,有近六成已完成或者正在對車輛基地進行上蓋開發(fā),還有近三成規(guī)劃開發(fā)[2]。其中北上廣深和杭州、寧波、成都等對軌道交通車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)已是普遍現(xiàn)象。圖1為地鐵車輛基地上蓋開發(fā)案例。

      圖1 地鐵車輛基地上蓋開發(fā)案例

      對車輛基地進行上蓋物業(yè)開發(fā)是技術(shù)相對新穎復雜的系統(tǒng)工程。由于缺少長期全面的運營驗證,部分項目規(guī)劃建設(shè)時,側(cè)重于上蓋物業(yè)自身的功能與布局,對車輛運維的工藝適應(yīng)性改變研究不足,導致實施后的項目劣化了車輛基地工作環(huán)境,而蓋下車輛基地運維作業(yè)產(chǎn)生的振動、噪聲也影響了物業(yè)品質(zhì)。

      本文通過總結(jié)國內(nèi)經(jīng)驗教訓,深入分析車輛運維功能和蓋上物業(yè)環(huán)境的相互影響,并探討相應(yīng)的解決方案和優(yōu)化措施,供業(yè)界同行參考。

      2 車輛基地上蓋開發(fā)對車輛運維影響分析

      國內(nèi)車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)的設(shè)想最早來源于香港地鐵,核心思路是在車輛基地上方再造一塊地并進行開發(fā),從而提高城市土地與空間資源利用效率,如圖2所示。

      圖2 車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)示意

      由于蓋上蓋下功能及建筑性質(zhì)的差異,需要在車輛基地總圖、結(jié)構(gòu)一體化、消防、交通組織、管線綜合、車輛運維工藝適應(yīng)性等諸多方面做調(diào)整和改進工作,本文側(cè)重探討車輛基地上蓋開發(fā)對車輛運維工藝的影響以及相應(yīng)解決措施。

      經(jīng)過總結(jié)研究,車輛基地上蓋開發(fā)對車輛運維的影響主要體現(xiàn)在兩個方面:一是車輛基地上蓋開發(fā)以后,由于鋼筋混凝土大平臺和蓋下柱網(wǎng)加密原因,劣化了蓋下車輛基地運營環(huán)境,需要調(diào)整運維工藝以適應(yīng)新的作業(yè)條件;二是為減少車輛基地噪聲、振動等不利因素對上蓋物業(yè)的影響,也需要優(yōu)化運維工藝。

      3 改善蓋下工作環(huán)境的相關(guān)運維應(yīng)對措施

      (1)新建線路宜向全自動無人駕駛方向發(fā)展

      全自動無人駕駛是在沒有司機和乘務(wù)人員參與的情況下,自動實現(xiàn)列車的各項作業(yè)。根據(jù)國際公共交通協(xié)會(UITP)估計,至2020年國際上75%新建線將采用全自動無人駕駛技術(shù)。國內(nèi)已開通的有廣州珠江新城APM線、上海10號線、北京燕房線等。在新一輪軌道交通建設(shè)中,北京3、12、17、19號線及新機場線,上海14、15、18號線已確定采用全自動無人駕駛技術(shù)。武漢、深圳、廣州、南京、西安等城市也已開展相關(guān)工作[3]。

      全自動無人駕駛技術(shù)提高了系統(tǒng)自動化程度,增強了設(shè)備自診斷及運營維護功能[4]。因此,新建線路向全自動無人駕駛方向發(fā)展,可以減少車輛基地運維工作量,大幅減少定員,從而減少環(huán)境對于人群總體影響。

      (2)積極研發(fā)和配置新型智能運維裝備

      隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù)應(yīng)用,我國軌道交通進入智能運維時代。車輛基地上蓋開發(fā)以后,段內(nèi)自然通風和采光較少,工作環(huán)境相對較差,應(yīng)盡量減少蓋下車輛基地工作人工時。通過配置新型智能運維裝備,用機器人替代人工進行檢修作業(yè),是減少蓋下工作人工時的有效手段。

      目前,國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出了多項國際領(lǐng)先的管理系統(tǒng)和智能裝備。例如在智能運維管理系統(tǒng)方面,以列車、設(shè)備、設(shè)施監(jiān)測為基礎(chǔ)構(gòu)建的集車輛、車輛基地、線網(wǎng)一體化的健康監(jiān)測、智能診斷、設(shè)備運維、車輛檢修、決策支持與應(yīng)急處置智能協(xié)同管理平臺——軌道交通智慧運維管理平臺已經(jīng)研發(fā)投入使用,如圖3所示。

      圖3 軌道交通智慧運維管理系統(tǒng)

      在智能運維裝備方面,服務(wù)于軌道檢測領(lǐng)域的機輛車底、車頂智能巡檢機器人及智能隧道巡檢機器人已經(jīng)研發(fā)并投入使用,未來還將研發(fā)清洗、拆裝、探傷、測量等機器人,如圖4所示。

      圖4 新型軌道交通智能運維裝備

      大量運用新技術(shù),提高了列車整備檢修的自動化水平,減少蓋下區(qū)域工作人員數(shù)量和工作時間,甚至實現(xiàn)蓋下“無人工廠”,將工作環(huán)境對人員的影響降至最小。

      (3)應(yīng)用新型噴涂材料或采用車體貼膜工藝

      地鐵車輛多采用油漆涂裝工藝,配套建設(shè)的噴漆庫屬于甲類廠房,存在火災隱患;車體噴漆作業(yè)所排放的VOC(揮發(fā)性有機物)也惡化了區(qū)域環(huán)境。

      當前替代方案主要有兩個:一是保留傳統(tǒng)噴涂工藝,但是選用更加環(huán)保、節(jié)能、低VOC的水性涂料替代油漆。水性涂料具有卓越的防火性能[5],其毒性和燃燒煙密度均滿足BS6853標準,有著良好的附著力和耐化學性,在歐美等發(fā)達國家的城軌車輛上已逐步得到應(yīng)用。二是采用新型車體貼膜工藝替代噴漆工藝。車體貼膜可以大幅減少VOC排放,有利于保護環(huán)境。隨著車輛基地上蓋開發(fā)興起,廣州、深圳、上海等城市都嘗試用貼膜代替油漆進行舊車翻新[6]。運營實踐表明,車體貼膜工藝因其固有的施工靈活快速、無VOC(揮發(fā)性有機物)排放、綠色環(huán)保等優(yōu)勢正在被市場所接受。圖5為采用水性涂料的動車組和車體貼膜的有軌電車。

      圖5 采用水性涂料的動車組和車體貼膜的有軌電車

      (4)配置新型電力蓄電池工程車

      車輛基地需配置一定數(shù)量工程牽引車,來承擔段內(nèi)調(diào)車、正線維修和故障列車救援等任務(wù)。內(nèi)燃工程車具有動力性能好、購置費用低、運用靈活等優(yōu)點,傳統(tǒng)車輛基地多有采用。但內(nèi)燃工程車使用柴油作為燃料,牽引時振動和噪聲較大,并會產(chǎn)生大量廢氣污染。在空間狹窄、通風不暢的蓋下車輛基地運用,有其難以克服的缺點。

      目前北京、深圳、廣州等城市正在逐步以電力蓄電池工程車取代內(nèi)燃工程車。電力蓄電池工程車采用接觸網(wǎng)和車載蓄電池雙制式的混合動力技術(shù)[7],弓網(wǎng)供電可選用 DC1500V或 DC750V,車載蓄電池供電采用DC800V,牽引動力性能可根據(jù)所承擔線路牽引工況進行定制。電力蓄電池工程車具備節(jié)能、環(huán)保、噪聲低、維修方便、使用壽命長、全壽命周期成本低等優(yōu)點,尤其適合在蓋下車輛基地工作區(qū)域使用[8],如圖6所示。

      圖6 國內(nèi)應(yīng)用新型電力蓄電池工程車

      (5)加強蓋下車輛基地通風采光、排煙、疏散等消防設(shè)計

      為優(yōu)化蓋下車輛基地環(huán)境質(zhì)量,設(shè)計應(yīng)盡可能考慮在上蓋物業(yè)區(qū)的綠地等處所設(shè)置自然通風和采光井,以利于蓋下空氣對流[9]。當自然通風不能滿足要求時,輔以全面機械通風。全面通風系統(tǒng)可與消防排煙系統(tǒng)合用,同時做好蓋下自然進風設(shè)計。

      《地鐵設(shè)計防火標準》(GB 51298-2018)對車輛基地上蓋以后的疏散、排煙、噴淋等消防設(shè)計做了具體規(guī)定,在設(shè)計和建設(shè)中應(yīng)嚴格貫徹執(zhí)行,做到同步設(shè)計、同步施工和同步使用。

      4 改善蓋上物業(yè)環(huán)境的相關(guān)運維應(yīng)對措施

      4.1 采用車輛輕量化和阻尼車輪技術(shù)

      車輛輕量化,對減振降噪具有重大作用。近年來,新研發(fā)的碳纖維地鐵車輛采用碳纖維技術(shù),車體、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、司機室、設(shè)備艙及設(shè)備機體等均可使用碳纖維復合材料制造。與采用鋼、鋁合金等金屬材料相比,碳纖維地鐵車輛的車體、司機室、設(shè)備艙分別減重30%以上,轉(zhuǎn)向架構(gòu)架減重40%,整車減重13%。

      另外,可以選用低噪聲車輪。目前研究和開發(fā)的低噪聲車輪主要有彈性車輪、阻尼車輪、聲學優(yōu)化車輪和復合材料車輪四大類[10]。彈性車輪主要應(yīng)用在有軌電車等低速輕載軌道交通領(lǐng)域;聲學優(yōu)化車輪主要是對現(xiàn)有成熟輪型進行小的優(yōu)化,效果不夠理想;復合材料車輪尚未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。而阻尼車輪在實際應(yīng)用過程中降噪效果穩(wěn)定,安全及可靠性相對較高,目前已經(jīng)成為降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計研究較多、應(yīng)用最為廣泛的低噪聲車輪。

      4.2 盡量擴大車輛基地軌行區(qū)上蓋范圍

      部分城市僅從上蓋物業(yè)開發(fā)經(jīng)濟性角度出發(fā),對柱網(wǎng)比較規(guī)則的運用庫、檢修庫等廠房進行集中上蓋;車輛基地咽喉區(qū)由于柱網(wǎng)不規(guī)則,需要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換導致上蓋不經(jīng)濟而未上蓋。但車輛基地咽喉區(qū)曲線密集、道岔較多,列車運行速度快,產(chǎn)生噪聲和振動較大,對上蓋及周邊物業(yè)造成較大環(huán)境影響。

      因此,車輛基地上蓋開發(fā)時,應(yīng)盡量擴大軌行區(qū)上蓋范圍,本著以人為本、改善環(huán)境的原則,對咽喉區(qū)進行上蓋。為減少上蓋投資,該部分可建設(shè)載荷較輕的公共建筑、商業(yè)用房、景觀綠化或者休閑場所等。圖7為深圳前海車輛基地咽喉區(qū)全覆蓋物業(yè)開發(fā)案例。

      圖7 深圳前海車輛基地咽喉區(qū)全覆蓋物業(yè)開發(fā)案例

      4.3 加強車輛基地軌道減振降噪設(shè)計

      車輛基地內(nèi)的列車運行會產(chǎn)生隨機振動激勵,并經(jīng)道床、立柱、平臺傳播至蓋上建筑[11],引起振動和噪聲污染。針對車輛基地綜合減振降噪技術(shù),一方面應(yīng)從提高軌面平順度和彈性考慮,制定嚴格施工維護技術(shù)條件;另一方面還需對車輛基地內(nèi)不同地段提出分級減振降噪措施。

      4.3.1 綜合減振措施

      (1)盡量采用無縫線路減少鋼軌接頭數(shù)量,降低輪軌間的沖擊力,從而減小列車的沖擊振動,起到減振降噪的作用。

      (2)提高線路養(yǎng)護水平,減少線路蛇形和軌面隆起,保持鋼軌軌面平順度。

      (3)對鋼軌側(cè)面涂油,減少鋼軌磨耗,從而減少由摩擦和不均勻磨耗引起的輪軌振動和噪聲。

      4.3.2 庫外減振措施

      庫外碎石道床通過設(shè)置道砟墊進行減振[12],國內(nèi)已有大量成功經(jīng)驗,在北京8號線平西府車輛基地、深圳5號線塘朗車輛基地等地廣泛應(yīng)用。相比于整體道床,庫外碎石道床道砟墊在滿足減振需求的同時養(yǎng)護維修更為方便,相對于增加碎石道床厚度,減振墊效果更加明顯。

      4.3.3 庫內(nèi)減振措施

      庫內(nèi)線列車運行速度低,輪軌沖擊振動相對較小,檢查坑道床是最大的振動源。庫內(nèi)減振建議采用扣件減振方案??奂p振的關(guān)鍵在于墊板,建議采用結(jié)合了橡膠和軟塑料二者優(yōu)點的聚酯彈性體材料墊板,減振效果約6~8 dB。

      4.4 優(yōu)化車輛基地運用維修生產(chǎn)組織

      經(jīng)過調(diào)研,車輛基地蓋上物業(yè)夜晚比白天對環(huán)境要求更高。為此,可以針對性地優(yōu)化車輛基地運用維修生產(chǎn)組織。

      車輛基地內(nèi)產(chǎn)生噪聲較大的檢修工藝應(yīng)安排在白天進行,包括列車試車、鏇輪等;段內(nèi)零部件鍛造、機加工等作業(yè)盡量委外,以減少車輛基地內(nèi)噪聲和振動來源。

      5 結(jié)束語

      綜上所述,對軌道交通車輛基地進行上蓋物業(yè)開發(fā),雖然會帶來一系列的相互影響,但是如果在設(shè)計階段就能結(jié)合車輛運用維修工藝,就相關(guān)問題做好相應(yīng)的應(yīng)對方案和措施,就能避免或減緩各種矛盾,從而實現(xiàn)軌道交通車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)的可持續(xù)和諧發(fā)展。

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