云巴膠輪導軌電車系統(tǒng)車輛基地工藝設計

龐雪峰

(中國鐵路設計集團有限公司，300308，天津∥工程師)

云巴膠輪導軌電車(以下簡為“云巴”)是一種全新的低運能軌道交通制式，其相關(guān)設計規(guī)范及設計標準目前僅有地方標準，且國內(nèi)尚無運營經(jīng)驗，急需開拓性的研究。車輛基地作為城市軌道交通的后勤保障基地更是重中之重。本文針對云巴特點，研究其車輛基地的工藝設計，并以深圳坪山云巴(膠輪導軌電車)1號線一期工程(以下簡為“坪山1號線”)為例進行說明，以期為類似項目提供參考。

1 云巴的特點

云巴采用全動車設計，編組靈活，可根據(jù)不同的運量需求選擇2～6節(jié)車輛自由編組，具有建造運營成本低、生產(chǎn)周期短、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強、噪聲振動小等特點，能快速、準時、安全地把乘客運送到目的地。

1.1 車輛特點

云巴車輛與標準鋼輪鋼軌車輛在結(jié)構(gòu)和外型上存在很大差異。云巴車輛嵌入導軌梁U型槽內(nèi)運行，相連接的兩節(jié)車廂之間設有貫通道和車鉤及緩沖裝置。每節(jié)車廂有2個單軸轉(zhuǎn)向架，每個轉(zhuǎn)向架有2個走行輪、4個導向輪。導向輪為實心橡膠輪；走行輪為充氮氣橡膠輪，且在輪內(nèi)設ACM(防爆胎剛性支撐)及胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，以提高列車運行安全性。車體依靠走行輪支撐并在導軌梁上運行，走行輪位于導軌梁U型槽內(nèi)，可完成列車的轉(zhuǎn)向并保證列車平穩(wěn)運行。云巴的輪軌關(guān)系如圖1所示。

圖1 云巴輪軌關(guān)系示意圖

為列車供電的動力電池儲存電量為152 kWh。標準工況下，列車續(xù)航里程約為150 km，列車每運營一段時間需返回基地充電，其回到充電位時的剩余電量不低于10%。

1.2 導軌梁及道岔特點

云巴導軌梁[1]是集軌道及橋梁于一體的箱型連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)梁，高1.2 m，寬1.7 m。走行輪輪距為1.38 m。導軌梁U型槽頂部設防傾覆凸緣，表面做防滑處理。

云巴道岔采用電力驅(qū)動，可左右移動以實現(xiàn)列車轉(zhuǎn)線。道岔的主要形式有單開、對開、三開及五開。道岔主要由道岔梁、臺車、驅(qū)動裝置、鎖定裝置及接縫板組成。道岔梁分為固定梁和滑塊梁，具有車輛走行、導向和支承作用，并能承受車輛的運行荷載。

2 車輛基地的工藝設計

云巴車輛基地內(nèi)的檢修設施主要由運用庫及檢修庫組成。

2.1 運用庫

運用庫主要承擔配屬車輛停放充電及日常維護。相比于地鐵系統(tǒng)，云巴列車相對短小，每節(jié)車輛長約7～8 m，寬2.4 m，故運用庫可設置為1線3列位或4列位。導軌梁高于地面，限制了人員跨越股道，可考慮設置庫前、庫中梁下人行通道，方便人員作業(yè)。

云巴系統(tǒng)屬于低運能的軌道交通，其車輛采用模塊化設計，對運營可靠性需求相對較低，免維護性強，可通過司機每日監(jiān)控代替列檢。如云巴車輛出現(xiàn)故障，則進行臨時檢修，故運用庫內(nèi)不必設置檢查坑。為盡量節(jié)省車輛基地用地，車輛授流裝置盡量選用吊頂式，且運用庫線間距應根據(jù)授流裝置尺寸合理設置。

此外，針對云巴列車短小的特點，可采用全自動車輛外皮清洗機來完成洗車工作。在洗車時，列車位置固定，清洗機自動對列車兩側(cè)及端部進行沖刷清洗。這樣既滿足了洗車功能，又節(jié)省了用地。

2.2 檢修庫

檢修庫主要滿足云巴列車周檢[2]、一級維護、二級維護，以及大修、臨修等功能需求，是云巴車輛維修的主要場所。

2.2.1 周檢、一級維護及二級維護

由于云巴車輛基地取消了列檢，故雙周檢應改為單周檢，主要對車輛行車安全相關(guān)的系統(tǒng)進行日常性技術(shù)檢查。

一級維護主要檢查車輛重點部件及系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)、清潔及潤滑部件、檢查更換車輛易損件，并對牽引、制動及操縱等系統(tǒng)中的安全部件進行維護作業(yè)。

二級維護定期全面檢查、檢測車輛各系統(tǒng)狀態(tài)、修理部分部件、調(diào)試車輛、拆檢輪胎、進行輪胎換位或更換，并在換輪后對車輛進行動態(tài)試驗驗證。

云巴車頂距庫內(nèi)地面的高度大于5 m，維修人員進行車頂作業(yè)較為困難，因此需設置3層作業(yè)平臺，方便維修人員作業(yè)。如果空間受限，可設置懸掛式平臺。為保證人員作業(yè)安全，庫內(nèi)無平臺側(cè)需設置防護欄桿。

周檢、一級維護及二級維護均含車底作業(yè)內(nèi)容，尤其二級維護還包含換輪作業(yè)。因此庫內(nèi)股道均需設檢查坑。

根據(jù)云巴車輛輪軌關(guān)系可知，庫內(nèi)檢查坑可利用導軌梁進行設計：導軌梁U型槽寬1.2 m，深0.8 m，轉(zhuǎn)向架嵌入U型槽深度為0.5 m；為滿足維修需求，庫內(nèi)U型槽深度需增加至少1.5 m，且須設置必要的排水及照明設施。由于云巴車輛采用模塊化設計且軸重較輕，因此僅需配備10 t起重機及簡易工裝即可完成換輪作業(yè)。此外，為方便換輪作業(yè)，二級維護線的導軌梁不設置防傾覆凸緣或設置可拆卸凸緣。

2.2.2 大修與臨修

大修與臨修[3]是對車輛各系統(tǒng)或部件進行分解、清潔、檢查、探傷和整修的綜合修理，并對車輛進行全面檢測、調(diào)試以及試驗，以恢復車輛設計的要求。由于導軌梁高出地面，過多檢修線容易影響車輛檢修，因此為保證檢修工藝的流暢，在設計過程中應盡量減少檢修線或?qū)z修線集中布置，并在長度方向做適當預留。此外，考慮到云巴車輛相對輕小，為提高維修效率，推薦采用換修或狀態(tài)修等靈活快捷的維修模式。例如：云巴車輛的動力電池自重大、維修困難，可與廠家提前協(xié)商，采用更換電池的模式來替代維修，并使用專門的電池拆卸設備，進一步提高更換電池的速度。

若當?shù)鼗蜞徑鞘性O有云巴生產(chǎn)廠商，為節(jié)省土地利用，還可考慮將大/臨修外委至云巴生產(chǎn)廠商。

2.3 云巴的檢修特點

從檢修工藝分析可見，相比于傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌系統(tǒng)，云巴膠輪導軌電車檢修有如下特點：

1)云巴屬于低運能軌道交通系統(tǒng)，車體較輕巧，可不設置大架修等高級修程，而采用換修或狀態(tài)修等靈活、快捷的維修模式。

2)云巴采用橡膠輪胎，車輪更換相對頻繁。維修基地需為列車設置特殊換輪設備。此換輪設備相對于鋼輪的“不落輪鏇”效率更高、投資更少，且用地更節(jié)省。此外，輪胎對車輛的操作穩(wěn)定性及行駛安全性都非常重要，而輪胎的磨耗大于鋼輪，車輛檢修過程中對輪胎的回收及利用將逐漸成為云巴車輛維修的重點[4-5]。

3)云巴車輛采用動力電池供電，因此動力電池與充電樁的養(yǎng)護與更換是確保云巴正常運營的關(guān)鍵。

4)云巴采用高出地面的特殊導軌梁，故檢修工藝流程及設備設施需結(jié)合該特殊結(jié)構(gòu)考慮。

綜上所述，云巴具有獨特的輪軌關(guān)系和供電方式，故其檢修不僅需進行較多創(chuàng)新的工藝設計，還具有靈活、集成及高效等特點。

3 車輛基地的總平面布置

就車輛基地總平面布置而言，最重要的就是股道布置。常規(guī)車輛基地內(nèi)股道多采用地面鋪設形式。而對云巴車輛基地而言，一方面，導軌梁走行面距地面高度為1.2 m，會對人員作業(yè)及路面交通造成嚴重影響；另一方面，云巴系統(tǒng)的道岔結(jié)構(gòu)復雜、價格高。因此，合理布置股道及道岔是云巴車輛基地總平面布置的關(guān)鍵[6-8]。

3.1 總平面布置原則

1)車輛基地應優(yōu)先采用盡端式布置，盡量避免采用貫通式或倒裝式布置，以減少咽喉區(qū)、道岔及牽出線數(shù)量。

2)運用庫及檢修庫等股道多的廠房應盡量集中布置，便于采用多開道岔。

3)利用云巴車輛轉(zhuǎn)彎半徑小的特點，咽喉區(qū)應盡量采用小曲線半徑線路，以縮小咽喉區(qū)范圍。

4)云巴車輛為動力電池供電，故不單獨設置救援列車。這可在一定程度上減少牽出線數(shù)量及長度。

5)采用停檢分離等合理分區(qū)措施。運用庫僅用于停車充電及日常維護；周檢以上修程設置為檢修庫；將功能相似或工藝流程緊密的設施集中布置，可減少交叉作業(yè)；對綜合辦公區(qū)及生活區(qū)集中布置，可減少過軌次數(shù)，最大限度地方便工作人員作業(yè)及路面交通。

6)采用立體式總平面布置，在滿足消防及限界等要求的前提下，增設梁下過軌通道或天橋。

3.2 總平面設計方案案例

3.2.1 車輛基地布置方案

坪山1號線的車輛基地(以下稱為“坪山車輛基地”)總平面布置方案如圖2所示。

圖2 坪山車輛基地總平面布置圖

隨著城市發(fā)展，城市軌道交通的建設規(guī)模也在逐漸增大。對于寸土寸金的一線城市，土地資源極為稀缺，而車輛基地占地面積較大，故車輛基地選址較為困難,立體式車輛基地已成為節(jié)約集約利用土地的有效方式[9-10]。

坪山車輛基地采用盡端式布置，其主體建筑為地上雙層單體結(jié)構(gòu)形式：一層為小汽車停車場；二層為云巴軌道層，由北至南設運用庫和檢修庫各1座。

運用庫內(nèi)停車線為5線10列位，其中1停車列位兼顧洗車功能，位于運用庫東南角。另外，運用庫前設置上、下線平臺，以滿足車輛上、下線需求。檢修庫內(nèi)為周檢修、一級維護及二級維護專設1線1列位，為大修及臨修專設1線1列位。

主體建筑東側(cè)及南側(cè)設輔跨結(jié)構(gòu)，布置材料間、維修間、運轉(zhuǎn)值班室、環(huán)控機房、備用間及乘務員公寓等生產(chǎn)、辦公及生活用房。

坪山車輛基地四周設置了消防環(huán)路，并于基地西北、東北側(cè)設置入口及出口各一處。該平面布置充分利用了地塊的地形條件，在滿足社會汽車停放，以及云巴運用、檢修等相關(guān)功能的前提下，布置緊湊，節(jié)省了用地。其效果圖如圖3所示。

圖3 坪山車輛基地效果圖

3.2.2 運用維修車場布置方案

云巴行車組織較為靈活。在無較大場地供車輛基地建設的情況下，可在線路沿途設置多個小型立體式運用維修場(如圖4所示)，作為車輛基地的有效補充。這樣不僅能減小車輛基地用地，還能減少列車空跑里程，使列車就近回庫。

圖4 坪山1號線的立體式運用維修車場效果圖

坪山1號線采用的立體式運用維修車場為3層，采用倒裝式布置：線路布置于三層結(jié)構(gòu)板上，庫外線路采用高架橋形式；一層、二層為附屬功能辦公用房;三層為運用維修層，設置周檢及一級維護線(1線2列位)，并于庫前設置長12 m的車輛上、下線平臺。各層通過步梯及貨梯連通，能滿足生產(chǎn)、生活和消防的要求。

此外，大庫還可與車站出入口綜合設計，既能保證車站乘客正常疏散，也不影響運用維修車場正常運維工作。地塊西側(cè)及東側(cè)分別設置出入口，場內(nèi)道路呈環(huán)狀布置。

4 結(jié)語

本文從云巴系統(tǒng)組成、工藝設計、車輛基地總平面布置等方面，分析研究了云巴車輛基地，并形成如下建議：

1)膠輪導軌電車采用換修或狀態(tài)修替代預防性計劃檢修。

2)在車輛基地選址困難條件下，線路沿線設置多個小型立體式運用維修場，能夠節(jié)約用地，減少車輛空跑時間。

3)需進一步研究車輛的緊急救援及車輛上、下線流程，并優(yōu)化車輛充放電性能。