高質(zhì)量發(fā)展下的城市軌道交通車輛基地設(shè)計(jì)

張生平 張樹藝

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)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(shè)備系統(tǒng)的維修保障中心,是城市軌道交通設(shè)施中占地面積最大、人員勞動(dòng)強(qiáng)度最高的地方,但其技術(shù)裝備及維修理念仍相對落后。隨著我國綠色、節(jié)能、智能及智慧技術(shù)的不斷發(fā)展,如何在新時(shí)代背景下構(gòu)建綠色節(jié)能、智慧智能、人性和諧、城市一體化發(fā)展的車輛基地,是未來貫穿城市軌道交通車輛基地規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營全過程的重點(diǎn)。

1 我國城市軌道交通車輛基地現(xiàn)狀及存在問題

1.1 概述

1969年10月1日,北京地鐵1號(hào)線的開通運(yùn)營標(biāo)志著我國進(jìn)入城市軌道交通時(shí)代。該線的古城車輛段(見圖1)作為我國首個(gè)建成的城市軌道交通車輛段,運(yùn)營至今已逾50年。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前我國城市軌道交通運(yùn)營線路有200多條,已運(yùn)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(dòng)強(qiáng)度較高、工作環(huán)境較差等問題。

近年來,隨著各類技術(shù)的不斷發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)、智能化、智慧化、綠色節(jié)能等新技術(shù)不斷應(yīng)用于城市軌道交通工程中。車輛基地作為城市軌道交通運(yùn)營的保障中心,正面臨著系統(tǒng)、全面的變革。

1.2 現(xiàn)狀及主要問題

車輛基地作為全線車輛、設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)保障中心,是城市軌道交通系統(tǒng)中維修人員、設(shè)備及設(shè)施最為密集的地方。目前城市軌道交通車輛基地的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營過程中存在較多問題,主要包括:

1) 設(shè)施設(shè)備相對落后,自動(dòng)化程度不高,人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大。城市軌道交通車輛檢修是典型的勞動(dòng)密集型行業(yè),運(yùn)營部門定期開展檢查時(shí)主要采用人工檢查、手寫記錄各項(xiàng)信息等方式,這些方式工作強(qiáng)度大、效率低、人工成本高。隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展,列車配屬數(shù)急劇增加,列車發(fā)車間隔縮短,每日運(yùn)營時(shí)間延長,這些變化均可能導(dǎo)致列車檢修時(shí)間減少、檢修強(qiáng)度增加、故障類別增加、設(shè)備制式多、全壽命周期管理滯后、信息化平臺(tái)融合度低等問題的產(chǎn)生。

2) 作業(yè)流程、檢修制度的更新速度滯后于設(shè)備技術(shù)水平的發(fā)展速度。我國城市軌道交通經(jīng)過50多年的運(yùn)營實(shí)踐,車輛及設(shè)備系統(tǒng)的技術(shù)水平已達(dá)到國際領(lǐng)先水平,設(shè)備的穩(wěn)定性及可靠性不斷提高。但與設(shè)備系統(tǒng)的發(fā)展相比,我國城市軌道交通車輛及設(shè)備系統(tǒng)檢修制度、作業(yè)流程的更新相對滯后,目前普遍存在作業(yè)流程及檢修制度的靈活性不足,以及新技術(shù)、新裝備應(yīng)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(huán)境較差。城市軌道交通車輛基地是車輛、設(shè)備設(shè)施檢修場所,不面向乘客服務(wù),在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)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(guān)懷不夠。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念中,車輛基地作為檢修工廠,按照廠房/工廠的設(shè)計(jì)理念開展設(shè)計(jì),這導(dǎo)致了運(yùn)營階段普遍存在人性化設(shè)施不足的問題,進(jìn)而導(dǎo)致員工工作及生活滿意度較低。

4) 綠色、節(jié)能設(shè)施設(shè)備的應(yīng)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(shè)施。隨著我國裝備、工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,各類綠色、節(jié)能技術(shù)不斷在城市軌道交通工程中得以應(yīng)用。車輛基地作為后方保障基地,不面向乘客服務(wù),其各類新技術(shù)、新理念的試點(diǎn)應(yīng)用及推廣相對滯后。

5)車輛基地TOD(公交引導(dǎo)發(fā)展)一體化開發(fā)的上下部設(shè)計(jì)及實(shí)施不協(xié)調(diào)。車輛基地對城市現(xiàn)狀及規(guī)劃帶來了極大的分割,對城市整體規(guī)劃、土地價(jià)值提升帶來了諸多負(fù)面影響。車輛基地上蓋及周邊土地綜合開發(fā)利用已成為城市軌道交通TOD一體化發(fā)展的重點(diǎn)。但由于政策、規(guī)劃、審批、責(zé)任主體、設(shè)計(jì)等方面的不同步,導(dǎo)致部分上蓋開發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與城市軌道交通設(shè)計(jì)嚴(yán)重脫節(jié)。

2 高質(zhì)量發(fā)展下的城市軌道交通車輛基地設(shè)計(jì)

2.1 逐步構(gòu)建智能化車輛基地

2.1.1 優(yōu)化車輛修程修制

與既有車輛技術(shù)水平相比,我國GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的車輛修程修制已相對落后。結(jié)合各城市軌道交通的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)及車輛實(shí)際情況,優(yōu)化車輛修程修制已成為車輛基地降本增效的關(guān)鍵所在。

在中國國家鐵路集團(tuán)有限公司編制的鐵總機(jī)輛[2019]54號(hào)《關(guān)于推進(jìn)動(dòng)車組及和諧型機(jī)車修程修制改革的指導(dǎo)意見》中,將最高運(yùn)行速度低于200 km/h的動(dòng)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(yùn)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(shí)結(jié)合車輛技術(shù)發(fā)展按照均衡修、全效修的標(biāo)準(zhǔn)開展車輛的日常維護(hù)作業(yè),取消定修修程。

2.1.2 應(yīng)用智能化設(shè)備

隨著智能感知、互聯(lián)網(wǎng)及機(jī)器視覺等新技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用,城市軌道交通不斷向智能化、智慧化邁進(jìn)。全車360°動(dòng)態(tài)圖像智能檢測系統(tǒng)、列檢機(jī)器人、智能安全聯(lián)鎖系統(tǒng)等智能化手段在減輕車輛基地檢修強(qiáng)度、規(guī)范作業(yè)流程、提高檢修效率等方面起到了重要的作用。

結(jié)合我國上海、廣州等城市軌道交通智能化設(shè)備的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),全車360°動(dòng)態(tài)圖像智能檢測系統(tǒng)、列檢機(jī)器人等技術(shù)手段可使車輛檢修效率提高50%～60%。合理應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)手段。列檢機(jī)器人現(xiàn)場工作圖如圖2所示。

圖2 列檢機(jī)器人現(xiàn)場工作圖

2.1.3 構(gòu)建車輛基地智能運(yùn)維系統(tǒng)

結(jié)合城市軌道交通車輛及設(shè)備系統(tǒng)的檢修流程、修程修制,因地制宜地從車輛基地檢修的“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等方面全方位建立有效的車輛基地檢修智能管控系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際需要,切實(shí)從檢修修程修制、檢修流程出發(fā),實(shí)現(xiàn)車輛基地關(guān)鍵檢修流程的電子化及可視化,逐步構(gòu)建整個(gè)車輛基地的智能運(yùn)維系統(tǒng)。

2.1.4 部件自動(dòng)流水線作業(yè)的應(yīng)用

車輛高級別檢修屬于車輛基地功能中技術(shù)要求最高、設(shè)備系統(tǒng)最為復(fù)雜的部分,且對人員技術(shù)水平要求極高、人員勞動(dòng)強(qiáng)度極大。隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展,機(jī)器手臂、智能檢測及智能運(yùn)輸?shù)戎悄芑?、自?dòng)化設(shè)備逐步應(yīng)用于設(shè)備檢修。

針對輪軸、電機(jī)、軸承及空調(diào)等檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的部件,采用以人工為輔、自動(dòng)化設(shè)備為主的自動(dòng)流水線作業(yè)方式,已成為我國城市軌道交通車輛檢修的發(fā)展方向。南京、深圳及廣州等多地的城市軌道交通已逐步構(gòu)建了專業(yè)部件集中修的自動(dòng)化流水線。隨著城市軌道交通線網(wǎng)的不斷擴(kuò)大,關(guān)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(guān)重要的技術(shù)手段。某城市軌道交通車輛基地的自動(dòng)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(tǒng)設(shè)計(jì)理念主要以工廠化、廠房化為主。車輛基地各類生產(chǎn)、生活環(huán)境中存在人員公共空間不足、公共/休閑空間品質(zhì)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(shè)施、提高員工工作和生活滿意度的社會(huì)發(fā)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(shè)施相對較少。如何在合理的工程投資范圍內(nèi),有效增加基地內(nèi)綠化及休閑設(shè)施,是有效提升車輛基地人性化水平的關(guān)鍵。某城市軌道交通停車庫區(qū)中庭綠化布置如圖4所示。

圖4 某城市軌道交通停車庫區(qū)中庭綠化現(xiàn)場圖

車輛基地上蓋開發(fā)已成為城市軌道交通融合城市發(fā)展的必然趨勢,但上蓋開發(fā)的車輛基地普遍存在下部軌道交通作業(yè)空間難以正常自然采光、通風(fēng)及工作環(huán)境差等問題。在車輛基地上蓋方案可行的基礎(chǔ)上,應(yīng)進(jìn)一步改善蓋下作業(yè)區(qū)的自然采光、通風(fēng)環(huán)境,這是提升上蓋開發(fā)車輛基地人性化品質(zhì)的關(guān)鍵。某城市軌道交通上蓋開發(fā)車輛基地檢修庫現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 某城市軌道交通上蓋開發(fā)車輛基地檢修庫現(xiàn)場圖

2.3 全面推進(jìn)車輛基地的綠色、節(jié)能

2.3.1 場地規(guī)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(nèi)的各類檢修設(shè)施,是車輛基地集約化的關(guān)鍵。針對車輛基地占地面積大的特點(diǎn),將功能相近的檢修設(shè)施(如檢修庫、周月檢庫、停車庫,以及材料棚、工程車庫及調(diào)機(jī)車庫等)進(jìn)行合理、有效的整合,以達(dá)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(nèi)若存在高差較大的用地,應(yīng)結(jié)合實(shí)際場坪對軌行區(qū)、廠前生活辦公區(qū)等功能不同的區(qū)域進(jìn)行差異化設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化場地工程量的目標(biāo)。

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(yīng)用的背景下,可結(jié)合車輛基地的工程特點(diǎn),合理、有效地推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)、疊合樓板、樓梯、外墻及軌道檢查坑等節(jié)點(diǎn)工程的裝配式施工,以提高車輛基地工程的實(shí)施效率和工程質(zhì)量,推進(jìn)綠色建造的可持續(xù)發(fā)展。

2.3.3 綠色、節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn),各類綠色、節(jié)能技術(shù)不斷推廣、應(yīng)用于城市軌道交通中。結(jié)合車輛基地的特點(diǎn),可采用的綠色、節(jié)能新技術(shù)主要包括一體化光伏發(fā)電、直驅(qū)LED(發(fā)光二極管)照明、智能照明、工業(yè)通風(fēng)機(jī)、綜合管溝及海綿城市等。

2.4 全面推進(jìn)車輛基地TOD一體化設(shè)計(jì)

為推進(jìn)城市軌道交通車輛基地與上蓋開發(fā)的同步設(shè)計(jì)與施工,實(shí)現(xiàn)城市軌道交通設(shè)施融入城市、服務(wù)城市、引領(lǐng)城市的TOD一體化開發(fā)目標(biāo),建議從以下幾方面開展車輛基地的上下部一體化設(shè)計(jì)。

2.4.1 建筑體系

車輛基地TOD一體化開發(fā)方案涉及規(guī)劃、立項(xiàng)審批等多項(xiàng)手續(xù),這些手續(xù)一般與城市軌道交通車輛基地建設(shè)分屬不同的主管部門,這也是導(dǎo)致車輛基地方案與TOD方案難以同步的主要原因。國內(nèi)常見的車輛基地TOD一體化開發(fā)項(xiàng)目中,其下部軌道交通工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施一般早于上蓋開發(fā)工程的設(shè)計(jì)與實(shí)施。我國多個(gè)城市軌道交通車輛基地在設(shè)計(jì)之初考慮了上蓋開發(fā)預(yù)留,但在后期上蓋建設(shè)期間卻出現(xiàn)了預(yù)留建筑體系難以滿足上蓋開發(fā)需求的問題,進(jìn)而嚴(yán)重影響了上蓋一體化開發(fā)方案的實(shí)施。

考慮到后期上蓋開發(fā)的可實(shí)施性及開發(fā)的品質(zhì),在開展車輛基地設(shè)計(jì)之初,需針對上蓋開發(fā)方案開展車輛基地上下部建筑體系的一體化設(shè)計(jì)。一體化設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)銜接體系、管線路由、減振降噪、預(yù)留工程條件及過渡期保障措施等多方面。

2.4.2 消防設(shè)施

城市軌道交通車輛基地上蓋開發(fā)無相關(guān)的消防規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)可參考,需結(jié)合上下部方案開展消防性能化設(shè)計(jì)(特殊消防設(shè)計(jì))。隨著GB 51298—2018《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》及各城市軌道交通車輛基地上蓋綜合利用工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)等一批新規(guī)范、新標(biāo)準(zhǔn)的施行,車輛基地綜合開發(fā)逐步獲得了規(guī)范體系的支持。

在車輛基地開展設(shè)計(jì)之初,應(yīng)充分借鑒已建上蓋車輛基地的消防設(shè)計(jì)案例,開展上下部一體化的消防設(shè)計(jì)。應(yīng)針對上部開發(fā)方案提出明確的消防限制條件,下部軌道交通設(shè)施設(shè)置應(yīng)充分考慮上部方案的可實(shí)施性。為保證下部軌道交通工程的順利實(shí)施,還需對上蓋開發(fā)車輛基地的消防設(shè)計(jì)盡早進(jìn)行消防審查溝通,以確定特殊消防設(shè)計(jì)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(huán)路設(shè)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(tǒng)占地面積最大的設(shè)施,對城市的現(xiàn)狀、景觀、規(guī)劃均會(huì)造成非常大的影響。車輛基地TOD開發(fā)區(qū)域一般土地價(jià)值較高,對城市景觀、規(guī)劃的要求隨之也較高?？紤]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(fā)方案設(shè)計(jì)階段需對其上下部景觀開展一體化設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)車輛基地開發(fā)方案真正融入城市、服務(wù)城市的目標(biāo)。

2.4.4 上下部交通

車輛基地占地面積極大,其建設(shè)對周邊的交通體系造成極大影響,因此車輛基地需完全獨(dú)立于城市相關(guān)設(shè)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(fā)需考慮的重點(diǎn)問題。車輛基地TOD一體化開發(fā)在保證下部軌道交通工程基本的交通功能基礎(chǔ)上,需重點(diǎn)考慮一體化開發(fā)與城市道路交通、公交、慢行系統(tǒng)等交通方式的接駁。某城市軌道交通車輛基地一體化開發(fā)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(xiàn)場圖

3 結(jié)語

隨著我國城市軌道交通工程高質(zhì)量建設(shè)的不斷推進(jìn),如何在新時(shí)代背景下構(gòu)建綠色節(jié)能、智慧智能、人性和諧、城市一體化發(fā)展的車輛基地,成為未來城市軌道交通車輛基地設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文立足我國城市軌道交通的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及新理念、新技術(shù)的應(yīng)用,從車輛基地規(guī)劃、設(shè)計(jì)、裝備配置等方面出發(fā),針對車輛基地的智慧化建設(shè)、人性化設(shè)施建設(shè)、綠色節(jié)能及TOD上下部一體化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵點(diǎn),提出了切實(shí)可行的專項(xiàng)實(shí)施建議,可為未來城市軌道交通車輛基地的高質(zhì)量設(shè)計(jì)提供參考。