車輛基地上蓋開發(fā)對車輛運維影響及解決措施探討

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。