车辆基地上盖开发对车辆运维影响及解决措施探讨

2020-10-29尹仁发

铁道建筑技术 2020年8期

尹仁发

(中铁第五勘察设计院集团有限公司北京 102600)

1 研究背景

近年来，在国家与各城市政策推动引导、城市土地资源日益稀缺、平衡轨道交通建设资金需要等多种因素影响下，结合轨道交通TOD理念对车辆基地[1]进行上盖物业开发的步伐加快。据统计，在已开通轨道交通的城市中，有近六成已完成或者正在对车辆基地进行上盖开发，还有近三成规划开发[2]。其中北上广深和杭州、宁波、成都等对轨道交通车辆基地上盖物业开发已是普遍现象。图1为地铁车辆基地上盖开发案例。

图1 地铁车辆基地上盖开发案例

对车辆基地进行上盖物业开发是技术相对新颖复杂的系统工程。由于缺少长期全面的运营验证，部分项目规划建设时，侧重于上盖物业自身的功能与布局，对车辆运维的工艺适应性改变研究不足，导致实施后的项目劣化了车辆基地工作环境，而盖下车辆基地运维作业产生的振动、噪声也影响了物业品质。

本文通过总结国内经验教训，深入分析车辆运维功能和盖上物业环境的相互影响，并探讨相应的解决方案和优化措施，供业界同行参考。

2 车辆基地上盖开发对车辆运维影响分析

国内车辆基地上盖物业开发的设想最早来源于香港地铁，核心思路是在车辆基地上方再造一块地并进行开发，从而提高城市土地与空间资源利用效率，如图2所示。

图2 车辆基地上盖物业开发示意

由于盖上盖下功能及建筑性质的差异，需要在车辆基地总图、结构一体化、消防、交通组织、管线综合、车辆运维工艺适应性等诸多方面做调整和改进工作，本文侧重探讨车辆基地上盖开发对车辆运维工艺的影响以及相应解决措施。

经过总结研究，车辆基地上盖开发对车辆运维的影响主要体现在两个方面:一是车辆基地上盖开发以后，由于钢筋混凝土大平台和盖下柱网加密原因，劣化了盖下车辆基地运营环境，需要调整运维工艺以适应新的作业条件；二是为减少车辆基地噪声、振动等不利因素对上盖物业的影响，也需要优化运维工艺。

3 改善盖下工作环境的相关运维应对措施

(1)新建线路宜向全自动无人驾驶方向发展

全自动无人驾驶是在没有司机和乘务人员参与的情况下，自动实现列车的各项作业。根据国际公共交通协会(UITP)估计，至2020年国际上75%新建线将采用全自动无人驾驶技术。国内已开通的有广州珠江新城APM线、上海10号线、北京燕房线等。在新一轮轨道交通建设中，北京3、12、17、19号线及新机场线，上海14、15、18号线已确定采用全自动无人驾驶技术。武汉、深圳、广州、南京、西安等城市也已开展相关工作[3]。

全自动无人驾驶技术提高了系统自动化程度，增强了设备自诊断及运营维护功能[4]。因此，新建线路向全自动无人驾驶方向发展，可以减少车辆基地运维工作量，大幅减少定员，从而减少环境对于人群总体影响。

(2)积极研发和配置新型智能运维装备

随着云计算、物联网、大数据、人工智能等先进技术应用，我国轨道交通进入智能运维时代。车辆基地上盖开发以后，段内自然通风和采光较少，工作环境相对较差，应尽量减少盖下车辆基地工作人工时。通过配置新型智能运维装备，用机器人替代人工进行检修作业，是减少盖下工作人工时的有效手段。

目前，国内已经研发出了多项国际领先的管理系统和智能装备。例如在智能运维管理系统方面，以列车、设备、设施监测为基础构建的集车辆、车辆基地、线网一体化的健康监测、智能诊断、设备运维、车辆检修、决策支持与应急处置智能协同管理平台——轨道交通智慧运维管理平台已经研发投入使用，如图3所示。

图3 轨道交通智慧运维管理系统

在智能运维装备方面，服务于轨道检测领域的机辆车底、车顶智能巡检机器人及智能隧道巡检机器人已经研发并投入使用，未来还将研发清洗、拆装、探伤、测量等机器人，如图4所示。

图4 新型轨道交通智能运维装备

大量运用新技术，提高了列车整备检修的自动化水平，减少盖下区域工作人员数量和工作时间，甚至实现盖下“无人工厂”，将工作环境对人员的影响降至最小。

(3)应用新型喷涂材料或采用车体贴膜工艺

地铁车辆多采用油漆涂装工艺，配套建设的喷漆库属于甲类厂房，存在火灾隐患；车体喷漆作业所排放的VOC(挥发性有机物)也恶化了区域环境。

当前替代方案主要有两个:一是保留传统喷涂工艺，但是选用更加环保、节能、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]，其毒性和燃烧烟密度均满足BS6853标准，有着良好的附着力和耐化学性，在欧美等发达国家的城轨车辆上已逐步得到应用。二是采用新型车体贴膜工艺替代喷漆工艺。车体贴膜可以大幅减少VOC排放，有利于保护环境。随着车辆基地上盖开发兴起，广州、深圳、上海等城市都尝试用贴膜代替油漆进行旧车翻新[6]。运营实践表明，车体贴膜工艺因其固有的施工灵活快速、无VOC(挥发性有机物)排放、绿色环保等优势正在被市场所接受。图5为采用水性涂料的动车组和车体贴膜的有轨电车。

图5 采用水性涂料的动车组和车体贴膜的有轨电车

(4)配置新型电力蓄电池工程车

车辆基地需配置一定数量工程牵引车，来承担段内调车、正线维修和故障列车救援等任务。内燃工程车具有动力性能好、购置费用低、运用灵活等优点，传统车辆基地多有采用。但内燃工程车使用柴油作为燃料，牵引时振动和噪声较大，并会产生大量废气污染。在空间狭窄、通风不畅的盖下车辆基地运用，有其难以克服的缺点。

目前北京、深圳、广州等城市正在逐步以电力蓄电池工程车取代内燃工程车。电力蓄电池工程车采用接触网和车载蓄电池双制式的混合动力技术[7]，弓网供电可选用 DC1500V或 DC750V，车载蓄电池供电采用DC800V，牵引动力性能可根据所承担线路牵引工况进行定制。电力蓄电池工程车具备节能、环保、噪声低、维修方便、使用寿命长、全寿命周期成本低等优点，尤其适合在盖下车辆基地工作区域使用[8]，如图6所示。

图6 国内应用新型电力蓄电池工程车

(5)加强盖下车辆基地通风采光、排烟、疏散等消防设计

为优化盖下车辆基地环境质量，设计应尽可能考虑在上盖物业区的绿地等处所设置自然通风和采光井，以利于盖下空气对流[9]。当自然通风不能满足要求时，辅以全面机械通风。全面通风系统可与消防排烟系统合用，同时做好盖下自然进风设计。

《地铁设计防火标准》(GB 51298-2018)对车辆基地上盖以后的疏散、排烟、喷淋等消防设计做了具体规定，在设计和建设中应严格贯彻执行，做到同步设计、同步施工和同步使用。

4 改善盖上物业环境的相关运维应对措施

4.1 采用车辆轻量化和阻尼车轮技术

车辆轻量化，对减振降噪具有重大作用。近年来，新研发的碳纤维地铁车辆采用碳纤维技术，车体、转向架构架、司机室、设备舱及设备机体等均可使用碳纤维复合材料制造。与采用钢、铝合金等金属材料相比，碳纤维地铁车辆的车体、司机室、设备舱分别减重30%以上，转向架构架减重40%，整车减重13%。

另外，可以选用低噪声车轮。目前研究和开发的低噪声车轮主要有弹性车轮、阻尼车轮、声学优化车轮和复合材料车轮四大类[10]。弹性车轮主要应用在有轨电车等低速轻载轨道交通领域；声学优化车轮主要是对现有成熟轮型进行小的优化，效果不够理想；复合材料车轮尚未实现工业化生产。而阻尼车轮在实际应用过程中降噪效果稳定，安全及可靠性相对较高，目前已经成为降噪结构设计研究较多、应用最为广泛的低噪声车轮。