上海轨道交通15号线车辆的内装设计

汤云哲 杨苑斐 吕元颖

上海轨道交通设备发展有限公司 上海 200245

1 设计原则

上海轨道交通15号线是上海轨道交通网络中一条重要的南北向线路,全长42.3 km,共有30座车站,所有线路均在地下。上海轨道交通15号线车辆采用A型铝合金车体,每列车六节编组,四动两拖,最高速度80 km/h,车宽3 m。车辆每列长140 m,其中动车长21.88 m,拖车长23.68 m[1-2]。

上海轨道交通15号线车辆客室内装秉承以人为本、绿色环保的先进理念,以上海地域文化、科技为背景,结合美学、人机工程学原理进行设计,在确保设施功能完备的基础上,达到造型美观大方、新颖独特、颜色协调,兼具现代时尚特色,同时又不失海派文化底蕴。车辆具有良好的灯光和色彩布局搭配,注重乘客的心理感受,满足乘客乘坐的舒适性和安全性要求,关注弱势群体。

上海轨道交通15号线车辆内装设计遵循以下原则:① 总体布局、装饰具有现代美学特点,颜色和质地协调;② 采用适合乘客群体的人机工程学设计;③ 完全协调一致的颜色和质地;④ 良好的密封,以实现防水、防尘;⑤ 使用美观、不外露的紧固件和装配件;⑥ 在易磨损部位采用较高耐久性的表面喷涂处理;⑦ 密封和地板布不受气候条件影响;⑧ 牢固可靠,易于保养和清洁;⑨ 装饰部位没有锐角和锐边,以防止对乘客造成伤害;⑩ 装配紧密,不留有间隙,确因工艺需留有间隙的,间隙不大于3 mm,且间隙均匀、采取密封措施,确保美观;所使用的材料和制品均符合EN 45545-2或等同标准的防火和安全要求;车体下部设有防火隔离层,按照ASTM E119及NFPA 130的防火试验标准,达到45 min的防火隔离能力;所有涉及日常维护和检修的部位,如电子元器件安装位置、线排及接线位置等应方便检查。

2 内装总体布置

上海轨道交通15号线车辆内装效果如图1所示。

图1 内装效果

上海轨道交通15号线车辆内装分为三种,带司机室的拖车内装平面布置如图2所示,带受电弓的动车内装平面布置如图3所示,不带受电弓的动车内装平面布置除一位端一位侧外与带受电弓的动车完全一致。

图2 带司机室的拖车内装平面布置

图3 带受电弓的动车内装平面布置

每节车设有八个6人座椅,座椅两端有挡风板,座椅上方有横扶手,座椅的中间有中立柱扶手。门区设有立罩板、中立柱、横扶手、V型屏。每个门区都设有紧急解锁装置,每间隔的一道门设有紧急对讲机,供紧急情况时使用。带司机室的拖车座椅需要放置电气设备,均带有座椅下箱。带受电弓的动车一位端一位侧有一个多功能区域,设置有轮椅固定器、腰靠、通用串行总线充电装置,有残疾人轮椅时可以固定轮椅,没有残疾人轮椅时可以供普通乘客倚靠。

3 客室内装

客室内装主要由车顶、侧墙、底架、隔热材料、间壁、座椅、扶手等组成[3-7]。

3.1 车顶

车顶内装一般由中顶板、侧顶、格栅、盖板、灯具等组成。

车顶内部安装结构断面如图4所示。

图4 车顶内部安装结构断面

中顶板使用铝蜂窝结构,表面喷漆。中顶板在车体圆弧顶处通过吊装型材和螺栓安装在车体滑槽上,在车体平顶处直接通过螺栓安装在车顶滑槽上。每两块中顶板间留有3 mm间隙。车体方向与内装端墙的间隙可以通过端部挡缝条调节。

中顶板在门区中心装有氛围灯,共有两种。氛围灯效果如图5所示,一种为带有V型屏的氛围灯,另一种为普通圆形氛围灯。安装时,首先将安装座连接至中顶板,然后通过螺钉从水平方向将氛围灯安装在安装座上。

图5 氛围灯效果

格栅为铝型材,表面喷漆。格栅采用插接结构安装,首先将格栅一侧插接入中顶板型材中,然后将格栅另一侧用两排螺钉固定在中顶板上。格栅外侧有魔术搭扣,用于安装盖板。

盖板为铝型材,表面喷漆。盖板有魔术搭扣,与格栅上的魔术搭扣贴合,可以安装在格栅上,同时遮盖扶手安装座和安装螺栓。

侧顶为铝型材,表面喷漆。侧顶通过安装折页和T型螺栓安装在中顶板两侧的安装孔上。侧顶为活门结构,打开侧顶后,可以检查内部门机构及电气设备。在侧顶上开有出风口,以实现顶部与侧面混合出风,减少出风对乘客的吹头感,提高整车送风和温度均匀性,进一步提升乘客感受。侧顶风道出风口如图6所示。

图6 侧顶风道出风口

采用自动调光变温发光二极管灯,根据季节变化自动调节光照色温,并根据客室明暗自动调节光照亮度,充分彰显人性化设计理念。

3.2 侧墙

侧墙为一体式侧墙,将以往独立的侧墙板、立罩板、二次骨架等合为一体,相较于传统方式,安装方便,不需要进行现场拼装,提高了工作效率,同时运输也较为便捷,具有产业利用价值。

侧墙为3 mm厚铝板结构,背后贴有各种加强骨架。两侧为铝型材,以保证强度。正面设置乘客使用的扶手,供门区乘客使用。侧墙还设置有紧急对讲机安装口、液晶显示屏安装口、座椅挡风屏安装口等,适应现代化需求。首先通过窗上沿安装座与窗下沿安装座将侧墙板固定在车体侧墙上,然后再从缺口处固定底部安装座至客室地板上,最后将顶部安装座固定在车体侧顶上,与侧墙板连接。侧墙板下侧有150 mm高踢脚线,踢脚线为0.8 mm厚不锈钢板,通过背胶粘在侧墙板上。侧墙正视图如图7所示,侧墙安装结构断面如图8所示。

图7 侧墙正视图

图8 侧墙安装结构断面

3.3 间壁

由于结构的耐火要求,间壁由铝型材加强的12 mm铝蜂窝板及15 mm陶瓷纤维毯组成。格栅采用防火膨胀格栅,在门缝处贴有防火膨胀胶条,锁和折页处设置有不锈钢保护罩,并喷涂防火涂料,保证火焰不会从防火薄弱区域窜出。

端墙板由上、左、右三块间壁板组成。将左、右间壁板固定在内装地板上,靠车体侧墙处以插接的方式与内装侧墙板固定在一起,端部与车体端墙相连。上间壁板上侧与车体车顶连接,下侧与左、右间壁板相连。

间壁板下部有150 mm高踢脚线,踢脚线为0.8 mm厚不锈钢板,通过背胶粘在间壁上。

上海轨道交通15号线车辆为GOA4等级全自动驾驶列车,司机室为开放式结构,在拖车司机室处无司机室间壁,仅设有紧急隔离带作为临时隔断。紧急情况下,可拉出隔离带,临时将司机室和客室隔开。如此设计实现了全自动驾驶与有人驾驶的自由切换,既可以保证运营安全,又能够使乘客尽情享受通透明亮的车内空间。为了方便乘客充电,将通用串行总线充电装置和隔断整合在一起。司机室隔断如图9所示。

图9 司机室隔断

3.4 底架

底架制造时,在铝结构上贴橡胶块进行调平,然后将铝蜂窝板铺设上去,最上层贴有橡胶地板布。底架材料均为难燃级材料,并且具有良好的隔声隔热性能。铝蜂窝地板厚度为18 mm,隔声量为29 dB,能够有效隔绝由车下设备传来的噪声。地板布厚度为3 mm,寿命为15 a,具有良好的抗拉强度,以及环保、耐磨、防火、防静电、防开裂、防滑、防潮等特性,造型美观,易于清洁,耐清洁剂和化学腐蚀。底架地板结构如图10所示。

图10 底架地板结构

地板布有六方面性能要求。

(1) 耐磨性。地板布耐磨层结构紧密,密度高,不含气泡。

(2) 防滑性。地板布防滑性满足DIN 5113 R9级或其它等同标准要求。

(3) 抗拉性。根据GB/T 528—2009或等同标准进行测试,地板布的抗拉强度不低于8 MPa。

(4) 防火性。地板布防火性满足EN 45545-2 HL3等级的相关要求。

(5) 烟毒性。地板布烟毒性满足BS 6853相关要求。

(6) 载重负荷能力。按照EN 433,利用一个覆盖面积为1 cm2,质量为50 kg的重物压于地板布上150 min,然后移开重物,并量度地板布凹陷尺寸,应不大于0.05 mm。

3.5 隔热与隔声

底架地板结构符合ASTM E119及NFPA 130要求,可达到45 min的防火隔离能力。在底架上表面放置有4 mm厚陶瓷纤维毯。为了满足隔声量要求,陶瓷纤维毯上铺有6 mm厚吸声材料和0.8 mm厚隔声垫。在转向架区域,设置阻尼贴片,并采用2 mm厚隔声垫,以增强隔声效果。

为了尽量降低空调机组的噪声,车顶平台处贴有6 mm厚吸声材料和0.8 mm厚隔声垫。为了降低门机构处的噪声,在门机构后贴有9 mm厚吸声材料。此外,车顶圆弧顶处贴有60 mm厚预氧丝棉,车体侧墙和端墙处贴有40 mm厚预氧丝棉,以增强全车的隔热能力。

3.6 座椅与扶手

在每个座椅区均设有座椅,座椅两端有挡风板,座椅上方有横扶手,两个座椅之间有中立柱扶手。门区设有立罩板、中立柱和横扶手。

座椅外表壳采用防滑设计,外形轮廓符合人机工程学要求,每个座位可承受1 500 N载荷。

座椅采用悬臂结构,将三个座椅骨架通过特制螺栓固定在车体侧墙上,在侧墙上安装顶部安装座。座椅安装时,将座椅固定在座椅骨架上,同时座椅上部钩在顶部安装座上。座椅主要受力位置为座椅骨架,座椅顶部仅受水平方向力。座椅面板由玻璃钢制成,表面喷漆。座椅骨架由铝型材焊接制成,面板和骨架粘接为一个整体。座椅靠背顶部设有装饰胶条,用于装饰座椅与墙板间隙。由于拖车没有司机室间壁,因此拖车座椅下增加了下箱,将原司机室间壁的电气设备移动至拖车座椅下。带下箱座椅效果如图11所示。

图11 带下箱座椅效果

挡风板由铝合金蜂窝挡板和扶手杆组成。铝合金蜂窝挡板下部为铝蜂窝板,上部由铝管焊接而成。扶手杆为铝制,通过扶手安装座安装在挡风板上。扶手及挡风板表面均喷涂金属漆。挡风板通过螺栓与侧墙和座椅相连,挡风板扶手与座椅上方的横扶手相连,并通过三通穿过顶板盖板,向上连接安装至中顶两侧的型材上。

扶手包括座椅横杆扶手、中部横杆扶手、立罩板扶手、端部扶手、中立柱扶手、挡风板扶手。所有扶手均为铝合金材质,表面喷漆,直径为38 mm。客室内布置足够多且安装牢固的立柱和扶手,以保证乘客站在客室内任何位置都能有扶手或立柱。扶手布置如图12所示,座椅与扶手安装结构如图13所示。

图12 扶手布置

图13 座椅与扶手安装结构

4 防火设计

车辆安全中最重要的是防火性能,具体可以分为车辆材料选择和车辆结构耐火设计。

4.1 车辆材料选择

车辆材料的防火等级符合EN 45545-2 HL3等级或等同其它标准要求。车辆材料具有良好的防火性能,能最大限度防止火灾发生,不使用易燃、可燃性材料,以及燃烧后会散发有毒气体的材料。所有车辆材料均需提交防火报告,以证明是否满足标准要求。

4.2 车辆结构耐火设计

4.2.1 底架

为了保证底架下的电气设备发生火灾时地板结构能够保持一定时间的完整性和隔热性,保护乘客及乘务人员安全,必须对地板结构进行耐火设计,有效控制火势蔓延的速度,使火灾影响最小化[8-9]。

上海轨道交通15号线车辆技术规格书中对底架结构耐火的要求为:车体下部设有防火隔离层,应按照ASTM E119及NFPA 130达到45 min的防火隔离能力。底架背火面没有持续火焰窜出,没有出现热气点燃棉垫的情况。底架背火面的平均温升不大于139 ℃,单点最高温升不大于181 ℃。底架需支撑相应的承载质量,最大变形量满足标准要求。

根据上述底架结构耐火要求,在充分考虑结构功能和耐火功能的基础上,对底架进行设计,采用防火涂料、铝材质、弹性支撑、隔声隔热材料、铝蜂窝地板、橡胶地板布。通过底架1.5 mm厚防火涂料的阻火隔热作用,在高温情况下保证铝车体底架不发生过大变形或者崩塌。在隔声隔热材料中使用了4 mm厚陶瓷纤维毯,通过隔热作用防止底架过多热量传递至地板与地板布,保证地板不损坏或崩塌。通过试验进行了底架耐火结构验证,满足要求。

4.2.2 间壁

为了防止电气柜内电气元件发生短路、电线电缆着火时火焰从间壁内侧窜入客室,对乘客造成危害,需要对间壁进行防火设计[10]。

上海轨道交通15号线车辆技术规格书中对间壁结构的耐火要求为:客室电气设备柜能够抵挡任何原因引起的火灾至少30 min,柜门设有膨胀密封件,以确保火焰不会传播至客室内,并隔离氧气流入,设备柜及内部设备易于更换。

根据上述间壁结构耐火要求,在充分考虑间壁结构功能、外观、轻量化等要求的基础上,对间壁进行设计,采用铝材质、铝蜂窝复合板、15 mm厚陶瓷纤维毯。为了避免火焰从门缝窜出,在门的四周使用防火密封条进行密封处理。当电气柜发生火灾时,密封条可以膨胀,堵住门缝并密封。间壁门使用防火膨胀格栅,平时作为通风格栅使用,遇火后可膨胀,保证缝隙不会有火焰窜出。通过试验进行了间壁耐火结构验证,满足要求。

5 车辆钥匙系统

车辆钥匙系统涉及车辆运营安全性和维护便捷性,对于全自动驾驶车辆而言,乘客可以直接进入司机室,需要格外关注。上海轨道交通15号线车辆钥匙系统主要分为主控钥匙、方孔钥匙。根据国外全自动驾驶车辆钥匙分级经验,结合上海轨道交通15号线车辆技术要求,主控钥匙采用具有高安防等级的KABA锁及钥匙系统,分为驾驶级主控和非驾驶级主控两级,同时采用7×7 mm方孔不锈钢压紧锁及钥匙辅助操作。

KABA锁用于客室电气柜柜门、司机台盖板、设备柜门、座椅下设备箱、电解锁等乘客或外部人员可以接近的电气设备安装位置的锁闭,防止全自动驾驶车辆内非检修人员接近电气设备。方孔锁用于压紧所有柜门、盖板设备柜及非电气设备安装位置

的活门罩板。驾驶级主控KABA锁钥匙由司机或可执行司机职能的乘务人员持有,只能打开司机室台盖板、司控器,以及司机室需要司机操作的电气柜与设备柜。同时需要辅以四角钥匙,用于打开起压紧作用的方孔锁。非驾驶级主控钥匙由检修人员携戴,可以打开司机室台盖板、司机室电气设备柜、客室电气柜、座椅下设备柜等所有需要检修的电气设备安装处盖板或柜门。同时需要辅以四角钥匙,用于打开起压紧作用的方孔锁。驾驶级主控钥匙不能打开非驾驶级主控锁,非驾驶级主控钥匙可以打开驾驶级主控锁。方孔锁还用于车外、车下、车顶等区域检修人员需要接近的盖板。

6 结束语

上海轨道交通15号线车辆客室内装简洁时尚,美观大方,开放式司机室、临时隔断、带下箱座椅、中顶和侧顶复合出风等设计充分适应全自动驾驶特点,同时从美观、人性化、防火、模块化等方面进行充分考虑,给乘客以舒适、美观、人性化的乘坐体验。