ART 车辆段总图设计关键要素分析

肖 衡， 樊兴锐，徐生国

（1. 湖南中车智行科技有限公司，湖南长沙 410006；2. 湖南省多铰接胶轮运输系统工程技术研究中心，湖南长沙 410006）

电子导向胶轮系统作为中低运量城市轨道交通制式之一，采用虚拟轨道，无需铺设钢轨和接触网，可在现有市政道路上运营，因此具有建设周期短、成本低的巨大优势。车辆段是停放、维修、保养其车辆的场所，对车辆段进行科学、合理设计是保障电子导向胶轮系统安全、顺畅运营的关键。由于电子导向胶轮系统车辆的结构与其他制式车辆存在较大的区别，加之目前尚无专门针对该系统制定的标准可用于指导设计和建设实践，而参考其他相关设计标准时也存在适用性问题，因此对该系统车辆段总图设计需考虑的关键要素进行研究以指导相关设计，十分必要。本文以智能轨道快运系统（简称“智轨”，英文缩写为“ART”）为例，结合已建成项目的经验，对其车辆段总图设计关键要素进行分析和说明，以期为类似工程的总平面布置提供参考和借鉴。

1 ART 车辆及车辆段概述

1.1 ART 车辆

ART车辆采用蓄电池驱动方式。其在外形尺寸与车内结构方面与100%低地板有轨电车类似，采用多模块编组结构，目前已运营的车辆多为3模块编组（图 1），车辆长度为30～40 m，宽度为2.65 m，地板面离地高度不小于350 mm。该车辆走行部结构简单，采用与汽车相同的车桥车轮结构，全轴所有车轮均可转向（图2）。车辆的大部分设备安装在车顶，车下除走行部和管路外无其余设备。在车辆修程修制方面，目前已开通运营的ART线路在车辆段内通常采用日常检查+均衡修与架/大修的修制。

1.2 ART 车辆段

ART车辆段主要承担配属车辆的各级检修和检修后试验，以及车辆的停放、充电、车内清扫、车外洗刷、定期消毒等日常保养维护工作；此外，还负责车辆段内设备机具维修、工程车辆整备，以及管辖范围内线路设施设备综合维修、材料供应、车辆救援等任务。因此，车辆段内包含停车库、检修库、洗车库、物资库、运营综合楼等建筑以及必要的通行道路（车场线）、变配电设施等。其中，检修库可细分为列检位、临修位、架/大修位、静调线、动调线等功能区。由于架/大修需要对车辆进行解体，对部件进行拆卸检查，涉及专业较多且复杂，加之目前国内已运营ART线路车辆均尚未进入此阶段，其在车辆段中的场地仅作预留，因此本文不对架/大修位的设计作介绍。

2 车辆段总图设计关键要素分析

2.1 停车位设置

由于ART车辆走行部与轮轨制式车辆有显著差异，加之列车出入库均为人工驾驶，停车精度和行驶姿态仅能做到相对准确，因此ART车辆停车位的设置除考虑车辆限界等因素外，还需关注安全驾驶等条件，应将列位宽度设置为略大于轮轨制式车辆。

鉴于车辆轮廓宽度在车侧不同检修舱门开闭状态下的差别较大（图3），为节省用地指标和方便车辆管理，建议将停车位与列检位分开设置，在停车位仅开展车辆停放、车内检查、消毒等非维修类作业。

单个停车位的尺寸设计需考虑停车位周围人员安全活动的距离，建议停车列位的设置采用如图4所示的方式。以长度为32 m的ART车辆为例，单个停车位尺寸宜为35 m×4.5 m（长×宽）。库内停车位采用尽端式或贯通式布置均可，若需在单个股道设置多个列位，则纵向列位间的距离应满足安全疏散及充电要求。

2.2 列检位设置

ART车辆列检位通常配置有车顶作业平台和壁式检查坑，以便在多个作业面同时开展检修（图5）。列位长度计算可参考GB 50157-2013《地铁设计规范》，宽度取车侧舱门打开的最大宽度（6 m），作业平台高度满足设备限界要求即可。由于ART车辆设备少（尤其是车顶和车下），检查所需的时间较短，加之设备的智能化程度高，可实现健康状态实时监控，因此宜减少壁式检查坑的数量。建议设置壁式检查坑的列位数占列检位总数的10%～20%，且不少于2个。对于尽端式布置的列检库，建议在入库第一个列位设置壁式检查坑和车顶作业平台；对于贯通式布置的列检库，则可在1个股道集中设置壁式检查坑和车顶作业平台，实现车辆在段内的循环贯通转线作业，以有效利用检修工位。鉴于部分ART运营公司仍习惯于每天对车底走行部设备及车顶设备进行检查，并且出于减少库内移位调车工作量的考虑要求多设置壁式检查坑和车顶作业平台，因此在总图设计时应综合考虑运营公司的检修作业需求。

2.3 库前出入线设置

由于ART车辆不受实体轨道的限制，转弯半径小，在道路畅通和场地无占用的条件下段内移车作业相对容易，因此在其车辆段设计中宜充分利用上述优势，缩减库前咽喉区的占地面积。为保证车辆在列位上处于拉直的状态，出入线设计时须考虑直线及直角转弯2个典型工况，其他工况可参考这2类进行调整。在直线工况下，限界宽度受车辆运行速度的影响不大，较为一致，出入线设计应重点考虑设备限界以保证进路顺畅。而直角转弯工况则较为复杂，不仅需要考虑车辆在不同转弯半径下的限界宽度（表1），还应该考虑车辆轮迹与车身姿态在整个转弯过程中的变化，原因在于：ART车辆采用全轴转向和轨迹跟随技术，入弯分为非稳态转弯和稳态转弯2个阶段，即在车辆刚入弯时，其偶数轴的轮迹会向弯道外侧偏移，在车辆入弯后，其将逐步回正，从而进入稳态转弯阶段，而在上述过程中，轮迹与车身姿态均会发生变化（图6）。为保证车辆出入库的安全，要求车辆不能直接在列位上转弯，必须先沿直线开出一段距离后再转弯（图7）。

表1 直角转弯工况下转弯半径不同时ART车辆限界宽度

例如，对于3编组ART车辆，要求其库前出入线中从出库起点至入弯分界点的距离须大于1轴至3轴的距离之和（以标准车型为例，该距离约为12 m），若出入库第一个列位设置有检查坑，则该距离应大于1轴至4轴的距离之和（以标准车型为例，该距离约为18 m）。此外，为延长段内贯通道区域铰接系统的使用寿命，建议将段内最小转弯半径设置为20 m。若弯道为S形连续弯道，则要求2条弧线之间的切线长度大于中间4个车轴（2轴至5轴）的轴距之和，夹直线长度应不小于 15 m。

2.4 测试线设置

传统制式城市轨道交通车辆段的测试线用于新车交付验收以及定修、架/大修、重大临修车辆的全面动态试验，其通常为全程直线，具有开展车辆高速试验及相关信号试验的功能，长度为数百米或上千米。但ART车辆属于道路交通车辆，其测试内容更为复杂，目前其测试线主要参考汽车测试线的功能进行设置，分为静态测试线和动态测试线，其测试内容如下。

（1）静态测试线负责列车车轴转速测量、轴荷（轮重）测量、低速制动（40 km/h）检测、侧滑检测、转角与车轮定位、360°环视标定、传感器检测、灯光检测、列车防雨密封性能检测。

（2）动态测试线负责整车循迹精度测试与标定、高速制动检测、自动驾驶测试。

其中，静态测试线用于测试车辆安全驾驶相关性能，使用频率不高，可将其与临修列位合并布置，并按测试功能将其分为多个工位并列或串联布置（图8）。若库内为尽端式结构，则建议该线的长度不小于3倍列车长度。动态测试线用于开展与辅助驾驶相关的功能测试，其与传统制式城市轨道交通车辆的测试线有较大区别（图 9）。在条件允许的情况下，动态测试线的车道宽度不宜小于5 m，直线段长度宜满足40 km/h以上制动试验的要求（即大于400 m），灯泡线区域转弯半径为15 m，可与信号测试相关设备共建；若条件不满足，则段内转弯区域可设置为直角转弯，直线段长度应不小于4倍列车长度（即120 m），用于进行走行精度的标定与测试。

2.5 洗车线布置

ART车辆段洗车线可根据配属车辆数量、运营工况及当地气候条件等进行设置。若配属车辆数量较少，可不设置洗车线，采用在停车位上人工擦洗的清洁模式；若配属车辆数量超过20列，应设置洗车线并配置自动洗车机，对车辆端面和侧面进行清洁，对于车底和车轮区域则采用人工冲洗的方式。洗车线有尽端式、贯通式等设置方式。图10a展示了与列检位并列布置的尽端式洗车线，图10b展示了在库外与车辆出库线平行布置的贯通式洗车线。由于ART车辆长度较短，洗车作业用时少，因此可实现段内停车、调车、洗车平行作业。

图1 3编组ART车辆示意图

图2 ART车辆走行部结构示意图

图3 ART车辆在不同检修舱门开闭状态下的轮廓宽度示意图（单位：mm）

图4 ART车辆停车列位设置示意图

图5 ART车辆列检位示意图

图6 直角转弯工况下R为20 m时车身各关键点轨迹图

图7 库前出入线设计示意图

图8 静态测试线示意图

图9 动态测试线示意图

图10 洗车线布置实图

2.6 充电设施布置

充电设施是ART车辆段内的重要设备。ART车辆充电设施分为国标新能源汽车充电桩和大功率直流充电轨2类。国标新能源汽车充电桩适用于车辆在段内停车位上的低功率充电场景（图11a），通常设置在停车库内。1台标准充电桩通常有2把充电枪，可同时供2列车充电，因此停车充电区域充电桩配置数量的上限为充电列位总数的50%，在配置有快速充电装置的车辆段内该比例可下调至40%左右。大功率直流充电轨适用于为车辆快速补电（图11b）。该设备在车辆段内的主要用途是对车辆受电弓的充电功能进行验证与测试，同时兼顾车辆的充电需求。建议1个车辆段内应至少设置1套充电轨，有起重作业和车顶作业的区域不设置充电轨，贯通式停车库可在出库端或入库端的第一个列位设置，尽端式停车库可在入库端第一个列位设置，此外也可在停车库外单独设置。

图11 ART车辆段充电设施实图

3 车辆段总图设计案例分析

3.1 横列式布置案例

图12为某城市ART项目车辆段布置总图，该车辆段按照近期25列车的规模进行设计，所在区域为类正方形地块（长度与宽度接近），由于长度受限，故采用检修库与停车列检库并列的横列式布置形式。其中，停车列检库采用一线两列位贯通式方案；其他库区采用一线单列位尽端式方案，设有周月检线、定修线、临修线、架/大修线以及洗车线，贴近物资仓库。段内的车辆出入口分开设置，采用梳形出入线，并以段内的环形出入线作为动态测试线。设有车顶作业平台的列位占停车列检库总列位数的25%，设有壁式检查坑的列位占总列位数的50%，配置充电桩的列位占总列位数的50%，并配置2套充电轨。

图12 某ART项目车辆段横列式布置总图

3.2 纵列式布置案例

图13 为另一ART项目车辆段布置总图，该车辆段照按初期9列、近期22列车的规模进行设计，所在区域为长条形地块，总长度约300 m，宽度不到60 m，呈哑铃型，仅有一个出口可与正线接驳，且其中部分建筑物为永久性设施，不可拆除。为保证各项作业的流畅衔接并减少干扰，该车辆段采用纵列式布置方案，在靠近出场线的一端设置停车列检库，另一端设置检修库、洗车库等。由于地块条件的限制，其停车列检库的平均线间距仅为4 m，检修库的平均线间距仅为5.5 m，移位调车难度较大。鉴于此，建议车辆段优先选择长方形地块，此类地块长宽比例协调，可适应各类布置形式。

图13 某ART项目车辆段纵列式布置总图

4 结语

ART车辆段总图设计可在参考其他制式城市轨道交通车辆段相关设计规范的基础上，综合考虑ART车辆的特殊结构及修程，对车辆段内的各种设施进行有针对性的设计。此外，由于地块形状对车辆段总图布置形式的影响较大，还需要结合具体情况进行设计调整。文中仅对与车辆维保关联性较强的设计要素进行了阐释，在实际工程中还应结合运营、生产办公、驾驶培训等需求，对车辆段内其他建筑设施进行科学、合理布置。