夏 季

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

0 引言

洗車機(jī)是地鐵車輛段關(guān)鍵設(shè)備之一，主要功能為替代人力自動完成地鐵車輛的外皮清洗工作?？紤]到全自動駕駛的地鐵車輛段內(nèi)洗車庫劃定為無人區(qū)，洗車機(jī)需實(shí)現(xiàn)對車輛的自動清洗。與傳統(tǒng)人工控制的洗車機(jī)相比，由于全自動駕駛的洗車機(jī)增加了 ATS 通信系統(tǒng)（Automatic Train Supervision）和 DCC 控制系統(tǒng)（Depot Control Center），通過 ATS 控制列車行駛，通過 DCC 操作和控制列車清洗機(jī)，因此洗車機(jī)現(xiàn)場不需要再設(shè)置操作人員。洗車機(jī)在土建及各系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的接口也相應(yīng)增加，涉及多個(gè)土建、機(jī)電及給排水專業(yè)。洗車機(jī)與其所涉及專業(yè)之間的設(shè)計(jì)共享邊界稱為技術(shù)接口界面，相關(guān)專業(yè)在資料互提過程中需明確設(shè)計(jì)范圍與分界，以確保洗車機(jī)的順利安裝、安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)期使用功能。

本文從全自動駕駛模式下地鐵車輛段洗車庫設(shè)計(jì)的角度，分析洗車機(jī)與其所涉及專業(yè)之間的技術(shù)接口界面與內(nèi)容，并提出了洗車機(jī)招標(biāo)時(shí)建設(shè)單位對招標(biāo)范圍合理劃定的建議。

1 洗車機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

洗車機(jī)主要由 ATS 通信系統(tǒng)、DCC 控制系統(tǒng)、電控及監(jiān)控系統(tǒng)、洗刷系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水循環(huán)處理系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、吹掃干燥系統(tǒng)等組成，如圖 1 所示。洗車機(jī)布置示意如圖 2 所示。

圖1 洗車機(jī)系統(tǒng)組成圖

（1）ATS 通信系統(tǒng)。ATS 通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與列車的通信，將洗車請求和列車運(yùn)行狀態(tài)傳遞給洗車機(jī)，洗車機(jī)根據(jù) ATS 的請求信號執(zhí)行相應(yīng)的清洗指令。

（2）DCC 控制系統(tǒng)。DCC 操作臺設(shè)置于車輛段有人區(qū)內(nèi)，具有選擇清洗模式、監(jiān)控洗車機(jī)過程和報(bào)警功能，并通過視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)檢測洗車狀態(tài)。

圖2 洗車機(jī)布置示意圖

（3）電控及監(jiān)控系統(tǒng)。洗車機(jī)現(xiàn)場操作臺安裝數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、指示燈和控制旋鈕。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)通過電腦與可編程邏輯控制器通信，監(jiān)控洗車機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行情況。視頻監(jiān)視系統(tǒng)一般采用 360°高清視頻球形攝像頭對洗車庫情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。指示燈用于顯示系統(tǒng)的工作情況及功能狀態(tài)?？刂菩o根據(jù)功能的不同，可以發(fā)送相應(yīng)的控制命令。

（4）洗刷系統(tǒng)。洗刷系統(tǒng)由側(cè)洗系統(tǒng)和端洗系統(tǒng)兩部分組成。其中，側(cè)洗系統(tǒng)為側(cè)刷刷軸與電機(jī)減速機(jī)直聯(lián)，固定在弓形刷架上采用氣缸推動，吃毛量通過氣缸壓力控制，在刷子的最大工作位置和收回位置設(shè)有安全可靠機(jī)械緩沖器，以限制刷軸轉(zhuǎn)動范圍。端洗系統(tǒng)通過刷子旋轉(zhuǎn)電機(jī)電流的大小來控制刷組的吃毛量，對車輛端面進(jìn)行仿形洗刷。

（5）供水系統(tǒng)。供水泵采用高壓離心泵，高壓離心泵上裝有失水保護(hù)裝置，能夠有效防止因底閥漏水而導(dǎo)致的水泵失水。

（6）水循環(huán)處理系統(tǒng)。洗車廢水經(jīng)沉砂池后，由提升泵泵入 pH 調(diào)節(jié)池，根據(jù)對污水 pH 值的檢測，向污水中加入酸或堿，調(diào)節(jié)污水的 pH 以滿足要求（6.5～9）。之后自流到快慢混凝反應(yīng)池，通過投加混凝劑進(jìn)行絮凝反應(yīng)，絮凝的污物在重力和斜管的作用下沉入斜管并沉淀池底，從水中得以分離。處理后的水進(jìn)入光催化氧化緩沖水池，然后通過水泵泵入保安過濾器，過濾后進(jìn)入一體化光催化氧化設(shè)備，進(jìn)行光催化氧化可有效去除表面活性劑及油污等有機(jī)物雜質(zhì)，并殺滅各種病菌。最后，將符合標(biāo)準(zhǔn)的水輸送至回用水池，用于再次洗車。

（7）供氣系統(tǒng)。供氣系統(tǒng)由螺桿式空氣壓縮機(jī)、冷干機(jī)、儲氣罐、管路、電磁閥等組成。其中，冷干機(jī)用于去除壓縮空氣中的水分，提高壓縮空氣干燥度，降低壓縮空氣閥故障率。

（8）吹掃干燥系統(tǒng)。洗車機(jī)吹掃干燥系統(tǒng)，用定壓風(fēng)對車體外表面的殘余附著水跡進(jìn)行吹掃，以保證車體外表不產(chǎn)生水漬。

2 洗車機(jī)技術(shù)接口分析

洗車機(jī)與相關(guān)專業(yè)之間的接口示意如圖 3 所示。

圖3 洗車機(jī)與相關(guān)專業(yè)間技術(shù)接口示意圖

2.1 與車輛專業(yè)的接口

洗車機(jī)清洗的對象是車輛外皮，因此，需車輛供應(yīng)商提供列車編組示意圖及主要結(jié)構(gòu)尺寸圖（包括列車長度、寬度、軸距、定距、清洗高度范圍、司機(jī)室面罩尺寸等）、受電系統(tǒng)布置圖（含受電弓布置、在列車中的相對位置關(guān)系、允許工作高度范圍等）、車載設(shè)備的 IP保護(hù)等級、洗滌水溫及水質(zhì)要求、洗滌劑酸堿度要求、清洗頻率等。

2.2 與限界專業(yè)的接口

洗車機(jī)洗刷系統(tǒng)一般點(diǎn)式布置于軌道兩側(cè)，需限界專業(yè)提供車輛限界、設(shè)備限界要求。洗車機(jī)洗刷系統(tǒng)在非工作狀態(tài)下距離設(shè)備限界不應(yīng)小于 50 mm，以確保列車正常通行。洗刷作業(yè)時(shí)，洗刷系統(tǒng)可侵入限界完成洗車作業(yè)。

2.3 與站場專業(yè)的接口

洗車機(jī)設(shè)置在地鐵車輛段的洗車庫內(nèi)，根據(jù)洗車機(jī)的作業(yè)能力，以 B 型車 6 輛編組為例，其洗車作業(yè)時(shí)間約 15 min。為避免洗車作業(yè)對段內(nèi)線路正常使用的影響，洗車庫兩端均應(yīng)滿足“1 列車長 +10 m”的線路有效長度要求?？倛D設(shè)計(jì)過程中應(yīng)基于該要求完成總圖布置。洗車庫的布置型式主要有貫通式和往復(fù)式 2 種，貫通式洗車作業(yè)更為便捷（本文推薦采用貫通式布置）。

2.4 與軌道專業(yè)的接口

軌道專業(yè)需在洗車機(jī)刷組布置區(qū)域內(nèi)設(shè)置整體道床，并在端面洗刷區(qū)域的股道兩側(cè)設(shè)置 50 kg/m 的端刷走行軌。

2.5 與建筑專業(yè)的接口

根據(jù)洗車機(jī)配置的不同，地鐵車輛段對洗車庫的軸線尺寸要求一般為（45～66） m×13.5 m（長×寬，含輔助房屋）。洗車機(jī)與建筑專業(yè)的接口為：洗車庫地面標(biāo)高，洗車庫側(cè)墻做法，循環(huán)水池做法，控制室地面做法，觀察窗開設(shè)位置，輔助房屋的開門尺寸，洗車庫內(nèi)溝、槽、管、洞設(shè)置，洗車庫內(nèi)地面及墻面的耐酸堿性能要求等。

由于洗車庫與普通土建項(xiàng)目不同，軌行區(qū)長期受洗滌水沖刷，且洗車過程中旋轉(zhuǎn)的刷組易將水漬甩至墻面，土建設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)難度較大，建議在設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮洗車庫軌行區(qū)地面及墻面的做法，盡可能降低維護(hù)保養(yǎng)難度。

2.6 與結(jié)構(gòu)專業(yè)的接口

洗車庫內(nèi)鋪設(shè)整體道床，整體道床的地基處理應(yīng)滿足整體荷載（A 型車軸重≤16 t，B 型車軸重≤14 t，速度5 km/h）條件下，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)不開裂、不下沉；考慮洗車庫內(nèi)各刷柱基礎(chǔ)及循環(huán)水池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；為便于洗車機(jī)刷組的安裝及維護(hù)和更換，在洗車庫軌行區(qū)設(shè)置 2 臺 1 t 的手拉葫蘆，結(jié)構(gòu)專業(yè)需考慮相關(guān)荷載及基礎(chǔ)預(yù)留。

2.7 與通風(fēng)空調(diào)專業(yè)的接口

洗車機(jī)控制室內(nèi)需考慮通風(fēng)或采暖設(shè)施，一般采用空調(diào)。

2.8 與給排水專業(yè)的接口

洗車機(jī)清洗耗水量約 400 L/列，給排水專業(yè)需按照洗車機(jī)布置要求，在指定位置預(yù)留給水和排水接口。

2.9 與電力專業(yè)的接口

洗車機(jī)控制室內(nèi)需提供三相五線制電壓 380 V、總功率 90～120 kW 的電源；洗車機(jī)作業(yè)區(qū)及各輔助房屋內(nèi)均需考慮照明設(shè)施；控制室內(nèi)需設(shè)置空調(diào)插座；所有設(shè)備基礎(chǔ)必須通過扁鋼與接地井相連，接地電阻不大于 4 Ω。

2.10 與通信專業(yè)的接口

為實(shí)現(xiàn)車輛段內(nèi)設(shè)備及數(shù)據(jù)管理，便于遠(yuǎn)程診斷，在洗車庫控制室內(nèi)需設(shè)置網(wǎng)絡(luò)接口。

2.11 與信號專業(yè)的接口

為實(shí)現(xiàn)全自動駕駛模式下的列車自動清洗，信號專業(yè)需為洗車機(jī)提供可與列車進(jìn)行通信的接口，接口功能要求如下。

（1）洗車機(jī)選擇洗車模式（端洗或非端洗模式）并發(fā)送給信號系統(tǒng)，準(zhǔn)備就緒后向信號系統(tǒng)發(fā)送“洗車準(zhǔn)備就緒”狀態(tài)信息（洗車機(jī)值班員按壓洗車準(zhǔn)備就緒按鈕），信號系統(tǒng)接收此信息后，根據(jù)洗車計(jì)劃自動排列進(jìn)路，車輛段值班員確認(rèn)（或自動）后，列車自動運(yùn)行至洗車庫。

（2）列車運(yùn)行至洗車庫前停車，信號系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送“洗車請求”信息。

（3）洗車機(jī)收到“洗車請求”信息后，“允許洗車”燈閃爍，條件滿足后，洗車機(jī)值班員按壓“允許洗車”按鈕，“允許洗車”燈亮且穩(wěn)定燈光。

（4）信號系統(tǒng)收到“允許洗車”信息后，自動控制列車進(jìn)入洗車庫開始洗車作業(yè)。

（5）在非端洗模式下，列車在洗車庫內(nèi)不停車。

（6）在端洗模式下，列車車頭到達(dá)端洗位自動停車并向洗車機(jī)發(fā)送“前端洗請求”信息，洗車機(jī)開始前端洗作業(yè)。作業(yè)結(jié)束后自動向信號系統(tǒng)發(fā)送“前端洗結(jié)束”信息，信號系統(tǒng)收到該信息后自動啟動列車?yán)^續(xù)向前運(yùn)行。列車車尾到達(dá)端洗位自動停車并向洗車機(jī)發(fā)送“后端洗請求”信息，洗車機(jī)開始后端洗作業(yè)，作業(yè)結(jié)束后自動向信號系統(tǒng)發(fā)送“后端洗結(jié)束”信息，信號系統(tǒng)收到該信息后自動啟動列車?yán)^續(xù)向前運(yùn)行。

（7）列車出庫后，洗車機(jī)完成洗車作業(yè)并向信號系統(tǒng)發(fā)送“洗車完畢”信息（洗車機(jī)值班員按壓“洗車完畢”按鈕）。

（8）信號系統(tǒng)接收到“洗車完畢”信息后，自動控制列車按計(jì)劃運(yùn)行。

（9）洗車過程中，信號系統(tǒng)控制列車恒速運(yùn)行（車速 3～5 km/h）。

（10）洗車過程中，洗車機(jī)在故障或人工按下緊急停車按鈕時(shí)，向信號系統(tǒng)發(fā)送“緊急停機(jī)”信息，信號系統(tǒng)控制列車實(shí)施緊急制動。

3 洗車機(jī)招標(biāo)范圍劃定建議

基于洗車機(jī)與相關(guān)專業(yè)之間的接口分析，提出供設(shè)計(jì)和建設(shè)單位參考的洗車機(jī)招標(biāo)范圍建議：預(yù)濕/預(yù)冷機(jī)構(gòu)、列車端面刷洗機(jī)構(gòu)、列車側(cè)面刷洗機(jī)構(gòu)、沖洗/清洗機(jī)構(gòu)、作業(yè)信號機(jī)、停車指示牌、擋水設(shè)施、控制及報(bào)警系統(tǒng)、水處理循環(huán)設(shè)備（不含室外水池）、清水供給設(shè)備、洗滌劑供給設(shè)備等。

4 結(jié)束語

洗車機(jī)是全自動駕駛模式下地鐵車輛段的關(guān)鍵設(shè)備之一，在車輛段相關(guān)的土建、機(jī)電、給排水等設(shè)計(jì)過程中，專業(yè)接口多且復(fù)雜。本文基于洗車機(jī)與相關(guān)專業(yè)之間的技術(shù)接口界面分析，提出了在洗車機(jī)招標(biāo)時(shí)建設(shè)單位對招標(biāo)范圍合理劃定的建議，以期為全自動駕駛模式下地鐵車輛段設(shè)計(jì)或建設(shè)單位招標(biāo)提供參考。

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