尹仁發(fā)

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600)

1 研究背景

近年來(lái)，在國(guó)家與各城市政策推動(dòng)引導(dǎo)、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(duì)車輛基地[1]進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)的步伐加快。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已開通軌道交通的城市中，有近六成已完成或者正在對(duì)車輛基地進(jìn)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(duì)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(duì)車輛基地進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)是技術(shù)相對(duì)新穎復(fù)雜的系統(tǒng)工程。由于缺少長(zhǎng)期全面的運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證，部分項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)時(shí)，側(cè)重于上蓋物業(yè)自身的功能與布局，對(duì)車輛運(yùn)維的工藝適應(yīng)性改變研究不足，導(dǎo)致實(shí)施后的項(xiàng)目劣化了車輛基地工作環(huán)境，而蓋下車輛基地運(yùn)維作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲也影響了物業(yè)品質(zhì)。

本文通過總結(jié)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，深入分析車輛運(yùn)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(duì)車輛運(yùn)維影響分析

國(guó)內(nèi)車輛基地上蓋物業(yè)開發(fā)的設(shè)想最早來(lái)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(jìn)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(yùn)維工藝適應(yīng)性等諸多方面做調(diào)整和改進(jìn)工作，本文側(cè)重探討車輛基地上蓋開發(fā)對(duì)車輛運(yùn)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(duì)車輛運(yùn)維的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)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(tái)和蓋下柱網(wǎng)加密原因，劣化了蓋下車輛基地運(yùn)營(yíng)環(huán)境，需要調(diào)整運(yùn)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(dòng)等不利因素對(duì)上蓋物業(yè)的影響，也需要優(yōu)化運(yùn)維工藝。

3 改善蓋下工作環(huán)境的相關(guān)運(yùn)維應(yīng)對(duì)措施

(1)新建線路宜向全自動(dòng)無(wú)人駕駛方向發(fā)展

全自動(dòng)無(wú)人駕駛是在沒有司機(jī)和乘務(wù)人員參與的情況下，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車的各項(xiàng)作業(yè)。根據(jù)國(guó)際公共交通協(xié)會(huì)(UITP)估計(jì)，至2020年國(guó)際上75%新建線將采用全自動(dòng)無(wú)人駕駛技術(shù)。國(guó)內(nèi)已開通的有廣州珠江新城APM線、上海10號(hào)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(hào)線及新機(jī)場(chǎng)線，上海14、15、18號(hào)線已確定采用全自動(dòng)無(wú)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(dòng)無(wú)人駕駛技術(shù)提高了系統(tǒng)自動(dòng)化程度，增強(qiáng)了設(shè)備自診斷及運(yùn)營(yíng)維護(hù)功能[4]。因此，新建線路向全自動(dòng)無(wú)人駕駛方向發(fā)展，可以減少車輛基地運(yùn)維工作量，大幅減少定員，從而減少環(huán)境對(duì)于人群總體影響。

(2)積極研發(fā)和配置新型智能運(yùn)維裝備

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，我國(guó)軌道交通進(jìn)入智能運(yùn)維時(shí)代。車輛基地上蓋開發(fā)以后，段內(nèi)自然通風(fēng)和采光較少，工作環(huán)境相對(duì)較差，應(yīng)盡量減少蓋下車輛基地工作人工時(shí)。通過配置新型智能運(yùn)維裝備，用機(jī)器人替代人工進(jìn)行檢修作業(yè)，是減少蓋下工作人工時(shí)的有效手段。

目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出了多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的管理系統(tǒng)和智能裝備。例如在智能運(yùn)維管理系統(tǒng)方面，以列車、設(shè)備、設(shè)施監(jiān)測(cè)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(cè)、智能診斷、設(shè)備運(yùn)維、車輛檢修、決策支持與應(yīng)急處置智能協(xié)同管理平臺(tái)——軌道交通智慧運(yùn)維管理平臺(tái)已經(jīng)研發(fā)投入使用，如圖3所示。

圖3 軌道交通智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)

在智能運(yùn)維裝備方面，服務(wù)于軌道檢測(cè)領(lǐng)域的機(jī)輛車底、車頂智能巡檢機(jī)器人及智能隧道巡檢機(jī)器人已經(jīng)研發(fā)并投入使用，未來(lái)還將研發(fā)清洗、拆裝、探傷、測(cè)量等機(jī)器人，如圖4所示。

圖4 新型軌道交通智能運(yùn)維裝備

大量運(yùn)用新技術(shù)，提高了列車整備檢修的自動(dòng)化水平，減少蓋下區(qū)域工作人員數(shù)量和工作時(shí)間，甚至實(shí)現(xiàn)蓋下“無(wú)人工廠”，將工作環(huán)境對(duì)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(kù)屬于甲類廠房，存在火災(zāi)隱患；車體噴漆作業(yè)所排放的VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)也惡化了區(qū)域環(huán)境。

當(dāng)前替代方案主要有兩個(gè):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(biāo)準(zhǔn)，有著良好的附著力和耐化學(xué)性，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)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(hù)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(jìn)行舊車翻新[6]。運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，車體貼膜工藝因其固有的施工靈活快速、無(wú)VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)排放、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)正在被市場(chǎng)所接受。圖5為采用水性涂料的動(dòng)車組和車體貼膜的有軌電車。

圖5 采用水性涂料的動(dòng)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(lái)承擔(dān)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(dòng)力性能好、購(gòu)置費(fèi)用低、運(yùn)用靈活等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)振動(dòng)和噪聲較大，并會(huì)產(chǎn)生大量廢氣污染。在空間狹窄、通風(fēng)不暢的蓋下車輛基地運(yùn)用，有其難以克服的缺點(diǎn)。

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(dòng)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(dòng)力性能可根據(jù)所承擔(dān)線路牽引工況進(jìn)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(zhǎng)、全壽命周期成本低等優(yōu)點(diǎn)，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(guó)內(nèi)應(yīng)用新型電力蓄電池工程車

(5)加強(qiáng)蓋下車輛基地通風(fēng)采光、排煙、疏散等消防設(shè)計(jì)

為優(yōu)化蓋下車輛基地環(huán)境質(zhì)量，設(shè)計(jì)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(fēng)和采光井，以利于蓋下空氣對(duì)流[9]。當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足要求時(shí)，輔以全面機(jī)械通風(fēng)。全面通風(fēng)系統(tǒng)可與消防排煙系統(tǒng)合用，同時(shí)做好蓋下自然進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)。

《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51298-2018)對(duì)車輛基地上蓋以后的疏散、排煙、噴淋等消防設(shè)計(jì)做了具體規(guī)定，在設(shè)計(jì)和建設(shè)中應(yīng)嚴(yán)格貫徹執(zhí)行，做到同步設(shè)計(jì)、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(yùn)維應(yīng)對(duì)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(duì)減振降噪具有重大作用。近年來(lái)，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(jī)室、設(shè)備艙及設(shè)備機(jī)體等均可使用碳纖維復(fù)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(jī)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(xué)優(yōu)化車輪和復(fù)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(xué)優(yōu)化車輪主要是對(duì)現(xiàn)有成熟輪型進(jìn)行小的優(yōu)化，效果不夠理想；復(fù)合材料車輪尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。而阻尼車輪在實(shí)際應(yīng)用過程中降噪效果穩(wěn)定，安全及可靠性相對(duì)較高，目前已經(jīng)成為降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究較多、應(yīng)用最為廣泛的低噪聲車輪。

4.2 盡量擴(kuò)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(jì)性角度出發(fā)，對(duì)柱網(wǎng)比較規(guī)則的運(yùn)用庫(kù)、檢修庫(kù)等廠房進(jìn)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(dǎo)致上蓋不經(jīng)濟(jì)而未上蓋。但車輛基地咽喉區(qū)曲線密集、道岔較多，列車運(yùn)行速度快，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)較大，對(duì)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(shí)，應(yīng)盡量擴(kuò)大軌行區(qū)上蓋范圍，本著以人為本、改善環(huán)境的原則，對(duì)咽喉區(qū)進(jìn)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(chǎng)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(qiáng)車輛基地軌道減振降噪設(shè)計(jì)

車輛基地內(nèi)的列車運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)，并經(jīng)道床、立柱、平臺(tái)傳播至蓋上建筑[11]，引起振動(dòng)和噪聲污染。針對(duì)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(yán)格施工維護(hù)技術(shù)條件；另一方面還需對(duì)車輛基地內(nèi)不同地段提出分級(jí)減振降噪措施。

4.3.1 綜合減振措施

(1)盡量采用無(wú)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(dòng)，起到減振降噪的作用。

(2)提高線路養(yǎng)護(hù)水平，減少線路蛇形和軌面隆起，保持鋼軌軌面平順度。

(3)對(duì)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(dòng)和噪聲。

4.3.2 庫(kù)外減振措施

庫(kù)外碎石道床通過設(shè)置道砟墊進(jìn)行減振[12]，國(guó)內(nèi)已有大量成功經(jīng)驗(yàn)，在北京8號(hào)線平西府車輛基地、深圳5號(hào)線塘朗車輛基地等地廣泛應(yīng)用。相比于整體道床，庫(kù)外碎石道床道砟墊在滿足減振需求的同時(shí)養(yǎng)護(hù)維修更為方便，相對(duì)于增加碎石道床厚度，減振墊效果更加明顯。

4.3.3 庫(kù)內(nèi)減振措施

庫(kù)內(nèi)線列車運(yùn)行速度低，輪軌沖擊振動(dòng)相對(duì)較小，檢查坑道床是最大的振動(dòng)源。庫(kù)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(diǎn)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(yùn)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(duì)環(huán)境要求更高。為此，可以針對(duì)性地優(yōu)化車輛基地運(yùn)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(jìn)行，包括列車試車、鏇輪等；段內(nèi)零部件鍛造、機(jī)加工等作業(yè)盡量委外，以減少車輛基地內(nèi)噪聲和振動(dòng)來(lái)源。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)軌道交通車輛基地進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)，雖然會(huì)帶來(lái)一系列的相互影響，但是如果在設(shè)計(jì)階段就能結(jié)合車輛運(yùn)用維修工藝，就相關(guān)問題做好相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案和措施，就能避免或減緩各種矛盾，從而實(shí)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。