地鐵車輛段設計咨詢的幾點思考 摘 要:通過對近年地鐵車輛段設計情況的分析,從車輛段的形式與規模、段址選擇中出現的問題,以及選用不同的修程和檢修范圍對車輛段建設規模的影響等方面進行介紹,并指出設計中易出現的問題。關鍵詞:地鐵;車輛段;檢修;設計咨詢 近年來地鐵車輛技術發展很快,電力電子技術的發展使得交流變頻傳動技術日益成熟,已經取代了傳統的直流傳動,地鐵車輛運用與檢修的模式已經發生了一些變化。在這樣的大背景下,地鐵車輛段的新建與改造工作不僅數量較大,而且對地鐵系統運營的安全性、可靠性和經濟性都有很大的制約作用,作為工程建設基礎的設計與設計咨詢工作應引起項目相關各方的高度重視;作為設計和設計咨詢人員應充分利用先進適用技術和成功經驗,在保證車輛段使用功能的前提下,節約用地降低造價。筆者近年來參加了北京、廣州幾個地鐵車輛段的設計和設計咨詢工作,在設計過程中易出現以下問題。1地鐵車輛段的形式與規模(1)車輛段的運用形式及車輛段在地鐵路網中的布局 地鐵車輛段包括檢修段和運用段。檢修段包括了車輛的日常運用、列檢、月檢、定修、架修等功能,檢修廠房與檢修設備多,占地面積大。運用段一般包括車輛的日常運用、保養和臨修功能,設備較少,占地面積與建筑面積都小于具有同等運用能力的檢修段。在傳統的地鐵車輛運用模式中,基本上是一條線路設置一座檢修車輛段。在地鐵線路不多,未形成一定路網規模的前提下,此種模式保證了車輛運用與檢修的要求,有它的合理性。但是根據實際的使用情況,車輛段僅負責本條線路的定修、架修任務時,相關設備的使用率通常低于30%,個別設備甚至低于10%。隨著地鐵的建設,達到了一定的路網規模后,此種模式下檢修段數量過多,既增加了占地加大了投資,又造成檢修能力的閑置。以某條地鐵線路為例,由于各種原因在建成的30多ｋｍ的線路上修建了3座車輛段,其中2座是具有架修能力的檢修段。 現在北京、上海等地的地鐵路網規劃都超過了300ｋｍ,線路數量都達到了十幾條,如果還采用以前的模式顯然是不合理的。所以,根據路網規劃和實際的運用情況,合理確定車輛段的形式,適當合并多條線路的架修與定修任務,就可以提高檢修設備的利用率和檢修人員的勞動生產率,提高維修水平,降低費用。(2)車輛段配屬車輛數量的確定和建設規模 車輛段配屬車輛包括運用車、檢修車和備用車三部分,其中運用車數量根據高峰小時行車密度的要求由行車組織專業計算提供,備用車數量可根據運用車數量的一定百分比(如10%)計算。下面重點介紹一下檢修規模和檢修車數量的確定。
由以上的公式可見,定檢公里數和停修時間的選取直接影響檢修工作量和檢修列位數的計算,有如下比例關系:Ｑ∝ｔ/Ｌ(Ｑ、ｔ、Ｌ的意義同前)。選用合乎實際情況的定檢公里數和停修時間才能計算出合理的檢修工作量和檢修列位數,將直接影響到車輛段規模的確定。2段址選擇 車輛段的段址選擇要遵循規范的原則性要求,這里對這些要求不再重復,筆者僅根據自己在實際工作中遇到的問題作些介紹。(1)不良地質的問題 北京和廣州地鐵車輛段段址的選擇,都出現了將段址設在不良地質區域的情況。地鐵車輛段占地面積大都在20～40ｈｍ2,鋪軌里程在10～20ｋｍ,同時還有大量的管線工程,在這么大范圍內要對地基進行處理加固,且要達到一定的標準(如廣州某車輛段軟基處理要求為:庫外線路碎石道床部分工后沉降不大于30ｃｍ,庫內整體道床部分不大于2ｃｍ),勢必要增加大量的軟基處理工作,既增加了投資,又延長了建設工期。 仍以廣州某車輛段為例,為了對車輛段范圍內20多ｈｍ2的軟土地基進行處理,采用一般區域超載預壓插塑板 排水固結,重要區域采用粉噴樁加固的處理方法,工程量為超載預壓土方50多萬ｍ3,粉噴樁10多萬延米,工期也需要增加8～12個月。出現此種情況,多是受到城市土地開發的制約,給建設投資和工期帶來很大的影響。(2) 車輛段上蓋開發的問題 在車輛段上部建設平臺進行物業開發等活動是近期出現的一種新模式,在我國人多地少、土地資源緊張的國情下是一種很好的嘗試。但筆者通過對北京和廣州兩個車輛段情況的分析,感到實際設計工作中應注意一些問題。 北京某車輛段采用連續的上蓋平臺,面積達到20多萬ｍ2,平臺上進行房地產開發。平臺下車輛段范圍內基本上沒有自然通風和采光,依賴機械通風和照明(僅照明一項設計功耗就為1000多ｋＷ),不僅加大了能耗和運營成本,且工作條件比較惡劣。廣州某車輛段上蓋設計中為通風和采光作了適當預留,使得條件有所改善。鑒于車輛段一般設置在線路的末端,土地的價值遠不如城市中心,進行上蓋開發可僅在停車列檢庫等人員與作業較少的范圍內進行,且要留出一定的自然采光和通風的渠道,盡量改善平臺下的作業環境,作到統籌兼顧。3新技術的影響 近年電力電子技術的發展較快,交流變頻傳動技術日益成熟,新造地鐵車輛基本上都采用了ＶＶＶＦ(變頻調壓)技術;其他的技術進步還包括采用鋁合金或不銹鋼等新型車體,新型轉向架等。這些技術進步給車輛檢修帶來了幾個主要的變化,即定檢公里、檢修范圍和停修時間的變化。(1)定檢公里的變化 新型車輛采用ＶＶＶＦ傳動、交流電機牽引,比之傳統的直流電機牽引,電機的可靠性得到很大提高,在功率相等的情況下可以降低走行部簧下重量。控制技術的改進使得牽引粘著利用更充分,可以有效防止輪對空轉和滑行,不易發生輪對踏面擦傷等情況;車輛啟動、制動時更平穩,轉向架的疲勞損傷也較不易發生。以上的改進都使車輛的可靠性得以提高,修程間的走行公里數相應延長。(2)檢修范圍和停修時間的變化 這主要反映在電機與電器的檢修方面。采用交流牽引電動機后,牽引電機的檢修工作大大的簡化了,基本上只做軸承的檢修。電器部分大量采用模塊化設計和集成元件,在提高可靠性的同時,也簡化了檢修作業,基本上只需要清掃、測試和更換。檢修工作的變化直接影響到檢修設備的選用上,在取消直流電機檢修設備的同時,需要相應增加測試設備。 下面介紹一個設計咨詢中的實例,以反映定檢周期和停修時間對檢修規模確定的影響。對某車輛段設計數據與相關資料的整理見表1。《城市快速軌道交通工程項目建設標準》中定檢周期反映了當前的車輛技術水平,故設計咨詢過程中采用了該值,停修時間則是設計咨詢在調研現有修程綜合相關資料的基礎上提出的建議值。根據表1和上文中提到的檢修工作量和檢修列位數計算公式計算得出表2。由此可以看出,原設計中未根據車輛采用新技術的實際情況而選用比較合理的定檢周期和停修時間,造成設計值明顯偏大。4當前設計中存在的一些共性問題(1)專業間的接口問題 車輛段涉及的專業較多,各專業間的配合就顯得很重要,也是在實際設計工作中最容易出現問題的地方。從筆者參加的一些項目的情況看,可能出現問題的地方主要有:建筑物(構筑物)的預留孔洞,由于專業間溝通協調不夠,可能造成該預留的未能預留;區域功能的不明確或協調不夠造成的該引入的管線未能引入;不同管線間的相互干擾或者由于計劃不周造成施工中的重復開挖;設計過程中互提資料程序的不規范造成的設計文件不統一;段內與段外在線路、排水等的銜接上未能及早與相關方達成書面協議等。接口問題處理不好,會給施工帶來很大的問題,甚至會造成很大的損失。所以,應引起足夠的重視,從建立專業間溝通協調程序,加強總體的工作力度等方面保證接口問題能夠得到及時有效的解決。(2)設備選用的問題 就筆者調查的現有地鐵車輛段的實際檢修工作可以看出,很多檢修設備利用率不高,造成了人力、物力的很大浪費。建議在今后的設計工作中根據配屬車輛的實際情況,合理選用設備;同時,加強測試設備、環保設備的投入,以滿足運營安全和社會對環境保護的要求。(3)合理設計步驟與周期的問題 設計工作有一定的程序和合理的周期,但現實情況是由于地鐵建設的特點,車輛段的設計周期往往受到各種條件的制約而不能完全按合理的周期進行,造成設計質量的下降,給后續工作帶來很多問題,并最終影響到整個項目的建設。針對這種情況,筆者認為應該明確設計工作在整個項目建設中的重要地位,作好前期準備工作和協調工作,盡可能保證設計工作按部就班的進行,保證設計質量。參考文獻:[1] 鐵道部專業設計院主編.機務段設計手冊[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,1983.[2] 建設部主編.城市快速軌道交通工程項目建設標準[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1999.[3] 何宗華主編.城市軌道交通工程設計指南[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1993.[4] 張振淼主編.城市軌道交通車輛[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,1998.
由以上的公式可見,定檢公里數和停修時間的選取直接影響檢修工作量和檢修列位數的計算,有如下比例關系:Ｑ∝ｔ/Ｌ(Ｑ、ｔ、Ｌ的意義同前)。選用合乎實際情況的定檢公里數和停修時間才能計算出合理的檢修工作量和檢修列位數,將直接影響到車輛段規模的確定。2段址選擇 車輛段的段址選擇要遵循規范的原則性要求,這里對這些要求不再重復,筆者僅根據自己在實際工作中遇到的問題作些介紹。(1)不良地質的問題 北京和廣州地鐵車輛段段址的選擇,都出現了將段址設在不良地質區域的情況。地鐵車輛段占地面積大都在20～40ｈｍ2,鋪軌里程在10～20ｋｍ,同時還有大量的管線工程,在這么大范圍內要對地基進行處理加固,且要達到一定的標準(如廣州某車輛段軟基處理要求為:庫外線路碎石道床部分工后沉降不大于30ｃｍ,庫內整體道床部分不大于2ｃｍ),勢必要增加大量的軟基處理工作,既增加了投資,又延長了建設工期。 仍以廣州某車輛段為例,為了對車輛段范圍內20多ｈｍ2的軟土地基進行處理,采用一般區域超載預壓插塑板 排水固結,重要區域采用粉噴樁加固的處理方法,工程量為超載預壓土方50多萬ｍ3,粉噴樁10多萬延米,工期也需要增加8～12個月。出現此種情況,多是受到城市土地開發的制約,給建設投資和工期帶來很大的影響。(2) 車輛段上蓋開發的問題 在車輛段上部建設平臺進行物業開發等活動是近期出現的一種新模式,在我國人多地少、土地資源緊張的國情下是一種很好的嘗試。但筆者通過對北京和廣州兩個車輛段情況的分析,感到實際設計工作中應注意一些問題。 北京某車輛段采用連續的上蓋平臺,面積達到20多萬ｍ2,平臺上進行房地產開發。平臺下車輛段范圍內基本上沒有自然通風和采光,依賴機械通風和照明(僅照明一項設計功耗就為1000多ｋＷ),不僅加大了能耗和運營成本,且工作條件比較惡劣。廣州某車輛段上蓋設計中為通風和采光作了適當預留,使得條件有所改善。鑒于車輛段一般設置在線路的末端,土地的價值遠不如城市中心,進行上蓋開發可僅在停車列檢庫等人員與作業較少的范圍內進行,且要留出一定的自然采光和通風的渠道,盡量改善平臺下的作業環境,作到統籌兼顧。3新技術的影響 近年電力電子技術的發展較快,交流變頻傳動技術日益成熟,新造地鐵車輛基本上都采用了ＶＶＶＦ(變頻調壓)技術;其他的技術進步還包括采用鋁合金或不銹鋼等新型車體,新型轉向架等。這些技術進步給車輛檢修帶來了幾個主要的變化,即定檢公里、檢修范圍和停修時間的變化。(1)定檢公里的變化 新型車輛采用ＶＶＶＦ傳動、交流電機牽引,比之傳統的直流電機牽引,電機的可靠性得到很大提高,在功率相等的情況下可以降低走行部簧下重量。控制技術的改進使得牽引粘著利用更充分,可以有效防止輪對空轉和滑行,不易發生輪對踏面擦傷等情況;車輛啟動、制動時更平穩,轉向架的疲勞損傷也較不易發生。以上的改進都使車輛的可靠性得以提高,修程間的走行公里數相應延長。(2)檢修范圍和停修時間的變化 這主要反映在電機與電器的檢修方面。采用交流牽引電動機后,牽引電機的檢修工作大大的簡化了,基本上只做軸承的檢修。電器部分大量采用模塊化設計和集成元件,在提高可靠性的同時,也簡化了檢修作業,基本上只需要清掃、測試和更換。檢修工作的變化直接影響到檢修設備的選用上,在取消直流電機檢修設備的同時,需要相應增加測試設備。 下面介紹一個設計咨詢中的實例,以反映定檢周期和停修時間對檢修規模確定的影響。對某車輛段設計數據與相關資料的整理見表1。《城市快速軌道交通工程項目建設標準》中定檢周期反映了當前的車輛技術水平,故設計咨詢過程中采用了該值,停修時間則是設計咨詢在調研現有修程綜合相關資料的基礎上提出的建議值。根據表1和上文中提到的檢修工作量和檢修列位數計算公式計算得出表2。由此可以看出,原設計中未根據車輛采用新技術的實際情況而選用比較合理的定檢周期和停修時間,造成設計值明顯偏大。4當前設計中存在的一些共性問題(1)專業間的接口問題 車輛段涉及的專業較多,各專業間的配合就顯得很重要,也是在實際設計工作中最容易出現問題的地方。從筆者參加的一些項目的情況看,可能出現問題的地方主要有:建筑物(構筑物)的預留孔洞,由于專業間溝通協調不夠,可能造成該預留的未能預留;區域功能的不明確或協調不夠造成的該引入的管線未能引入;不同管線間的相互干擾或者由于計劃不周造成施工中的重復開挖;設計過程中互提資料程序的不規范造成的設計文件不統一;段內與段外在線路、排水等的銜接上未能及早與相關方達成書面協議等。接口問題處理不好,會給施工帶來很大的問題,甚至會造成很大的損失。所以,應引起足夠的重視,從建立專業間溝通協調程序,加強總體的工作力度等方面保證接口問題能夠得到及時有效的解決。(2)設備選用的問題 就筆者調查的現有地鐵車輛段的實際檢修工作可以看出,很多檢修設備利用率不高,造成了人力、物力的很大浪費。建議在今后的設計工作中根據配屬車輛的實際情況,合理選用設備;同時,加強測試設備、環保設備的投入,以滿足運營安全和社會對環境保護的要求。(3)合理設計步驟與周期的問題 設計工作有一定的程序和合理的周期,但現實情況是由于地鐵建設的特點,車輛段的設計周期往往受到各種條件的制約而不能完全按合理的周期進行,造成設計質量的下降,給后續工作帶來很多問題,并最終影響到整個項目的建設。針對這種情況,筆者認為應該明確設計工作在整個項目建設中的重要地位,作好前期準備工作和協調工作,盡可能保證設計工作按部就班的進行,保證設計質量。參考文獻:[1] 鐵道部專業設計院主編.機務段設計手冊[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,1983.[2] 建設部主編.城市快速軌道交通工程項目建設標準[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1999.[3] 何宗華主編.城市軌道交通工程設計指南[Ｍ].北京:中國建筑工業出版社,1993.[4] 張振淼主編.城市軌道交通車輛[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,1998.
