从南兆路车辆段的设计看国内地铁车辆段建设的发展趋势

阮 巍,周 永,章 斌

从南兆路车辆段的设计看国内地铁车辆段建设的发展趋势

阮 巍1,周 永2,章 斌1

(1.中铁工程设计院有限公司,北京 100038;2.北京市轨道交通设计研究院有限公司,北京 100089)

为使车辆段建设满足地铁车辆技术的发展,研究地铁车辆检修模式的发展趋势。通过介绍北京地铁大兴线南兆路车辆段的工程设计,分析香港地铁车辆检修模式,并针对南兆路车辆段的运营情况及存在的问题,对车辆段设计提出了具体的措施和建议。最后结合车辆技术的发展,通过对香港地铁、北京地铁检修模式的分析,得出了地铁车辆检修模式的发展趋势。

地铁;车辆段;检修模式;设计;发展趋势

1 工程简介

北京地铁大兴线北起丰台区马家堡、南至大兴区南兆路,在北京地铁4号线公益西桥站与4号线接轨,与4号线及4号线北延伸线贯通运营,共同构成贯穿北京南北向的轨道交通主干线。大兴线全长21.755 km[1]。大兴线全线设2处车辆基地,其中北端与4号线共用马家堡车辆段[2],南端在南兆路以南、天堂河以东新建南兆路车辆段。如图1所示。

鉴于大兴线与4号线贯通运营的实际情况,大兴线南兆路车辆段定位为定修级车辆段,主要承担本线车辆的AB列检、临修、不落轮镟、洗车、运用车辆停放及日常维护保养,并规划承担4号线北延线7.4 km配属车辆的停放及检修,南兆路车辆段配属停车规模见表1。

南兆路车辆段作为独立线路还设置了综合维修中心和物资总库,综合维修中心负责大兴线供电、通信、信号、FAS、BAS、AFC、机电、工务和建筑等设施的日常保养、定期维修和管理等工作,物资总库承担大兴线各种所需机电设备、机具、材料及劳保用品的保管、发放和管理工作。

图1 4号线与大兴线示意

表1 南兆路车辆段配属及停车规模

大兴线车辆与4号线一致,采用B型车,三轨受电方式。运行交路见图2。

图2 运行交路

2 检修模式的研究

4号线由京港地铁公司运营,鉴于大兴线与4号线的路网关系,北京地铁建管公司提出,南兆路车辆段的设计应结合国内的具体情况,同时满足香港地铁的检修模式。

设计伊始,国内地铁车辆段的设计以《地铁设计规范》(GB50157—2003)[3]以及刚刚颁布的《城市轨道交通工程项目建设标准》(建标104—2008)[4]为主要标准,并且建标104-2008与GB50157—2003在检修周期上有了较大的变化,工艺设计人员对《地铁设计规范》(GB50157—2003)建设标准能够很好地把控,但是对《城市轨道交通工程项目建设标准》(建标104—2008)以及香港地铁检修体制与国内的差别还需要进行深入研究,因此设计人员与北京地铁运营公司、京港地铁相关人员进行过多次探讨,深入现场了解车辆检修需求,并在6月初到香港地铁进行为期3 d的实地考察。通过交流考察,从以下几个方面分析了南兆路车辆段采用香港地铁检修模式的可行性。

2.1 国内新型地铁车辆的特点[5-7]

2002年以来,国内新造地铁车辆已步入现代化的交流传动时代,车辆性能已达到或接近世界先进水平,其典型特征如下。

(1)不锈钢或铝合金车体,能免除车体的日常及定期检修,使架修及其以下的修程不解列,能明显缩短库停时间。

(2)安装有列车运用状态自动监视系统,能实时掌握车辆各主要部位运行状态,能减少定期例行的检查项目,缩短检查库停时间。

(3)采用进口牵引VVVF变流器和静止式逆变辅助电源,这些设备系统免维护,自诊断,免除了原直流传动的大量旋转机件和摩耗件的日常检查和定期维修工作。

(4)采用进口交流牵引电机、弹性联轴节及车轴齿轮箱,系统高可靠,免维护。

(5)采用进口(或国际先进水平)制动控制系统及空压机系统,性能高可靠,免维护。

(6)转向架设计采用无摇枕形式,配置空气弹簧、单元制动器、车轴轴承、油压减振器球面关节轴承等,结构设计实现单元化、模块化、标准化。与带摇动台、传统制动杠杆、拉杆、制动梁的转向架相比,需要日常检查、维修的机件减少近40%。一般用户除对构架和轮对可以自行修理外,其他所有零部件皆可自专业厂家采购备品更换或委托专业厂家修理。车辆段承担的检查及修理工作范围缩小。

(7)单元式空调机受实时监控,可免除日常检查,整机更换便捷,可不受车辆修程及规定周期的限制。

(8)采用高可靠性的车门机构,车门动作自动接受监视,运行状态在司机台有显示,日常检查便捷。

(9)采用密接式钩缓装置,可免除日常一般检查,并且拆检周期长。

(10)车辆制动系统为电气指令空气制动方式,交流传动再生电制动优先,闸瓦摩耗减轻,制动单元装有闸瓦间隙自动调整器,免除日常检查。

(11)由于车型单一,质量缺陷一致、寿命一致,检修、更换工作量可能呈现波浪式,不平衡系数大。

2.2 京港地铁车辆的检修模式研究

2.2.1 贯通运营需要采用京港地铁的检修模式

贯通运营方式,要求大兴线与4号线车辆的运用、调度、维修计划、检修周期、检修质量管理、车况信息和备件修换信息必须纳入全线运营管理网络;必须统一由全线指挥调度中心安排计划;修换质量检验、完工记录也必须记入档案,上报指挥调度及信息中心。

2.2.2 京港地铁与国内《地铁设计规范》有关检修的修程与周期的区别

(1)国内《地铁设计规范》(GB50157—2003)检修周期和停修时间见表2。

表2 _ 国内车辆日常维修和定期检修周期

(2)京港地铁检修模式的修程与周期见表3[8,9]。

表3 京港地铁检修模式检修周期

2.2.3 京港检修模式的主要特点

(1)双周检(又称A列检)-45日检(又称B列检)交替进行,直到架修。该模式(以下简称“AB列检”)取消了库停时间较长的定修,即将定修的内容提前分配到列检中进行;

(2)A列检和B列检均不占用客流高峰时段,在厂架修间隔中,能最大限度实现零库停;

(3)在停车库进行的列车日常检查、车内清扫、消毒均可在车内进行。充分利用列车监视系统提供的信息,司机通过司机台检查按钮及目视,即可完成列车日常检查。停车库内只停车,不做车下检查,库内不设地坑。

2.2.4 地铁车辆满足京港检修模式的要求

(1)大兴地铁采用的车型与4号线相同,核心设备和总成采用高端配置;机械部分失效规律相同、检修内容相同、质量标准相同;

(2)现代化的交流车型可靠性高、重要动力部位均设自动监视、免维护功能强、耐久性高、构造单元化更换简便;

(3)车辆信息化管理,所有检修都能提前进行准备,实现快速应对;

(4)车辆监视记录和车辆信息化管理,能为个性化检修提供条件,个性化检修能减少检查和修理过度,可缩短库停时间。

2.2.5 列检库及临修库厂房设施及配套工艺设备选型,均能实现快速修换

2.2.6 AB列检模式符合现代社会对城轨交通的要求

(1)创建节约型企业,停车库不设地坑,降低造价;

(2)分散小修程工作内容,快速及时解决隐患,最大限度保证运行安全;

(3)提高车辆利用率,最大限度满足高峰需要; (4)充分利用有限资源,降低运营成本。

2.3 南兆路车辆段检修模式的确定

根据上述研究及路网运营关系,确定了南兆路车辆段的总体设计思路:“在采用A、B列检的港铁检修模式基础上,结合国内地铁车辆的特点,预留处理突发事件的能力”。在2008年6月底完成的总体设计方案中,南兆路车辆段的建设规模在京港地铁模式中增加了以下部分的内容。

(1)考虑国内产品的走行部可靠性差、运转负荷大的特点,在设计中保留车辆隔日检功能,停车列检库地坑采用壁柱式结构,深沟处线间距为4.8 m,浅坑处线间距为4.1 m。每股道靠近股道出入大门的列位上均设有1列位半壁、半柱式检查坑,轨内坑底高程-1.2 m,轨外高程-1.0 m,设接触轨的一侧地面高程-0.22 m。如图3每股道远离出入库大门端停车列位处,股道两侧地面高程均为-0.22 m。库前后端及中间两个列位间的通道地面高程均为±0.00 m。此工艺布局由于局部车辆线间距最小至4.1 m,减少了建设规模,也满足国内车辆日检的需要。

图3 停车列检库地坑示意(单位:m)

(2)国内地铁车辆在短期内引进国外技术,产品质量得到了很大的提高,但受工装、设备、气候条件的影响,生产工艺缺陷不可避免,为提高处理结构突发事件的能力,临修库主库长×宽为150 m×18 m,库内设有2股道,分别为临修线、超修程备用线,由西至东线间距分别为:5 m-7.0 m-6 m;临修库设置起重机走行轨顶高(相对库内地面)为7.5 m,设置10 t电动双梁桥式起重机一台。临修线设地下固定式架车机,列车不解编,即可检查、更换、调整车下设备和更换转向架。并布置试车线在段区的最西侧,长度为1 320 m,曲线半径为1 000 m,缓和曲线长45 m。

(3)为更好地适应状态修,在南兆路车辆段设置不落轮镟车床。

(4)由于地铁车辆频繁制动,车下金属粉尘较大,车辆电路安全受到威胁。因此,在车辆段内设置重度清洗线,对车辆走行部进行高压吹扫,吸尘。

2008年7月底,总体方案设计文件经有关专家审查提出如下意见:

(1)按照香港地铁检修模式设计方案,南兆路车辆段无定修及以上级别的检修作业,应按照停车场进行设计;

(2)停车列检库采用4.1 m的线间距国内不允许;

(3)建议停车场不设试车线。

在与京港地铁公司多次交流后,达成一致意见如下。

(1)取消停车库的列检地沟,车辆线间距4.1 m。

(2)由于马家堡车辆段试车线只有800 m长,不能满足运行最大速度的试车要求,在南兆路车辆段建设1320 m试车线。

(3)在停车库末端东南侧设置两列位专用清洗台位。

(4)保留18 m跨临修库建设规模,固定架车机改为移动式架车机,在临修库内增加一条AB列检台位。

南兆路车辆段建设规模为临修1列位、列检6列位、停车近期36列位、远期48列位,不落轮镟修线1条,1320 m试车线1条,车辆外皮清洗机1台[9]。

经过总体方案文件的审查和技术交流,在京港地铁检修模式下,取消了国内传统停车库的列检功能,压缩了部分建设规模,但也保留了为适应国内地铁车辆发展出现的检修体制变化所具备的发展条件,也为国内地铁检修基地的发展探索出一条新的发展思路。

3 运营检修现状及存在的问题

地铁大兴线自2010年12月30日通车,南兆路车辆段已经运行2.5年。其生产运行管理与地铁4号线统一由京港地铁公司负责,全线配备运营地铁车辆74列。

3.1 建设规模满足使用要求

根据客流需求,运行交路有一定的变化,其小交路为新宫到安河桥北(龙背村),线路长30.14 km,大交路天宫院到安河桥北49.24 km,早高峰期间小交路上行行车间隔为2 min,下行行车间隔为2 min30 s;晚高峰期间小交路下行行车间隔为2 min10 s,上行行车间隔为3 min,高峰期运用车辆62列,车辆平均旅行速度约35 km/h。车辆全日走行列公里数25 659 km,平均每列车辆日行驶里程达到316.78 km。

根据以上运营数据,4号线和大兴线车辆日平均A列检5.13列、B列检1.71列,由于马家堡车辆段和南兆路车辆段共有14列位(马家堡8列位)AB列检台位,并且检修台位配备了3层高架平台、宽地坑、静调电源等检修基础设施,快速处理AB列检发现问题的能力非常强,能够满足A列检4 h或B列检8 h的停修时间要求,因此AB列检的检修计划能够安排在正常的行车间隙内,不影响车辆的正常使用,提高了车辆的使用效率,减小了投资规模。

3.2 综合维修中心需要进一步优化

南兆路车辆段的综合维修中心主要负责大兴线工务、机电、通号、供电等4个系统专业的维修管理工作,建筑设为5层,一、二层为机电检修车间;三层为通讯信号检修车间;四层为供电车间;五层为工务车间。除机电车间有大型加工设备以外,其余的主要以检测和生产组织为主[10],而在交付使用后,京港公司并没有按照设计要求进行生产布局,整合部分职能到马家堡车辆段,南兆路车辆段只保留了一、二层的使用功能,腾出三～五层安排大兴线200多名保安人员住宿、培训等工作。

2008年奥运会期间,北京的重要公共场所都配备了安保系统,4号线和大兴线共配备安保人员近700人,分别安排在3个车辆段和停车场内,这些包括人员设备的安置是地铁设计的新课题,需要在今后的设计中予以考虑。

3.3 根据京港地铁车辆的特点确定建筑物使用类别

停车库是南兆路车辆段建筑体量最大的建筑物。国内在设计中大多定性为丙类厂房。主要依据是20世纪80年代长春客车厂生产的DK型直流牵引车辆内部结构与客车相似,车体内部采用木龙骨固定内墙板;座椅加衬海绵乳胶垫,外复人造革面;车内照明电缆敷设在车顶木骨架内;直流牵引电机电刷产生火花问题等。尽管木骨架已经进行了防火处理,其产品还存在自燃隐患,因此停车列检库、联合检修库都按丙类进行消防设计。近年来,地铁车辆更新换代非常迅速,交流传动牵引电机的采用取消了换向电刷,车辆结构及内部设备已经不允许采用可燃材料,取而代之的是难燃或不燃材料,产品的火灾危险性已经大大降低,因此根据《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)[11]的有关条款,停车库、联合检修库厂房建筑生产类别定性为戊类。按照戊类进行火灾设防,方便生产布局,降低了土建工程费用。

3.4 合理调整工艺布局,提高车辆段检修能力

AB列检是京港地铁保证车辆正常运行的关键,在工艺布局上尽量为生产创造条件。由于南兆路车辆段的AB列检台位有和临修库共跨的一线库、二线库和三线库,其中一线库宽地沟只能进行车下检查作业,叉车或电瓶车不能够下地沟作业,更换车下电器箱作业非常困难;两线库三层作业平台设置在两线中间,宽地沟分别设在两侧,不利于地沟空间共享;三线库三层作业平台布局后,有一条线叉车或电瓶车无法作业,见图4。建议采用偶数布局(图5),保证AB列检检修台位的一侧有三层作业台,而另一侧的宽地沟能够保证叉车或电瓶车的正常行走,方便大型电器设备的更换,在相同建筑体量下,临修库能够腾出一条超修程的检修列位,提高了车辆段检修能力。

图4 原AB列检库检修平台布置(单位:高程以m计,其余为mm)

图5 AB列检库检修平台布置建议(单位:高程以m计,其余为mm)

3.5 提高设计管理水平,保证设计质量

地铁车辆段是一项涉及专业多、关系复杂、技术难度大的系统工程,各专业之间互提资料、互相约束非常频繁。如车辆段洗车库库前停车轨道工艺专业设计要求保留132 m长的有效停车区间,而站场专业结合线路情况施工图标注为58.441+93.397=151.838 m的库前长度。由于影响有效控制有效长度的专业有线路、轨道、信号、供电等专业,各专业施工后实际施工有效长度只有120 m,待洗车辆正常停放在库前时影响车辆段信号封闭。这体现出,各专业在设计中不能掌握相关接口专业的知识,且沟通不足,设计资料的输入和输出把控不严谨。建议设计者要多学习接口专业的相关知识,提升大局的掌控能力,从而避免专业间配合上的矛盾、脱节或重复,力求设计高质量、高效率、高水平。

3.6 综合利用公共设施减少不必要的浪费

南兆路车辆段建设初期周边无市政污水处理管网,因此在车辆段内建设了具有中水处理能力的生活、生产污水处理站,中水处理能力200 m3/d。生产污水来源主要来自联合检修库、停车库、洗车库等建筑物,联合检修库的污水主要是冲洗地面和擦洗配件;停车库的污水主要是冲洗地面和车辆消毒;洗车库的用水采用自处理循环使用,其特点是排水量小,并间歇式发生。生活污水主要是办公楼、综合维修中心、司乘公寓、联合检修库等人员密度大的区域,污水处理站建设初期承担生产和生活污水的处理工作,经过几年的发展,周围魏永路生活污水处理站已经建成,生活污水可以直排到市政污水管网。既有的污水处理站能力明显过剩,设备利用率不高,建议车辆段建设初期应取消污水处理站,对洗车库车体清洗机的污水处理能力加以改善,在污水市政管网建成后,利用洗车库污水处理设备,对生产污水进行处理,既补充了水量,又提高了设备利用率。

4 地铁检修模式的发展趋势

车辆段的检修模式、建设规模和功能定位直接关系到车辆的使用和人民的生命财产安全。1965年北京地铁1号线开工建设至今,国内地铁发展已经近半个世纪。车辆产品从牵引制动方式到产品结构都发生了巨大的变化,产品的实用性、舒适性、耐久性、可靠性都有了很大的提高,现在的地铁车辆已经与国际接轨,产品结构集成化、模块化,很多电子电器设备的日常维护只能进行状态检测,即使出现问题也是单元更换,因此要求日常维护电器检测的能力非常强。

在检修模式方面香港地铁是国内借鉴的首选。港铁检修重点在AB列检,其台位不仅配备三层作业平台和柱式地沟,在条件允许的情况下还可以配备小吨位天车,并且在AB列检台位上配备了静调电源,对车体机械、电器各部位进行全方位的测试,发现问题及时采取有效手段进行快速更换,港铁检修模式主要体现为方便、快捷、使用、经济,其表现如下:

(1)取消停车库内日检,B型车停车库线间距控制在4.1 m,大大减少停车库的占地面积,节约了土建及购置土地的投资;

(2)在检修周期上,日常靠车辆监控设备由司机对车辆运行状态进行记录备案,加强5 000 km和 15 000 km的检测、检修,在修周期短,能够做到快速、准确、及时的恢复车辆正常运行状态,提高车辆运用效率;

(3)加强轮对的状态修,车辆使用中发现轮对踏面异常,有针对性的及时进行不落轮镟修,提高大型不落轮镟设备的利用率和车辆运用效率;

(4)在停车场和车辆检修基地配置临修库,提高解决日常临修和超范围修的能力,保证车辆运行安全。

另外,北京地铁运营公司设计部在地铁车辆检修基地的设计审查中明确指出,北京地铁既有的定修段已经不能满足交流传动地铁车辆的检修要求,新型交流传动的地铁车辆定修修程的作业内容越来越少,路网架修及超范围修的能力明显不足。根据《北京市轨道交通线网络化建设与资源共享研究》[12]的成果,对车辆定修内容定义为原则上考虑架车,但转向架不分解,必要时只对重要部件局部解体和关键部件实行探伤,主要作业内容仍以清洁、检查和试验为主,所以该修程属轻度维修。根据定修的检修内容,未来取消定修修程,以日常的列检和月检来分担定修的检修方式是可行的。实际上,北京地铁运营公司目前采用车辆检修周期是仅在车辆的第一个定修期进行定修,以后的修程中均取消定修采用架修的修程,即定修-架修-架修-厂修-架修-架修-架修的修程。在新一轮的北京市地方标准《北京轨道交通建设标准》[13]的修订中,对车辆定检标准再次进行了修订,如表4所示。

表4 北京地铁(建议)检修修程及停修时间

从以上叙述可以看到,北京地铁的定修修程在逐渐弱化,并且有逐步被取消的趋势。而现行的《地铁设计规范》(GB50157—2003)还在沿用直流牵引车辆的检修体制。除北京、上海、广州外,国内新建地铁的城市还在沿用此标准建设定修级别的车辆段,其建成后将很难满足今后地铁发展的需要。故新建地铁的城市应尽快按照新型交流传动地铁车辆的发展趋势,结合检修模式的变化建设地铁车辆检修基地。

5 结语

城市轨道交通车辆技术的不断变革将直接影响着车辆的检修模式,从而改变车辆检修基地的功能定位及建设规模;因而,实时掌握城市轨道交通车辆的发展态势,建设贴合车辆检修实际和未来发展趋势的车辆基地将是地铁设计人员的重大责任。

[1] 中铁工程设计院有限公司.北京地铁大兴线南兆路车辆段总体方案设计文件[Z].北京:中铁工程设计院有限公司,2009.

[2] 北京市市政工程设计研究总院,铁道第三勘察设计院集团有限公司.北京地铁4号线马家堡车辆段与综合基地初步设计文件[Z].北京:北京市市政工程设计研究总院,铁道第三勘察设计院集团有限公司,2006.

[3] 北京城建设计研究总院.GB50157—2003地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[4] 中华人民共和国建设部,等.建标104—2008城市轨道交通工程项目建设标准[S].北京:中国计划出版社,2008.

[5] 周翊民.我国城市轨道交通技术装备发展水平与制造能力[J].城市轨道交通研究,2006(10):3-7.

[6] 李学峰,杨万坤.我国城市轨道交通车辆技术现状和发展趋势[J].铁道机车车辆,2008(28):125-126.

[7] 陈喜红.国内外地铁车辆技术的发展趋势[J].电力机车技术, 2002,25(6):28-31.

[8] 刘亚宁.香港地铁检修模式在北京地铁4号线车辆基地设计中应用的可行性研究[J].铁道标准设计,2006(6):97-99.

[9] 中铁工程设计院有限公司.北京地铁大兴线南兆路车辆段初步设计文件[Z].北京:中铁工程设计院有限公司,2009.

[10]中铁工程设计院有限公司.北京地铁大兴线南兆路车辆段施工图设计文件[Z].北京:中铁工程设计院有限公司,2009.

[11]中华人民共和国建设部.GB50016—2006建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社,2006.

[12]北京基础设施投资有限公司,等.北京市轨道交通线网络化建设与资源共享研究[R].北京:北京基础设施投资有限公司,2008.

[13]北京市轨道交通建设管理有限公司,等.北京轨道交通建设标准(修订稿)[S].北京:北京市轨道交通建设管理有限公司,2012.

Research on Construction Development Trend of Metro Rolling Stock Depot in China——in Combination with Project Design Example of Nanzhaolu Rolling Stock Depot

YUAN Wei1,ZHOU Yong2,ZHANG Bin1
(1.China Railway Engineering Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100038,China;2.Beijing Urban Rail Transit Design and Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100089,China)

To make the construction of metro rolling stock depot more consistent with the technology development requirement of metro rolling stock,this paper researched the development trend of repair and maintenance mode of metro rolling stock.After introduction of the design of Nanzhaolu rolling stock depot of Beijing Metro Daxing Line,this paper analyzed the repair and maintenance mode of rolling stock of Hong Kong Metro.Moreover,focusing on the operating situation and problems in Nanzhaolu rolling stock depot,this paper put forward specific measures and suggestion about how to design a rolling stock depot. Finally,in view of the technology development of metro rolling stock,and through in-depth analysis on repair and maintenance modes of Hong Kong Metro and Beijing Metro,the development trend of repair and maintenance mode of metro tolling stock was concluded in this paper.

metro;rolling stock depot;repair and maintenance mode;design;development trend

U231

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.024

1004-2954(2014)04-0099-06

2013-07-15;

2013-08-14

阮 巍(1962—),男,高级工程师,1984年毕业于长沙铁道学院,工学学士,E-mail:rw_zb@163.com。