地铁车辆段设计咨询的几点思考 摘 要:通过对近年地铁车辆段设计情况的分析,从车辆段的形式与规模、段址选择中出现的问题,以及选用不同的修程和检修范围对车辆段建设规模的影响等方面进行介绍,并指出设计中易出现的问题。关键词:地铁;车辆段;检修;设计咨询 近年来地铁车辆技术发展很快,电力电子技术的发展使得交流变频传动技术日益成熟,已经取代了传统的直流传动,地铁车辆运用与检修的模式已经发生了一些变化。在这样的大背景下,地铁车辆段的新建与改造工作不仅数量较大,而且对地铁系统运营的安全性、可靠性和经济性都有很大的制约作用,作为工程建设基础的设计与设计咨询工作应引起项目相关各方的高度重视;作为设计和设计咨询人员应充分利用先进适用技术和成功经验,在保证车辆段使用功能的前提下,节约用地降低造价。笔者近年来参加了北京、广州几个地铁车辆段的设计和设计咨询工作,在设计过程中易出现以下问题。1地铁车辆段的形式与规模(1)车辆段的运用形式及车辆段在地铁路网中的布局 地铁车辆段包括检修段和运用段。检修段包括了车辆的日常运用、列检、月检、定修、架修等功能,检修厂房与检修设备多,占地面积大。运用段一般包括车辆的日常运用、保养和临修功能,设备较少,占地面积与建筑面积都小于具有同等运用能力的检修段。在传统的地铁车辆运用模式中,基本上是一条线路设置一座检修车辆段。在地铁线路不多,未形成一定路网规模的前提下,此种模式保证了车辆运用与检修的要求,有它的合理性。但是根据实际的使用情况,车辆段仅负责本条线路的定修、架修任务时,相关设备的使用率通常低于30%,个别设备甚至低于10%。随着地铁的建设,达到了一定的路网规模后,此种模式下检修段数量过多,既增加了占地加大了投资,又造成检修能力的闲置。以某条地铁线路为例,由于各种原因在建成的30多ｋｍ的线路上修建了3座车辆段,其中2座是具有架修能力的检修段。 现在北京、上海等地的地铁路网规划都超过了300ｋｍ,线路数量都达到了十几条,如果还采用以前的模式显然是不合理的。所以,根据路网规划和实际的运用情况,合理确定车辆段的形式,适当合并多条线路的架修与定修任务,就可以提高检修设备的利用率和检修人员的劳动生产率,提高维修水平,降低费用。(2)车辆段配属车辆数量的确定和建设规模 车辆段配属车辆包括运用车、检修车和备用车三部分,其中运用车数量根据高峰小时行车密度的要求由行车组织专业计算提供,备用车数量可根据运用车数量的一定百分比(如10%)计算。下面重点介绍一下检修规模和检修车数量的确定。
由以上的公式可见,定检公里数和停修时间的选取直接影响检修工作量和检修列位数的计算,有如下比例关系:Ｑ∝ｔ/Ｌ(Ｑ、ｔ、Ｌ的意义同前)。选用合乎实际情况的定检公里数和停修时间才能计算出合理的检修工作量和检修列位数,将直接影响到车辆段规模的确定。2段址选择 车辆段的段址选择要遵循规范的原则性要求,这里对这些要求不再重复,笔者仅根据自己在实际工作中遇到的问题作些介绍。(1)不良地质的问题 北京和广州地铁车辆段段址的选择,都出现了将段址设在不良地质区域的情况。地铁车辆段占地面积大都在20～40ｈｍ2,铺轨里程在10～20ｋｍ,同时还有大量的管线工程,在这么大范围内要对地基进行处理加固,且要达到一定的标准(如广州某车辆段软基处理要求为:库外线路碎石道床部分工后沉降不大于30ｃｍ,库内整体道床部分不大于2ｃｍ),势必要增加大量的软基处理工作,既增加了投资,又延长了建设工期。 仍以广州某车辆段为例,为了对车辆段范围内20多ｈｍ2的软土地基进行处理,采用一般区域超载预压插塑板 排水固结,重要区域采用粉喷桩加固的处理方法,工程量为超载预压土方50多万ｍ3,粉喷桩10多万延米,工期也需要增加8～12个月。出现此种情况,多是受到城市土地开发的制约,给建设投资和工期带来很大的影响。(2) 车辆段上盖开发的问题 在车辆段上部建设平台进行物业开发等活动是近期出现的一种新模式,在我国人多地少、土地资源紧张的国情下是一种很好的尝试。但笔者通过对北京和广州两个车辆段情况的分析,感到实际设计工作中应注意一些问题。 北京某车辆段采用连续的上盖平台,面积达到20多万ｍ2,平台上进行房地产开发。平台下车辆段范围内基本上没有自然通风和采光,依赖机械通风和照明(仅照明一项设计功耗就为1000多ｋＷ),不仅加大了能耗和运营成本,且工作条件比较恶劣。广州某车辆段上盖设计中为通风和采光作了适当预留,使得条件有所改善。鉴于车辆段一般设置在线路的末端,土地的价值远不如城市中心,进行上盖开发可仅在停车列检库等人员与作业较少的范围内进行,且要留出一定的自然采光和通风的渠道,尽量改善平台下的作业环境,作到统筹兼顾。3新技术的影响 近年电力电子技术的发展较快,交流变频传动技术日益成熟,新造地铁车辆基本上都采用了ＶＶＶＦ(变频调压)技术;其他的技术进步还包括采用铝合金或不锈钢等新型车体,新型转向架等。这些技术进步给车辆检修带来了几个主要的变化,即定检公里、检修范围和停修时间的变化。(1)定检公里的变化 新型车辆采用ＶＶＶＦ传动、交流电机牵引,比之传统的直流电机牵引,电机的可靠性得到很大提高,在功率相等的情况下可以降低走行部簧下重量。控制技术的改进使得牵引粘着利用更充分,可以有效防止轮对空转和滑行,不易发生轮对踏面擦伤等情况;车辆启动、制动时更平稳,转向架的疲劳损伤也较不易发生。以上的改进都使车辆的可靠性得以提高,修程间的走行公里数相应延长。(2)检修范围和停修时间的变化 这主要反映在电机与电器的检修方面。采用交流牵引电动机后,牵引电机的检修工作大大的简化了,基本上只做轴承的检修。电器部分大量采用模块化设计和集成元件,在提高可靠性的同时,也简化了检修作业,基本上只需要清扫、测试和更换。检修工作的变化直接影响到检修设备的选用上,在取消直流电机检修设备的同时,需要相应增加测试设备。 下面介绍一个设计咨询中的实例,以反映定检周期和停修时间对检修规模确定的影响。对某车辆段设计数据与相关资料的整理见表1。
《城市快速轨道交通工程项目建设标准》中定检周期反映了当前的车辆技术水平,故设计咨询过程中采用了该值,停修时间则是设计咨询在调研现有修程综合相关资料的基础上提出的建议值。根据表1和上文中提到的检修工作量和检修列位数计算公式计算得出表2。
由此可以看出,原设计中未根据车辆采用新技术的实际情况而选用比较合理的定检周期和停修时间,造成设计值明显偏大。4当前设计中存在的一些共性问题(1)专业间的接口问题 车辆段涉及的专业较多,各专业间的配合就显得很重要,也是在实际设计工作中最容易出现问题的地方。从笔者参加的一些项目的情况看,可能出现问题的地方主要有:建筑物(构筑物)的预留孔洞,由于专业间沟通协调不够,可能造成该预留的未能预留;区域功能的不明确或协调不够造成的该引入的管线未能引入;不同管线间的相互干扰或者由于计划不周造成施工中的重复开挖;设计过程中互提资料程序的不规范造成的设计文件不统一;段内与段外在线路、排水等的衔接上未能及早与相关方达成书面协议等。接口问题处理不好,会给施工带来很大的问题,甚至会造成很大的损失。所以,应引起足够的重视,从建立专业间沟通协调程序,加强总体的工作力度等方面保证接口问题能够得到及时有效的解决。(2)设备选用的问题 就笔者调查的现有地铁车辆段的实际检修工作可以看出,很多检修设备利用率不高,造成了人力、物力的很大浪费。建议在今后的设计工作中根据配属车辆的实际情况,合理选用设备;同时,加强测试设备、环保设备的投入,以满足运营安全和社会对环境保护的要求。(3)合理设计步骤与周期的问题 设计工作有一定的程序和合理的周期,但现实情况是由于地铁建设的特点,车辆段的设计周期往往受到各种条件的制约而不能完全按合理的周期进行,造成设计质量的下降,给后续工作带来很多问题,并最终影响到整个项目的建设。针对这种情况,笔者认为应该明确设计工作在整个项目建设中的重要地位,作好前期准备工作和协调工作,尽可能保证设计工作按部就班的进行,保证设计质量。参考文献:[1] 铁道部专业设计院主编.机务段设计手册[Ｍ].北京:中国铁道出版社,1983.[2] 建设部主编.城市快速轨道交通工程项目建设标准[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社,1999.[3] 何宗华主编.城市轨道交通工程设计指南[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社,1993.[4] 张振淼主编.城市轨道交通车辆[Ｍ].北京:中国铁道出版社,1998.
