全自動駕駛模式下地鐵車輛段洗車機技術接口分析

夏 季

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063）

0 引言

洗車機是地鐵車輛段關鍵設備之一，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洗車庫劃定為無人區，洗車機需實現對車輛的自動清洗。與傳統人工控制的洗車機相比，由于全自動駕駛的洗車機增加了 ATS 通信系統（Automatic Train Supervision）和 DCC 控制系統（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，因此洗車機現場不需要再設置操作人員。洗車機在土建及各系統設計過程中的接口也相應增加，涉及多個土建、機電及給排水專業。洗車機與其所涉及專業之間的設計共享邊界稱為技術接口界面，相關專業在資料互提過程中需明確設計范圍與分界，以確保洗車機的順利安裝、安全運行，實現設備預期使用功能。

本文從全自動駕駛模式下地鐵車輛段洗車庫設計的角度，分析洗車機與其所涉及專業之間的技術接口界面與內容，并提出了洗車機招標時建設單位對招標范圍合理劃定的建議。

1 洗車機系統構成

洗車機主要由 ATS 通信系統、DCC 控制系統、電控及監控系統、洗刷系統、供水系統、水循環處理系統、供氣系統、吹掃干燥系統等組成，如圖 1 所示。洗車機布置示意如圖 2 所示。

圖1 洗車機系統組成圖

（1）ATS 通信系統。ATS 通信系統實現與列車的通信，將洗車請求和列車運行狀態傳遞給洗車機，洗車機根據 ATS 的請求信號執行相應的清洗指令。

（2）DCC 控制系統。DCC 操作臺設置于車輛段有人區內，具有選擇清洗模式、監控洗車機過程和報警功能，并通過視頻監控實時檢測洗車狀態。

圖2 洗車機布置示意圖

（3）電控及監控系統。洗車機現場操作臺安裝數據采集與監視控制系統、視頻監視系統、指示燈和控制旋鈕。數據采集與監視控制系統通過電腦與可編程邏輯控制器通信，監控洗車機系統設備的運行情況。視頻監視系統一般采用 360°高清視頻球形攝像頭對洗車庫情況進行實時監視。指示燈用于顯示系統的工作情況及功能狀態。控制旋鈕根據功能的不同，可以發送相應的控制命令。

（4）洗刷系統。洗刷系統由側洗系統和端洗系統兩部分組成。其中，側洗系統為側刷刷軸與電機減速機直聯，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有安全可靠機械緩沖器，以限制刷軸轉動范圍。端洗系統通過刷子旋轉電機電流的大小來控制刷組的吃毛量，對車輛端面進行仿形洗刷。

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

（6）水循環處理系統。洗車廢水經沉砂池后，由提升泵泵入 pH 調節池，根據對污水 pH 值的檢測，向污水中加入酸或堿，調節污水的 pH 以滿足要求（6.5～9）。之后自流到快慢混凝反應池，通過投加混凝劑進行絮凝反應，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，過濾后進入一體化光催化氧化設備，進行光催化氧化可有效去除表面活性劑及油污等有機物雜質，并殺滅各種病菌。最后，將符合標準的水輸送至回用水池，用于再次洗車。

（7）供氣系統。供氣系統由螺桿式空氣壓縮機、冷干機、儲氣罐、管路、電磁閥等組成。其中，冷干機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。洗車機吹掃干燥系統，用定壓風對車體外表面的殘余附著水跡進行吹掃，以保證車體外表不產生水漬。

2 洗車機技術接口分析

洗車機與相關專業之間的接口示意如圖 3 所示。

圖3 洗車機與相關專業間技術接口示意圖

2.1 與車輛專業的接口

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

2.2 與限界專業的接口

洗車機洗刷系統一般點式布置于軌道兩側，需限界專業提供車輛限界、設備限界要求。洗車機洗刷系統在非工作狀態下距離設備限界不應小于 50 mm，以確保列車正常通行。洗刷作業時，洗刷系統可侵入限界完成洗車作業。

2.3 與站場專業的接口

洗車機設置在地鐵車輛段的洗車庫內，根據洗車機的作業能力，以 B 型車 6 輛編組為例，其洗車作業時間約 15 min。為避免洗車作業對段內線路正常使用的影響，洗車庫兩端均應滿足“1 列車長 +10 m”的線路有效長度要求。總圖設計過程中應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式 2 種，貫通式洗車作業更為便捷（本文推薦采用貫通式布置）。

2.4 與軌道專業的接口

軌道專業需在洗車機刷組布置區域內設置整體道床，并在端面洗刷區域的股道兩側設置 50 kg/m 的端刷走行軌。

2.5 與建筑專業的接口

根據洗車機配置的不同，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）。洗車機與建筑專業的接口為：洗車庫地面標高，洗車庫側墻做法，循環水池做法，控制室地面做法，觀察窗開設位置，輔助房屋的開門尺寸，洗車庫內溝、槽、管、洞設置，洗車庫內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目不同，軌行區長期受洗滌水沖刷，且洗車過程中旋轉的刷組易將水漬甩至墻面，土建設施維護保養難度較大，建議在設計過程中重點考慮洗車庫軌行區地面及墻面的做法，盡可能降低維護保養難度。

2.6 與結構專業的接口

洗車庫內鋪設整體道床，整體道床的地基處理應滿足整體荷載（A 型車軸重≤16 t，B 型車軸重≤14 t，速度5 km/h）條件下，在設計使用年限內不開裂、不下沉；考慮洗車庫內各刷柱基礎及循環水池的結構設計；為便于洗車機刷組的安裝及維護和更換，在洗車庫軌行區設置 2 臺 1 t 的手拉葫蘆，結構專業需考慮相關荷載及基礎預留。

2.7 與通風空調專業的接口

洗車機控制室內需考慮通風或采暖設施，一般采用空調。

2.8 與給排水專業的接口

洗車機清洗耗水量約 400 L/列，給排水專業需按照洗車機布置要求，在指定位置預留給水和排水接口。

2.9 與電力專業的接口

洗車機控制室內需提供三相五線制電壓 380 V、總功率 90～120 kW 的電源；洗車機作業區及各輔助房屋內均需考慮照明設施；控制室內需設置空調插座；所有設備基礎必須通過扁鋼與接地井相連，接地電阻不大于 4 Ω。

2.10 與通信專業的接口

為實現車輛段內設備及數據管理，便于遠程診斷，在洗車庫控制室內需設置網絡接口。

2.11 與信號專業的接口

為實現全自動駕駛模式下的列車自動清洗，信號專業需為洗車機提供可與列車進行通信的接口，接口功能要求如下。

（1）洗車機選擇洗車模式（端洗或非端洗模式）并發送給信號系統，準備就緒后向信號系統發送“洗車準備就緒”狀態信息（洗車機值班員按壓洗車準備就緒按鈕），信號系統接收此信息后，根據洗車計劃自動排列進路，車輛段值班員確認（或自動）后，列車自動運行至洗車庫。

（2）列車運行至洗車庫前停車，信號系統向洗車機發送“洗車請求”信息。

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

（4）信號系統收到“允許洗車”信息后，自動控制列車進入洗車庫開始洗車作業。

（5）在非端洗模式下，列車在洗車庫內不停車。

（6）在端洗模式下，列車車頭到達端洗位自動停車并向洗車機發送“前端洗請求”信息，洗車機開始前端洗作業。作業結束后自動向信號系統發送“前端洗結束”信息，信號系統收到該信息后自動啟動列車繼續向前運行。列車車尾到達端洗位自動停車并向洗車機發送“后端洗請求”信息，洗車機開始后端洗作業，作業結束后自動向信號系統發送“后端洗結束”信息，信號系統收到該信息后自動啟動列車繼續向前運行。

（7）列車出庫后，洗車機完成洗車作業并向信號系統發送“洗車完畢”信息（洗車機值班員按壓“洗車完畢”按鈕）。

（8）信號系統接收到“洗車完畢”信息后，自動控制列車按計劃運行。

（9）洗車過程中，信號系統控制列車恒速運行（車速 3～5 km/h）。

（10）洗車過程中，洗車機在故障或人工按下緊急停車按鈕時，向信號系統發送“緊急停機”信息，信號系統控制列車實施緊急制動。

3 洗車機招標范圍劃定建議

基于洗車機與相關專業之間的接口分析，提出供設計和建設單位參考的洗車機招標范圍建議：預濕/預冷機構、列車端面刷洗機構、列車側面刷洗機構、沖洗/清洗機構、作業信號機、停車指示牌、擋水設施、控制及報警系統、水處理循環設備（不含室外水池）、清水供給設備、洗滌劑供給設備等。

4 結束語

洗車機是全自動駕駛模式下地鐵車輛段的關鍵設備之一，在車輛段相關的土建、機電、給排水等設計過程中，專業接口多且復雜。本文基于洗車機與相關專業之間的技術接口界面分析，提出了在洗車機招標時建設單位對招標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計或建設單位招標提供參考。

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