車輛基地上蓋開發對車輛運維影響及解決措施探討

尹仁發

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600)

1 研究背景

近年來，在國家與各城市政策推動引導、城市土地資源日益稀缺、平衡軌道交通建設資金需要等多種因素影響下，結合軌道交通TOD理念對車輛基地[1]進行上蓋物業開發的步伐加快。據統計，在已開通軌道交通的城市中，有近六成已完成或者正在對車輛基地進行上蓋開發，還有近三成規劃開發[2]。其中北上廣深和杭州、寧波、成都等對軌道交通車輛基地上蓋物業開發已是普遍現象。圖1為地鐵車輛基地上蓋開發案例。

圖1 地鐵車輛基地上蓋開發案例

對車輛基地進行上蓋物業開發是技術相對新穎復雜的系統工程。由于缺少長期全面的運營驗證，部分項目規劃建設時，側重于上蓋物業自身的功能與布局，對車輛運維的工藝適應性改變研究不足，導致實施后的項目劣化了車輛基地工作環境，而蓋下車輛基地運維作業產生的振動、噪聲也影響了物業品質。

本文通過總結國內經驗教訓，深入分析車輛運維功能和蓋上物業環境的相互影響，并探討相應的解決方案和優化措施，供業界同行參考。

2 車輛基地上蓋開發對車輛運維影響分析

國內車輛基地上蓋物業開發的設想最早來源于香港地鐵，核心思路是在車輛基地上方再造一塊地并進行開發，從而提高城市土地與空間資源利用效率，如圖2所示。

圖2 車輛基地上蓋物業開發示意

由于蓋上蓋下功能及建筑性質的差異，需要在車輛基地總圖、結構一體化、消防、交通組織、管線綜合、車輛運維工藝適應性等諸多方面做調整和改進工作，本文側重探討車輛基地上蓋開發對車輛運維工藝的影響以及相應解決措施。

經過總結研究，車輛基地上蓋開發對車輛運維的影響主要體現在兩個方面:一是車輛基地上蓋開發以后，由于鋼筋混凝土大平臺和蓋下柱網加密原因，劣化了蓋下車輛基地運營環境，需要調整運維工藝以適應新的作業條件；二是為減少車輛基地噪聲、振動等不利因素對上蓋物業的影響，也需要優化運維工藝。

3 改善蓋下工作環境的相關運維應對措施

(1)新建線路宜向全自動無人駕駛方向發展

全自動無人駕駛是在沒有司機和乘務人員參與的情況下，自動實現列車的各項作業。根據國際公共交通協會(UITP)估計，至2020年國際上75%新建線將采用全自動無人駕駛技術。國內已開通的有廣州珠江新城APM線、上海10號線、北京燕房線等。在新一輪軌道交通建設中，北京3、12、17、19號線及新機場線，上海14、15、18號線已確定采用全自動無人駕駛技術。武漢、深圳、廣州、南京、西安等城市也已開展相關工作[3]。

全自動無人駕駛技術提高了系統自動化程度，增強了設備自診斷及運營維護功能[4]。因此，新建線路向全自動無人駕駛方向發展，可以減少車輛基地運維工作量，大幅減少定員，從而減少環境對于人群總體影響。

(2)積極研發和配置新型智能運維裝備

隨著云計算、物聯網、大數據、人工智能等先進技術應用，我國軌道交通進入智能運維時代。車輛基地上蓋開發以后，段內自然通風和采光較少，工作環境相對較差，應盡量減少蓋下車輛基地工作人工時。通過配置新型智能運維裝備，用機器人替代人工進行檢修作業，是減少蓋下工作人工時的有效手段。

目前，國內已經研發出了多項國際領先的管理系統和智能裝備。例如在智能運維管理系統方面，以列車、設備、設施監測為基礎構建的集車輛、車輛基地、線網一體化的健康監測、智能診斷、設備運維、車輛檢修、決策支持與應急處置智能協同管理平臺——軌道交通智慧運維管理平臺已經研發投入使用，如圖3所示。

圖3 軌道交通智慧運維管理系統

在智能運維裝備方面，服務于軌道檢測領域的機輛車底、車頂智能巡檢機器人及智能隧道巡檢機器人已經研發并投入使用，未來還將研發清洗、拆裝、探傷、測量等機器人，如圖4所示。

圖4 新型軌道交通智能運維裝備

大量運用新技術，提高了列車整備檢修的自動化水平，減少蓋下區域工作人員數量和工作時間，甚至實現蓋下“無人工廠”，將工作環境對人員的影響降至最小。

(3)應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，配套建設的噴漆庫屬于甲類廠房，存在火災隱患；車體噴漆作業所排放的VOC(揮發性有機物)也惡化了區域環境。

當前替代方案主要有兩個:一是保留傳統噴涂工藝，但是選用更加環保、節能、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標準，有著良好的附著力和耐化學性，在歐美等發達國家的城軌車輛上已逐步得到應用。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，有利于保護環境。隨著車輛基地上蓋開發興起，廣州、深圳、上海等城市都嘗試用貼膜代替油漆進行舊車翻新[6]。運營實踐表明，車體貼膜工藝因其固有的施工靈活快速、無VOC(揮發性有機物)排放、綠色環保等優勢正在被市場所接受。圖5為采用水性涂料的動車組和車體貼膜的有軌電車。

圖5 采用水性涂料的動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量工程牽引車，來承擔段內調車、正線維修和故障列車救援等任務。內燃工程車具有動力性能好、購置費用低、運用靈活等優點，傳統車輛基地多有采用。但內燃工程車使用柴油作為燃料，牽引時振動和噪聲較大，并會產生大量廢氣污染。在空間狹窄、通風不暢的蓋下車輛基地運用，有其難以克服的缺點。

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燃工程車。電力蓄電池工程車采用接觸網和車載蓄電池雙制式的混合動力技術[7]，弓網供電可選用 DC1500V或 DC750V，車載蓄電池供電采用DC800V，牽引動力性能可根據所承擔線路牽引工況進行定制。電力蓄電池工程車具備節能、環保、噪聲低、維修方便、使用壽命長、全壽命周期成本低等優點，尤其適合在蓋下車輛基地工作區域使用[8]，如圖6所示。

圖6 國內應用新型電力蓄電池工程車

(5)加強蓋下車輛基地通風采光、排煙、疏散等消防設計

為優化蓋下車輛基地環境質量，設計應盡可能考慮在上蓋物業區的綠地等處所設置自然通風和采光井，以利于蓋下空氣對流[9]。當自然通風不能滿足要求時，輔以全面機械通風。全面通風系統可與消防排煙系統合用，同時做好蓋下自然進風設計。

《地鐵設計防火標準》(GB 51298-2018)對車輛基地上蓋以后的疏散、排煙、噴淋等消防設計做了具體規定，在設計和建設中應嚴格貫徹執行，做到同步設計、同步施工和同步使用。

4 改善蓋上物業環境的相關運維應對措施

4.1 采用車輛輕量化和阻尼車輪技術

車輛輕量化，對減振降噪具有重大作用。近年來，新研發的碳纖維地鐵車輛采用碳纖維技術，車體、轉向架構架、司機室、設備艙及設備機體等均可使用碳纖維復合材料制造。與采用鋼、鋁合金等金屬材料相比，碳纖維地鐵車輛的車體、司機室、設備艙分別減重30%以上，轉向架構架減重40%，整車減重13%。

另外，可以選用低噪聲車輪。目前研究和開發的低噪聲車輪主要有彈性車輪、阻尼車輪、聲學優化車輪和復合材料車輪四大類[10]。彈性車輪主要應用在有軌電車等低速輕載軌道交通領域；聲學優化車輪主要是對現有成熟輪型進行小的優化，效果不夠理想；復合材料車輪尚未實現工業化生產。而阻尼車輪在實際應用過程中降噪效果穩定，安全及可靠性相對較高，目前已經成為降噪結構設計研究較多、應用最為廣泛的低噪聲車輪。

4.2 盡量擴大車輛基地軌行區上蓋范圍

部分城市僅從上蓋物業開發經濟性角度出發，對柱網比較規則的運用庫、檢修庫等廠房進行集中上蓋；車輛基地咽喉區由于柱網不規則，需要結構轉換導致上蓋不經濟而未上蓋。但車輛基地咽喉區曲線密集、道岔較多，列車運行速度快，產生噪聲和振動較大，對上蓋及周邊物業造成較大環境影響。

因此，車輛基地上蓋開發時，應盡量擴大軌行區上蓋范圍，本著以人為本、改善環境的原則，對咽喉區進行上蓋。為減少上蓋投資，該部分可建設載荷較輕的公共建筑、商業用房、景觀綠化或者休閑場所等。圖7為深圳前海車輛基地咽喉區全覆蓋物業開發案例。

圖7 深圳前海車輛基地咽喉區全覆蓋物業開發案例

4.3 加強車輛基地軌道減振降噪設計

車輛基地內的列車運行會產生隨機振動激勵，并經道床、立柱、平臺傳播至蓋上建筑[11]，引起振動和噪聲污染。針對車輛基地綜合減振降噪技術，一方面應從提高軌面平順度和彈性考慮，制定嚴格施工維護技術條件；另一方面還需對車輛基地內不同地段提出分級減振降噪措施。

4.3.1 綜合減振措施

(1)盡量采用無縫線路減少鋼軌接頭數量，降低輪軌間的沖擊力，從而減小列車的沖擊振動，起到減振降噪的作用。

(2)提高線路養護水平，減少線路蛇形和軌面隆起，保持鋼軌軌面平順度。

(3)對鋼軌側面涂油，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和噪聲。

4.3.2 庫外減振措施

庫外碎石道床通過設置道砟墊進行減振[12]，國內已有大量成功經驗，在北京8號線平西府車輛基地、深圳5號線塘朗車輛基地等地廣泛應用。相比于整體道床，庫外碎石道床道砟墊在滿足減振需求的同時養護維修更為方便，相對于增加碎石道床厚度，減振墊效果更加明顯。

4.3.3 庫內減振措施

庫內線列車運行速度低，輪軌沖擊振動相對較小，檢查坑道床是最大的振動源。庫內減振建議采用扣件減振方案。扣件減振的關鍵在于墊板，建議采用結合了橡膠和軟塑料二者優點的聚酯彈性體材料墊板，減振效果約6～8 dB。

4.4 優化車輛基地運用維修生產組織

經過調研，車輛基地蓋上物業夜晚比白天對環境要求更高。為此，可以針對性地優化車輛基地運用維修生產組織。

車輛基地內產生噪聲較大的檢修工藝應安排在白天進行，包括列車試車、鏇輪等；段內零部件鍛造、機加工等作業盡量委外，以減少車輛基地內噪聲和振動來源。

5 結束語

綜上所述，對軌道交通車輛基地進行上蓋物業開發，雖然會帶來一系列的相互影響，但是如果在設計階段就能結合車輛運用維修工藝，就相關問題做好相應的應對方案和措施，就能避免或減緩各種矛盾，從而實現軌道交通車輛基地上蓋物業開發的可持續和諧發展。