地铁车辆段设计介绍

地铁车辆段设计介绍地铁车辆段因其数量多，规模大，造价高，在地铁建设中占有很重要的地位。由于地铁车辆段有以下几个特点，其设计工作必须十分重视。1．地铁车辆段数量多有地铁必然有地铁车辆段。一般修建一条地铁就需配置一个或二个车辆段(停车场）。在一个城市中，地铁往往形成网，这就需要配置多个车辆段。例如上海地铁规划了七条线，长约180公里，车辆段规划了八个。日本大阪建有地铁六条，共有七个车辆段，其中二个功能齐全，五个较小。至于地铁线更多的城市，车辆段有数十个之多。2．地铁车辆段规模大、占地多、造价高一个功能比较齐全的车辆段，以上海新龙华车辆段为例，需铺设各种线路52条，累计铺轨长23.7公里(包括地铁专用线），各种场、库十余个，建筑面积达11万m2。有些车辆段还设置为整条地铁线服务的维修基地，包括综合维修中心、材料总库、培训基地等。每个车辆段的占地也很大，上海新龙华车辆段28.4公顷，北京八王坟车辆段约31公顷，广州芳村车辆段方案约27公顷。每个车辆段的造价也是相当可观，上海新龙华车辆段约为3.4亿元(包括前期工程）。3．修建地铁如雨后春笋，但对车辆段设计经验不足我国除北京已建成古城、太平湖车辆段使用至今外，其它正在建设或筹建地铁的城市不下十余个，但对车辆段设计实践经验不多。且北京地铁车辆段基本上采用我国自行制造的车辆和检修设备，而上海、广州等城市采用了国外制造的车辆和部分国外检修设备，在作业方式上有的以“组”为检修单元，有的以“列”为检修单元，在作业流程和布局上都有不同。由于上述车辆段的三个特点：数量多、规模大、经验不多，所以如何又好又快把车辆段设计好，在整个地铁建设中至关重要。一、地铁车辆段的分类及任务“地下铁道设计规范”把地铁车辆段分成车辆段和停车场。一般说来，一个完整的车辆段主要由一个运行系统和一个检修系统所组成。运行系统主要是担负地铁车列的停放、到发、清洗和保养。检修系统主要是担负地铁车列的定期检查、定修、架修、大修的各级修理。在车辆段内两个系统既是相对独立，又是互相联系。车辆段有时也是维护整条地铁各项设备、建筑物的维修基地，车辆段内设有工务、电务、机电等综合维修中心及材料总库等。如果一个车辆段仅具有运行系统的线路、设备则称之停车场，从目前我国已建或在建的车辆段来看，上海新龙华车辆段和广州芳村车辆段方案都具有较完整的功能。北京已建的古城、太平湖车辆段不担当车辆的大修，需送至工厂，国外的车辆段，以日本为例，分成车辆工场和检车场，但其配置的设备和担当的作业在地铁网中则有较大的不同。我国地铁车辆段，今后在一个城市逐渐形成的地铁网中，虽大致有车辆段、停车场之分，但也会因其在地铁网中的作用、分工及地形条件的限制，在规模上有所不同。图8-2（b）推荐车辆段图式（示意）图8-3（a）上海地铁2号线地铁车辆段方案示意图图8-3（b）新华龙车辆段方案示意图图8-4(a)古城车辆段方案示意图图8-4(b)广州芳村车辆段方案示意图二、车辆段的段址选择车辆段的段址选择是一件非常困难的事情。因为地铁大多修建在城市的闹市区，要在地铁沿线找到一块设置车辆段的地方是不太容易，在地铁两头的终端一般都是城乡结合部，如要把车辆段设在郊区则往往要延长地铁修建长度，造价很高，如要在市区边缘选个段址那也是十分困难。如上海地铁1号线新龙华车辆段，在改移3.7公里沪杭线以后，才找到勉强能放下车辆段的地方，又如广州地铁1号线车辆段，在1号线两个终端广钢和广州东站都没有条件设段的情况下，经多个方案比较，才选定芳村设段方案，上海地铁2号线的车辆段也因选址困难，段址确定经过较长时间的研究。车辆段(或停车场)在一条地铁线上的位置，从国内外的资料来看，大致有以下几种情况：①地铁在一个城市中的分布，除少数呈环状，大多呈条状，所以车辆段比较多的是设在一条地铁线的两个尽端，车辆段设在尽端的好处是对一个方向列车早晚的出车、收车最为方便，没有空费走行，而另一个方向尽端常常设置有存车条件的折返站，以方便出车、收车。当一条地铁线比较长，其需要的配属车在250辆以上，这时车辆段如集中在地铁线的一端，其停车库就会相当大，此时也可考虑在地铁线的另一端再设一个停车场，例如上海地铁2号线的方案。②当一条地铁线的尽端没有条件设置车辆段时也可在邻靠终点站的邻站设置。例如广州芳村车辆段选在广钢与大花园之间，停车库按通过式布置，一头接通广钢，一头接通大花园站，方便列车进出段。③一条地铁线的繁忙区段与非繁忙区段的分界处，也是可以考虑设置车辆段的地点。④在一个地铁网中，如一个车辆段是为几条地铁线服务的，特别是检修系统，则车辆段位置可选在某一条地铁线的适当位置，例如香港九龙湾车辆段、新加坡碧山车辆段都是设在地铁线中部的适当位置。国外早期修建的地铁都是一条线设一个车辆段，这样做，设备要得比较多且不能充分使用，现在逐渐向集中化发展，例如日本大阪的森之宫车辆工场，要担负四条地铁线的修理工作。但对运行系统而言，几条线混用设备的情况要慎重，因为列车频繁的回送，对地铁正常的运行有很大的干扰，调度也非常困难，且不安全。车辆段段址选择，除作业上有可能设置的位置外，还需考虑下列要求：①符合城市的总体规划(很重要)；③有较开阔的地形条件，能布置车辆段的全部设施，并留有发展余地；③就近有供水、电、煤气的方便条件；④地质条件良好；⑤拆迁少；⑥有排放雨、污水条件；⑦有就近与国家铁路接轨的条件。因为地铁车辆段的选址，必需从作业上和地形等条件上结合起来考虑，所以必然有相当难度，在规划地铁走向的同时，就应重视车辆段的选址，密切与规划部门配合，把段址选好。三、车辆段规模的确定在规划车辆段和选址过程中都需要先确定车辆段的规模。整个车辆段的规模主要取决停车库和检修库两大部分的能力，再辅以其它场、库。停车库需要能力和检修库需要能力取决于一条地铁线初、近、远期不同年限的配属车数量(包括运用车、在修车、备用车)，一般配属车数量由以下步骤计算：①客流量资料一般由城市交通规划部门提供，由全日通过客流最大的区段，推算高峰小时单方向最大断面流量。②计算运行列车数根据地铁线长度和平均旅行速度(一般用35km/h）算出运行时间，然后由往返运行时间加上折返时间除以高峰小时行车间隔得到运行列车数。高峰小时行车间隔根据客流量确定。折返时间根据折返走行距离计算，一般采用5分钟左右。③确定运能根据运行列车数，不同年限的列车编挂车辆数及每辆车的满载、超载旅客量，计算出运能。以上海地铁1号线为例，初期采用6辆编挂，远期采用8辆编挂，每辆车满载310人、超载410人。运能在不同年限必须要满足高峰小时的客流，如果不能满足，采取减少行车间隔时分和增加列车编挂辆数。行车间隔时分和采用的信号类型密切相关，上海地铁1号线列车运行采用ATC控制系统，行车最小间隔可达到2分钟，甚至1.5分钟。列车编挂辆数在国外有达到10辆以上。④确定配属车数量根据不同年限的运行列车数和车辆在修率、备用率，即可计算出在修车和备用车，加上运用车，其总和即为配属车。⑤确定停车库规模除在修车常在检修库停留外，运用车和配用车大多停在停车库内。停车线的数量和长度由停车数量配置。每条停车线可根据需要停一列、二列、甚至三列，广州芳村车辆段因列车近、远期均为6辆编组，且停车库按通过式布置，故停车线长曾考虑停三列的方案。停车线可停几个列车就减少了停车线数量，也简化了车库前停车线的咽喉结构。当设一个停车库，如果太大，也可在一条地铁线的另一端再设一个。⑥确定检修库规模以运用车辆作为基数乘以检修循环系数，可得各修程的年检修工作量，再乘以库停时间和不均衡系数除以年工作日，即可算出栓修台位。检修库的规模为考虑设备的充分使用，往往部分检修项目如定修、架修、大修可担负二条线或多条线的工作。在地铁网中需统筹安排。在明确了每一个车辆段担当的不同任务以后，就决定了车辆段的规模，根据初、近、远期车辆段能力要求，可一次规划，分期实施。四、车辆段的主要线路和设备根据我国建成和正在修建以及规划的地铁车辆段一般配有如下主要线路和设备，但在做法上各有不同。(1)出入段线是连接地铁正线与车辆段的必要线路，视地铁车站与车辆段的远、近，出入段线可设一条或二条，一般设二条比较灵活，但通过式的车辆段也可二端各设一条。(2)停车库及停车线、列检库、清扫库广州芳村车辆段停车库与列检库分开设置，列检库线数量约为运用列车数的30%。不单独设置清扫库、停车线兼作清扫。上海新龙华车辆段不单独设置列检库，停车线设地沟兼作列检，但单独设置清扫库，清扫不在停车库进行，可改善停车库的作业条件。(3)定修、架修、大修库及修理线上海、广州1号线车辆段修理库的功能能担负车辆段的各级修程，北京车辆段的大修(也称厂修)不在车辆段内进行，而是将车辆送至专门工厂修理。(4)检查库、线用于双周检、双月检，目前有单独设置的，也有参照外国专家的建议，检查库与修理库集中设置的，如上海地铁新龙华车辆段。其好处是：设备、人员集中，缩短了人员、材料，更换零部件的流动距离，有利生产管理。(5)洗车库及洗车线设于停车库的咽喉前，宜单独设置，与出入段线不相互干扰。洗车的日洗（清水洗）和周洗（化学洗），上海地铁新龙华车辆段曾作了分开设置的考虑，但由于缺乏实践经验，周洗线暂预留。(6)吹扫线用于定修以上修程、车辆底部的清洁作业。吹扫作业是否设库，上海地铁新龙华车辆段曾作了预留，而广州军辆段设库并设置通风、除尘设备。(7解钩线用于以组为单元，送修理库前的解钩作业。如以列为单元修理，就无需解钩线。(8)静调钱设在车库内，担当分组或整列的静调作业。(9)试车线要使试车达到最高速度，其长度应根据列车速度曲线所示计算确定。上海地铁新龙华车辆段试车线长1400m，广州为1350m。国外有试车线较短仅作低速试验，全速试验在正线上进行。(10)旋轮库线旋轮机前后都要有一列车长度。(11)其它还有临修库、线，内燃机车库、线，存车线，轨道车库、线，特种车库线，变电所，泵房，信号楼，空压机房，油库等，还有办公楼及生活房屋。车辆段的线路和设备，因其担负的作业不同，会有所增减，但其中有许多线路和设备尚需通过实践来检验如何合理配置。五、车辆段的布局及图型车辆段的所有设施需协调地统一在一个特定的地形条件下，使工艺流程合理，使用灵活方便，运营安全可靠，便于指挥管理。1．各主要库线的相对位置关系(1)出入段线与修理库的关系从分析国内现有各车辆段布置看，有的出入段线可以直接进入修理库，如上海地铁2号线车辆段，北京古城，太平湖车辆段，广州地铁车辆段，有的出入段线仅与停车库(列检）有直接通路，车列进入修理库需迂回走行，如上海地铁新龙华车辆段。从工艺流程上，也有二种意见，即认为车辆达到修理曰程是有时间限定的，到修理期的车辆应有直接进入修理库的通路，另一种观点认为车辆达到修理日程尽管有时间限定，但日常运行与修理毕竟分属二个管理系统，车辆应先进入停车库，再调车至修理库且与日常进库停车比较，进修理库的时间间隔要长一些，所以出入段线与修理库在进路上不作主要矛盾对待。由于目前尚缺乏必要的和足够的分析资料，有待于运营实践进一步核实其使用上的优劣。(2)日洗线位置的设置目前有二种布置方式，一种为日洗线与停车库横列，另一种日洗线设在车列进入停车库的进路上。日洗是每列车每日需进行的作业，如布置在入静车库的进路上，经日洗后的车列可顺直进入停车库，工艺流程上较合理，又由于每列车每日洗一次，但每列车进段却不止一次，日洗时列车走行子速度较低(3km/小时），如果日洗就在入库线上进行，将会影响后续列车的入库，所以日洗线与出入段线平行布置较为理想，但因日洗线需设二个列车长，因此此种布置咽喉区较长。(3)检查库与出入段线、停车库的关系检查库(双周、双月检)是列车较为经常进出的库。检查库与停车库、出入段线的相互关系，目前国内有的车辆段出入段线与检查库有直接的通路，如广州车辆段的大花园一端，又如上海地铁2号线车辆段的方案，而有的车辆段出入段线与检查库没有直接通路，如上海新龙华车辆段(原设计意图有直接通路，因运期纵断面坡度限制不能接岔而放弃)，检查库与停车库的通路也有直接接通的，如上海新龙东车辆段，也有不直接接通的，如广州劳材车辆段，从方便作业、流程合理考虑，检查库的一端应与出入段线直接通路，另一端与停车库线直接通路为好。(4)解钩线和吹扫线的布置车列在进修理库前需分解成组，并对车体下部走行部分进行吹扫，因此解钩线与吹扫线应布置在修理库前方，与修理库有便捷的通路，解钩线应有一个列车长加调机长度，并有安全距离。解钩线则应考虑工作人员作业的条件。由于地形的限制往往很难满足流水作业的要求，但也应该布置在修理库咽喉附近。如上海地铁新龙华车辆段、上海地铁2号线、广州地铁车辆段的布置。(5)试车线的设置车辆经修理、静态调试后还要进行动态调试。由于有速度要求，试车线一般均设在车辆段边上与其他线路分开，保证安全。试车线应与正线有相同的标准，并应与修理库、停车库有便捷的通路。试车线长度应根据计算确定，上海新龙华车辆段长1400m。在国外也有设500m左右的，把车列分两组分两次试车，也有只在试车线上作40km/小时以下速度试验，段内试验完了，再到正线上做高速试验，也是一种可以探讨的方式。2．车辆段布置图式的分析目前国内已建成或拟建车辆段的布置图式如图8-2、8-3、8-4所示，大致可分为以下几种情况：(1)停车库与检修库并列设置，所有线路咽喉呈扇形向一个方向与出入段线连接，如北京二个车辆段，其优点，列车进段可以直接进入停车库或任一个检修库，但停车库与检修库之间的列车转线需迁回走行，形成作业交叉。古城车辆段就因停车库每股停一列车，停车线有30股，不仅咽喉区庞大，且列车转线走行距离较长，作业干扰。(2)停车库与检修库平行错开设置，停车库咽喉与检修库咽喉顺向设置。上海地铁2号线车辆段曾考虑过这种图式，其优点，列车进段可以直接进入停车库或任一个检修库，另外停车库与检修库错开设置，创造了停车库前设置洗车线的条件，其缺点，库间列车转线走行距离较长。(3)停车库与检修库平行错开设置停车库咽喉与检修库咽喉逆向设置。如上海地铁新龙华车辆段和广州芳村车辆段，上海地铁新龙华车辆段的优点：①停车库与检修库错开设置，创造了停车库前设置洗车线的条件，且洗车线旁出入段线单独设置，列车洗车和列车出入可平行作业。②出入段线设置二条，使进出车辆段的列车互不干扰，进路比较灵活。③检查库和修理库集中，方便使用和管理。④停车库和检查库有直接的通路。⑤在线路布置上采用多组复式交分道岔和交叉渡线相结合