2018年10月
撰寫人：
張永明 （高級工程師）
單位：中電建華東勘測設計研究院有限公司
電話：0571-56627930
手機：13517001170
關于前瞻性的理念與技術運用的靈活性
融入車輛基地設計的思考
摘要：論述了如何運用新的設計理念實現軌道交通車輛基地適應新形勢、新技術的發展方向。
Thinking on the Integration of Forward - looking Concept and Flexibility of Technology Application into Metro Depot Design
ZHANG Yongming，
HUADONG ENGINEERING CORPORATION, HANGZHOU, ZHEJIANG 311122, CHINA；
Abstract： This paper discusses how to use the new design concept to adapt the Metro depot to to the new situation and new technology
關鍵詞：軌道；設計；工藝；檢修；智慧；智能
Key words: track； design ；process； maintenance
在城市軌道交通設計中，要以前瞻性的思維、前瞻性的規劃、前瞻性的理念來開展設計工作。工藝裝備建設要突出軌道交通檢修工藝的發展和變化；突出工藝裝備建設的智能化與先進性，緊緊把握軌道交通新技術與智慧發展的趨勢，努力提高工藝裝備自動化、智能化、光電化、機械化水平；要突出專業檢修與檢修規模有機結合，適應軌道交通發展的需要。
1.車輛基地檢修工藝設計理念的前瞻性
1.1 檢修工藝的前瞻性
眾所周知，軌道交通目前是一段一場設計模式，幾條線網一起規劃共享車輛大架修及綜合維修資源，然而在車輛檢修工藝設計中，車輛基地的大、架修檢修工藝特別復雜、設計難度大。大、架修工藝總體來說是：在專設的大架修庫和檢修間內進行解體，對車輛包括車體在內的零部件進行全面的分解、檢查及整修，對部分系統進行全面的更換，對車輛各系統進行全面檢測、調試及試驗。
但我們知道，檢修工藝設計的是否流暢、合理，對以后檢修效率起到了至關重要的作用。現在大多車輛基地的大架修車輛分解與組裝有專用股道，車體檢修有專門的車體庫，轉向架及輪對
分別設計于車輛分解組裝庫的邊庫內，大多轉向架檢修采用的是“固定工位+起重機吊裝”分解組裝檢修模式，近幾年，開始采用流水作業模式，但基本未能做到真正的流水檢修，基本為流水的工位結合起重機吊裝檢修方式，雖然較以前的固定工位檢修大大提高了效率，但還未做到以人為本，提高人機結合高效的模式，未能充分工裝設備的效率。
分別設計于車輛分解組裝庫的邊庫內，大多轉向架檢修采用的是“固定工位+起重機吊裝”分解組裝檢修模式，近幾年，開始采用流水作業模式，但基本未能做到真正的流水檢修，基本為流水的工位結合起重機吊裝檢修方式，雖然較以前的固定工位檢修大大提高了效率，但還未做到以人為本，提高人機結合高效的模式，未能充分工裝設備的效率。
在檢修中，應以工藝為主線、以工裝為節點、以科技為先導，充分發揮檢修流水作業的效率，加強下層地面軌道流水、中層工裝與人員、上層機械手三者的結合，在檢修工藝設計中，不僅僅是單線條的，應該是平縱結合的方式，如左圖建模所示中，機械手橫向移動加強了空間的利用。
本人以長沙軌道交通6號線黃梨路車輛基地為例，該車輛基地的功能定位為大、架修段，近期負責6號線的車輛大架修、遠期負責7、8、9號線的車輛大架修。該車輛基地檢修工藝采用的是流水作業方式，檢修方式為：地面檢修與機械手、起重機吊裝配合的立體作業模式。工藝設計中，不但有縱向的作業流向，而且還有橫向機械手輔助交叉的檢修方式，空中機械手會把待焊修、待檢測、待油漆等的配件“抓”至所需工位進行檢修。
大架修工藝設計不但要按工藝流程設計，同時還要有創新，引進新技術、新設備才能達到“以工裝保工藝、以工藝保質量、以質量保安全”的要求。
1.2智能檢修手段在智慧地鐵應用的前瞻性
1.2.1智能化檢修工藝的嫁接與移植
當前國鐵檢修如客車、貨車、動車檢修已有近百年歷史，并且檢修工藝手段繁多，如果能把國鐵相關的檢修工藝嫁接或移植到地鐵檢修工藝中，對我們地鐵的檢修效率也會起到重要的作用。當前很多手段或設施已經用到了軌道交通上面，比如目前常用的轉盤、配送小車、頂輪、移車臺等等，都是以前國鐵通用的，但還應該加強這方面的互通，如空調檢修流水線、管線檢修流水線、制動機檢修流水線等的運用與融合，這樣才能更好的為我國軌道交通服務。
1.2.2 智能化設備在地鐵中的應用
1）智能化配送綜合應用
當前，配送手段已經多樣化，早在20世紀70年代，基本的導引技術是靠感應埋在地下的導線產生的電磁頻率。通過一個叫做"地面控制器"的設備打開或關閉導線中的頻率，從而指引AGV沿著預定的路徑行駛。由于AGV只是沿著地面上的信號行駛，所以被稱為"dumb"，而AGV行駛的路徑是由智能的地面控制器決定的，因此，這一時期的系統被稱為"智能地面"和"dumb小車"。
20世紀80年代末期，無線式導引技術引入到AGV系統中，例如利用激光和慣性進行導引，這樣提高了AGV系統的靈活性和準確性，而且，當需要修改路徑時，也不必改動地面或中斷生產。這些導引方式的引入，使得導引方式更加多樣化了。
單元式AGV主要用于短距離的物料運輸并與自動化程度較高的加工設備組成柔性生產線。例如，自動導向叉車用于倉貯貨物的自動裝卸和搬運;小型載貨式AGV用于檢修作業資料的傳輸、配件的傳送的裝配平臺。除此以外，AGV還用于搬運體積和重量都很大的物品。
因此，在我們對地鐵車輛檢修工藝設計過程中，可應用載貨平臺式AGV組成移動式輸送線，構成柔性檢修流水線。比如電機拆解后的配送至指定工位、制動閥分解后的配送、軸承分解后的配送或良好配件與輪對的組合裝配路徑等等，這樣的配送方式大大減少了叉車或起重機的工作量，大大提高了工作效率，與各配件柔性檢修流水密切結合起來。
2）智能化檢修設備應用
軌道交通車輛基地智能化檢修已經成為一種趨勢。
為了適應軌道交通智慧化發展的需求，運用信息化手段與地鐵智慧相結合，建設了一套車輛智能專家支持平臺，以車地無線數據傳輸、移動點巡檢系統、在線鷹眼平臺檢修可視化系統、預警管理系統，保障車輛的安全運營。通過列車運行大數據的積累，讓列車與檢修人員實時“對話”,更多的實現地鐵的智能與智慧結合，現如今已應用在地鐵的智能檢修設備有如下幾個方面：
（1） 輪對動態在線檢測設備
用于檢測車輪磨耗程度，可以檢測輪緣高度、輪緣厚度、踏面形狀、車輪直徑和車輪內側距等數據。
（2） 平輪檢測設備
用于車輪踏面擦傷檢測。
（3） 車底及車側故障檢測系統
該系統類似于國鐵中的TEDS/TVDS系統，利用安裝在車輛段咽喉區的軌邊高速攝像頭陣列，檢測運行車輛走行部位、制動配件、車下設備、車鉤及貫通道、車體兩側下部等部位圖像，通過網絡實時傳輸至停車列檢庫相應列檢終端進行分析并預報故障，可以提高列檢作業質量和作業效率，加強車輛運用中故障基礎信息收集、管理的人機系統。
（4） 走行部故障在線檢測系統。
由于列車都是晚上入庫停車列檢，為此如何縮短檢修時間、提高工作效率、避免因車輛段庫內光線、環境等因素的影響造成漏檢成為重點關注問題。
現在相關一些設備廠商正在研究該方面的智能化技術手段，以滿足列車運用的需求。比如采用機器人作業代替人工列檢作業功能 ，當列車入庫進行檢修時，啟動圖像采集機器人進行自檢，機器人勻速前行到達車頭位置時，機器人自動對車輛底部進行圖像檢測，采集車底圖片；當機器人到達車尾定點位置后，機器人伸出機器手臂并逆向行駛，機器人發出的激光定位到轉向架位置后，機械臂按照預定設計進入轉向架和車輛底部的狹窄空間，開始采集列車關鍵部位圖片，同時在機械手臂隨著機器人前行采集圖片時，機器人自動開啟面陣相機，進行更為詳實的底部高清拍攝；模擬人工作業方式對列車底部、轉向架等可視零部件進行靈活多角度的自動檢測，高效解決列檢人工作業存在的問題。該車底智能巡檢機器人的投入使用將會大大縮短列車的檢修時間，相比于傳統人工作業，可增加40%以上的檢修范圍，既減輕了作業人員勞動強度，又提高了檢測的質量和效率，具有智能化智慧化的特點。
1.3 地鐵車輛的噴涂漆設計
軌道交通不僅僅是城市重要的公共交通工具，也日益承擔起城市文化與形象展示窗口的責任。
比如現已開通運行廣州、成都、長沙等城市的地鐵車輛均采用了不同的的創意圖案，廣州地鐵的亞運卡通形象主題列車、成都地鐵的“萌漫畫+科技元素”主題列車、長沙地鐵的的海景專列主題列車等等，這些主題列車以生動活潑、具有動感、接地氣的方式開展宣傳，大力弘揚時代新風，展示城市特色文化，彰顯生活美學和城市軟實力，有力提升了城市文化溝通力和城市影響力，取得了良好的社會效果。
這些效果的取得，都是車體噴涂或貼膜技術的結果。現在地鐵車輛油漆的方法主要有兩種，一是傳統的噴涂漆工藝，二是貼膜工藝。
油漆工藝：
車體清洗（去除油漬和圬漬）――清理、面漆打磨――刮膩子――膩子打磨――噴面漆――烘干――檢查修正――涂色帶漆――烘干――外觀檢查入庫。
貼膜工藝：
1準備工作（車體尺寸測量、制定方案、車體的清潔與檢查）、2貼膜材料的準備、3貼膜（檢測車體是否符合要求、特殊位置的特殊處理、貼膜）。
據相關資料統計：地鐵車輛貼膜工藝與傳統的油漆工藝相比，在工時節約30%、在成本方面節約60%，如下圖所示：
工時對比表
綜合經濟指標對比表
由于城市的發展，土地供應量越來越少，為此，越來越多的車輛基地進行了綜合上蓋開發。眾所周知車輛基地都需要有車輛噴漆設施，那蓋下的油漆庫的工藝、與廢氣排放如何處理、如何不影響蓋上的綜合開發就成為了地鐵車輛基地的重點問題。
傳統的噴漆工藝有工時長、費用高、污染大、列車周轉利用率低等諸多缺點。現在每個現代化城市對環保要求都很高，特別是象地鐵這樣油漆處理重點工廠尤為關注。
筆者以為，從長遠考慮，解決方案有如下兩種：1.城市軌道交通規劃檢修設施的同時，也應同時對同網同類型互通的地鐵整車油漆設施進行統一考慮與設計，如專門規劃一處車輛大型整車油漆基地；在該整車油漆中心油漆與貼膜工藝可并存，考慮城市人文與宣傳等因素，以貼膜工藝為主；
2.在各車輛基地內部僅設置有車輛局部性的人工補漆及貼膜設施既可；
3.如果一個車輛基地必須設計整車油漆設施，應考慮整車的全壽命周期及使用環境，宜采用貼膜處理。
這樣既可達到資源共享、減少各車輛基地建設投資，又可以滿足城市環保和地鐵上蓋開發的綜合效益。
2.車輛基地運用設計的前瞻性
2.1 全自動無人駕駛趨勢
由于全自動無人駕駛地鐵自動化程度較高，相應減少工作人員。 人員的減少，管理費用，培養費用也相對于傳統非自動模式的少，真正意義上起到了節省人力和財力。 自動化地鐵的初期成本會高一些， 而隨著后期維護成本的減少，總體運營成本會逐漸降低。 尤其隨著勞動力成本的攀升，自動化地鐵的優勢會日漸顯現。 正是諸如此類的優勢，全自動無人駕駛地鐵逐步取代傳統的非自動化駕駛模式，也是勢在必行的結果。 目前根據位于布魯塞爾的國際公共交通聯合會的預測， 全球大約 40％ 的地鐵系統可能將在未來 13 年內選擇自動化，因此在我國發展全自動無人駕駛地鐵更具有必要性和緊迫性。
目前，國內包括北京、上海城市已經引入了全自動無人駕駛地鐵，并且多條新線均按照該技術要求設計與建設，因此，我們在以后的設計中，有條件應預留全自動無人駕駛運用條件，以滿足和適應未來的軌道交通發展需要。
2.2全自動無人駕駛對工藝專業的需求
全自動無人駕駛要求車輛具有休眠和喚醒的功能。為了保證檢修安全，應嚴格控制人員進入停車列檢區。因此，停車列檢區域需要劃分成多個防護分區，通常將每兩股道設置為1個防護分區，采用防護圍欄分隔是必要的。一般性做法在靠近庫門和兩列車之間設置2處橫向地下檢修通道，用來聯通各個分區，在通道入口設置門禁。從正線退出運營的列車優先停放在一個分區，停滿后，此分區切斷列車供電后，工作人員才可以通過庫內橫向地下通道進入兩股道間的防護分區進行列檢作業，筆者認為，安全的檢修通道完全可設置于庫尾端，一是減少了地下檢修通道土建工程，節省投資，二是從檢修工藝方面，一個全列檢來回，正好完成一個循環作業流程，地面的安全監控，更有利于車輛段的監防管控。
通常情況下，一線兩列位的停車列檢庫庫內檢修地溝按50%設置。由于分區開展列檢作業管理，并且檢修天窗的時間不足，檢修效率低，所以，全自動無人駕駛停車列檢庫按前后列位應設置全列位檢修地溝。
2.3 對站場專業的需求
站場總平面布置需要按照全自動無人駕駛區和人工駕駛區域分區布置。洗車作業也采用無人駕駛，洗車庫、停車列檢庫和庫外車場線路一起組成全自動無人駕駛區域；鏇輪和試車作業仍然采用常規的人工駕駛模式，其與檢修庫和庫外車場線路一起組成了人工駕駛區域。各分區功能應相對獨立，宜設置物理隔離，防止出現誤闖入、作業干擾的情況。
站場出入庫的線束應合理布置，方便同運用庫間或不同庫與庫間的作業調整。
2.4 大數據在智慧地鐵中的綜合應用
近年來我國地鐵運營發生巨大的變化，具體來說，北京、天津、上海、廣州、深圳等一批城市的地鐵步入網絡化運營，運營情況相比以往復雜多變，特別是特大、大城市，在日均千萬人次的大客流情況下，運營壓力極大。按照地鐵運營規程來做運營工作，已不能滿足復雜多變的運營需求，所以需要對運維工作進行調整。
地鐵公司對運維工作的調整，不僅關注運維規程的合理安排，在相關新技術引入方面也極為重視，例如在地鐵運維工作中充分利于互聯網、大數據等新技術，逐步探索地鐵運維信息化，以實現地鐵運維“狀態修”。
同時，大數據的綜合利用有助于車輛的臨修、定修及大架修工作，對易損件的貯備、頻發故障點統計與預防都有非常好的幫助。
利用互聯網+系統監測技術，實時上傳最新的故障處理方法及案例，建立故障案例庫，設備承包商可實時監控所有用戶的設備狀態。用戶所有的設備表現信息通過集中管理，實現建設單位與運營單位維修大數據的共享和分析，從而推動行業水平整體提升。
地鐵車輛段在大數據方面主要體現在智慧化管理系統的應用
（1） 智慧檢修管理系統
智慧檢修管理系統是圍繞車輛檢修的計劃、調度、作業、質量和協作幾個方面，通過對現場作業指導和檢修過程的數據采集，對車輛檢修提供全面的信息化覆蓋和智能化的信息協作功能。智能檢修管理系統還提供給檢修質量人使用的智能手持終端和工位終端，更方便用戶信息查詢和錄入。
（2） 智慧安全管理系統
智慧安全管理系統是針對車輛檢修過程中人員安全的管控系統，通過對檢修平臺的隔離開關、門禁聯鎖、接觸網實時在線驗電、接觸網遠程接地、視頻聯動防護、圖像智能告警等功能，從車輛段安全生產的各地點、各流程綜合考慮，在檢修作業的各環節均融入安全管理，建立一個程序化、網絡化、可視化、標準化的安全保障體系，確保人員在作業平臺操作過程中的平臺帶電安全，現在ATO、UTO模式已成為趨勢，安全的保障系統是必須也是必要的。
應該說每一列車就是一個移動的信息源，但是目前來看作為智慧地鐵還是存在很多的系統不融合的問題。車輛段應通過智能檢修，對現場檢修與運用作業、設備運行狀態監控等相關信息進行實時防護與采集，對車輛段檢修作業的全過程進行實時防護，對采集到的數據進行匯總、分類、最終對比分析得到各設備、車輛的狀態預估、配件壽命趨勢預測，將統計和分析到的結果指導現場作業、改進工藝規程、為檢修與運用提供決策依據。
3.技術運用的靈活性
3.1建筑組合設計的靈活性
車輛基地設計以營造和改善車輛基地環境為目的，精心進行景觀設計。在滿足《城市綠化管理條例》規定的同時，盡量創造出一個充滿生機和活力的現代化“花園式”車輛工廠。
車輛基地設計中，不但注重檢修工藝及運用功能的滿足，同時還盡量減少建筑單體的設計，強化建筑功能多元化的合并性，比如：將運轉樓與運用庫的合并設計、檢修班組樓與聯合檢修庫的合并設計、將動調試車間與鏇輪庫或其它庫房合并設計、將工程車庫與救援設施的合并設計、優化空氣壓縮站等等。
在設計中應本著“同類合并、從屬合并”的原則，加強與運營部門的對接，達到既能滿足運營的需要，又能達到投資少、節約成本目的。
3.2多方需求的包容性設計的靈活性
眾所周知，車輛基地的設計與建設本來就受周邊諸多因素限制，有的條件還極為苛刻，但還必須要滿足相關部門的要求與條件，車輛基地或車輛段出入段線及車場線設計中，同樣面臨這樣的問題非常多。比如：車場線咽喉區受道路下穿的影響、車場線受周邊有高壓線塔限制、試車線受到場地及道路的影響不能滿足高速試車要求等等。
一般來說，外部的協調難度都非常大，經常會協調很久還不能達成一致意見。為此我們在出入段線及車場線設計當中，我們盡量避開這些不利因素，在相關部門進行積極對接的同時，盡可能的先從內部解決問題。比如可將試車線尾端設計為半徑較大的曲線、可以設計成為半地下試車模式，既滿足試車線的長度需求，又節約土地資源；比如在做長沙軌道交通6號線時，因為車場線上跨大元路，為了盡量減少大元路路面下壓，我們車場線由原來的平直線改為1.0‰上坡至框架橋后，車場線再采用-1.0‰的線路與信號轉換段接軌；如深圳地鐵14號線昂鵝車輛基試車線采用半地下模式等。 只有采用靈活的手段，在規范允許的條件下，盡量的去挖掘潛力，既可以滿足軌道交通車輛運用與檢修的需要，又可以做到多方需求的包容，同時還節約投資與土地資源。
4.小 結
4.1設計車輛基地工藝布局時，首先我們應該依據地鐵車輛方面的相關資料，分析檢修工藝的新趨勢，在設計中，我們應重點研究確定好生產工藝流程，要保證各工序間的合理銜接及通暢、簡捷。
4.2對該車輛基地進行工作量調查統計時，應特別關注臨修、大架修不均衡性工作量研究。根據需要達到的檢修能力來決定我們設計達到的檢修規模，才能使設計合理，符合要求。
4.3車輛基地占地面積及廠房面積大、車輛存放多，是一條地鐵線路上運營、運用及檢修人員最多的地方，所以，在設計中應本著“以人為本、花園工廠”的理念，這樣才更有益于員工生產、生活。
參考文獻：
1、《地鐵設計規范》.北京：中國建筑出版社,2014-03-01.
2、李宜芳 《全自動無人駕駛車輛段設計》 北京地鐵14號線工程論文專輯-2015年.
3、蔣杰 《新型的客車轉向架檢修流水線》 鐵道機車車輛 2016［5］.
4、魏少彬《地鐵車輛轉向架檢修布置工藝研究》基層建設 2016［18］.
