2018年10月
撰写人：
张永明 （高级工程师）
单位：中电建华东勘测设计研究院有限公司
电话：0571-56627930
手机：13517001170
关于前瞻性的理念与技术运用的灵活性
融入车辆基地设计的思考
摘要：论述了如何运用新的设计理念实现轨道交通车辆基地适应新形势、新技术的发展方向。
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
关键词：轨道；设计；工艺；检修；智慧；智能
Key words: track； design ；process； maintenance
在城市轨道交通设计中，要以前瞻性的思维、前瞻性的规划、前瞻性的理念来开展设计工作。工艺装备建设要突出轨道交通检修工艺的发展和变化；突出工艺装备建设的智能化与先进性，紧紧把握轨道交通新技术与智慧发展的趋势，努力提高工艺装备自动化、智能化、光电化、机械化水平；要突出专业检修与检修规模有机结合，适应轨道交通发展的需要。
1.车辆基地检修工艺设计理念的前瞻性
1.1 检修工艺的前瞻性
众所周知，轨道交通目前是一段一场设计模式，几条线网一起规划共享车辆大架修及综合维修资源，然而在车辆检修工艺设计中，车辆基地的大、架修检修工艺特别复杂、设计难度大。大、架修工艺总体来说是：在专设的大架修库和检修间内进行解体，对车辆包括车体在内的零部件进行全面的分解、检查及整修，对部分系统进行全面的更换，对车辆各系统进行全面检测、调试及试验。
但我们知道，检修工艺设计的是否流畅、合理，对以后检修效率起到了至关重要的作用。现在大多车辆基地的大架修车辆分解与组装有专用股道，车体检修有专门的车体库，转向架及轮对
分别设计于车辆分解组装库的边库内，大多转向架检修采用的是“固定工位+起重机吊装”分解组装检修模式，近几年，开始采用流水作业模式，但基本未能做到真正的流水检修，基本为流水的工位结合起重机吊装检修方式，虽然较以前的固定工位检修大大提高了效率，但还未做到以人为本，提高人机结合高效的模式，未能充分工装设备的效率。
分别设计于车辆分解组装库的边库内，大多转向架检修采用的是“固定工位+起重机吊装”分解组装检修模式，近几年，开始采用流水作业模式，但基本未能做到真正的流水检修，基本为流水的工位结合起重机吊装检修方式，虽然较以前的固定工位检修大大提高了效率，但还未做到以人为本，提高人机结合高效的模式，未能充分工装设备的效率。
在检修中，应以工艺为主线、以工装为节点、以科技为先导，充分发挥检修流水作业的效率，加强下层地面轨道流水、中层工装与人员、上层机械手三者的结合，在检修工艺设计中，不仅仅是单线条的，应该是平纵结合的方式，如左图建模所示中，机械手横向移动加强了空间的利用。
本人以长沙轨道交通6号线黄梨路车辆基地为例，该车辆基地的功能定位为大、架修段，近期负责6号线的车辆大架修、远期负责7、8、9号线的车辆大架修。该车辆基地检修工艺采用的是流水作业方式，检修方式为：地面检修与机械手、起重机吊装配合的立体作业模式。工艺设计中，不但有纵向的作业流向，而且还有横向机械手辅助交叉的检修方式，空中机械手会把待焊修、待检测、待油漆等的配件“抓”至所需工位进行检修。
大架修工艺设计不但要按工艺流程设计，同时还要有创新，引进新技术、新设备才能达到“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安全”的要求。
1.2智能检修手段在智慧地铁应用的前瞻性
1.2.1智能化检修工艺的嫁接与移植
当前国铁检修如客车、货车、动车检修已有近百年历史，并且检修工艺手段繁多，如果能把国铁相关的检修工艺嫁接或移植到地铁检修工艺中，对我们地铁的检修效率也会起到重要的作用。当前很多手段或设施已经用到了轨道交通上面，比如目前常用的转盘、配送小车、顶轮、移车台等等，都是以前国铁通用的，但还应该加强这方面的互通，如空调检修流水线、管线检修流水线、制动机检修流水线等的运用与融合，这样才能更好的为我国轨道交通服务。
1.2.2 智能化设备在地铁中的应用
1）智能化配送综合应用
当前，配送手段已经多样化，早在20世纪70年代，基本的导引技术是靠感应埋在地下的导线产生的电磁频率。通过一个叫做"地面控制器"的设备打开或关闭导线中的频率，从而指引AGV沿着预定的路径行驶。由于AGV只是沿着地面上的信号行驶，所以被称为"dumb"，而AGV行驶的路径是由智能的地面控制器决定的，因此，这一时期的系统被称为"智能地面"和"dumb小车"。
20世纪80年代末期，无线式导引技术引入到AGV系统中，例如利用激光和惯性进行导引，这样提高了AGV系统的灵活性和准确性，而且，当需要修改路径时，也不必改动地面或中断生产。这些导引方式的引入，使得导引方式更加多样化了。
单元式AGV主要用于短距离的物料运输并与自动化程度较高的加工设备组成柔性生产线。例如，自动导向叉车用于仓贮货物的自动装卸和搬运;小型载货式AGV用于检修作业资料的传输、配件的传送的装配平台。除此以外，AGV还用于搬运体积和重量都很大的物品。
因此，在我们对地铁车辆检修工艺设计过程中，可应用载货平台式AGV组成移动式输送线，构成柔性检修流水线。比如电机拆解后的配送至指定工位、制动阀分解后的配送、轴承分解后的配送或良好配件与轮对的组合装配路径等等，这样的配送方式大大减少了叉车或起重机的工作量，大大提高了工作效率，与各配件柔性检修流水密切结合起来。
2）智能化检修设备应用
轨道交通车辆基地智能化检修已经成为一种趋势。
为了适应轨道交通智慧化发展的需求，运用信息化手段与地铁智慧相结合，建设了一套车辆智能专家支持平台，以车地无线数据传输、移动点巡检系统、在线鹰眼平台检修可视化系统、预警管理系统，保障车辆的安全运营。通过列车运行大数据的积累，让列车与检修人员实时“对话”,更多的实现地铁的智能与智慧结合，现如今已应用在地铁的智能检修设备有如下几个方面：
（1） 轮对动态在线检测设备
用于检测车轮磨耗程度，可以检测轮缘高度、轮缘厚度、踏面形状、车轮直径和车轮内侧距等数据。
（2） 平轮检测设备
用于车轮踏面擦伤检测。
（3） 车底及车侧故障检测系统
该系统类似于国铁中的TEDS/TVDS系统，利用安装在车辆段咽喉区的轨边高速摄像头阵列，检测运行车辆走行部位、制动配件、车下设备、车钩及贯通道、车体两侧下部等部位图像，通过网络实时传输至停车列检库相应列检终端进行分析并预报故障，可以提高列检作业质量和作业效率，加强车辆运用中故障基础信息收集、管理的人机系统。
（4） 走行部故障在线检测系统。
由于列车都是晚上入库停车列检，为此如何缩短检修时间、提高工作效率、避免因车辆段库内光线、环境等因素的影响造成漏检成为重点关注问题。
现在相关一些设备厂商正在研究该方面的智能化技术手段，以满足列车运用的需求。比如采用机器人作业代替人工列检作业功能 ，当列车入库进行检修时，启动图像采集机器人进行自检，机器人匀速前行到达车头位置时，机器人自动对车辆底部进行图像检测，采集车底图片；当机器人到达车尾定点位置后，机器人伸出机器手臂并逆向行驶，机器人发出的激光定位到转向架位置后，机械臂按照预定设计进入转向架和车辆底部的狭窄空间，开始采集列车关键部位图片，同时在机械手臂随着机器人前行采集图片时，机器人自动开启面阵相机，进行更为详实的底部高清拍摄；模拟人工作业方式对列车底部、转向架等可视零部件进行灵活多角度的自动检测，高效解决列检人工作业存在的问题。该车底智能巡检机器人的投入使用将会大大缩短列车的检修时间，相比于传统人工作业，可增加40%以上的检修范围，既减轻了作业人员劳动强度，又提高了检测的质量和效率，具有智能化智慧化的特点。
1.3 地铁车辆的喷涂漆设计
轨道交通不仅仅是城市重要的公共交通工具，也日益承担起城市文化与形象展示窗口的责任。
比如现已开通运行广州、成都、长沙等城市的地铁车辆均采用了不同的的创意图案，广州地铁的亚运卡通形象主题列车、成都地铁的“萌漫画+科技元素”主题列车、长沙地铁的的海景专列主题列车等等，这些主题列车以生动活泼、具有动感、接地气的方式开展宣传，大力弘扬时代新风，展示城市特色文化，彰显生活美学和城市软实力，有力提升了城市文化沟通力和城市影响力，取得了良好的社会效果。
这些效果的取得，都是车体喷涂或贴膜技术的结果。现在地铁车辆油漆的方法主要有两种，一是传统的喷涂漆工艺，二是贴膜工艺。
油漆工艺：
车体清洗（去除油渍和圬渍）――清理、面漆打磨――刮腻子――腻子打磨――喷面漆――烘干――检查修正――涂色带漆――烘干――外观检查入库。
贴膜工艺：
1准备工作（车体尺寸测量、制定方案、车体的清洁与检查）、2贴膜材料的准备、3贴膜（检测车体是否符合要求、特殊位置的特殊处理、贴膜）。
据相关资料统计：地铁车辆贴膜工艺与传统的油漆工艺相比，在工时节约30%、在成本方面节约60%，如下图所示：
工时对比表
综合经济指标对比表
由于城市的发展，土地供应量越来越少，为此，越来越多的车辆基地进行了综合上盖开发。众所周知车辆基地都需要有车辆喷漆设施，那盖下的油漆库的工艺、与废气排放如何处理、如何不影响盖上的综合开发就成为了地铁车辆基地的重点问题。
传统的喷漆工艺有工时长、费用高、污染大、列车周转利用率低等诸多缺点。现在每个现代化城市对环保要求都很高，特别是象地铁这样油漆处理重点工厂尤为关注。
笔者以为，从长远考虑，解决方案有如下两种：1.城市轨道交通规划检修设施的同时，也应同时对同网同类型互通的地铁整车油漆设施进行统一考虑与设计，如专门规划一处车辆大型整车油漆基地；在该整车油漆中心油漆与贴膜工艺可并存，考虑城市人文与宣传等因素，以贴膜工艺为主；
2.在各车辆基地内部仅设置有车辆局部性的人工补漆及贴膜设施既可；
3.如果一个车辆基地必须设计整车油漆设施，应考虑整车的全寿命周期及使用环境，宜采用贴膜处理。
这样既可达到资源共享、减少各车辆基地建设投资，又可以满足城市环保和地铁上盖开发的综合效益。
2.车辆基地运用设计的前瞻性
2.1 全自动无人驾驶趋势
由于全自动无人驾驶地铁自动化程度较高，相应减少工作人员。 人员的减少，管理费用，培养费用也相对于传统非自动模式的少，真正意义上起到了节省人力和财力。 自动化地铁的初期成本会高一些， 而随着后期维护成本的减少，总体运营成本会逐渐降低。 尤其随着劳动力成本的攀升，自动化地铁的优势会日渐显现。 正是诸如此类的优势，全自动无人驾驶地铁逐步取代传统的非自动化驾驶模式，也是势在必行的结果。 目前根据位于布鲁塞尔的国际公共交通联合会的预测， 全球大约 40％ 的地铁系统可能将在未来 13 年内选择自动化，因此在我国发展全自动无人驾驶地铁更具有必要性和紧迫性。
目前，国内包括北京、上海城市已经引入了全自动无人驾驶地铁，并且多条新线均按照该技术要求设计与建设，因此，我们在以后的设计中，有条件应预留全自动无人驾驶运用条件，以满足和适应未来的轨道交通发展需要。
2.2全自动无人驾驶对工艺专业的需求
全自动无人驾驶要求车辆具有休眠和唤醒的功能。为了保证检修安全，应严格控制人员进入停车列检区。因此，停车列检区域需要划分成多个防护分区，通常将每两股道设置为1个防护分区，采用防护围栏分隔是必要的。一般性做法在靠近库门和两列车之间设置2处横向地下检修通道，用来联通各个分区，在通道入口设置门禁。从正线退出运营的列车优先停放在一个分区，停满后，此分区切断列车供电后，工作人员才可以通过库内横向地下通道进入两股道间的防护分区进行列检作业，笔者认为，安全的检修通道完全可设置于库尾端，一是减少了地下检修通道土建工程，节省投资，二是从检修工艺方面，一个全列检来回，正好完成一个循环作业流程，地面的安全监控，更有利于车辆段的监防管控。
通常情况下，一线两列位的停车列检库库内检修地沟按50%设置。由于分区开展列检作业管理，并且检修天窗的时间不足，检修效率低，所以，全自动无人驾驶停车列检库按前后列位应设置全列位检修地沟。
2.3 对站场专业的需求
站场总平面布置需要按照全自动无人驾驶区和人工驾驶区域分区布置。洗车作业也采用无人驾驶，洗车库、停车列检库和库外车场线路一起组成全自动无人驾驶区域；镟轮和试车作业仍然采用常规的人工驾驶模式，其与检修库和库外车场线路一起组成了人工驾驶区域。各分区功能应相对独立，宜设置物理隔离，防止出现误闯入、作业干扰的情况。
站场出入库的线束应合理布置，方便同运用库间或不同库与库间的作业调整。
2.4 大数据在智慧地铁中的综合应用
近年来我国地铁运营发生巨大的变化，具体来说，北京、天津、上海、广州、深圳等一批城市的地铁步入网络化运营，运营情况相比以往复杂多变，特别是特大、大城市，在日均千万人次的大客流情况下，运营压力极大。按照地铁运营规程来做运营工作，已不能满足复杂多变的运营需求，所以需要对运维工作进行调整。
地铁公司对运维工作的调整，不仅关注运维规程的合理安排，在相关新技术引入方面也极为重视，例如在地铁运维工作中充分利于互联网、大数据等新技术，逐步探索地铁运维信息化，以实现地铁运维“状态修”。
同时，大数据的综合利用有助于车辆的临修、定修及大架修工作，对易损件的贮备、频发故障点统计与预防都有非常好的帮助。
利用互联网+系统监测技术，实时上传最新的故障处理方法及案例，建立故障案例库，设备承包商可实时监控所有用户的设备状态。用户所有的设备表现信息通过集中管理，实现建设单位与运营单位维修大数据的共享和分析，从而推动行业水平整体提升。
地铁车辆段在大数据方面主要体现在智慧化管理系统的应用
（1） 智慧检修管理系统
智慧检修管理系统是围绕车辆检修的计划、调度、作业、质量和协作几个方面，通过对现场作业指导和检修过程的数据采集，对车辆检修提供全面的信息化覆盖和智能化的信息协作功能。智能检修管理系统还提供给检修质量人使用的智能手持终端和工位终端，更方便用户信息查询和录入。
（2） 智慧安全管理系统
智慧安全管理系统是针对车辆检修过程中人员安全的管控系统，通过对检修平台的隔离开关、门禁联锁、接触网实时在线验电、接触网远程接地、视频联动防护、图像智能告警等功能，从车辆段安全生产的各地点、各流程综合考虑，在检修作业的各环节均融入安全管理，建立一个程序化、网络化、可视化、标准化的安全保障体系，确保人员在作业平台操作过程中的平台带电安全，现在ATO、UTO模式已成为趋势，安全的保障系统是必须也是必要的。
应该说每一列车就是一个移动的信息源，但是目前来看作为智慧地铁还是存在很多的系统不融合的问题。车辆段应通过智能检修，对现场检修与运用作业、设备运行状态监控等相关信息进行实时防护与采集，对车辆段检修作业的全过程进行实时防护，对采集到的数据进行汇总、分类、最终对比分析得到各设备、车辆的状态预估、配件寿命趋势预测，将统计和分析到的结果指导现场作业、改进工艺规程、为检修与运用提供决策依据。
3.技术运用的灵活性
3.1建筑组合设计的灵活性
车辆基地设计以营造和改善车辆基地环境为目的，精心进行景观设计。在满足《城市绿化管理条例》规定的同时，尽量创造出一个充满生机和活力的现代化“花园式”车辆工厂。
车辆基地设计中，不但注重检修工艺及运用功能的满足，同时还尽量减少建筑单体的设计，强化建筑功能多元化的合并性，比如：将运转楼与运用库的合并设计、检修班组楼与联合检修库的合并设计、将动调试车间与镟轮库或其它库房合并设计、将工程车库与救援设施的合并设计、优化空气压缩站等等。
在设计中应本着“同类合并、从属合并”的原则，加强与运营部门的对接，达到既能满足运营的需要，又能达到投资少、节约成本目的。
3.2多方需求的包容性设计的灵活性
众所周知，车辆基地的设计与建设本来就受周边诸多因素限制，有的条件还极为苛刻，但还必须要满足相关部门的要求与条件，车辆基地或车辆段出入段线及车场线设计中，同样面临这样的问题非常多。比如：车场线咽喉区受道路下穿的影响、车场线受周边有高压线塔限制、试车线受到场地及道路的影响不能满足高速试车要求等等。
一般来说，外部的协调难度都非常大，经常会协调很久还不能达成一致意见。为此我们在出入段线及车场线设计当中，我们尽量避开这些不利因素，在相关部门进行积极对接的同时，尽可能的先从内部解决问题。比如可将试车线尾端设计为半径较大的曲线、可以设计成为半地下试车模式，既满足试车线的长度需求，又节约土地资源；比如在做长沙轨道交通6号线时，因为车场线上跨大元路，为了尽量减少大元路路面下压，我们车场线由原来的平直线改为1.0‰上坡至框架桥后，车场线再采用-1.0‰的线路与信号转换段接轨；如深圳地铁14号线昂鹅车辆基试车线采用半地下模式等。 只有采用灵活的手段，在规范允许的条件下，尽量的去挖掘潜力，既可以满足轨道交通车辆运用与检修的需要，又可以做到多方需求的包容，同时还节约投资与土地资源。
4.小 结
4.1设计车辆基地工艺布局时，首先我们应该依据地铁车辆方面的相关资料，分析检修工艺的新趋势，在设计中，我们应重点研究确定好生产工艺流程，要保证各工序间的合理衔接及通畅、简捷。
4.2对该车辆基地进行工作量调查统计时，应特别关注临修、大架修不均衡性工作量研究。根据需要达到的检修能力来决定我们设计达到的检修规模，才能使设计合理，符合要求。
4.3车辆基地占地面积及厂房面积大、车辆存放多，是一条地铁线路上运营、运用及检修人员最多的地方，所以，在设计中应本着“以人为本、花园工厂”的理念，这样才更有益于员工生产、生活。
参考文献：
1、《地铁设计规范》.北京：中国建筑出版社,2014-03-01.
2、李宜芳 《全自动无人驾驶车辆段设计》 北京地铁14号线工程论文专辑-2015年.
3、蒋杰 《新型的客车转向架检修流水线》 铁道机车车辆 2016［5］.
4、魏少彬《地铁车辆转向架检修布置工艺研究》基层建设 2016［18］.
