地铁车辆段综合管线设计研究

研究结论: 通过地面车辆段、双层车辆段综合管线设计的归纳总结，提出采用反推法设计综合管线。采用反推法设计综合管线，将缩短地铁车辆段综合管线设计周期 50%，提高了设计质量的同时还提高了设计人员的综合素质。

关键词: 地铁; 车辆段; 综合管线; 设计

 

      城市轨道交通作为衡量一个城市是否为国际大都市的标志已逐渐为各城市认同。为提高城市的形象、地位、竞争力及和谐程度，目前，全国已有近40 座城市已建成或在建及拟建地铁线路( 北京、上海、广州、南京、天津、沈阳、深圳、杭州、成都、西安、武汉、郑州、长沙、合肥、宁波、无锡、苏州、东莞等) 。地铁车辆段与综合基地( 以下简称车辆段) 作为地铁线路运营和后勤物资的基地，通常一条地铁线路就需要设置一处车辆段( 定修段，大架段一般为线网统筹规划) 。车辆段涉及约30 个专业及系统，在地铁中为仅次于线路所牵涉专业及系统数量最多的系统。车辆段作为地铁线路的正常运营的后勤保障，其重要性可想而知。车辆段的设计也一直是地铁设计的关键工点，其重要性一点都不逊于车站和区间。

      车辆段设计通常包括工艺设计、站场道路及排水设计、路基设计、建筑设计、结构设计、低压配电设计、给排水及消防设计、通风空调及采暖设计、绿化景观设计、工程筹划及概预算设计、综合管线设计，以及与各系统专业的配套设计。在以上各设计项目中，综合管线设计通常被认为是没有技术含量的、最不起眼的设计项目，但其重要性不次于土建设计。由于管线通常敷设于地下( 道路下或股道下，室内也采用架空方式) ，且在施工过程中不易发现其错误之处，但建成后对车辆段的正常运营影响较大，根据国内各城市轨道交通建设的习惯，通常是等到施工完毕交付运营时才检验其成功与否，故地铁公司通常以综合管线设计成功与否来衡量或判定车辆段设计成功与否的第一道关口。因此综合管线设计在车辆段设计中扮演的角色也越来越重要。

 

1 综合管线设计的作用

      工程设计中综合管线设计的作用如下:

      ( 1) 节约用地;

      ( 2) 节约工程投资;

      ( 3) 综合规划管线、合理组织专业管线走向，方便运营检修;

      ( 4) 协调管线交叉，避免发生废弃工程;

      ( 5) 为车辆段的正常运营提供安全基础保证;

      ( 6) 协调各专业及系统接口。

 

2 综合管线布置原则

2． 1 基本原则

      ( 1) 管线综合布置应与车辆段总平面布置、竖向设计和绿化布置统一进行。使得管线之间、管线与建筑物和构筑物之间在平面及竖向上相互协调、紧凑合理。

      ( 2) 管线敷设方式的确定，应根据管线内介质的性质、车辆段地形、生产安全、交通运输、施工检修等因素，经技术经济比较后择优确定。

      ( 3) 管线综合布置，必须在满足生产、安全、检修的条件下节约用地。当技术经济比较合理时，应共架、共沟布置。

      ( 4) 管线带的布置应与道路或建筑红线相平行。

      ( 5) 管线综合布置时，应减少管线与铁路、道路及其它干管的交叉。当管线与铁路或道路交叉时应为正交。在困难情况下，其交叉角不宜小于45°。

      ( 6) 当车辆段分期建设时，管线布置应全面规划，近期集中，近远期结合。近期管线穿越远期用地时，不得影响远期用地的使用。

      ( 7) 管线综合布置时，干管应布置在用户较多的一侧或者管线分类布置在道路两侧。

      ( 8) 管线布置应以股道、厂房和电缆沟布置为基本点，其它管线根据股道、厂房和电缆沟的布置而布置。

      ( 9) 综合管线设计应与总平面布置相结合，变电所、污水处理站等动力设施尽量靠近使用负荷点，以减少室外管线的布置难度。

2． 2 布置原则

      ( 1) 压力管让自流管;

      ( 2) 管径小的让管径大的;

      ( 3) 易弯曲的让不易弯曲的;

      ( 4) 工程量小的让工程量大的;

      ( 5) 检修次数少的、方便的，让检修次数多的、不方便的;

      ( 6) 检修次数多的沿墙敷设或沿绿化带敷设;

      ( 7) 质量较轻的沿墙或沿屋架敷设，质量大的埋地敷设;

      ( 8) 重力管埋地敷设，压力管沿墙或屋架敷设;

      ( 9) 管线避让管沟;

      ( 10) 电缆沟和室外排水沟应避免交叉布置。

 

3 综合管线设计

3． 1 室内综合管线设计

      由于各车辆段所涉及的专业及系统差异不大，下面以鱼珠车辆段检修主厂房室内综合管线设计( 地面车辆段) 和横岗车辆段运用库室内综合管线设计( 物业开发、双层车辆段) 来介绍车辆段室内综合管线设计。

3． 1． 1 鱼珠车辆段检修主厂房室内综合管线设计

3． 1． 1． 1 概况

      鱼珠车辆段是广州地铁5 号线全线列车的运用、停放、检修基地。根据《广州市轨道交通 2003 年至2010 年建设规划》，鱼珠车辆段将作为广州市轨道交通线网直线电机( L 型) 车辆的厂架修基地承担 4、5、6、7、14 号线车辆的厂修和架修任务，同时承担本线车辆的定修及运用维修任务，是国内首座直线电机厂架修基地，也是目前国内在建规模最大的地铁车辆段之一。

3． 1． 1． 2 室内综合管线设计

      鱼珠车辆段的检修主厂房采用网架结构，其室内管线涉及通风风管、给水管、消防水管、低压电缆管线、压缩空气管、生产排水管、压力排水管、通信管线、电缆沟及消防栓等构筑物。

3． 1． 1． 3 设计重点、难点及对策

      ( 1) 检修主厂房内设备基础( 移车台、架车机、转向架转盘等) 较多，故压力管线、低压配电管线、通信管线等尽量沿墙或沿网架敷设;

      ( 2) 检修主厂房内起重机较多，给水管、消防水管、压缩空气管等均设置于牛腿以下空间，并注意绕避起重机爬梯;

      ( 3) 检修主厂房的大库内墙体较少，给水管、消防水管、压缩空气管敷设时的吊架固定于吊车梁预留孔的位置，如图1 所示;

 

 

      ( 4) 检修主厂房的大库内墙体较少，各支管与消防栓、配电箱或电风扇交叉较多，设计时支管沿柱正面敷设，消防栓、配电箱或电风扇沿柱侧面敷设。

3． 1． 2 横岗车辆段运用库室内综合管线设计

3． 1． 2． 1 概况

      横岗车辆段是深圳市地铁 3 号线唯一的车辆检修基地，除承担本线车辆的运用、检修外，还承担相邻线 B 型车的厂修、架修任务。横岗车辆段为亚洲首座地面双层车辆段( 日本有3 座地下双层停车场) ，为国内首座首个集上盖综合物业开发、采用 DC1500V 接触轨供电的地铁车辆段。

3． 1． 2． 2 室内综合管线设计

      横岗车辆段运用库为双层车库，其室内管线涉及通风风管、给水管、消防水管、低压电缆管线、压缩空气管、生产排水管、压力排水管、通信管线、电缆沟及消防栓等构筑物。

3． 1． 2． 3 设计重点、难点及对策

      相对于鱼珠车辆段检修主厂房室内综合管线，横岗车辆段运用库室内综合管线主要有以下重点难点:

      ( 1) 运用库一层的供电电缆沟与整体道床基础、结构柱和基础交叉，最后与建筑协调供电电缆沟采用特殊设计的方式，以避让整体道床基础、结构柱和基础，如图2 所示;

 

 

      ( 2) 运用库一层、二层与边跨房屋之间的过道处消防通道、空调冷凝水管、空调回水管、空调供水管、空调风管、弱电管线与混凝土通风风道、结构横梁存在交叉，最后与各专业协调，所有管线充分避让混凝土通风风道、结构横梁，同时对混凝土通风风道、结构横梁进行优化设计，减小其截面，如图3 所示;

 

 

      ( 3) 运用库一层、二层的低压配电管线与结构纵梁交叉，经与低压配电专业、结构专业协调，最后低压配电管线绕避结构纵梁，同时优化结构纵梁的截面尺寸;

      ( 4) 运用库二层的信号管线、供电管线与通风风管、结构纵梁交叉，最后与信号专业、供电专业、通风空调专业、结构专业协调，其最后管线布置如下:

      信号管线沿一层屋顶板面以下、在横梁高度范围内采用吊架的方式敷设，在二层设置信号机位置的附近由结构预埋钢管，以供信号管线通过，如图4 所示;

      由结构专业在供电管线一层至二层中间通道的夹层处预留孔洞，供电管线沿二层中间通道下的夹层采用支架敷设的方式，将供电管线引至隔离开关控制柜的位置，如图5 所示;

      通风风管设置于结构横梁以下，纵向布置，在运用库设置4 处混凝土风道，有混凝土风道处结构纵梁采用特殊设计。

 

 

 

 

3． 2 室外综合管线设计

      室外综合管线设计是车辆段综合管线设计的重点、难点，是综合管线设计成功与否的关键，下面以鱼珠车辆段和横岗车辆段室外综合管线设计来介绍车辆段室外综合管线设计。

3． 2． 1 鱼珠车辆段室外综合管线

3． 2． 1． 1 概况

      鱼珠车辆段室外管线涉及库前截水沟、站场排水管、站场排水沟、35 kV 供电电缆沟、35 kV 供电管线、110 kV 供电管线、均回流电缆管线、接触轨、接触网、压缩空气管、通信管线、信号管线、FAS/BAS 管线、低压管线、给水管、消防水管、生产废水管、生活污水管、屋面排水管、电缆沟排水管、自动喷淋给水管、散水排水管、地下室压力排水管、煤气管等管线或管沟或构筑物。

3． 2． 1． 2 室外综合管线设计难点及对策

      室外综合管线设计历来是车辆段施工图设计的难点，是车辆段设计的“卡脖子”工程。鱼珠车辆段室外综合管线设计存在以下难点:

      ( 1) 用地紧张，管线交叉多; 设计时充分地利用平面和空间资源，单张节点图上的节点最多达到136 个，单个断面图上管线数量及种类均较多;

      ( 2) 重力管道走行距离长( 生活污水管，约 1 000m) ，埋深较大( 生活污水管，最深约 6 m) ; 设计时考虑在污水处理站设置生活污水提升泵井，减少其埋深，增大了生活污水管市政接驳的灵活性;

      ( 3) 供电电缆多，受总图布置及用地影响，电缆沟较长( 总长约 1 750 m) 、较多、较深、较宽，且不能与站场排水沟、排水管交叉; 设计时将供电电缆沟平行于试车线布置，以及尽量设置于主干道的一侧，避免了穿越股道区，且便于区域内的排水组织;

      ( 4) 跨越河涌管线较多，对桥涵设计有较大影响; 设计时充分利用桥两侧人行道的空间设置浅式电缆沟，供各管线敷设，如图 6 所示;

 

 

      ( 5) 车辆段场坪排水采用排水管方式排水，排水管较长，管径大( 最大直径 1 200 mm) ，埋深较大;设计时考虑排水管与河涌接驳处的管底标高按常水位控制，管顶标高按 50 年洪水位控制，埋地敷设起点处按敷土 400 mm 考虑。

3． 2． 2 横岗车辆段室外综合管线

3． 2． 2． 1 概况

      横岗车辆段室外综合管线涉及站场排水沟、站场排水管、35 kV 供电电缆沟、35 kV 供电电缆隧道、35 kV供电管线、接触轨、压缩空气管、弱电管线( 通信、FAS/BAS 等管线) 、信号管线、低压管线、给水管、消防水管、生产废水管、生活污水管、雨水排水管、中水给水管、电缆沟排水管、空调冷凝水管、空调回水管、空调供水管、燃气管、洗车机管线等管线或管沟或构筑物。

3． 2． 2． 2 室外综合管线设计难点及对策

      相对于鱼珠车辆段室外综合管线设计，横岗车辆段室外综合管线设计时主要有以下难点:

      ( 1) 由于横岗车辆段考虑上盖综合物业开发，故室外管线就类似室内综合管线了，但室外管线又有其特殊性———各管线均应避让柱基础、桩基础和横纵梁; 设计时尽量将各管线设置于横纵梁以上，而重力管( 排水管) 则采用降标高的处理方法，使其尽量敷设在横纵梁以下，如图7 所示。

 

 

      ( 2) 由于横岗车辆段考虑上盖综合物业开发，运用库、检修主厂房及调机工程车库的咽喉区均设置支撑上部结构的剪力墙，剪力墙下部则是承台和桩基础，故相对于其它车辆段而言，股道与剪力墙之间可利用的净距就较小，管线布置难度大。设计时考虑各管线尽量以吊架形式敷设，而对于电缆沟、站场排水沟等则采用特殊设计的方式来处理: 电缆沟通过轨行区时采用电缆隧道的形式通过，而站场排水沟特殊设计后其两侧结构宽度和沟底结构大为减少，如图8 所示。

 

 

      ( 3) 受周边地形限制，横岗车辆段运用库尾部设置了公路涵洞一处，考虑作为消防通道使用，同时兼顾车辆段内的雨水排放功能。设计时在公路涵洞两侧设置排水沟，同时按间隔 50 m 左右设置集水井，便于场坪的水经站场排水沟引至涵洞内的排水沟，最后与市政排水管网接驳，如图 9 所示。

 

 

4 综合管线设计的建议

      ( 1) 车辆段初步设计时就应对室外综合管线、室内综合管线统筹规划，以指导各系统专业及车辆段风、水、电、站场等专业的管线施工图设计，减少工作的重复，缩短工期;

      ( 2) 车辆段内轨行区设置站场排水沟，其它区域设置排水管( 盲管等) ，以便于在不影响排水效果的基础上减少管线交叉，利于管线检修，同时又使车辆段更加美观;

      ( 3) 车辆段内所有电缆沟、电缆井均考虑设置排水设施( 困难条件下，个别弱电电缆井可不考虑) ，以有效解决电缆沟积水问题;

      ( 4) 加大综合管线设计人员( 通常，车辆段综合管线由工艺专业负责) 对其它专业( 车辆、站场、路基、桥涵、轨道、通信、信号、FAS/BAS、气体灭火、主控、供电、接触轨、接触网、供电车间、主变、建筑、结构、低压配电、通风空调、给排水及消防、AFC、限界、门禁等二十几个专业) 知识的培训力度，以提高综合管线设计人员的综合能力;

      ( 5) 综合管线设计前，设计人员应掌握各专业管线设置的目的;

      ( 6) 综合管线设计前，设计人员应协调好各专业间( 包括土建、工艺、机电及系统专业) 的设计分工并明确设计界面。

 

5 采用反推法进行综合管线设计

      目前，几乎所有车辆段施工图的设计工期都比较短，而通常综合管线是在各专业完成施工图后才能正式开展工作，故每次综合管线设计的工期都非常短，通常只有1 ～2 个月; 而综合管线则是最后设计最先施工，所以其设计压力是通常是比较大的。笔者首次提出反推法来开展综合管线设计，以缩短设计周期。

      ( 1) 找出室内管线、室外管线的设计瓶颈;

      ( 2) 了解各专业管线与其它管线的间距要求，包括平面距离和垂直距离;

      ( 3) 了解各专业管线的坡度要求;

      ( 4) 了解各专业管线的敷土深度要求;

      ( 5) 了解各专业管线的市政接驳关系及控制标高;

      ( 6) 了解各专业管线的规格、数量及类型;

      ( 7) 了解各专业管线的设置目的;

      ( 8) 了解土建及各专业管线的施工工法和施工顺序。

      采用反推法进行综合管线设计的步骤如下:

      ( 1) 通过关键点的了解和掌握，初步布置出综合管线平面布置图，提出须协调的有关问题；

      ( 2) 安排所有相关专业对初步的综合管线平面图进行集审，对有关问题进行协调;

      ( 3) 根据集审意见对综合管线平面进行优化设计;

      ( 4) 根据各专业提出的有关要求，进行综合管线断面、节点图设计，期间对出现的有关问题与相关专业进行实时沟通，由综合管线设计人员对各专业管线的标高、埋深、间距及防护要求等进行设计;

      ( 5) 开放综合管线正式的平面图、断面图、节点图，供相关专业确认。

      在上述的步骤中，最重要的步骤为第二步及第四步，对设计人员综合能力要求最高的为第四步。

 

6 结论

      通过地面车辆段、双层车辆段综合管线设计的归纳总结，推出利用反推法来进行综合管线设计，对以后地铁车辆段综合管线设计提供参考，起到了指导性作用。在目前车辆段工期比较短的情况，可将综合管线的设计工期由原来的 3 个月缩短至 1．5 个月以内( 缩短50%) ，为车辆段的土建设计节省了时间，同时又节约了设计单位的人力资源，但用此方法对设计人员的综合能力要求很高，设计单位需加大设计人员综合能力的培养力度。