研究結(jié)論: 通過地面車輛段、雙層車輛段綜合管線設(shè)計的歸納總結(jié)，提出采用反推法設(shè)計綜合管線。采用反推法設(shè)計綜合管線，將縮短地鐵車輛段綜合管線設(shè)計周期 50%，提高了設(shè)計質(zhì)量的同時還提高了設(shè)計人員的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞: 地鐵; 車輛段; 綜合管線; 設(shè)計

 

      城市軌道交通作為衡量一個城市是否為國際大都市的標(biāo)志已逐漸為各城市認(rèn)同。為提高城市的形象、地位、競爭力及和諧程度，目前，全國已有近40 座城市已建成或在建及擬建地鐵線路( 北京、上海、廣州、南京、天津、沈陽、深圳、杭州、成都、西安、武漢、鄭州、長沙、合肥、寧波、無錫、蘇州、東莞等) 。地鐵車輛段與綜合基地( 以下簡稱車輛段) 作為地鐵線路運(yùn)營和后勤物資的基地，通常一條地鐵線路就需要設(shè)置一處車輛段( 定修段，大架段一般為線網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃) 。車輛段涉及約30 個專業(yè)及系統(tǒng)，在地鐵中為僅次于線路所牽涉專業(yè)及系統(tǒng)數(shù)量最多的系統(tǒng)。車輛段作為地鐵線路的正常運(yùn)營的后勤保障，其重要性可想而知。車輛段的設(shè)計也一直是地鐵設(shè)計的關(guān)鍵工點(diǎn)，其重要性一點(diǎn)都不遜于車站和區(qū)間。

      車輛段設(shè)計通常包括工藝設(shè)計、站場道路及排水設(shè)計、路基設(shè)計、建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、低壓配電設(shè)計、給排水及消防設(shè)計、通風(fēng)空調(diào)及采暖設(shè)計、綠化景觀設(shè)計、工程籌劃及概預(yù)算設(shè)計、綜合管線設(shè)計，以及與各系統(tǒng)專業(yè)的配套設(shè)計。在以上各設(shè)計項(xiàng)目中，綜合管線設(shè)計通常被認(rèn)為是沒有技術(shù)含量的、最不起眼的設(shè)計項(xiàng)目，但其重要性不次于土建設(shè)計。由于管線通常敷設(shè)于地下( 道路下或股道下，室內(nèi)也采用架空方式) ，且在施工過程中不易發(fā)現(xiàn)其錯誤之處，但建成后對車輛段的正常運(yùn)營影響較大，根據(jù)國內(nèi)各城市軌道交通建設(shè)的習(xí)慣，通常是等到施工完畢交付運(yùn)營時才檢驗(yàn)其成功與否，故地鐵公司通常以綜合管線設(shè)計成功與否來衡量或判定車輛段設(shè)計成功與否的第一道關(guān)口。因此綜合管線設(shè)計在車輛段設(shè)計中扮演的角色也越來越重要。

 

1 綜合管線設(shè)計的作用

      工程設(shè)計中綜合管線設(shè)計的作用如下:

      ( 1) 節(jié)約用地;

      ( 2) 節(jié)約工程投資;

      ( 3) 綜合規(guī)劃管線、合理組織專業(yè)管線走向，方便運(yùn)營檢修;

      ( 4) 協(xié)調(diào)管線交叉，避免發(fā)生廢棄工程;

      ( 5) 為車輛段的正常運(yùn)營提供安全基礎(chǔ)保證;

      ( 6) 協(xié)調(diào)各專業(yè)及系統(tǒng)接口。

 

2 綜合管線布置原則

2． 1 基本原則

      ( 1) 管線綜合布置應(yīng)與車輛段總平面布置、豎向設(shè)計和綠化布置統(tǒng)一進(jìn)行。使得管線之間、管線與建筑物和構(gòu)筑物之間在平面及豎向上相互協(xié)調(diào)、緊湊合理。

      ( 2) 管線敷設(shè)方式的確定，應(yīng)根據(jù)管線內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)、車輛段地形、生產(chǎn)安全、交通運(yùn)輸、施工檢修等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)確定。

      ( 3) 管線綜合布置，必須在滿足生產(chǎn)、安全、檢修的條件下節(jié)約用地。當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時，應(yīng)共架、共溝布置。

      ( 4) 管線帶的布置應(yīng)與道路或建筑紅線相平行。

      ( 5) 管線綜合布置時，應(yīng)減少管線與鐵路、道路及其它干管的交叉。當(dāng)管線與鐵路或道路交叉時應(yīng)為正交。在困難情況下，其交叉角不宜小于45°。

      ( 6) 當(dāng)車輛段分期建設(shè)時，管線布置應(yīng)全面規(guī)劃，近期集中，近遠(yuǎn)期結(jié)合。近期管線穿越遠(yuǎn)期用地時，不得影響遠(yuǎn)期用地的使用。

      ( 7) 管線綜合布置時，干管應(yīng)布置在用戶較多的一側(cè)或者管線分類布置在道路兩側(cè)。

      ( 8) 管線布置應(yīng)以股道、廠房和電纜溝布置為基本點(diǎn)，其它管線根據(jù)股道、廠房和電纜溝的布置而布置。

      ( 9) 綜合管線設(shè)計應(yīng)與總平面布置相結(jié)合，變電所、污水處理站等動力設(shè)施盡量靠近使用負(fù)荷點(diǎn)，以減少室外管線的布置難度。

2． 2 布置原則

      ( 1) 壓力管讓自流管;

      ( 2) 管徑小的讓管徑大的;

      ( 3) 易彎曲的讓不易彎曲的;

      ( 4) 工程量小的讓工程量大的;

      ( 5) 檢修次數(shù)少的、方便的，讓檢修次數(shù)多的、不方便的;

      ( 6) 檢修次數(shù)多的沿墻敷設(shè)或沿綠化帶敷設(shè);

      ( 7) 質(zhì)量較輕的沿墻或沿屋架敷設(shè)，質(zhì)量大的埋地敷設(shè);

      ( 8) 重力管埋地敷設(shè)，壓力管沿墻或屋架敷設(shè);

      ( 9) 管線避讓管溝;

      ( 10) 電纜溝和室外排水溝應(yīng)避免交叉布置。

 

3 綜合管線設(shè)計

3． 1 室內(nèi)綜合管線設(shè)計

      由于各車輛段所涉及的專業(yè)及系統(tǒng)差異不大，下面以魚珠車輛段檢修主廠房室內(nèi)綜合管線設(shè)計( 地面車輛段) 和橫崗車輛段運(yùn)用庫室內(nèi)綜合管線設(shè)計( 物業(yè)開發(fā)、雙層車輛段) 來介紹車輛段室內(nèi)綜合管線設(shè)計。

3． 1． 1 魚珠車輛段檢修主廠房室內(nèi)綜合管線設(shè)計

3． 1． 1． 1 概況

      魚珠車輛段是廣州地鐵5 號線全線列車的運(yùn)用、停放、檢修基地。根據(jù)《廣州市軌道交通 2003 年至2010 年建設(shè)規(guī)劃》，魚珠車輛段將作為廣州市軌道交通線網(wǎng)直線電機(jī)( L 型) 車輛的廠架修基地承擔(dān) 4、5、6、7、14 號線車輛的廠修和架修任務(wù)，同時承擔(dān)本線車輛的定修及運(yùn)用維修任務(wù)，是國內(nèi)首座直線電機(jī)廠架修基地，也是目前國內(nèi)在建規(guī)模最大的地鐵車輛段之一。

3． 1． 1． 2 室內(nèi)綜合管線設(shè)計

      魚珠車輛段的檢修主廠房采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其室內(nèi)管線涉及通風(fēng)風(fēng)管、給水管、消防水管、低壓電纜管線、壓縮空氣管、生產(chǎn)排水管、壓力排水管、通信管線、電纜溝及消防栓等構(gòu)筑物。

3． 1． 1． 3 設(shè)計重點(diǎn)、難點(diǎn)及對策

      ( 1) 檢修主廠房內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)( 移車臺、架車機(jī)、轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤等) 較多，故壓力管線、低壓配電管線、通信管線等盡量沿墻或沿網(wǎng)架敷設(shè);

      ( 2) 檢修主廠房內(nèi)起重機(jī)較多，給水管、消防水管、壓縮空氣管等均設(shè)置于牛腿以下空間，并注意繞避起重機(jī)爬梯;

      ( 3) 檢修主廠房的大庫內(nèi)墻體較少，給水管、消防水管、壓縮空氣管敷設(shè)時的吊架固定于吊車梁預(yù)留孔的位置，如圖1 所示;

 

 

      ( 4) 檢修主廠房的大庫內(nèi)墻體較少，各支管與消防栓、配電箱或電風(fēng)扇交叉較多，設(shè)計時支管沿柱正面敷設(shè)，消防栓、配電箱或電風(fēng)扇沿柱側(cè)面敷設(shè)。

3． 1． 2 橫崗車輛段運(yùn)用庫室內(nèi)綜合管線設(shè)計

3． 1． 2． 1 概況

      橫崗車輛段是深圳市地鐵 3 號線唯一的車輛檢修基地，除承擔(dān)本線車輛的運(yùn)用、檢修外，還承擔(dān)相鄰線 B 型車的廠修、架修任務(wù)。橫崗車輛段為亞洲首座地面雙層車輛段( 日本有3 座地下雙層停車場) ，為國內(nèi)首座首個集上蓋綜合物業(yè)開發(fā)、采用 DC1500V 接觸軌供電的地鐵車輛段。

3． 1． 2． 2 室內(nèi)綜合管線設(shè)計

      橫崗車輛段運(yùn)用庫為雙層車庫，其室內(nèi)管線涉及通風(fēng)風(fēng)管、給水管、消防水管、低壓電纜管線、壓縮空氣管、生產(chǎn)排水管、壓力排水管、通信管線、電纜溝及消防栓等構(gòu)筑物。

3． 1． 2． 3 設(shè)計重點(diǎn)、難點(diǎn)及對策

      相對于魚珠車輛段檢修主廠房室內(nèi)綜合管線，橫崗車輛段運(yùn)用庫室內(nèi)綜合管線主要有以下重點(diǎn)難點(diǎn):

      ( 1) 運(yùn)用庫一層的供電電纜溝與整體道床基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)柱和基礎(chǔ)交叉，最后與建筑協(xié)調(diào)供電電纜溝采用特殊設(shè)計的方式，以避讓整體道床基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)柱和基礎(chǔ)，如圖2 所示;

 

 

      ( 2) 運(yùn)用庫一層、二層與邊跨房屋之間的過道處消防通道、空調(diào)冷凝水管、空調(diào)回水管、空調(diào)供水管、空調(diào)風(fēng)管、弱電管線與混凝土通風(fēng)風(fēng)道、結(jié)構(gòu)橫梁存在交叉，最后與各專業(yè)協(xié)調(diào)，所有管線充分避讓混凝土通風(fēng)風(fēng)道、結(jié)構(gòu)橫梁，同時對混凝土通風(fēng)風(fēng)道、結(jié)構(gòu)橫梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，減小其截面，如圖3 所示;

 

 

      ( 3) 運(yùn)用庫一層、二層的低壓配電管線與結(jié)構(gòu)縱梁交叉，經(jīng)與低壓配電專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)調(diào)，最后低壓配電管線繞避結(jié)構(gòu)縱梁，同時優(yōu)化結(jié)構(gòu)縱梁的截面尺寸;

      ( 4) 運(yùn)用庫二層的信號管線、供電管線與通風(fēng)風(fēng)管、結(jié)構(gòu)縱梁交叉，最后與信號專業(yè)、供電專業(yè)、通風(fēng)空調(diào)專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)調(diào)，其最后管線布置如下:

      信號管線沿一層屋頂板面以下、在橫梁高度范圍內(nèi)采用吊架的方式敷設(shè)，在二層設(shè)置信號機(jī)位置的附近由結(jié)構(gòu)預(yù)埋鋼管，以供信號管線通過，如圖4 所示;

      由結(jié)構(gòu)專業(yè)在供電管線一層至二層中間通道的夾層處預(yù)留孔洞，供電管線沿二層中間通道下的夾層采用支架敷設(shè)的方式，將供電管線引至隔離開關(guān)控制柜的位置，如圖5 所示;

      通風(fēng)風(fēng)管設(shè)置于結(jié)構(gòu)橫梁以下，縱向布置，在運(yùn)用庫設(shè)置4 處混凝土風(fēng)道，有混凝土風(fēng)道處結(jié)構(gòu)縱梁采用特殊設(shè)計。

 

 

 

 

3． 2 室外綜合管線設(shè)計

      室外綜合管線設(shè)計是車輛段綜合管線設(shè)計的重點(diǎn)、難點(diǎn)，是綜合管線設(shè)計成功與否的關(guān)鍵，下面以魚珠車輛段和橫崗車輛段室外綜合管線設(shè)計來介紹車輛段室外綜合管線設(shè)計。

3． 2． 1 魚珠車輛段室外綜合管線

3． 2． 1． 1 概況

      魚珠車輛段室外管線涉及庫前截水溝、站場排水管、站場排水溝、35 kV 供電電纜溝、35 kV 供電管線、110 kV 供電管線、均回流電纜管線、接觸軌、接觸網(wǎng)、壓縮空氣管、通信管線、信號管線、FAS/BAS 管線、低壓管線、給水管、消防水管、生產(chǎn)廢水管、生活污水管、屋面排水管、電纜溝排水管、自動噴淋給水管、散水排水管、地下室壓力排水管、煤氣管等管線或管溝或構(gòu)筑物。

3． 2． 1． 2 室外綜合管線設(shè)計難點(diǎn)及對策

      室外綜合管線設(shè)計歷來是車輛段施工圖設(shè)計的難點(diǎn)，是車輛段設(shè)計的“卡脖子”工程。魚珠車輛段室外綜合管線設(shè)計存在以下難點(diǎn):

      ( 1) 用地緊張，管線交叉多; 設(shè)計時充分地利用平面和空間資源，單張節(jié)點(diǎn)圖上的節(jié)點(diǎn)最多達(dá)到136 個，單個斷面圖上管線數(shù)量及種類均較多;

      ( 2) 重力管道走行距離長( 生活污水管，約 1 000m) ，埋深較大( 生活污水管，最深約 6 m) ; 設(shè)計時考慮在污水處理站設(shè)置生活污水提升泵井，減少其埋深，增大了生活污水管市政接駁的靈活性;

      ( 3) 供電電纜多，受總圖布置及用地影響，電纜溝較長( 總長約 1 750 m) 、較多、較深、較寬，且不能與站場排水溝、排水管交叉; 設(shè)計時將供電電纜溝平行于試車線布置，以及盡量設(shè)置于主干道的一側(cè)，避免了穿越股道區(qū)，且便于區(qū)域內(nèi)的排水組織;

      ( 4) 跨越河涌管線較多，對橋涵設(shè)計有較大影響; 設(shè)計時充分利用橋兩側(cè)人行道的空間設(shè)置淺式電纜溝，供各管線敷設(shè)，如圖 6 所示;

 

 

      ( 5) 車輛段場坪排水采用排水管方式排水，排水管較長，管徑大( 最大直徑 1 200 mm) ，埋深較大;設(shè)計時考慮排水管與河涌接駁處的管底標(biāo)高按常水位控制，管頂標(biāo)高按 50 年洪水位控制，埋地敷設(shè)起點(diǎn)處按敷土 400 mm 考慮。

3． 2． 2 橫崗車輛段室外綜合管線

3． 2． 2． 1 概況

      橫崗車輛段室外綜合管線涉及站場排水溝、站場排水管、35 kV 供電電纜溝、35 kV 供電電纜隧道、35 kV供電管線、接觸軌、壓縮空氣管、弱電管線( 通信、FAS/BAS 等管線) 、信號管線、低壓管線、給水管、消防水管、生產(chǎn)廢水管、生活污水管、雨水排水管、中水給水管、電纜溝排水管、空調(diào)冷凝水管、空調(diào)回水管、空調(diào)供水管、燃?xì)夤�、洗車機(jī)管線等管線或管溝或構(gòu)筑物。

3． 2． 2． 2 室外綜合管線設(shè)計難點(diǎn)及對策

      相對于魚珠車輛段室外綜合管線設(shè)計，橫崗車輛段室外綜合管線設(shè)計時主要有以下難點(diǎn):

      ( 1) 由于橫崗車輛段考慮上蓋綜合物業(yè)開發(fā)，故室外管線就類似室內(nèi)綜合管線了，但室外管線又有其特殊性———各管線均應(yīng)避讓柱基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和橫縱梁; 設(shè)計時盡量將各管線設(shè)置于橫縱梁以上，而重力管( 排水管) 則采用降標(biāo)高的處理方法，使其盡量敷設(shè)在橫縱梁以下，如圖7 所示。

 

 

      ( 2) 由于橫崗車輛段考慮上蓋綜合物業(yè)開發(fā)，運(yùn)用庫、檢修主廠房及調(diào)機(jī)工程車庫的咽喉區(qū)均設(shè)置支撐上部結(jié)構(gòu)的剪力墻，剪力墻下部則是承臺和樁基礎(chǔ)，故相對于其它車輛段而言，股道與剪力墻之間可利用的凈距就較小，管線布置難度大。設(shè)計時考慮各管線盡量以吊架形式敷設(shè)，而對于電纜溝、站場排水溝等則采用特殊設(shè)計的方式來處理: 電纜溝通過軌行區(qū)時采用電纜隧道的形式通過，而站場排水溝特殊設(shè)計后其兩側(cè)結(jié)構(gòu)寬度和溝底結(jié)構(gòu)大為減少，如圖8 所示。

 

 

      ( 3) 受周邊地形限制，橫崗車輛段運(yùn)用庫尾部設(shè)置了公路涵洞一處，考慮作為消防通道使用，同時兼顧車輛段內(nèi)的雨水排放功能。設(shè)計時在公路涵洞兩側(cè)設(shè)置排水溝，同時按間隔 50 m 左右設(shè)置集水井，便于場坪的水經(jīng)站場排水溝引至涵洞內(nèi)的排水溝，最后與市政排水管網(wǎng)接駁，如圖 9 所示。

 

 

4 綜合管線設(shè)計的建議

      ( 1) 車輛段初步設(shè)計時就應(yīng)對室外綜合管線、室內(nèi)綜合管線統(tǒng)籌規(guī)劃，以指導(dǎo)各系統(tǒng)專業(yè)及車輛段風(fēng)、水、電、站場等專業(yè)的管線施工圖設(shè)計，減少工作的重復(fù)，縮短工期;

      ( 2) 車輛段內(nèi)軌行區(qū)設(shè)置站場排水溝，其它區(qū)域設(shè)置排水管( 盲管等) ，以便于在不影響排水效果的基礎(chǔ)上減少管線交叉，利于管線檢修，同時又使車輛段更加美觀;

      ( 3) 車輛段內(nèi)所有電纜溝、電纜井均考慮設(shè)置排水設(shè)施( 困難條件下，個別弱電電纜井可不考慮) ，以有效解決電纜溝積水問題;

      ( 4) 加大綜合管線設(shè)計人員( 通常，車輛段綜合管線由工藝專業(yè)負(fù)責(zé)) 對其它專業(yè)( 車輛、站場、路基、橋涵、軌道、通信、信號、FAS/BAS、氣體滅火、主控、供電、接觸軌、接觸網(wǎng)、供電車間、主變、建筑、結(jié)構(gòu)、低壓配電、通風(fēng)空調(diào)、給排水及消防、AFC、限界、門禁等二十幾個專業(yè)) 知識的培訓(xùn)力度，以提高綜合管線設(shè)計人員的綜合能力;

      ( 5) 綜合管線設(shè)計前，設(shè)計人員應(yīng)掌握各專業(yè)管線設(shè)置的目的;

      ( 6) 綜合管線設(shè)計前，設(shè)計人員應(yīng)協(xié)調(diào)好各專業(yè)間( 包括土建、工藝、機(jī)電及系統(tǒng)專業(yè)) 的設(shè)計分工并明確設(shè)計界面。

 

5 采用反推法進(jìn)行綜合管線設(shè)計

      目前，幾乎所有車輛段施工圖的設(shè)計工期都比較短，而通常綜合管線是在各專業(yè)完成施工圖后才能正式開展工作，故每次綜合管線設(shè)計的工期都非常短，通常只有1 ～2 個月; 而綜合管線則是最后設(shè)計最先施工，所以其設(shè)計壓力是通常是比較大的。筆者首次提出反推法來開展綜合管線設(shè)計，以縮短設(shè)計周期。

      ( 1) 找出室內(nèi)管線、室外管線的設(shè)計瓶頸;

      ( 2) 了解各專業(yè)管線與其它管線的間距要求，包括平面距離和垂直距離;

      ( 3) 了解各專業(yè)管線的坡度要求;

      ( 4) 了解各專業(yè)管線的敷土深度要求;

      ( 5) 了解各專業(yè)管線的市政接駁關(guān)系及控制標(biāo)高;

      ( 6) 了解各專業(yè)管線的規(guī)格、數(shù)量及類型;

      ( 7) 了解各專業(yè)管線的設(shè)置目的;

      ( 8) 了解土建及各專業(yè)管線的施工工法和施工順序。

      采用反推法進(jìn)行綜合管線設(shè)計的步驟如下:

      ( 1) 通過關(guān)鍵點(diǎn)的了解和掌握，初步布置出綜合管線平面布置圖，提出須協(xié)調(diào)的有關(guān)問題；

      ( 2) 安排所有相關(guān)專業(yè)對初步的綜合管線平面圖進(jìn)行集審，對有關(guān)問題進(jìn)行協(xié)調(diào);

      ( 3) 根據(jù)集審意見對綜合管線平面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計;

      ( 4) 根據(jù)各專業(yè)提出的有關(guān)要求，進(jìn)行綜合管線斷面、節(jié)點(diǎn)圖設(shè)計，期間對出現(xiàn)的有關(guān)問題與相關(guān)專業(yè)進(jìn)行實(shí)時溝通，由綜合管線設(shè)計人員對各專業(yè)管線的標(biāo)高、埋深、間距及防護(hù)要求等進(jìn)行設(shè)計;

      ( 5) 開放綜合管線正式的平面圖、斷面圖、節(jié)點(diǎn)圖，供相關(guān)專業(yè)確認(rèn)。

      在上述的步驟中，最重要的步驟為第二步及第四步，對設(shè)計人員綜合能力要求最高的為第四步。

 

6 結(jié)論

      通過地面車輛段、雙層車輛段綜合管線設(shè)計的歸納總結(jié)，推出利用反推法來進(jìn)行綜合管線設(shè)計，對以后地鐵車輛段綜合管線設(shè)計提供參考，起到了指導(dǎo)性作用。在目前車輛段工期比較短的情況，可將綜合管線的設(shè)計工期由原來的 3 個月縮短至 1．5 個月以內(nèi)( 縮短50%) ，為車輛段的土建設(shè)計節(jié)省了時間，同時又節(jié)約了設(shè)計單位的人力資源，但用此方法對設(shè)計人員的綜合能力要求很高，設(shè)計單位需加大設(shè)計人員綜合能力的培養(yǎng)力度。