严寒地区地铁车辆段洗车设施设计实践

韩秀辉

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 前言

洗车设施是地铁车辆段最常用的车辆运用整备设施之一，承担列车车体外表面灰尘、油污及其他污渍清洗的任务，其设计的合理性直接影响工程建设经济性以及后期运营效率。

随着地铁工程建设规模的扩大和对高效运营工作的需求不断提升，列车清洗技术由人工擦洗、高压水冲洗逐渐转为洗车机自动刷洗。洗车机分为固定式洗车机和移动式洗车机。相比于移动式洗车机，固定式洗车机更为功能齐全、稳定可靠、清洗效率高且效果好，在地铁建设过程中被广泛采用。

因固定式洗车机造价高、专业接口繁多、工艺流程复杂，在工程建设中统筹考虑相关设施设计显得至关重要。尤其是在严寒地区，气候特征对洗车设施设计提出了更高的要求。

目前，学者们对洗车设施的研究多数为针对洗车线布置形式或洗车机某一子系统设计方案及现场使用需求的单一问题进行分析研究[1-9]，而鲜有针对严寒地区气候特性的洗车设施整体设计研究。笔者结合哈尔滨地铁场段多年来项目设计经验，提出一种严寒地区地铁洗车设施设计方案，以期为类似气候条件下的洗车设施设计提供经验参考。

2 严寒地区洗车设施设计原则

哈尔滨位于东经125°42′～130°10′、北纬44°04′～46°40′之间。气候属中温带大陆性季风气候，冬长夏短，集中降雪期为每年11月至次年1月。冬季1月平均气温约-19℃，历年极端最低气温-38.1℃；夏季7月的平均气温约23℃，历年极端最高气温36.4℃。该地区所运营的地铁车辆技术参数如表1所示。

表1 车辆技术参数表

因所处地理位置的特殊气候特点，严寒地区与其他地区洗车设施有所不同，如在总平面内洗车线布置形式一般选择尽端式；洗车主库设为长库，边跨房屋结合主库洗车设备位置条件布置并设蒸汽分配室；在洗车工艺流程及设备布置方案方面，需考虑设定预热烘干环节以提升清洗效果等。

根据GB 50157-2013《地铁设计规范》的27.3.12 条要求[10]，车辆段应设机械洗车设施，设施包括洗车机、洗车线路和生产房屋。洗车设施设计原则有以下4 条：

（1）洗车线有效长按洗车设备前后各有1 列车长的长度设计；

（2）考虑到哈尔滨的气候寒冷，列车清洗作业区应设在库内；

（3）洗车库按挂网设计，洗车时列车自行进出库；

（4）洗车设备选型及布置满足严寒地区清洗工艺需求。

基于以上原则，下文将分别从洗车线路、生产房屋和洗车机3 个方面进行设计实践分析。

3 洗车线路布置

洗车线布置形式分为尽端式和贯通式。与尽端式洗车线相比，贯通式洗车线具有洗车时间及洗车间隔时间短、调车作业灵活的优势，在工程应用中更为常见。但考虑到东北地区寒冷，冬季室外温度低。贯通式洗车过程中库两端开敞，无法保证列车清洗作业温度，影响洗涤剂的作用效果，甚至易造成车体及部件遇冷水结冰而影响列车正常使用。故考虑采用尽端式洗车线路，在带预热烘干功能洗车机的尽端式封闭库库内进行洗车作业。

3.1 洗车线有效长

尽端式洗车线有效长应按下式计算确定[10]：

式（1）中：Ljs表示尽端式洗车线有效长度，m；2L表示洗车机设备前后各一列车长度，m；Ls表示洗车机长度（包括联锁设备），m；10 为线路终端安全距离，m。

一般洗车机（不含预热烘干设备、信号灯、停车标志牌等）设备区占用线路长度约70 m。按上式计算得，洗车线有效长为2×119+70+10=318 m。

3.2 总平面布置

综合考虑用地条件、总平面布置方案等因素，洗车线与镟轮线、停车列检线（2 列位/线）并列尽端式布置，如图1所示。

图1 车辆段总平面布置图

车辆段设施整体呈南北向布置，由北至南依次为洗车镟轮库、停车列检库、联合检修库、调机及工程车库。试车线紧邻南侧用地界，物资总库、蓄电池间等建筑位于联合检修库西侧，生活办公区建筑位于车辆段西南侧。

列车入段后，若需清洗，则直接进入洗车线，完成清洗作业后，通过入段线北侧的牵出线进入停车列检线或双周三月检线；若不需清洗，则直接进入停车列检线或双周三月检线。

4 生产房屋

生产房屋分为洗车主库及边跨辅助房屋。房屋的布局应考虑洗车工艺流程及洗车设备布置方案等因素。

4.1 洗车主库

4.1.1 主库布局分区

冬季天气寒冷，理想状态下的的洗车作业应在列车入库后、关闭库门并保温后再开始。但出于这种考虑而建设的洗车库长度在300 m 以上，不仅会导致工程前期建设投资大、后期运营采暖费用高，还会使洗车库与其他建筑单体不协调，影响总平面布置。

基于上述原因，考虑允许列车驶入洗车设备区前，部分车辆停留在库外。为减少列车在库前平交道的停留时间，并提升待清洗车体温度，需要使列车编组中尽可能多的车辆驶入库内。因此，在满足洗车机后线路长度需求的前提下，洗车机宜尽量靠库后设置。

列车清洗过程中采用入库预热清洗、库后沥水折返及烘干出库的方式。库前区为洗车机设备布置区，库后区为清洗后列车沥水折返区。

4.1.2 库长及库宽设计

洗车主库长度需考虑洗车机长度Ls、预热烘干机构长度Lh及列车长度L、线路终端安全距离10 m，另考虑库后人员通道宽度5 m，故洗车库长度不小于234 m（70 + 30 + 119 + 10 + 5）。

设计过程中原考虑将洗车镟轮库与停车列检库合建为运用组合库，在大库中间设消防通道。但应消防部门要求，洗车及镟轮设施为常用设施，若作业过程中大库发生火灾，正在作业的列车可能占用消防车道而影响消防救援，故将洗车及镟轮设施从大库中拆分出来。

因天气寒冷，镟轮作业也需在库内进行，并满足镟轮设备前后各一列车的要求。同时，为利于总平面建筑布局整体美观及集约用地，将洗车库与镟轮库合建，库长与停车列检库取齐，即为276 m（轴线尺寸，下同）。综合考虑股道两侧洗车机设备布置及维修空间、人员通行空间，库宽为9 m，洗车库平面布局如图2所示。

4.1.3 设备设施配置

洗车主库设有预热烘干机构、刷洗机构、淋雨试验机构、监控系统、信号灯及停车标志牌等。因列车清洗后驶入库后区停放时，车体表面的残留水滴落在有灰尘的地面会形成污渍，故在库后列车折返区股道两侧设排水沟，用于承接车体外皮滴落水，保证库后区地面效果。洗车库主库边墙设供暖设施，保证洗车库内温度不低于10℃的环境需求。

4.2 边跨辅助房屋

边跨辅助房屋含控制室、机械水处理间、蒸汽分配室、设备维修间及备品间等，边跨长90 m、宽6 m，边跨辅助房屋平面布局如图2所示，房屋布置遵循以下原则。

图2 洗车库平面布局图（单位：mm）

（1）控制室设控制台及电控柜，房间宜靠近库内端洗区与机械水处理间，便于工作人员通过观察窗瞭望端刷洗、侧刷洗等工位工作状态，并对各用电子系统设备进行供电。

（2）机械水处理间设供水及水处理设备、供气及供洗涤剂设备、沉淀过滤池及循环水池，房间宜布置在洗刷工位附近，便于缩短管路敷设路径并保证介质传递效率。

（3）蒸汽分配室设蒸汽减压阀、蒸汽分配罐及蒸汽管路，可对锅炉房提供的蒸汽进行调压并将蒸汽分配给主库内的热风幕，以供列车清洗前的预热及清洗后出库前的烘干，故房间位置宜靠近蒸汽源（锅炉房）及洗车库内预热、烘干工位（蒸汽热风幕区）。

基于严寒地区气候特性，下文将说明列车冬季清洗工艺流程、洗车设备布置方案及部分系统设计。

5 列车冬季清洗工艺流程

参照如图3所示的洗车机工位布置，洗车工艺流程分为如下所示的10 个步骤。

图3 洗车机工位立面示意图（单位：mm）

（1）列车根据库前信号灯指示入库，驶入风幕预热工位（N1～N6），用热风幕进行车体预热调温。

（2）列车驶入预热喷淋工位（PR1、PR2），用热水预湿喷淋机构继续调节车皮温度，并将列车车体外皮湿润，冲刷表面灰尘。

（3）列车驶入洗涤剂涂抹工位（BS1），洗涤剂涂抹机构将经过（用回用水）稀释后的洗涤剂喷淋到车体外表面上，提高车体外表面的湿润性，增强洗涤效果。

（4）列车驶入端洗工位（BE），根据指示信号停车，进行列车端面刷洗，端刷上行程为回用水（可选是否加入洗涤剂）除垢刷洗，下行程为清水刷洗。

（5）列车根据信号灯指示启动，驶入侧面初刷洗工位（BS2），用回用水进行列车侧面初刷洗，可选是否加入洗涤剂。

（6）列车驶入侧面次刷洗及侧顶弧刷洗工位（BS3、BR），用回用水进行列车侧面次刷及侧顶弧刷洗，不加入洗涤剂。

（7）列车驶入初冲洗工位（R1），用回用水或清水对车头端面、侧顶弧、车侧面进行喷淋冲洗，冲洗残留洗涤剂，防止其干结在车辆表面上。

（8）列车驶入侧面精刷洗工位（BS4），用清水进行列车侧面精刷洗。

（9）列车驶入终冲洗工位（R2），冲洗采用经电子软化处理的自来水，不需加入湿润剂，以防止残留水干结在窗户上。

（10）列车驶入库后沥水区静置一段时间后，折返通过热风幕区，吹扫烘干后出库。

6 洗车设备布置方案

设备布置需考虑以下因素：清洗流程顺畅、系统安全可靠、清洗效果优、造价合理。洗车机为贯通式设计，沿主库线路按工艺流程布置设备，边跨辅助房屋设备结合主库工位需求进行设计，设备由哈尔滨威克轨道交通技术开发有限公司制造，设备平面布置如图4所示，洗车机系统组成如表2所示。

表2 洗车机设备系统组成表 套

图4 洗车库设备平面布置图（单位：mm）

7 部分系统设计

洗车机各刷洗系统、水处理系统等与其他地区洗车机功能及组成类似，差异性不大。本节重点介绍预热烘干风幕系统、预冷/预热系统和淋雨试验系统设计。

7.1 预热烘干风幕系统

相比电热风幕和热水风幕，蒸汽风幕具有节能环保及制热效果好的优势，更适于严寒地区。故预热烘干风幕系统热媒采用蒸汽，由蒸汽分配室附近的锅炉房供汽。列车预热和烘干过程如下。

（1）预热过程。预热系统由2 个单元共6 组12 套预热风幕组成，分为低温预热单元和高温预热单元。低温预热单元由2 组低温风幕组成，负责缓冲车体表面低温；高温预热单元由4 组高温风幕组成，负责提高车体表面温度，为后续热水喷淋进一步预热提供条件，防止车窗玻璃直接遇热水炸裂。通过调整阀门开启程度，可控制风幕出口空气温度，保证清洗要求及效果。蒸汽与热交换系统原理如图5所示。

图5 蒸汽与热交换系统原理图

（2）烘干过程。烘干过程仍由热风幕实现，当冬季列车入库进行清洗作业时，经过上述的预热过程后进行刷洗、冲洗，清洗完成后到库内洗车区后端进行沥水，车辆折返出库时再次经过热风幕吹扫烘干。

7.2 预冷/预热系统

预冷/预热系统用于洗车前调节温度。冬季预热喷热水，由喷嘴喷出均匀、扇形的循环水水雾，以提升车体外表面的温度。系统设有2 组共4 套固定喷淋管，热水由机械水处理间的板式热交换器对分配罐蒸汽与循环水池冷水进行热交换而来，温度可控可调。夏季预冷喷冷水，以降低车体外表面的温度，使后面洗涤剂涂抹工位喷出的洗涤剂不至于挥发，增强洗涤效果。

7.3 淋雨试验系统

淋雨试验系统是用于检查列车水密封性能的配套设备。出于安全考虑，淋雨试验装置设置于端洗机构附近，与端洗机构一同置于洗车线接触网断电区域。淋雨试验采用列车断续移动方式进行。系统设有3 组固定喷淋管，并参照试验标准要求设计。试验用供排水设施借助于洗车库现有设施。

8 结语

洗车设施实现洗车作业的自动化，极大提升运营效率。完善的洗车设施方案设计不仅可以减少建设期间工程风险、节省投资，也能降低运营期间成本及设备故障率，确保工程的顺利实施并达到良好的使用效果。

本文所设计的洗车设施现已投入运营近1年，用户反馈运行情况良好，达到预期目的，但设计过程中存在以下3 点问题需要注意。

（1）洗车机招标滞后于施工图设计进度。因设备招标滞后，土建预留预埋需求难以与大库整体设计统筹考虑，设备招标后不得以结合现场已实施情况调整设备方案，如本设计实施过程中，洗车机招标后设计联络时，现场大库结构已部分施工，设备的部分预留预埋需求难以实现，导致洗车机及边跨不得已靠近库前端，难以后移，影响洗车效果。

（2）散热器与洗车机附属设备冲突。因冬季寒冷，为保证库内工作环境温度，洗车库墙边布置大量翅片散热器，但其与洗车机沿墙附属设备冲突，导致设备无法安装。经暖通专业重新核算采暖量，拆改现场已实施的5 处散热器，如图6所示。

图6 散热器拆改后效果

（3）风管与端刷机构冲突。因洗车库较长且封闭，根据规范要求，暖通专业沿梁下设置较长的大截面风管，但其占用端刷机构上导轨预埋件下方空间，如图7所示，造成设备制造商进场后无法安装端刷机构，经暖通专业重新核算，截断约10 m 风管。

图7 风管占用端刷上导轨下方空间

结合以上问题，针对大型设备土建及风水电接口复杂、难以进行包容性设计的特点，建议设计时提前与业主充分沟通，尽快完成设备招标及设计联络，稳定接口条件后完成设计，并力求与大库整体同步实施。同时，设计联络过程中，设计者应与设备制造商充分沟通设备技术要求并对相关专业提出全面要求，避免现场拆改。