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摘 要：随着城市轨道交通的高速发展，越来越多的城市即將迈入大修更新改造时期，上海地铁历时30多年的发展，已形成了超大规模网络运营，路网半数设备从年限和技术标准上都到了不得不改造的阶段。围绕日益爆发的高峰时段客流拥挤、运力不足问题，上海地铁在进一步挖潜提质增效的工作中，聚焦了车辆基地出入库能力改造，也是上海地铁大修更新改造初期形成的设备大修同步实现运能提升的策划模式。本文重点聚焦上海地铁既有车辆基地ATC改造的研究，从车辆基地改造的需求分析，改造工程的难点攻克和ATC车辆基地的生产模式转变三个方面进行分析，从而拓宽车辆基地改造的研究范围，全面提出相关改造建议，最终指导既有车辆基地更新改造。
关键词：既有车辆基地ATC改造;需求分析;难点攻克;生产模式转变
中图分类号：U239.5 文献标识码：A
0 引言
随着上海地铁步入超大规模网络运营阶段，早期建成的线路不得不承担着高负荷的运营任务，网络化大客流已成为了常态。上海地铁作为连接长三角一体化发展对外交通枢纽的重要窗口，其客流增长趋势较为明显，同时上海作为国际化大都市，不断承担、举办着国家级重大会展活动，因此对于轨道交通的出行保障、乘客服务、行车密度提出了更高的要求和挑战。巨大运营压力下，随之而来的延长运营、进一步增能和提升列车运行的准点率等工作，与日常运维管理矛盾和不匹配显得越来越突出。本文围绕“高品质”运营保障下，分析既有车辆基地ATC改造的需求和改造的难点，形成改造对策为后续既有车辆基地ATC改造提供借鉴。
1 上海地铁车辆基地现状和服务水平
随着上海地铁网络规模的快速扩张，设施设备数量也在迅速增长。截止至2021年底，路网共有运营线路18条，运营里程816公里，路网配属列车为930列/5 651辆，早高峰最大用车数达749列/4 597辆，承接各线路配属列车停放的车辆基地数量28座。围绕车辆基地支撑日常运营保障的角度，综合评估对运营影响的重要性，归纳车辆基地能力评价主要表现为停车能力、出入库能力、检修配套和智慧化程度。
1.1 停车能力
车辆基地停车能力主要表现为满额停车能力、实际停放能力和具备发车能力的列位数。其中满额停车能力为车辆基地理论的停车列位数，包含停车列位、检修列位、静调线、吹扫线等;实际停放能力为依据上海各车辆基地服务线路的数量和生产任务的压力，基于一场一线的车场预留1列位空闲，一场多线的车场以及架大修资源车场预留3列位空闲的原则，用于电客列车停放的停车列位数;具备发车能力的列位数为停车列位具备信号条件和位置，满足列车一次性调车至总出发信号机或直接出库。
1.2 出库能力
车辆基地出库能力为两列车位于车辆基地最恶劣的位置间隔下，基于出库方向办理进路的单线发车能力间隔。发车能力主要与信号系统设计密切相关，上海地铁现状车辆基地目前可分为三类：列车联锁进路出库、列调结合方式出库和ATC模式出库。其中ATC模式出库在效率和安全方面都达到了最优，是目前既有车辆基地改造和新线建设的主要方向。
1.3 检修配套
车辆基地的检修配套主要表现为车辆基地设计和工艺设施设备，其中车辆基地设计主要包含生产区和生活区划分、停车库、检修库（双周、双月检库、定修库、架修、大修库）、生活设施（DCC、信号楼、司机公寓等）、试车线;工艺设施设备主要包含不落轮镟床、洗车机、架车机、悬臂吊等。
1.4 智慧化程度
车辆基地智慧化程度主要表现为自动化派班、列车综合自检、列车唤醒/休眠、综合监控的应用、多专业的一体化管理、自动收发车等功能。上海地铁目前车辆基地智慧建设程度仅基于全自动驾驶场景下的功能实现，缺乏对于场段生产管理、信息化业务共享、各专业设备监控、施工资源管理等多方面的智能化联动建设，因此大部分车辆基地仍存在作业复杂且繁琐，自动化、智能化程度低，作业计划依靠人工等问题。
2 车辆基地改造需求分析
2.1 出库能力提升需求分析
根据上海地铁目前高峰时段客流出行特征，路网半数以上线路高峰满载率超过或接近100%，因此增能研究工作刻不容缓。为匹配路网高密度行车和延长运营需求，车辆基地早高峰发车能力与满足夜间维修天窗时间的冲突问题显得尤为明显。首先车辆基地夜间检修维护作业涉及多个专业，并且
车辆日检任务较重，同时还是存在动车调试、停电等检修工作，因此夜间维修天窗时间需保证4小时。其次路网内多条线路的延长运营带来最后一列回库列车普遍需次日1：00以后回到车辆基地。最后为保证次日早高峰前运营列车全部完成出库，巡道列车需在5点前出库。为解决延长运营、大量检修任务及高密度行车之间的联锁矛盾，提升车辆基地出库能力，压缩早高峰车辆基地出车时间，满足各方面需求。
2.2 车辆基地自动化防护提升需求分析
车辆基地相比正线主要表现为场内股道和道岔较多、调车作业频繁以及大量的试车、洗车等作业，并且工程车、检测车及人工作业的穿插造成车辆基地平行作业场景复杂，依靠人为管理和控制，车辆基地时有发生冒进信号、异物侵限、挤岔脱轨、冲撞车挡等安全事故。因此，通过技术手段提升车辆基地自动化防护能力，从而更安全、更可靠地实现平行作业、多专业穿插施工等模式，提升车辆基地作业效率。
参照全自动驾驶线路车辆基地建设，对标既有车辆基地ATC改造，深入分析防护提升需求，存在以下车辆基地安全改善：
（1）车辆基地设置无人区（自动化区），非施工及接发车时段，禁止人员进出，避免造成人车冲突。（2）自动化区的部分调车进路作业可由列车进路取代，列车股道调转具备ATC防护。（3）设置SPKS封区保护、隔离栏及门禁等相关防护措施，避免人工作业情况下列车自动行驶。（4）车载信号状态的提前检测，在车场内可及时发现定位情况、通信情况，并增加远程检修手段。 2.3 车场一体化管理需求分析
随着车辆数和运能需求的极速提升，对车场的业务作业能力也有了更高的要求，车辆基地作为一个类似控制中心的存在，主要具有包括车场运营生产组织、行车组织、检修施工管理及生活区管理的业务，原有的管理方式已经不能满足目前车场的生产需求，尤其在列车派班管理、车场资源统筹、专业联动影响等一体化管理需求待进一步完善和提升。
（1）列车派班管理：列车检修计划匹配车辆基地出入库计划。（2）车场资源统筹：车场资源碎片化且可视化，提升作业点申请效率。（3）专业联动影响：如车辆基地供电设备对车辆启动和发车的影响、对检修和调车作业的影响等。
3 改造难点的分析和建议
结合既有线路延时运营需要，为满足夜间维护保障窗口时间需求，须进一步提升部分线路车场的发车效率，对车场出库模式进行改造提升。目前上海地铁已启动多个既有车辆基地ATC改造工作，其中7号线陈太路基地作为上海地铁首个单独完成车辆基地ATC改造的工程，期间从设计到实施，最后直至割接投运面临诸多改造难点。
3.1 车库轨道长度无法满足ATP/ATO回库对位停车
既有车辆基地由于早期建设，建设用地考虑有限，不同于ATC车辆基地的用地需求。其中早期建设的停车列检库停车点至车挡（不含车挡长度）距离无法满足不小于15米，以及双列位的停车列检库A股停车点至B股停车点距离无法满足不小于远期最大列车长度加20 m。因此改造时期，信号系统计算安全防护距离时无法满足自动驾驶对位停车的安全防护余量，造成列车自动回库停车后会距离停车点一段距离，需采用人工驾驶列车RMF对位停车。
对策与建议：
（1）工程项目规划初期，充分勘探车场轨道延伸条件，研究轨道延长可能。（2）聚焦车挡改造，早期建设的车库一般采用月牙式车挡，其设计为防撞3 km/h，且无法停止在额定速度撞击下的列车，易造成车辆脱轨;车辆撞击时，车轮前部的车辆车架下的部件均会受到损坏。可采用液压缓冲车挡，省安装空间的同时，其设计为防撞5 km/h。基于上述变化，轨道专业提资信号系统设计，适当进行防护距离缩小的设计。
3.2 全面对道岔轨道绝缘是否侵限进行判定
既有车辆基地早期建设时，依据地铁设计标准“按照绝缘节距离警冲标小于3.5 m时候即可判定为非限绝缘”，然而在ATC车辆基地改造中，ATC系统防护的设计要求判定是否侵限需根据车辆提资的外悬量加车钩长度，再加上倒溜防护距离1 m，绝缘节距警冲标距离需大于该数值即可判定为非侵限绝缘，否则侵限绝缘，需进行相应的联锁防护设计，大大降低列车出库效率。如上海地铁7号线，车辆外悬挂4.12 m，倒溜防护1 m，因此小于5.12 m即判定为侵限绝缘。
对策与建议：
工程项目规划初期，应充分考虑既有车辆基地侵限绝缘整改的费用，开展系统设计前完成相应的绝缘节整改，必要时进行轨道更换。
3.3 库内SPKS物理隔离栏布置和安装较难
（1）SPKS物理隔离围栏影响消防设施和分区。SPKS物理隔离区域按既有车场结构柱划分后形成多个封闭区域，原消防栓箱只能满足当前封锁区域，严重影响了原消防设施覆盖范围，且围栏高度过高，对辅房消防设施要求造成影响。
（2）SPKS物理隔离围栏影响作业通道。既有车辆基地改造项目均针对老库进行改造，因土建限制，普遍存在围栏安装在保证限界前提下，辅房侧围栏安装后将导致过道变窄，影响人员出入和货物运输。尤其对日常作业和管理造成严重影响，如作业登记要点、司机登乘以及工具运输等。
（3）容易遗漏ATC车场SPKS的门禁系统设计。既有车辆基地改造初期缺乏对门禁系统设计考虑，主要表现为门禁系统是否接入车辆基地门禁网络，或是独立组网建設门禁系统。
对策与建议：
（1）工程项目规划初期，若有条件对车场消防设施、管道等进行一并改造，并建设地下作业通道，满足物理隔离围栏安装同时解决日常作业影响问题。
（2）库内每个SPKS分区以不同颜色区分及在防护末端设置相应颜色的标识牌，信号系统在库内范围设置25 km/h永久限速，以出库信号机为边界，列车越过出库信号机后释放限速，出库能力相对降低，总体可满足单线出库120 s要求。
4 结论
在运能运量矛盾不断突出的阶段，提升高密度行车能力和高品质运营质量，是各城市地铁不得不面对的问题。本文聚焦既有车辆基地ATC改造研究，分析上海地铁现状，通过全面提升出库能力，解决延长运营、维修天窗不足、增能无法保障等问题。其次从设施设备改造入手，基于系统能力提升同时考虑智慧化建设，深入分析车辆基地改造需求，以信号系统能力提升为主线，同步考虑专业配套和智慧化管理建设。最后通过上海地铁7号线既有车辆基地ATC改造的经历，总结车辆基地改造的难点，包括土建条件受限、设计标准落后、系统防护保守等改造难点，并从工程规划考虑、关联专业研究以及改造实施过程三个方面提出了对策与建议，为后续轨道交通既有车辆基地ATC改造提供参考。
参考文献
[1]李得伟，韩宝明，鲁放.城市轨道交通网络瓶颈分析[J].城市轨道交通研究，2011（5）：49-54.
[2]朱沪生，洪海珠，丁建中.城市轨道交通车辆基地出入段扩能方法研究[J].城市轨道交通研究，2011（4）：17-21.
[3]胡鹏，肖宝弟.城市轨道交通车辆基地运营管理系统的研究[J].铁道运输与经济，2019（10）：114-118.
[4]GB50157-2013，地铁设计规范[S].2013.
[5]傅国欣.地铁列车自动运行（ATO）系统与列车控制系统（TMS）的接口[J].城市轨道交通研究，2014（1）：117-121.
关键词：既有车辆基地ATC改造;需求分析;难点攻克;生产模式转变
中图分类号：U239.5 文献标识码：A
0 引言
随着上海地铁步入超大规模网络运营阶段，早期建成的线路不得不承担着高负荷的运营任务，网络化大客流已成为了常态。上海地铁作为连接长三角一体化发展对外交通枢纽的重要窗口，其客流增长趋势较为明显，同时上海作为国际化大都市，不断承担、举办着国家级重大会展活动，因此对于轨道交通的出行保障、乘客服务、行车密度提出了更高的要求和挑战。巨大运营压力下，随之而来的延长运营、进一步增能和提升列车运行的准点率等工作，与日常运维管理矛盾和不匹配显得越来越突出。本文围绕“高品质”运营保障下，分析既有车辆基地ATC改造的需求和改造的难点，形成改造对策为后续既有车辆基地ATC改造提供借鉴。
1 上海地铁车辆基地现状和服务水平
随着上海地铁网络规模的快速扩张，设施设备数量也在迅速增长。截止至2021年底，路网共有运营线路18条，运营里程816公里，路网配属列车为930列/5 651辆，早高峰最大用车数达749列/4 597辆，承接各线路配属列车停放的车辆基地数量28座。围绕车辆基地支撑日常运营保障的角度，综合评估对运营影响的重要性，归纳车辆基地能力评价主要表现为停车能力、出入库能力、检修配套和智慧化程度。
1.1 停车能力
车辆基地停车能力主要表现为满额停车能力、实际停放能力和具备发车能力的列位数。其中满额停车能力为车辆基地理论的停车列位数，包含停车列位、检修列位、静调线、吹扫线等;实际停放能力为依据上海各车辆基地服务线路的数量和生产任务的压力，基于一场一线的车场预留1列位空闲，一场多线的车场以及架大修资源车场预留3列位空闲的原则，用于电客列车停放的停车列位数;具备发车能力的列位数为停车列位具备信号条件和位置，满足列车一次性调车至总出发信号机或直接出库。
1.2 出库能力
车辆基地出库能力为两列车位于车辆基地最恶劣的位置间隔下，基于出库方向办理进路的单线发车能力间隔。发车能力主要与信号系统设计密切相关，上海地铁现状车辆基地目前可分为三类：列车联锁进路出库、列调结合方式出库和ATC模式出库。其中ATC模式出库在效率和安全方面都达到了最优，是目前既有车辆基地改造和新线建设的主要方向。
1.3 检修配套
车辆基地的检修配套主要表现为车辆基地设计和工艺设施设备，其中车辆基地设计主要包含生产区和生活区划分、停车库、检修库（双周、双月检库、定修库、架修、大修库）、生活设施（DCC、信号楼、司机公寓等）、试车线;工艺设施设备主要包含不落轮镟床、洗车机、架车机、悬臂吊等。
1.4 智慧化程度
车辆基地智慧化程度主要表现为自动化派班、列车综合自检、列车唤醒/休眠、综合监控的应用、多专业的一体化管理、自动收发车等功能。上海地铁目前车辆基地智慧建设程度仅基于全自动驾驶场景下的功能实现，缺乏对于场段生产管理、信息化业务共享、各专业设备监控、施工资源管理等多方面的智能化联动建设，因此大部分车辆基地仍存在作业复杂且繁琐，自动化、智能化程度低，作业计划依靠人工等问题。
2 车辆基地改造需求分析
2.1 出库能力提升需求分析
根据上海地铁目前高峰时段客流出行特征，路网半数以上线路高峰满载率超过或接近100%，因此增能研究工作刻不容缓。为匹配路网高密度行车和延长运营需求，车辆基地早高峰发车能力与满足夜间维修天窗时间的冲突问题显得尤为明显。首先车辆基地夜间检修维护作业涉及多个专业，并且
车辆日检任务较重，同时还是存在动车调试、停电等检修工作，因此夜间维修天窗时间需保证4小时。其次路网内多条线路的延长运营带来最后一列回库列车普遍需次日1：00以后回到车辆基地。最后为保证次日早高峰前运营列车全部完成出库，巡道列车需在5点前出库。为解决延长运营、大量检修任务及高密度行车之间的联锁矛盾，提升车辆基地出库能力，压缩早高峰车辆基地出车时间，满足各方面需求。
2.2 车辆基地自动化防护提升需求分析
车辆基地相比正线主要表现为场内股道和道岔较多、调车作业频繁以及大量的试车、洗车等作业，并且工程车、检测车及人工作业的穿插造成车辆基地平行作业场景复杂，依靠人为管理和控制，车辆基地时有发生冒进信号、异物侵限、挤岔脱轨、冲撞车挡等安全事故。因此，通过技术手段提升车辆基地自动化防护能力，从而更安全、更可靠地实现平行作业、多专业穿插施工等模式，提升车辆基地作业效率。
参照全自动驾驶线路车辆基地建设，对标既有车辆基地ATC改造，深入分析防护提升需求，存在以下车辆基地安全改善：
（1）车辆基地设置无人区（自动化区），非施工及接发车时段，禁止人员进出，避免造成人车冲突。（2）自动化区的部分调车进路作业可由列车进路取代，列车股道调转具备ATC防护。（3）设置SPKS封区保护、隔离栏及门禁等相关防护措施，避免人工作业情况下列车自动行驶。（4）车载信号状态的提前检测，在车场内可及时发现定位情况、通信情况，并增加远程检修手段。 2.3 车场一体化管理需求分析
随着车辆数和运能需求的极速提升，对车场的业务作业能力也有了更高的要求，车辆基地作为一个类似控制中心的存在，主要具有包括车场运营生产组织、行车组织、检修施工管理及生活区管理的业务，原有的管理方式已经不能满足目前车场的生产需求，尤其在列车派班管理、车场资源统筹、专业联动影响等一体化管理需求待进一步完善和提升。
（1）列车派班管理：列车检修计划匹配车辆基地出入库计划。（2）车场资源统筹：车场资源碎片化且可视化，提升作业点申请效率。（3）专业联动影响：如车辆基地供电设备对车辆启动和发车的影响、对检修和调车作业的影响等。
3 改造难点的分析和建议
结合既有线路延时运营需要，为满足夜间维护保障窗口时间需求，须进一步提升部分线路车场的发车效率，对车场出库模式进行改造提升。目前上海地铁已启动多个既有车辆基地ATC改造工作，其中7号线陈太路基地作为上海地铁首个单独完成车辆基地ATC改造的工程，期间从设计到实施，最后直至割接投运面临诸多改造难点。
3.1 车库轨道长度无法满足ATP/ATO回库对位停车
既有车辆基地由于早期建设，建设用地考虑有限，不同于ATC车辆基地的用地需求。其中早期建设的停车列检库停车点至车挡（不含车挡长度）距离无法满足不小于15米，以及双列位的停车列检库A股停车点至B股停车点距离无法满足不小于远期最大列车长度加20 m。因此改造时期，信号系统计算安全防护距离时无法满足自动驾驶对位停车的安全防护余量，造成列车自动回库停车后会距离停车点一段距离，需采用人工驾驶列车RMF对位停车。
对策与建议：
（1）工程项目规划初期，充分勘探车场轨道延伸条件，研究轨道延长可能。（2）聚焦车挡改造，早期建设的车库一般采用月牙式车挡，其设计为防撞3 km/h，且无法停止在额定速度撞击下的列车，易造成车辆脱轨;车辆撞击时，车轮前部的车辆车架下的部件均会受到损坏。可采用液压缓冲车挡，省安装空间的同时，其设计为防撞5 km/h。基于上述变化，轨道专业提资信号系统设计，适当进行防护距离缩小的设计。
3.2 全面对道岔轨道绝缘是否侵限进行判定
既有车辆基地早期建设时，依据地铁设计标准“按照绝缘节距离警冲标小于3.5 m时候即可判定为非限绝缘”，然而在ATC车辆基地改造中，ATC系统防护的设计要求判定是否侵限需根据车辆提资的外悬量加车钩长度，再加上倒溜防护距离1 m，绝缘节距警冲标距离需大于该数值即可判定为非侵限绝缘，否则侵限绝缘，需进行相应的联锁防护设计，大大降低列车出库效率。如上海地铁7号线，车辆外悬挂4.12 m，倒溜防护1 m，因此小于5.12 m即判定为侵限绝缘。
对策与建议：
工程项目规划初期，应充分考虑既有车辆基地侵限绝缘整改的费用，开展系统设计前完成相应的绝缘节整改，必要时进行轨道更换。
3.3 库内SPKS物理隔离栏布置和安装较难
（1）SPKS物理隔离围栏影响消防设施和分区。SPKS物理隔离区域按既有车场结构柱划分后形成多个封闭区域，原消防栓箱只能满足当前封锁区域，严重影响了原消防设施覆盖范围，且围栏高度过高，对辅房消防设施要求造成影响。
（2）SPKS物理隔离围栏影响作业通道。既有车辆基地改造项目均针对老库进行改造，因土建限制，普遍存在围栏安装在保证限界前提下，辅房侧围栏安装后将导致过道变窄，影响人员出入和货物运输。尤其对日常作业和管理造成严重影响，如作业登记要点、司机登乘以及工具运输等。
（3）容易遗漏ATC车场SPKS的门禁系统设计。既有车辆基地改造初期缺乏对门禁系统设计考虑，主要表现为门禁系统是否接入车辆基地门禁网络，或是独立组网建設门禁系统。
对策与建议：
（1）工程项目规划初期，若有条件对车场消防设施、管道等进行一并改造，并建设地下作业通道，满足物理隔离围栏安装同时解决日常作业影响问题。
（2）库内每个SPKS分区以不同颜色区分及在防护末端设置相应颜色的标识牌，信号系统在库内范围设置25 km/h永久限速，以出库信号机为边界，列车越过出库信号机后释放限速，出库能力相对降低，总体可满足单线出库120 s要求。
4 结论
在运能运量矛盾不断突出的阶段，提升高密度行车能力和高品质运营质量，是各城市地铁不得不面对的问题。本文聚焦既有车辆基地ATC改造研究，分析上海地铁现状，通过全面提升出库能力，解决延长运营、维修天窗不足、增能无法保障等问题。其次从设施设备改造入手，基于系统能力提升同时考虑智慧化建设，深入分析车辆基地改造需求，以信号系统能力提升为主线，同步考虑专业配套和智慧化管理建设。最后通过上海地铁7号线既有车辆基地ATC改造的经历，总结车辆基地改造的难点，包括土建条件受限、设计标准落后、系统防护保守等改造难点，并从工程规划考虑、关联专业研究以及改造实施过程三个方面提出了对策与建议，为后续轨道交通既有车辆基地ATC改造提供参考。
参考文献
[1]李得伟，韩宝明，鲁放.城市轨道交通网络瓶颈分析[J].城市轨道交通研究，2011（5）：49-54.
[2]朱沪生，洪海珠，丁建中.城市轨道交通车辆基地出入段扩能方法研究[J].城市轨道交通研究，2011（4）：17-21.
[3]胡鹏，肖宝弟.城市轨道交通车辆基地运营管理系统的研究[J].铁道运输与经济，2019（10）：114-118.
[4]GB50157-2013，地铁设计规范[S].2013.
[5]傅国欣.地铁列车自动运行（ATO）系统与列车控制系统（TMS）的接口[J].城市轨道交通研究，2014（1）：117-121.