基于系統(tǒng)修的城市軌道交通車輛檢修制度研究

沈國強，賀德強，劉旗揚，劉建仁

（1.廣西制造系統(tǒng)與先進制造技術(shù)重點實驗室（廣西大學(xué)機械工程學(xué)院），廣西南寧530042；2.南寧中車軌道交通裝備有限公司，廣西南寧530021）

綠色裝備技術(shù)

基于系統(tǒng)修的城市軌道交通車輛檢修制度研究

沈國強1，賀德強1，劉旗揚1，劉建仁2

（1.廣西制造系統(tǒng)與先進制造技術(shù)重點實驗室（廣西大學(xué)機械工程學(xué)院），廣西南寧530042；2.南寧中車軌道交通裝備有限公司，廣西南寧530021）

針對國內(nèi)現(xiàn)行城市軌道交通車輛檢修制度中存在的車輛投運率過低、車輛運營成本和維修成本過高等不足，提出一種基于系統(tǒng)修的檢修制度。該檢修制度以車輛零部件為最小檢修單元，將現(xiàn)行檢修制度中需要進行停庫檢修的雙周檢、季度檢、年檢等檢修項目的檢修內(nèi)容分配到24個不同的修程，修程內(nèi)容利用列車運營的“天窗期”進行檢修。通過計算分析表明，該系統(tǒng)修檢修模式能夠顯著減少車輛的扣修時間，提高車輛的投運率。

軌道交通車輛；檢修制度；修程；系統(tǒng)修

城市軌道交通車輛對運行安全、運行頻率以及準點率有較高的要求，車輛維修涉及到日常檢修、定修、架大修等級別，并根據(jù)各維修級別的不同安排，設(shè)計有不同的檢修制度。據(jù)統(tǒng)計，軌道交通車輛的維修成本占整個軌道交通維修成本的35%～40%.因此，研究車輛檢修制度，對確保車輛安全運營[1]，減少車輛段配屬車輛數(shù)量，降低運營成本和維修成本、延長車輛壽命具有重要的意義。國內(nèi)外學(xué)者對現(xiàn)有檢修制度進行了完善和改進，取得了許多有效的成果。如利用“均衡修”的檢修模式提高車輛投運率[2-4]；文獻[5]提出了延長檢修周期、建立狀態(tài)修與系統(tǒng)修相結(jié)合的檢修制度、故障部件采用專業(yè)化集中修、換檢修等車輛檢修制度改革；文獻[6]描述了日本電動車輛新的維修體系，提出將檢查周期相近的裝置、機器列為一組，以組為單位進行維修；文獻[7]提出最佳地安排列車自由窗，以便有足夠時間于用于定期維護以確保線路所需列車；文獻[8]提出一種以可靠性為中心的車輛檢修周期優(yōu)化模型，對車輛零部件的檢修周期進行優(yōu)化，降低了車輛檢修成本。

目前，國內(nèi)外軌道交通運營部門大多只是提出利用天窗期進行維修和對車輛檢修周期進行優(yōu)化，而基于詳細修程從而大幅減少扣修時間的研究相對較少。

本文提出基于系統(tǒng)修的檢修制度，將現(xiàn)行的雙周檢、三月檢、半年檢和年檢等檢修內(nèi)容均勻的分配至24個修程，達到真正不停庫檢修，充分利用“天窗期”時間進行檢修，提高車輛投運率，降低車輛運營和維修成本。

1 現(xiàn)行城市軌道交通車輛檢修制度分析

現(xiàn)有的城市軌道交通車輛維修制度，基本上依照鐵路維修經(jīng)驗對車輛等設(shè)備進行定期的預(yù)防性維修[9]，包括日檢、雙周檢、三月檢、半年檢、年檢、架修和大修等，日常維修只能在列車退出每日運營后進行。

1.1 城市軌道交通車輛檢修方式類別及利弊

（1）定期修：定期修是在固定時間內(nèi)檢查、維護和修理。定期修的好處是可以提前預(yù)先避免故障，使設(shè)備始終處于良好的運行狀態(tài)。由于是一種未發(fā)生故障的預(yù)防性修理，所以不可避免的造成一定程度的資源浪費。

（2）狀態(tài)修：以車輛設(shè)備發(fā)生的故障統(tǒng)計為基礎(chǔ)，通過不斷對車輛設(shè)備各方面狀況進行詳細檢測，檢測結(jié)果與設(shè)備發(fā)生故障時的狀態(tài)進行比較，從而確定是否進行維修的一種檢修制度。這種維修制度優(yōu)點在于：1）對車輛設(shè)備的維修可以做到按需實施，從而能夠延長車輛各個零部件的壽命；2）提高檢修的精準性和效率，減少檢修勞動強度和檢修資源的消耗，這種檢修制度對于檢修設(shè)備的先進性和檢修人員的能力素質(zhì)都有極大的要求，目前在實際應(yīng)用中還存在一定的局限性，需要與其他檢修制度一起配合實施。

（3）故障修：指設(shè)備在運行過程中發(fā)生故障而停止運行，或者是在定期修和狀態(tài)修過程中發(fā)現(xiàn)故障，而對車輛設(shè)備進行的一種維修。它可以在一定程度上節(jié)約維修資源，提高車輛設(shè)備的用時；不足之處在于它對車輛故障發(fā)生的不可預(yù)知性，會對安全和運營造成較大影響，所以應(yīng)當(dāng)盡量避免。

（4）互換修：軌道交通車輛在運行過程中發(fā)生故障時，檢修工作人員及時將損壞的零部件拆卸下來，換上相應(yīng)的部件安裝到正在檢查的車輛或發(fā)生故障的車輛上。這種維修方式具有很高的適用性，在初期資金不足或者對營運能力要求不高的情況下，采用該維修方式造成的影響不是太大；容易造成車輛設(shè)備的長時間停運，甚至對其他的車輛設(shè)備也會造成影響。

1.2 城市軌道交通車輛修程、周期及停庫時間對比

東京是第一個擁有地鐵系統(tǒng)的亞洲城市，其地鐵系統(tǒng)比較發(fā)達，列車到發(fā)站時間較短。東京地鐵采用以換件修為主、現(xiàn)車修為輔的維修方式，從而達到提高車輛周轉(zhuǎn)速度，減少配屬車輛，提高車輛使用率的目的，如表1所示。東京正在改革地鐵車輛的檢修作業(yè)模式，計劃通過系統(tǒng)維修策略提高列車的可用度[9]。

表1 東京地鐵檢修制度

我國城市軌道交通車輛的檢修制度基本沿用的是國內(nèi)鐵路車輛的檢修經(jīng)驗，現(xiàn)行頒布的《地鐵設(shè)計規(guī)范》中的許多概念仍沒有脫離干線鐵路的框架。在現(xiàn)行城市軌道交通車輛段和停車場的設(shè)計和規(guī)劃中，車輛絕大部分仍采用日常維護和定期維修相結(jié)合的檢修制度，即預(yù)防性計劃維修制度[10]。

香港地鐵是世界上少有的盈利地鐵公司，他們的檢修修程分為A、B、C三個等級，并成功的運用在在二動二拖地鐵車輛，如表2所示。通過大量的換件修和均衡修。香港地鐵將本來集中安排在某幾個檢修時間段內(nèi)的檢修作業(yè)任務(wù)分配至天窗期或者低級別的修程中進行，使整個檢修工作分散和系統(tǒng)化，從而使繁重的檢修任務(wù)變得簡單有序[11]。

表2 香港地鐵檢修制度

北京地鐵于1971年開始運營，截至2016年底，北京城市軌道交通系統(tǒng)共有19條、總長574公里的運營線路。目前，北京軌道交通的車輛保有量多，其檢修模式對于車輛的運行調(diào)度以及維修費用有很大的影響。目前，北京城市軌道交通主要線路采用的檢修模式已經(jīng)比較成熟，采用基于以預(yù)防為主的計劃維修，如表3所示。

表3 北京地鐵車輛采用的檢修修程、周期以及停修時間

上海地鐵的車輛運用檢修還處于積累經(jīng)驗和逐步完善的過程，上海地鐵1號線的運營實踐表明，一些常規(guī)的預(yù)防性檢修項目逐步過渡到狀態(tài)修并實行換件修[12]。

表4 上海地鐵車輛采用的檢修修程、周期以及停修時間

從以上幾個典型城市的軌道交通檢修制度情況可知，國內(nèi)城軌車輛目前基本上實行以計劃預(yù)防修為主的檢修制度，有些城市的維修模式還在不斷地改進和完善。與國外城軌車檢修制度相比，我國的檢修制度由于發(fā)展時間短，還存在以下不足：

（1）由于車輛部件具有不同的壽命和維修周期，各個級別的檢修作業(yè)內(nèi)容復(fù)雜，維修內(nèi)容有較大冗余度，從而使得有些部件不能及時維護，一些部件進行了不必要的維修。

（2）車輛停庫扣修時間過長，使得車輛的利用率較低、列車未能充分發(fā)揮運能。

（3）檢修任務(wù)集中而繁重，使得維修效率低，維修內(nèi)容冗余度較大，存在一定程度的資源浪費，造成車輛維修成本過高。而城鎮(zhèn)化的加快和客流量與日劇增對維修效率要求更高。

2 城市軌道交通車輛檢修制度投運率分析

2.1 檢修停庫時間分析

（1）日檢：檢修作業(yè)范圍主要是對乘客服務(wù)界面、受電弓、蓄電池組、空調(diào)機組、車燈、走行部、貫通道、牽引電機、車體、車門、車鉤緩沖裝置、各種電氣裝置等部件進行外觀檢查，對危及行車安全及司機報修的故障進行處理。日檢是在車輛結(jié)束每日的正常運營之后在車庫進行，不占用運營時間，一般不計入維修停時。

（2）雙周檢、三月檢：檢修作業(yè)范圍主要是對乘客服務(wù)界面、受電弓、蓄電池組、空調(diào)機組、車燈、走行部、貫通道、牽引電機、車體、車門、車鉤緩沖裝置、各種電氣裝置等部件的技術(shù)狀態(tài)和作用進行檢查及必要的性能試驗，重點修復(fù)危及安全的故障。雙周檢是扣留在庫內(nèi)進行檢修的，耗時1天，扣修的一天不能正常運營，維修停時記為1天，同理，三月檢停時記為2天。

（3）定修：年檢的檢修作業(yè)范圍主要是取下蓄電池等部件，檢查和修理其技術(shù)狀態(tài)和作用，以及進行必要的試驗；對計量儀表進行檢驗；檢查和修理諸如轉(zhuǎn)向架、輪對、牽引電機等重要部件的技術(shù)狀態(tài)和作用；對完成檢修的車輛進行靜調(diào)和試車，并達到檢修要求。年檢需要入庫進行檢修，年檢的扣修時間為11天。

2.2 城市軌道交通車輛投運率分析

城市軌道交通車輛投運率Pt指的是投入運營的最大列車數(shù)Mmax與線路車輛配屬數(shù)量Mall之比：

城市軌道交通車輛每年的平均停庫時間（Ta）可以由車輛的各級檢修停庫時間（Ti）計算而得，其計算公式如下：

式中Ti為每級檢修的年停庫時間（天）總和，t1為每級檢修的每次停庫檢修時間（天），mi為每級維修每年需進行作業(yè)的次數(shù)。

以某地鐵1號線現(xiàn)行維修制度為例，1號線總共30列車。

年檢停庫時間t1=11，檢修次數(shù)m1=1，三月檢停庫時間t2=2，檢修次數(shù)m2=3，雙周檢停庫時間t3=1，檢修次數(shù)m3=20.

將上述t1，t2，t3，m1，m2，m3分別代入式（2），則每列車年停庫時間為：

Ta=t1m1+t2m2+t3m3=1×11+2×3+1×20=37

則30列車年總停時為：T=TaN=37×30 =1 110天·列

每天停運檢修車輛數(shù)為：n=T/250（除去節(jié)假日）≈5列

考慮到軌道交通車輛的實際運營情況，線路所配屬的車輛會因進行整改或者臨修處理故障而停運1～2列車。使得每日停運車輛數(shù)為6～7列。

現(xiàn)行的維修模式使得線路每天停運數(shù)量較多，造成車輛的投運率過低，運行成本較高，隨著客流量的增加、運行間隔時間的縮短以及配屬車輛數(shù)的增加，現(xiàn)行的檢修模式已不能滿足供車數(shù)量的要求，必須進一步優(yōu)化檢修模式，提高車輛的投運率。

3 基于系統(tǒng)修的城市軌道交通車輛檢修制度

系統(tǒng)修是基于對零部件故障周期以及列車可靠度的充分掌握基礎(chǔ)上，通過將列車檢修修程調(diào)整為與零部件故障周期相適應(yīng)，在管理上最大限度地提高效率和創(chuàng)造合適的維修條件，從而可以極大地減少列車的停庫檢修時間，提高列車的利用率和保證列車可靠運行的一種修程。系統(tǒng)修的檢修特點是在不降低列車檢修強度、不違背車輛維修手冊和降低檢修作業(yè)質(zhì)量的提前下，通過規(guī)程調(diào)整、工藝和作業(yè)流程優(yōu)化，提高檢修質(zhì)量及風(fēng)險控制，達到保質(zhì)保量提高供車效率的目的。

3.1 城市軌道交通車輛運行天窗期

城市軌道交通的運營時間一般為5：00～24：00，并且客流量具有早高峰和晚高峰時段特點。圖1所示為某城市列車在不同時段的運行分布圖，可見運行列車數(shù)在不同時段各有不同。一般稱列車不上線運營時間為列車運行天窗，顯然每天有些時段、一些列車存在天窗期。如果利用運行天窗期對列車進行維護、檢修，則可以大大降低檢修對運營的影響。

圖1 某城市列車全日運行計劃和列車運行天窗期

3.2 城市軌道交通車輛系統(tǒng)修檢修制度建立流程

城市軌道交通車輛由大量具有具體功能的零部件組成，這些零部件可能會產(chǎn)生故障，其中有些故障影響到車輛的基本性能和運行品質(zhì)，甚至危及到安全，而大部分的故障對車輛系統(tǒng)設(shè)備和車輛整體沒有直接影響。因此，可以利用這種故障特性調(diào)整維修時間，建立系統(tǒng)修制度。

參照現(xiàn)有的檢修制度確定系統(tǒng)修預(yù)計的檢修間隔期，并盡量與現(xiàn)有檢修制度一致，預(yù)定的間隔期可以考慮以日、周、月、季、年為預(yù)定間隔期，根據(jù)零部件不同的維修間隔期，把各零部件預(yù)防性維修工作按間隔時間加入到合適的預(yù)定間隔期。系統(tǒng)修檢修制度的確立可以分為4個階段：

第1階段：將車輛系統(tǒng)設(shè)備和部件進行分類拆分直至分解到最小的維修單元。

第2階段：對各維修單元進行可靠性維修過程分析，根據(jù)可靠性分析確定重要零部件的故障分布，從而確立零部件的合理檢修周期。

第3階段：根據(jù)各零部件檢修周期分布和每個天窗期檢修能力進行分析計算，結(jié)合車輛修程和設(shè)計數(shù)據(jù)，確定各零部件各修程的檢修范圍。

第4階段：制定車輛維修計劃、檢修規(guī)程和檢修工藝等指導(dǎo)文件，逐步建立基于系統(tǒng)修的軌道交通車輛檢修制度。

3.3 基于系統(tǒng)修的城市軌道交通車輛檢修制度修程分析

原修程的雙周檢，三月檢，年檢等檢、維修內(nèi)容要求車輛在某固定時間停運數(shù)日以對車輛進行集中維修。系統(tǒng)修則將若干小時數(shù)的維修工作劃分若成干修程，并依據(jù)其維修間隔期和零部件故障對車輛運營的影響大小將其分布在較長時間內(nèi)完成，由于維修單元時間小，因此維修時僅需充分利用車輛每天運營高峰回庫的天窗期時間，并不需要全天進行?；谙到y(tǒng)修的修程分化如圖2所示，系統(tǒng)修將列車全年需要扣車18天的檢修內(nèi)容分配到不需扣車的天窗期進行維修。

圖2 系統(tǒng)修檢修制度的車輛修程分化

如圖2所示，本文將系統(tǒng)修修程分為24個，城市軌道交通車輛系統(tǒng)零部件較多，有些零部件故障間隔時間較短，每個修程都需要進行檢修，有些零部件的可靠性時間比較長，只需在某幾個修程進行檢修即可。系統(tǒng)修對零部件進行可靠性分析，得到其最佳檢修周期，結(jié)合現(xiàn)行檢修制度零部件預(yù)定的間隔期，將零部件雙周檢、三月檢、年檢的檢修內(nèi)容分配到不同的修程。原有檢修內(nèi)容進行整合后劃分到24個不同的修程（X1～X24），每個月安排X1～X24中的2個修程。圖3表示某列車的系統(tǒng)修修程安排。

圖3 某列車的系統(tǒng)修修程安排

3.4 基于系統(tǒng)修的城軌車輛檢修制度投運率分析

系統(tǒng)修的檢修模式利用天窗期進行檢修。由圖1可以看出，以一條線30輛車為例，在每日運營的9點到17點之間，非運營高峰期，大概有10列車在庫內(nèi)等待，不需上線運行，系統(tǒng)修利用列車在庫內(nèi)等待的時間對這10列車進行檢修。按照現(xiàn)行檢修制度，每天要停運的列車數(shù)約為6～7輛，則能投入運營的最大車輛數(shù)為輛，列車的投運率為。系統(tǒng)修充分利用列車運行的天窗期進行檢修，計劃內(nèi)檢修不需要進行停庫扣修，除去每天因進行整改或者臨修處理故障而停運1～2列，則能投入運營的最大車輛數(shù)為輛，系統(tǒng)修的列車投運率能達到。實現(xiàn)了軌道交通列車無需停運集中檢修，而又能保證列車能夠正常運營的目標，明顯提升了列車投運率。

4 結(jié)束語

本文介紹了基于系統(tǒng)修的城市軌道交通車輛檢修模式，利用運營的天窗期來對車輛的檢修制度進行改進和完善。將車輛的雙周檢、三月檢、年檢等檢修等級的檢修內(nèi)容分散至24個不同的修程中。通過計算比較得知，采用系統(tǒng)修的檢修模式能夠充分的利用天窗期進行檢修，在保證車輛可靠運營的前提下，提高了車輛的投運率，降低了車輛的運營成本和檢修成本。

[1]冷慶君.城市軌道交通車輛檢修模式及建議[J].機車電傳動，2011（1）：57-58.

[2]陸萬忠，柳擁軍.關(guān)于城市軌道交通車輛檢修制度的改革設(shè)想[J].城市軌道交通研究，2008，11（5）：11-14.

[3]王麗紅，徐彥.鄭州地鐵車輛擬用檢修模式的分析與建議[J].鐵道機車車輛，2011，32（6）：74-76.

[4]溫清.關(guān)于地鐵車輛檢修制度[J].城市軌道交通研究，2011，31（6）：74-76.

[5]陳文芳.地鐵車輛檢修制度改革的探討[J].鐵道機車車輛工人，2007（3）：25-29.

[6]藤原良守.JR東日本新車輛維修體系[J].國外鐵道車輛，2008，45（3）：36-39.

[7]Tomas Lidén，Martin Joborn.An optimization model for inte grated planning of railway traffic and network maintenance[J]. TransportationResearchPartC：EmergingTechnologies，2017，74：327-347.

[8]俞秀蓮，程曉卿，秦勇，等.基于可靠性的城軌車輛預(yù)防性維修優(yōu)化模型[J].計算機仿真，2014，31（2）：225-229.

[9]程祖國，王居寬，陳鞍龍，等.城市軌道交通車輛部件故障與均衡修修程周期[J].城市軌道交通研究，2006，9（1）：46-49.

[10]何霖.城市軌道交通車輛架大修管理[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2014.

[11]郭新，李春廣，黃挺，等.地鐵車輛檢修模式探討[J].城市軌道交通研究，2015，18（4）：5-8.

[12]韓軍.上海地鐵車輛段檢修體制與機制改革構(gòu)想[J].鐵道標準設(shè)計，2003（9）：70-71.

Research on Maintenance System of Urban Rail Transit Vehicle Based on System Repair

SHEN Guo-qiang1，HE De-qiang1，LIU Qi-yang1，LIU Jian-ren2
（1.Key laboratory of Guangxi manufacturing system and advanced manufacturing technology，Nanning Guangxi 530004，China；2.Nanning CRRC Rail Transit Group Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530021，China）

As operating and maintenance cost of urban rail vehicle are too high and the using rate of the vehicle is low，the maintenance system based on the system repairing is proposed.The minimum maintenance unit of the maintenance system is parts，the current maintenance system need the vehicle to stay in the repair shop during the bi-weekly，quarterly and annual inspection，the maintenance items are distributed to 24 different courses in the maintenance system.The 24 courses use the train operation of the"window period"for maintenance.The result shows that the new maintenance system can reduce the deduction time of the vehicle and improve the delivery rate of the vehicle.

rail transit vehicle；maintenance system；repair procedures；system repair

U231.94

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0190-05

2017-02-30

廣西科技攻關(guān)項目（桂科攻1598009-6）；南寧市科技攻關(guān)項目（20151021）；廣西制造系統(tǒng)與先進制造技術(shù)重點實驗主任課題（15-140-30S003）

沈國強（1989-），男，廣西玉林人，碩士研究生，主要研究方向為軌道車輛故障診斷與智能維護；賀德強（1973-），男，湖南桃江人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：列車信息系統(tǒng)、故障診斷與智能維護。