完善鋼軌全壽命管理系統(tǒng)的幾點(diǎn)思考

馮一波 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海工務(wù)大修段

1 前言

鋼軌作為鐵路軌道的主要組成部件。用于導(dǎo)引車輪,承受列車荷載并為車輪提供連續(xù)、平順和阻力最小的滾動(dòng)表面。在電氣化鐵道或自動(dòng)閉塞區(qū)段，鋼軌還可兼做軌道電路之用。

自1894年至今，我國自行生產(chǎn)鋼軌的歷史有120多年。目前我國年產(chǎn)鋼軌超過400萬t，鋼軌的質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，不僅滿足既有線使用及高鐵建設(shè)的需要，還部分出口。按目前有關(guān)技術(shù)政策，鋼軌使用至規(guī)定運(yùn)量或鋼軌磨耗到一定程度后，必須進(jìn)行換軌大修或更換。以60 kg/m鋼軌為例，大修費(fèi)用約100萬元/km；其中鋼軌本身費(fèi)用約5 500元/t，每公里需要66萬元，鋼軌費(fèi)用占大修費(fèi)用近70%?？梢?，鋼軌的大修和維修費(fèi)用占工務(wù)維修費(fèi)用的大部分。

產(chǎn)品的全壽命管理是對(duì)一個(gè)產(chǎn)品（物）從需求、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)銷、運(yùn)用、使用、養(yǎng)護(hù)、回收（或一次使用至報(bào)廢）、整修、再用、處置（終身報(bào)廢）的各個(gè)階段的管理。在每個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，供管理者使用，并通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析、研判、決策，決定后續(xù)管理要求。

初步分析鋼軌的全壽命管理，可以由幾個(gè)方面或階段組成：需求、設(shè)計(jì)、采購、加工、使用、養(yǎng)護(hù)、回收（一次報(bào)廢）、整修、再用、處置（終身報(bào)廢）。

從鐵路鋼軌使用的不同階段來看鋼軌的全壽命管理，涉及多個(gè)單位或部門，因各局換軌大修管理及鋼軌使用要求略有不同以及高鐵線路尚未開始大規(guī)模換軌大修，以上海局集團(tuán)公司為例，鋼軌一生在鐵路系統(tǒng)內(nèi)部的經(jīng)歷可以簡(jiǎn)單歸納為：

大修段（焊軌基地）→大修段（現(xiàn)場(chǎng)焊接及鋪設(shè)）→工務(wù)段（驗(yàn)收、使用及維護(hù)維修）→大修段（換軌大修）→大修段（下道回收至整修基地）→大修段（鋼軌焊接、整修）→大修段（現(xiàn)場(chǎng)焊接、鋪設(shè)）→工務(wù)段（驗(yàn)收、使用及維護(hù)維修）→大修段（換軌、回收）→大修段（報(bào)廢處置）。

在鋼軌使用的全過程中可以看出在不同的階段，在生產(chǎn)、運(yùn)用及管理過程中，均產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，并通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析、運(yùn)用，指導(dǎo)相關(guān)鋼軌管理工作開展，同時(shí)這些數(shù)據(jù)反饋至鋼軌生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研究部門，用于不斷優(yōu)化研發(fā)新型鋼軌。應(yīng)該說，鋼軌的全壽命管理自始至終就是數(shù)據(jù)的管理。

2 現(xiàn)狀及分析

鋼軌從投入使用起，管理及數(shù)據(jù)就一直存在，隨著管理要求的不斷變化，鋼軌管理的數(shù)據(jù)量在急劇上升，多年來隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)鋼軌管理的手段及方法也在不斷進(jìn)步中，從最早的紙質(zhì)記錄到目前普遍采用電子記錄，形成不同形式、格式的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫的建立健全及運(yùn)用，為鐵路鋼軌安全運(yùn)用、鐵路運(yùn)輸?shù)母咝н\(yùn)轉(zhuǎn)、鐵路企業(yè)的規(guī)范管理發(fā)揮極其重要的作用。

雖然說鋼軌管理技術(shù)、手段、方式在不斷健全完善規(guī)范，但從全壽命管理要求角度來看，目前的鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)尚處在初級(jí)階段，一是相關(guān)作業(yè)記錄信息較多處在單元性的紙質(zhì)（或電子）狀態(tài)；二是各作業(yè)單位的鋼軌管理信息尚未互通聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；三是既有的單元性數(shù)據(jù)庫技術(shù)格式互不相同；四是既有的單元性數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)未能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢；五是管理數(shù)據(jù)在有效運(yùn)用上還存在眾多空白；六是既有的各單位的單元性數(shù)據(jù)尚未充分挖掘價(jià)值。

基于上述單元性的數(shù)據(jù)記錄現(xiàn)狀，當(dāng)各作業(yè)單位或上級(jí)管理部門在管理（使用）中需要查驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，工作量非常巨大且查詢時(shí)間較長，在數(shù)據(jù)追溯中難以獲得需要的量值或信息，尤其是留存較長時(shí)間的數(shù)據(jù)難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)問題處置決策帶來極大的困難，也難于運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行某項(xiàng)工作計(jì)劃的確定。表現(xiàn)在線路發(fā)生鋼軌失效（斷軌）事件后，難以準(zhǔn)確迅速獲取該鋼軌或接頭的生產(chǎn)廠家、軌種、成分、上道時(shí)間、通過運(yùn)量、生產(chǎn)作業(yè)信息、日常養(yǎng)護(hù)維修信息、檢驗(yàn)檢測(cè)信息等等。既影響現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)處置，也為準(zhǔn)確分析鋼軌失效（斷軌）原因造成不便，更浪費(fèi)了數(shù)據(jù)資源。

從迫切性方面看，早期工務(wù)段管轄范圍在100 km左右，一個(gè)換軌大修周期在7年左右，需要管理的鋼軌數(shù)據(jù)量不大。但隨著生產(chǎn)力布局調(diào)整，工務(wù)段管轄范圍增加至500 km左右并將進(jìn)一步增加，換軌大修周期延長至10年左右，對(duì)應(yīng)需要管理的鋼軌數(shù)據(jù)量大幅增加。建立健全完善全面的鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)迫切性更隨著高鐵的快速發(fā)展愈加顯現(xiàn)。

從必要性方面看，隨著安全管理要求的不斷提升，確保鐵路安全已成為鐵路人的政治底線及職業(yè)紅線。鋼軌及鋼軌焊接接頭的安全性是保證鐵路運(yùn)輸安全的一個(gè)重中之重的前提，當(dāng)鋼軌或接頭在役折斷，一則可能造成安全事故的產(chǎn)生，給鐵路安全管理帶來不良影響；二則處理突發(fā)性鋼軌折斷，必然給鐵路正常運(yùn)輸生產(chǎn)組織帶來極大干擾；三則在役鋼軌折斷應(yīng)急及永久處理，加大了鐵路生產(chǎn)成本。建立健全鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)是迫切需要的。

從可行性方面看，隨著計(jì)算機(jī)大面積使用、互聯(lián)網(wǎng)（局域網(wǎng)）的廣泛運(yùn)用、單元性鋼軌管理數(shù)據(jù)庫的逐步健全完善，尤其是近幾年來大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算等技術(shù)的快速發(fā)展，各單元性鋼軌管理數(shù)據(jù)的不斷積累，為建立健全鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)提供了能力保證。具有唯一性的鋼軌標(biāo)識(shí)及鋼軌焊接接頭標(biāo)識(shí)為數(shù)據(jù)溯源提供了基本保證，建立健全覆蓋全局全路的鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)是充分可行的。

3 鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)想

建立健全鋼軌全壽命管理系統(tǒng)前期可以在既有的單元性數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)籌分析，梳理庫型，調(diào)研并確定數(shù)據(jù)格式，逐項(xiàng)逐點(diǎn)在統(tǒng)一的框架下不斷補(bǔ)強(qiáng)完善。同時(shí)，既然是鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)必須考慮將規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)銷等階段的相關(guān)數(shù)據(jù)逐漸導(dǎo)入或在數(shù)據(jù)庫安全性得到有效保證的前提下導(dǎo)入，逐步形成一個(gè)融合鋼軌生產(chǎn)廠、鋼軌經(jīng)銷商、大修段（焊軌基地）、工程局（高鐵建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)焊接）、大修段（現(xiàn)場(chǎng)焊接）、檢測(cè)所（軌檢車）、各工務(wù)段（高鐵段）、集團(tuán)公司物資處、工務(wù)處、建設(shè)處等多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)性信息庫。基于鋼軌全壽命使用過程具有涉及單位多、運(yùn)用時(shí)間長、采集數(shù)據(jù)多、使用要求異等情況，不建議組建單體型數(shù)據(jù)信息庫，而采用網(wǎng)格性信息庫，即鋼軌全壽命管理中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)作業(yè)特性、管理要求在統(tǒng)一框架下組建各自完善的單元性數(shù)據(jù)信息庫，通過安全鏈接形成路網(wǎng)性的鋼軌全壽命管理系統(tǒng)。

①鋼軌生產(chǎn)廠：提供唯一性的鋼軌標(biāo)識(shí)（爐號(hào)+流序號(hào)）為信息追蹤依據(jù)，向后續(xù)作業(yè)單位提供產(chǎn)品合格證、成分及性能、質(zhì)保書等。鋼軌生產(chǎn)數(shù)據(jù)可原地保存；

②鋼軌經(jīng)銷商：相關(guān)銷售記錄本地保留，中國鐵物公司繼續(xù)負(fù)責(zé)鋼軌供應(yīng)鏈管理，收納焊軌基地按總公司要求上傳的相關(guān)數(shù)據(jù)。

③鋼軌焊接單位（大修段、工程局等）：利用鋼軌生產(chǎn)廠提供的質(zhì)保書，可以獲悉鋼軌成分等信息，也可以通過唯一性的鋼軌標(biāo)識(shí)（爐號(hào)+流序號(hào)）通過鋼軌生產(chǎn)廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫追溯相關(guān)鋼軌生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

鋼軌焊接后對(duì)每個(gè)焊接接頭實(shí)行唯一性標(biāo)識(shí)，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)追蹤。所有焊接鋪設(shè)、精調(diào)等作業(yè)過程數(shù)據(jù)信息，除本地保留外按有關(guān)要求移交給后續(xù)作業(yè)或管理單位。（局管內(nèi)各工程局?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)同步保留至集團(tuán)公司建設(shè)處備份）。

④工務(wù)段：接受工程局或大修段移交的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以焊接接頭標(biāo)識(shí)號(hào)為基礎(chǔ)依據(jù)，將每個(gè)焊接接頭標(biāo)識(shí)號(hào)與里程或所在位置（道岔、股道內(nèi)接頭）關(guān)聯(lián)，建立管理臺(tái)帳，及時(shí)納入使用及維護(hù)維修（線別+里程+股別、鋼廠、軌型、軌種、交貨狀態(tài)、上線日期、通過總重、探傷、鋼軌廓形修理、鋼軌潤滑、傷損鋼軌更換等）信息，直至一次使用周期完結(jié)。

⑤換軌大修更換下道的鋼軌，按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)處置。對(duì)擬再用的鋼軌，可比照上述過程繼續(xù)實(shí)施管理。

⑥集團(tuán)公司管理部門：物資處可根據(jù)年度計(jì)劃及設(shè)計(jì)文件采購鋼軌并建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。建設(shè)處可根據(jù)工程情況建立新建或改建線路鋼軌過程管理相關(guān)數(shù)據(jù)庫，工務(wù)處可根據(jù)日常維修大修工作建立鋼軌統(tǒng)籌管理系統(tǒng)。

4 鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)運(yùn)用思考

鋼軌焊接單位在焊接前通過檢查發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量異議信息、焊接生產(chǎn)過程中的質(zhì)量異常信息、鋼軌質(zhì)量異議信息、鋼軌損耗清單等，可以根據(jù)需要部分納入鋼軌全壽命管理系統(tǒng)。鋼軌采購部門應(yīng)參與鋼軌質(zhì)量異議，并可以通過全壽命管理系統(tǒng)了解部分信息，反饋鋼軌生產(chǎn)廠優(yōu)化鋼軌生產(chǎn)，提升鋼軌質(zhì)量；

鋼軌生產(chǎn)廠可以通過用戶反饋以及鋼軌全壽命管理系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析，不斷改進(jìn)完善鋼軌性能，為用戶提供更好的鋼軌。

鋼軌修檢單位應(yīng)及時(shí)將有關(guān)檢修（如廓形修正打磨）檢測(cè)（如軌檢車檢測(cè)）數(shù)據(jù)同步納入系統(tǒng)。

鋼軌運(yùn)用單位（工務(wù)段或高鐵段）將所有數(shù)據(jù)全部及時(shí)納入后，可充分利用數(shù)據(jù)庫及數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)提示提前謀劃維修計(jì)劃，針對(duì)某個(gè)區(qū)段鋼軌磨耗率急劇上升、鋼軌傷損率失效率有明顯上升等，可以統(tǒng)籌準(zhǔn)備備用鋼軌、安排鋼軌更換作業(yè)計(jì)劃。當(dāng)某種鋼軌傷損率上升后，可以通過系統(tǒng)提醒其他工務(wù)段對(duì)同類同種鋼軌補(bǔ)強(qiáng)檢查等。

集團(tuán)公司建設(shè)處可以利用鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)及時(shí)有效掌握鋪設(shè)、精調(diào)過程中鋼軌和焊接接頭的相關(guān)信息，輔助管理決策。

集團(tuán)公司工務(wù)處可以通過對(duì)鋼軌全壽命管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析運(yùn)用。根據(jù)鋼軌磨耗、傷損等數(shù)據(jù)信息，合理安排大修計(jì)劃等。同時(shí)可以在全壽命管理信息庫中納入常見鋼軌病害、傷損分析報(bào)告。

5 健全鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)當(dāng)前工作思考

5.1 明確數(shù)據(jù)溯源對(duì)象

鋼軌全壽命管理信息系統(tǒng)的建設(shè)，最關(guān)鍵是確定一個(gè)可以有效追蹤的對(duì)象，在進(jìn)行鋼軌焊接前，鋼軌信息依賴于唯一性的鋼軌標(biāo)識(shí)（爐號(hào)+流序號(hào)），可以通過鋼軌生產(chǎn)廠附加在每支鋼軌上的二維碼追蹤。鋼軌焊接后所有信息依賴于焊接接頭標(biāo)識(shí)。所以，鋼軌生產(chǎn)廠必須保證鋼軌標(biāo)識(shí)的可靠性，大修段、工務(wù)段必須保證焊接接頭標(biāo)識(shí)的可靠性。

目前，在焊軌基地焊接后，對(duì)鋼軌焊接接頭進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并同步記錄該接頭前后二支鋼軌的鋼軌標(biāo)識(shí)（爐號(hào)+流序號(hào)）。由于鋼軌標(biāo)識(shí)和焊接接頭標(biāo)識(shí)易受鋼軌銹蝕等影響，難以長久保留，在現(xiàn)有管理要求前提下，相關(guān)作業(yè)單位及時(shí)準(zhǔn)確的將鋼軌和焊接接頭標(biāo)識(shí)與自身作業(yè)信息關(guān)聯(lián)后采集到管理信息系統(tǒng)中是確?？勺匪莸牧硪粋€(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。

5.2 明確數(shù)據(jù)溯源位置

當(dāng)鋼軌鋪設(shè)上道后，通過北斗定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，也可結(jié)合三維監(jiān)測(cè)網(wǎng)應(yīng)用，確定鋪設(shè)線路名稱、公里數(shù)、左右股別等基本信息，確保鋼軌位置準(zhǔn)確度和唯一性。

當(dāng)鋼軌因失效提前下道后，以新納入鋼軌的焊接接頭標(biāo)識(shí)號(hào)為追蹤依據(jù)。

5.3 建立數(shù)學(xué)模型

利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如軌距、磨耗量、磨耗變化、通過運(yùn)量、鋪設(shè)時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)分析線路設(shè)備變化趨勢(shì)；對(duì)某個(gè)線路區(qū)段階段性鋼軌傷損率、失效率自動(dòng)進(jìn)行分析警示，為集團(tuán)公司分析鋼軌安全運(yùn)用能力、預(yù)研無損檢測(cè)計(jì)劃、預(yù)判維修計(jì)劃、確定大修計(jì)劃等提供幫助。

5.4 確定追溯要求

可以通過系統(tǒng)，利用焊接接頭標(biāo)識(shí)號(hào)、鋼軌生產(chǎn)標(biāo)識(shí)、軌種、軌型、時(shí)速、鋼廠等完整或殘缺的模糊信息，迅速查找相關(guān)鋼軌基礎(chǔ)信息、鋼軌焊接生產(chǎn)信息、運(yùn)用信息、維護(hù)信息等。

6 結(jié)束語

建立健全鋼軌全壽命管理系統(tǒng)有助于提升鋼軌管理能力、有助于提高鋼軌問題處理能力、有助于充分使用鋼軌能力，但系統(tǒng)建立健全是一項(xiàng)工作量巨大涉及面極廣的系統(tǒng)工程，必須全面謀劃在前。基于對(duì)鋼軌全壽命管理理解能力有限，如何充分利用既有單元性數(shù)據(jù)庫、如何將既有數(shù)據(jù)了進(jìn)行有效融合充分運(yùn)用仍需要仔細(xì)商榷。