鐵路機(jī)輛設(shè)備工程規(guī)劃研究

李偉東

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

鐵路機(jī)輛設(shè)備包括機(jī)務(wù)、車輛、動(dòng)車段(所)，是承擔(dān)機(jī)車、車輛、動(dòng)車檢修的場所，裝備了大量先進(jìn)檢測、檢修設(shè)備，一個(gè)機(jī)輛設(shè)備幾乎囊括了鐵路行業(yè)所有專業(yè)，機(jī)輛設(shè)備工程是鐵路工程很典型的縮影，折射了鐵路技術(shù)的專業(yè)性、復(fù)雜性、系統(tǒng)性、先進(jìn)性。機(jī)輛設(shè)備工程因其重要性，在勘察設(shè)計(jì)中一般需專題研究。

受制于具體工程設(shè)計(jì)范圍的限制，當(dāng)前的機(jī)輛設(shè)備工程設(shè)計(jì)多停留在執(zhí)行規(guī)范、滿足規(guī)模需求的層面，迫切需要通過規(guī)劃設(shè)計(jì)勾勒出清晰、可行、科學(xué)的發(fā)展模式和發(fā)展途徑[1-2]。國內(nèi)對鐵路機(jī)輛設(shè)備工程規(guī)劃設(shè)計(jì)尚無統(tǒng)一固定描述格式，考慮到機(jī)輛工程設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：段址選擇、功能定位、設(shè)計(jì)規(guī)模、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型5個(gè)方面，因此，可以從布點(diǎn)、功能、關(guān)鍵技術(shù)、總體管理4個(gè)方面為主要考慮因素而建立機(jī)輛設(shè)備工程規(guī)劃設(shè)計(jì)框架。

1 根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃、機(jī)輛制造和檢修技術(shù)，合理規(guī)劃布點(diǎn)、確定功能

1.1 機(jī)務(wù)設(shè)備

(1)機(jī)務(wù)設(shè)備布點(diǎn)數(shù)量和規(guī)?；静辉僭黾?/p>

從2012年起，全路直流機(jī)車停產(chǎn)，后期均供應(yīng)交流機(jī)車，現(xiàn)行直流機(jī)車自然到限報(bào)廢。交流機(jī)車采用先進(jìn)的交流傳動(dòng)技術(shù)，牽引力大，國內(nèi)六軸交流機(jī)車HXD3B牽引力可達(dá)到9 600 kW，六軸直流機(jī)車牽引力最大的機(jī)車為SS7，牽引力僅有4 800 kW，1臺(tái)HXD型交流機(jī)車可替代2臺(tái)SS型直流機(jī)車。因此，在滿足同樣運(yùn)能需求的情況下，交流機(jī)車相比直流機(jī)車配置數(shù)量減少一半，截至2017年底，全國鐵路機(jī)車擁有量為2.1萬臺(tái)，比2016年減少372臺(tái)[3]，其中交流機(jī)車約占50%[4]。雖然到2030年普速鐵路運(yùn)營里程還將增建50%，但屆時(shí)直流機(jī)車基本都替換為交流機(jī)車，全路機(jī)車配屬量約增加12%。

另外，交流機(jī)車由于采用了大量新技術(shù)、新材料，交流機(jī)車的檢修體現(xiàn)了“重檢測、輕檢修”的特點(diǎn)，交流機(jī)車運(yùn)行1年或20萬km以下時(shí)，檢修作業(yè)基本上以性能和安全檢查為主，運(yùn)行2年或50萬km以上，才以深度檢查和定期檢修為主[5]。因此，交流機(jī)車相比直流機(jī)車檢修頻次低，檢修量小。

綜上所述，全國機(jī)車配屬量下降，檢修作業(yè)量下降，目前全路共設(shè)有69個(gè)機(jī)務(wù)段[6]，機(jī)務(wù)設(shè)備布點(diǎn)數(shù)量和規(guī)?；静辉僭黾?。

(2)改造既有機(jī)務(wù)段滿足交流機(jī)車C1～C4級修作業(yè)需求

我國交流機(jī)車采用了C1～C6六級修程。其中C1～C4修基本由各機(jī)務(wù)段承擔(dān)，C5級修由原規(guī)劃的7個(gè)檢修段和太原、沈陽、北京、蘭州局承擔(dān)，C6級修由原路網(wǎng)規(guī)劃單位承擔(dān)[7]。由于牽引技術(shù)等的不同，交流機(jī)車檢修和直流機(jī)車檢修不盡相同，架車機(jī)、清洗設(shè)備等部分通用設(shè)備可以共用，但交流機(jī)車還需配置一些專用檢測設(shè)備，比如交流電機(jī)檢測設(shè)備。

因此，后期存在大量的機(jī)務(wù)段改造工程，增設(shè)交流機(jī)車專用檢測設(shè)備，不過這些檢測設(shè)備多為移動(dòng)式設(shè)備，工藝設(shè)計(jì)相對簡單，土建工程量相對較小。

(3)樞紐規(guī)劃調(diào)整，客機(jī)整備所因普速車站的調(diào)整而擇址遷建

為充分利用城市有限的土地資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，很多城市規(guī)劃調(diào)整客站分工，遷建普速車站至郊外，引起配套客機(jī)整備所的遷建。

(4)需與高鐵一并建設(shè)救援設(shè)施和熱備內(nèi)燃機(jī)車設(shè)施

鐵路救援列車設(shè)施救援半徑為250 km[8]，熱備內(nèi)燃機(jī)車救援半徑為100 km[9]，高速鐵路需一并配套建設(shè)救援列車設(shè)施和熱備內(nèi)燃機(jī)車設(shè)施。

1.2 車輛設(shè)備

(1)貨車設(shè)備布點(diǎn)數(shù)量和規(guī)?；静蛔?/p>

從我國的貨物運(yùn)輸以及管理現(xiàn)狀分析，鐵路與公路運(yùn)輸競爭較為激烈，鐵路主要承擔(dān)大宗物資的長途運(yùn)輸，根據(jù)《2018～2020年貨運(yùn)增量行動(dòng)方案》，到2020年，全國鐵路貨運(yùn)量將達(dá)到47.9億t，較2017年增長30%，因此貨車的配屬量將進(jìn)一步增加，貨車設(shè)備布點(diǎn)和規(guī)模仍需增加[10]。

(2)客車設(shè)備布點(diǎn)數(shù)量和規(guī)模還需增建

根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃，2017年普速鐵路運(yùn)營里程為10.2萬km，2030年達(dá)到15.5萬km[11]，增加50%，后期普速客車配屬量將隨著普速鐵路的建設(shè)穩(wěn)定增加。普速客車的整備及檢修段所仍需進(jìn)一步規(guī)劃建設(shè)。

(3)時(shí)速160 km動(dòng)力集中型動(dòng)車組的投入，對后期客整所建設(shè)提出了新的要求

2017年9月，鐵路總公司公布了時(shí)速160 km動(dòng)力集中電動(dòng)車組技術(shù)條件，以提高客車的利用率，提高運(yùn)能。動(dòng)力集中型動(dòng)車組整備作業(yè)除滿足拖車客車整備作業(yè)外，還需兼顧動(dòng)力機(jī)車的整備，作業(yè)方式類似于動(dòng)車運(yùn)用所，因此在后期客整所的建設(shè)中需考慮。

(4)樞紐規(guī)劃調(diào)整，客車技術(shù)整備所因普速車站的調(diào)整而擇址遷建

普速車站的調(diào)整引起配套客車技術(shù)整備所的遷建。

1.3 動(dòng)車設(shè)備

(1)高速鐵路的快速建設(shè)，動(dòng)車運(yùn)用所缺口較大，仍需大量建設(shè)

截至2017年底，全國高速鐵路運(yùn)營里程達(dá)到2.5萬km[4]，根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃，2020年預(yù)計(jì)達(dá)到3萬km，2030年達(dá)到4.5萬km[11]。截至2017年底，全國動(dòng)車組2935標(biāo)準(zhǔn)組[4]，2020年達(dá)到3 483組，2030年達(dá)到5 541組[12]。動(dòng)車組的大量投放，相應(yīng)需要配套建設(shè)大量動(dòng)車設(shè)備。

目前全路既有及在建動(dòng)車運(yùn)用所檢查線僅有300余條，能力基本飽和。2020年，需檢查線348條，2030年需要554條，存在較大缺口，因此，近期仍需大量建設(shè)動(dòng)車運(yùn)用所工程。

(2)動(dòng)車段需進(jìn)一步增建

目前全路既有7個(gè)動(dòng)車段，基本覆蓋全路動(dòng)車組檢修需求，上海、廣州、北京、武漢、沈陽、西安、成都動(dòng)車段分別覆蓋華東、華南、華北、華中、東北、西北、西南地區(qū)[13]。經(jīng)測算，2030年，全路需要312個(gè)檢修列位，而目前7個(gè)動(dòng)車段只有102個(gè)列位。雖然目前西安等動(dòng)車段正在擴(kuò)建，CRH2型動(dòng)車組也正在考慮延長檢修周期，但由于動(dòng)車組的大量開行，近期仍存在檢修缺口，需要進(jìn)一步增建[14]。

2 深入研究工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型，解決關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工藝設(shè)計(jì)決定了機(jī)輛設(shè)備工程檢修能力與效果

工藝設(shè)計(jì)一直是鐵路機(jī)輛設(shè)備工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，工藝設(shè)計(jì)具有虛擬先導(dǎo)性。

近年來機(jī)務(wù)、車輛設(shè)備重點(diǎn)開展標(biāo)準(zhǔn)化整備作業(yè)，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注重新技術(shù)、新設(shè)備的使用條件，相應(yīng)設(shè)置房屋、線路、管溝等配套工程。動(dòng)車組運(yùn)用所經(jīng)過了近十年的發(fā)展和積累，工藝方案成熟，動(dòng)車運(yùn)用所股道較多，一般采用兩場或三場縱列式布置，存車場接車站，采用列車模式，可快速接發(fā)車。動(dòng)車段檢修庫房較多，由移車臺(tái)連接采用并列式布置，檢修工藝復(fù)雜，不斷推出新技術(shù)、提出新要求。

2.2 設(shè)備承載著工程的功能、效率，應(yīng)滿足“適應(yīng)、高效、節(jié)能、人機(jī)工程”的要求

設(shè)備是機(jī)輛工程實(shí)現(xiàn)檢修功能的實(shí)物載體，設(shè)備選型、配置數(shù)量決定了檢修效率。設(shè)備可分為檢測、檢修、輔助生產(chǎn)、辦公設(shè)備，各類設(shè)備選型重點(diǎn)不同。

(1)檢測設(shè)備

檢測設(shè)備滿足機(jī)輛狀態(tài)修需求，體現(xiàn)自動(dòng)化、快捷化、動(dòng)態(tài)檢等特點(diǎn)。比如輪對動(dòng)態(tài)檢測設(shè)備、自動(dòng)過分相檢測、空心軸探傷設(shè)備等。檢測設(shè)備應(yīng)具有高可靠性、數(shù)據(jù)可信、安裝簡易[15-16]。

(2)檢修設(shè)備

檢修設(shè)備滿足機(jī)輛定期預(yù)防修需求。比如不落輪鏇輪車床、輪對壓裝設(shè)備、轉(zhuǎn)向架更換設(shè)備等。檢修設(shè)備運(yùn)行應(yīng)具備高穩(wěn)定性、生產(chǎn)精確、效率高[17]。

(3)輔助生產(chǎn)設(shè)備

輔助生產(chǎn)設(shè)備不直接用于檢修機(jī)車、車輛，而是作為檢修設(shè)備的輔助設(shè)施，比如轉(zhuǎn)輪器、作業(yè)平臺(tái)、搬運(yùn)車輛、登車梯等。輔助生產(chǎn)設(shè)備主要體現(xiàn)適用、節(jié)能、舒適。

(4)辦公設(shè)備

辦公設(shè)備主要指辦公信息化設(shè)備，用于對生產(chǎn)、人員的信息管理。一般采用分級多模塊管理。辦公設(shè)備可使得生產(chǎn)質(zhì)量可控、生產(chǎn)效率高、管理便捷。

3 做好總體策劃和接口設(shè)計(jì)

機(jī)輛設(shè)備工程相比一般鐵路工程設(shè)計(jì)更具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性、非唯一性等特點(diǎn)。因此，總體管理的作用就非常重要了，優(yōu)秀的總體管理可使得的項(xiàng)目向預(yù)定方向良好發(fā)展，達(dá)到按期完成、保證質(zhì)量、投資可控的目的[18-19]。

(1)做好總體策劃

總體策劃是經(jīng)過分析、推理、判斷等一系列思維活動(dòng)對技術(shù)進(jìn)行了合理的重構(gòu)，總體策劃對設(shè)計(jì)工作的開展具有指導(dǎo)性作用[20]。包括評估總體組現(xiàn)狀、分析工程面臨的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)、確定工作目標(biāo)、制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、明確外部條件等內(nèi)容。

(2)采用強(qiáng)矩陣式，做好總體管理，加強(qiáng)專業(yè)接口

一個(gè)機(jī)輛設(shè)備工程由十幾個(gè)專業(yè)組成，幾乎涉及鐵路設(shè)計(jì)行業(yè)所有專業(yè)。因此，專業(yè)接口管理尤為重要。目前設(shè)計(jì)行業(yè)主要采用矩陣式項(xiàng)目管理，這種管理方式天然的缺點(diǎn)就是當(dāng)職能領(lǐng)導(dǎo)和總體發(fā)生矛盾時(shí)，專業(yè)負(fù)責(zé)人往往犧牲總體的利益而聽從職能領(lǐng)導(dǎo)，使得項(xiàng)目執(zhí)行力不高，積極性不高，延伸至項(xiàng)目中，使得設(shè)計(jì)成果低質(zhì)化。

采用強(qiáng)矩陣式項(xiàng)目管理方式，總體加強(qiáng)行政、技術(shù)、質(zhì)量監(jiān)管。技術(shù)上，總體優(yōu)先制定設(shè)計(jì)方案，提前與相關(guān)生產(chǎn)院會(huì)審。質(zhì)量上，增加對各專業(yè)技術(shù)文件復(fù)核工作；行政上，與生管部一并協(xié)調(diào)各個(gè)專業(yè)負(fù)責(zé)人，注重項(xiàng)目評優(yōu)策劃，增強(qiáng)各專業(yè)負(fù)責(zé)人個(gè)人榮譽(yù)感，增強(qiáng)工作積極性，有序推進(jìn)工程設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

規(guī)劃設(shè)計(jì)是鐵路工程設(shè)計(jì)的必然選擇，體現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、前瞻性的理念，對破解機(jī)輛設(shè)備工程設(shè)計(jì)發(fā)展難題，促進(jìn)工程建設(shè)有序進(jìn)行具有非常重要的意義[21]。針對機(jī)輛設(shè)備工程規(guī)劃設(shè)計(jì)，結(jié)論如下。

(1)機(jī)務(wù)設(shè)備布點(diǎn)基本不再增加，貨車設(shè)備和客車整備設(shè)備布點(diǎn)不足，動(dòng)車運(yùn)用所布點(diǎn)缺口較大，動(dòng)車段仍會(huì)增建。

(2)機(jī)務(wù)設(shè)備需進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)交流機(jī)車專修設(shè)備，客車整備設(shè)備工程設(shè)計(jì)需考慮滿足時(shí)速160 km動(dòng)力集中型動(dòng)車組整備作業(yè)需求。

(3)工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型是機(jī)輛設(shè)備工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，需深入研究。

(4)采用強(qiáng)矩陣項(xiàng)目管理方式提高總體管理水平，增強(qiáng)工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性。