中國鐵路工務(wù)發(fā)展歷程與展望

趙文芳

（中國國家鐵路集團有限公司工電部，北京 100844）

新中國成立之前，鐵路工務(wù)具有線路少、速度低、標準低、裝備差、技術(shù)弱等特點。新中國成立以來，我國鐵路工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生了滄桑巨變，尤其是改革開放以來，中國鐵路發(fā)展迅速，鐵路路網(wǎng)不斷擴充，速度不斷提高，標準不斷完善，裝備不斷更新，技術(shù)不斷進步，鐵路為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展作出了巨大貢獻［1-3］。

1 鐵路工務(wù)發(fā)展的主要歷程

1.1 路網(wǎng)規(guī)模

新中國成立前，全國鐵路營業(yè)里程約2.1萬km，實際能維持通車的僅有約1萬km。到1978年，全國鐵路營業(yè)里程發(fā)展到5.2萬km，年客運、貨運發(fā)送量分別達到8.07億人次、10.75億t。到2019年底，全國鐵路營業(yè)里程達13.9萬km，2019年國家鐵路完成客運、貨運發(fā)送量分別為35.7億人次、34.4億t。根據(jù)我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》［4］，到2025年，鐵路網(wǎng)規(guī)模達到17.5萬km左右，其中高速鐵路3.8萬km左右，網(wǎng)絡(luò)覆蓋進一步擴大，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化；預(yù)計到2030年，基本實現(xiàn)內(nèi)外互聯(lián)互通、區(qū)際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋。尤其在高速鐵路領(lǐng)域，在“四縱四橫”主骨架基礎(chǔ)上，形成以“八縱八橫”主通道為骨架、以區(qū)域連接線作銜接、以城際鐵路作補充的高速鐵路網(wǎng)。

1.2 運營速度

建國初期，我國客運鐵路的運營速度一般為50～80 km/h。1994年，中國自行設(shè)計、施工建設(shè)了第一條廣深準高速鐵路，速度達到160 km/h。1997—2007年，我國鐵路實施了6次大提速，鐵路的運營速度達到了200～250 km/h。2008年，京津城際鐵路建成通車，運營速度達到350 km/h，中國進入了高速鐵路發(fā)展時代。

1.3 軌道結(jié)構(gòu)

我國軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程見表1。20世紀50年代，我國鐵路的軌道結(jié)構(gòu)主要以50 kg/m鋼軌、木軌枕為主。1957年鋪設(shè)了第一段無縫線路軌道。20世紀70年代，軌道結(jié)構(gòu)主要采用50 kg/m鋼軌、Ⅰ型鋼筋混凝土枕。20世紀80年代，軌道結(jié)構(gòu)主要采用50 kg/m鋼軌、Ⅱ型鋼筋混凝土枕。20世紀90年代，軌道結(jié)構(gòu)主要采用60 kg/m鋼軌、跨區(qū)間無縫線路、Ⅲ型鋼筋混凝土枕。進入21世紀以來，我國高速鐵路主要采用有砟、無砟軌道［5］。

表1 軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程

1.4 檢測技術(shù)

鐵路工務(wù)檢測是獲取工務(wù)設(shè)備狀態(tài)變化的重要手段，是評估鐵路工務(wù)設(shè)備質(zhì)量、制訂維護計劃的重要依據(jù)。沒有科學的檢測，就沒有有效的管理。我國鐵路工務(wù)檢測技術(shù)經(jīng)歷了“以靜態(tài)檢查為主→靜態(tài)檢查與動態(tài)檢查結(jié)合→動態(tài)檢查為主，動、靜態(tài)檢查相結(jié)合，結(jié)構(gòu)檢查與幾何尺寸檢查并重”的發(fā)展歷程。

靜態(tài)軌道幾何檢測，從最早的道尺檢測逐步發(fā)展為軌道檢查儀、軌道測量儀檢測。動態(tài)軌道幾何檢測經(jīng)過了6代軌檢車的升級改造，軌檢車的發(fā)展歷程見表2。

表2 軌檢車的發(fā)展歷程

目前，我國采用速度為350 km/h的高速綜合檢測列車，其集成了多種定位技術(shù)，檢測精度和速度均能滿足高速鐵路檢測的需要。軌道狀態(tài)評價方面，由軌道幾何局部峰值評價到增加區(qū)段均值評價、車體加速度評價、車輛動力學評價、軸箱加速度評價，從單純的軌道幾何評價逐步發(fā)展為軌道幾何與輪軌關(guān)系相結(jié)合的軌道狀態(tài)評價體系。

軌道探傷和巡檢技術(shù)也取得了長足發(fā)展。鋼軌探傷作業(yè)設(shè)備主要有探傷儀和探傷車。探傷儀從最早的手推鋼軌探傷儀，逐步發(fā)展為雙軌探傷儀（圖1），檢測效率逐步提高。探傷車從GTC-40，GTC-60，GTC-80J，逐步發(fā)展為GTC-80X，見圖2。軌道巡檢方面，從2007年以前的人工上道巡查，發(fā)展成為2008年前后的人工看圖，巡檢系統(tǒng)投入應(yīng)用。2010年以后，隨著人工智能的發(fā)展，實現(xiàn)了對軌道關(guān)鍵部件、外部環(huán)境等的自動化巡檢和智能化識別。

圖1 雙軌探傷儀

圖2 GTC-80X探傷車

1.5 維修策略

解放初期我國鐵路主要采取事后修，20世紀50年代中期開始實施固定周期綜合維修，20世紀80年代中期主要采用周期修，2006年開始探討采用狀態(tài)修、周期修。為適應(yīng)鐵路提速、高速、重載的運營需要，目前我國鐵路采用“周期修與狀態(tài)修相結(jié)合，設(shè)備大修以周期修為主，維修以預(yù)防性狀態(tài)修為主”的維修策略［6-9］。

1.6 作業(yè)手段

20世紀50—60年代，我國鐵路工務(wù)的養(yǎng)護維修主要是依靠人工養(yǎng)護，采取的工具主要有锨、鎬、耙、篩“四大件”。從20世紀80年代開始，我國逐步研發(fā)了不同種類的小型機械化作業(yè)工具，初步擺脫單純依靠人工養(yǎng)護維修的狀態(tài)。從20世紀80年代末至今，為適應(yīng)繁忙干線列車密度大、養(yǎng)護維修要求高的發(fā)展需求，借鑒國內(nèi)外的先進技術(shù)和作業(yè)手段，我國養(yǎng)護維修作業(yè)機械化程度逐漸提高，大型養(yǎng)路機械應(yīng)用越來越廣泛，線路維修作業(yè)質(zhì)量及效率大幅度提升。

2 鐵路工務(wù)養(yǎng)護維修理念

為適應(yīng)鐵路工務(wù)高質(zhì)量發(fā)展的需要，我國鐵路工務(wù)秉持“線橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化、作業(yè)手段機械化、維修管理科學化”的養(yǎng)護維修理念，通過采取合理的維修策略，不斷提高工務(wù)維護的科學性和經(jīng)濟性［6］。

2.1 線橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化

我國積極推進線橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化，不斷提高軌道結(jié)構(gòu)強度。目前我國鐵路正線60 kg/m及以上鋼軌占比已達91%，無縫化率達90%，鋼筋混凝土枕占比達95%。普速鐵路主要干線全面換鋪Ⅲ型混凝土枕、Ⅰ級道砟、跨區(qū)間無縫線路，在速度120 km/h及以上線路區(qū)段實現(xiàn)了全立交、全封閉。高速鐵路無砟軌道里程達3.6萬km（延長）；推廣使用了大號碼道岔、高純凈度的百米定尺軌；形成了百米定尺鋼軌焊接、500 m長鋼軌運輸及鋪設(shè)成套技術(shù)，完善了無砟軌道、高速道岔、特殊土質(zhì)路基、復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁、復(fù)雜地質(zhì)隧道等建造維護技術(shù)；形成了大跨度橋上無縫線路建造維護技術(shù)；建成了精密測量控制網(wǎng)；大部分橋梁采用了簡支箱梁結(jié)構(gòu)。

2.2 作業(yè)手段機械化

我國現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械裝備包括70多種機型，涉及探傷、焊接、打磨、換軌、清篩、搗固、穩(wěn)定、配砟、除雪、除沙，以及鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的巡檢、檢測設(shè)備等。全路形成18個大型養(yǎng)路機械運用檢修段，培養(yǎng)一批高素質(zhì)的運用檢修隊伍。裝備制造、運用技術(shù)、運用效率、作業(yè)質(zhì)量等方面取得了全面進步，裝備規(guī)模、作業(yè)總量躍居世界前列。

2.3 維修管理科學化

普速鐵路貫徹修理標準與線路等級匹配、投入產(chǎn)出經(jīng)濟合理的方針；推行天窗修制度，其中維修天窗120 min，施工天窗180～240 min；檢測車每月檢測1～2遍，車載式檢查儀每天全覆蓋；采取周期修與狀態(tài)修相結(jié)合的修理方式；開展集約化生產(chǎn)，車間組織生產(chǎn)以及專業(yè)修、集中修、機械修、精確修；推廣應(yīng)用了鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)信息管理信息系統(tǒng)和工務(wù)設(shè)備管理系統(tǒng)，使工務(wù)維護決策、分析、管理更加科學。

高速鐵路工務(wù)設(shè)備維修實行天窗修制度，維修天窗240 min，在客運列車正式運營前開行確認列車；實現(xiàn)了綜合檢測列車每月等速檢測2遍；車載式線路檢查儀每天全覆蓋；按照設(shè)計廓形對鋼軌進行預(yù)打磨、預(yù)防性打磨和修理性打磨；利用精測網(wǎng)，實現(xiàn)大機精確搗固；對自然災(zāi)害及異物侵限進行實時監(jiān)測；通過科學維護確保了高鐵線路的高可靠性、高穩(wěn)定性和高平順性。

3 鐵路工務(wù)發(fā)展展望

交通強國、鐵路先行和鐵路高質(zhì)量發(fā)展對工務(wù)系統(tǒng)提出了新的要求，鐵路工務(wù)部門應(yīng)堅持強基達標、提質(zhì)增效，著力節(jié)支降耗、改革創(chuàng)新，進一步推進工務(wù)安全生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展。

3.1 推進全壽命周期管理

鐵路工務(wù)設(shè)備維護的目標是保持、恢復(fù)和提高設(shè)備的可靠性；保障設(shè)備的完好，提高設(shè)備的可用性；實現(xiàn)低成本維修；保障設(shè)備安全，適應(yīng)環(huán)境要求［10］。

鐵路工務(wù)維護管理，要以可靠性為中心，以全壽命周期成本最低為原則，轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，優(yōu)化及改進產(chǎn)品、建設(shè)標準；要采取科學合理的維修策略，優(yōu)化維修項目、時機，提高維護質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命。

以可靠性為中心的核心內(nèi)容是對設(shè)備進行功能與故障分析，明確設(shè)備各故障的后果；用規(guī)范化的邏輯決斷方法，確定各故障的預(yù)防性維修對策；通過現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計、專家評估、定量化建模等手段，在保證設(shè)備安全和完好的前提下，以設(shè)備故障停用損失最小為目標對設(shè)備的維修策略進行優(yōu)化。根據(jù)設(shè)備的故障規(guī)律和故障后果、分線路等級、分設(shè)備部件確定維修策略，故障后果嚴重的開展預(yù)防修，后果不嚴重的開展事后修。

鐵路工務(wù)系統(tǒng)全壽命周期管理（Life Cycle Cost，LCC）主要包括對設(shè)備或系統(tǒng)的設(shè)計、選型、采購、運行、維護、改造和退役等整個壽命周期的管理［11］，其核心內(nèi)容是對設(shè)備、項目或系統(tǒng)的LCC運行分析并進行決策，全壽命周期管理示意如圖3所示。

圖3 全壽命周期管理示意

3.2 優(yōu)化維修組織

為適應(yīng)新形勢下生產(chǎn)力的變化，工務(wù)隊伍的維修組織應(yīng)朝專業(yè)化、扁平化、一體化的方向發(fā)展。要不斷優(yōu)化勞動組織，積極推行檢、養(yǎng)、修分開制度，努力提高檢查工區(qū)分析水平；充分發(fā)揮車間作為組織維修生產(chǎn)的主體作用，強化車間生產(chǎn)組織能力、安全管控能力、技術(shù)管理能力；積極推行工務(wù)、電務(wù)、供電等專業(yè)日常維修一體化管理，促進專業(yè)管理和綜合管理融合。

3.3 推廣應(yīng)用先進的維修手段

大力推進檢測、修理專業(yè)化建設(shè)；大力加強大型養(yǎng)路機械“用、管、修”，不斷提高大型養(yǎng)路機械利用率；積極發(fā)展大型養(yǎng)路機械配套機械、多樣性機械，減少人工作業(yè)項目；積極開發(fā)高效率、高作業(yè)質(zhì)量的中小型養(yǎng)路機械，實現(xiàn)養(yǎng)路機械大中小兼顧，以全面提高工務(wù)設(shè)備作業(yè)機械化率，不斷減少勞動用工，降低工人勞動強度。

3.4 積極推進運營維護智能化

積極采用綜合檢測、綜合巡檢等先進的檢測技術(shù)，以全面掌握設(shè)備狀態(tài)；依托人工智能技術(shù)，不斷提升智能化診斷水平；開展大數(shù)據(jù)分析，全面掌握設(shè)備變化規(guī)律；不斷完善智能化設(shè)備狀態(tài)評價、輔助決策專家系統(tǒng)，實現(xiàn)對基礎(chǔ)設(shè)施趨勢預(yù)測、故障分析智能化，全面提升工務(wù)維護的科學性、經(jīng)濟性。

4 結(jié)語

本文梳理總結(jié)了我國鐵路工務(wù)發(fā)展的主要歷程，分析了線橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化、作業(yè)手段機械化、維修管理科學化的養(yǎng)護維修理念，從推進全壽命周期管理、優(yōu)化維修組織、推廣應(yīng)用先進的維修手段、積極推進運營維護智能化等方面展望鐵路工務(wù)發(fā)展方向，可為我國鐵路工務(wù)養(yǎng)護維修等提供借鑒和指導。

我國鐵路工務(wù)路網(wǎng)不斷擴充、速度不斷提高、標準不斷完善、裝備不斷更新、技術(shù)不斷進步，為適應(yīng)鐵路工務(wù)的高質(zhì)量發(fā)展，滿足運營發(fā)展的需求，應(yīng)持續(xù)推進工務(wù)設(shè)備線橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化、作業(yè)手段機械化、維修管理科學化，使工務(wù)設(shè)備始終保持良好服役狀態(tài)。

鐵路工務(wù)維護管理應(yīng)以可靠性為中心，以全壽命周期成本最低為原則，轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，優(yōu)化及改進產(chǎn)品、建設(shè)標準，采取科學合理的維修策略，優(yōu)化維修項目、時機，提高維護質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命，面向全壽命周期管理、高效的維修組織、先進的維修手段、智能化運營維護的理念發(fā)展。