城市軌道交通綜合檢測車應(yīng)用分析

靳守杰，魏志恒，王文斌，戴源廷，劉斐然

（1.廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510220；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

1 引言

截至2020 年底，中國大陸地區(qū)（不含港澳臺）共有45 個城市開通城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）運營線路244 條，運營線路總長度7 969.7 km，其中地鐵運營線路6 280.8 km[1]。隨著城軌運營里程的不斷增加，針對基礎(chǔ)設(shè)施綜合、高效的檢測需求也愈加迫切。在高速鐵路領(lǐng)域，國內(nèi)外普遍采用綜合檢測車對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運行狀態(tài)進(jìn)行周期性檢測[2-3]。此外，為加強(qiáng)對基礎(chǔ)設(shè)施外觀狀態(tài)的自動巡檢，高速鐵路綜合巡檢車也逐漸被投入運用，最高檢測速度為120 km/h[4]。在城軌領(lǐng)域，綜合檢測、巡檢技術(shù)的應(yīng)用正處于快速發(fā)展階段，部分線路已通過搭載運營電客車的方式實現(xiàn)了輪軌、弓網(wǎng)等關(guān)鍵系統(tǒng)的綜合檢測、巡檢[5-6]。集綜合檢測和綜合巡檢技術(shù)于一體的城軌綜合檢測車也即將在北京、深圳等地投入應(yīng)用。與高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、管理的模式不同，各地城軌線路，甚至同一城市不同線路間各系統(tǒng)制式也存在較大差異，城軌綜合檢測車實現(xiàn)線網(wǎng)級應(yīng)用仍面臨很多問題[7-8]。本文通過分析高速鐵路綜合檢測車、綜合巡檢車以及城軌綜合檢測車的發(fā)展現(xiàn)狀，對城軌綜合檢測車的功能定位、應(yīng)用效果、應(yīng)用難點及對策等進(jìn)行分析。

2 高速鐵路綜合檢測車及綜合巡檢車

2.1 高速鐵路綜合檢測車

高速鐵路綜合檢測車可在等速狀態(tài)下實現(xiàn)對軌道、牽引供電、通信、信號等基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)檢測，為高速鐵路運營安全和基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修提供支撐。早在上世紀(jì)70 年代，日本就在新干線配置了“Doctor Yellow”綜合檢測列車，用于線路的周期性動態(tài)檢測，法國、德國、意大利等鐵路發(fā)達(dá)國家也先后研制了高速鐵路綜合檢測車[9]。

伴隨著高速鐵路的建設(shè)進(jìn)程，我國的綜合檢測車技術(shù)實現(xiàn)了快速發(fā)展。0 號高速鐵路綜合檢測車是我國第一列專用檢測車，于2008 年交付使用[10]。列車配置了當(dāng)時國際先進(jìn)的軌道幾何、車輛動力學(xué)響應(yīng)、弓網(wǎng)關(guān)系、通信、信號等檢測系統(tǒng)，并集辦公、會議、餐宿于一體，整體技術(shù)水平達(dá)到世界一流。目前我國在役綜合檢測車14 列，承擔(dān)著新建線路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試和既有近4 萬km 運營線路的周期性檢測工作，高速鐵路綜合檢測車如圖1 所示。

圖1 高速鐵路綜合檢測車

2.2 高速鐵路綜合巡檢車

高速鐵路綜合巡檢車運用視覺檢測、協(xié)同控制、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，可快速、智能的實現(xiàn)鐵路沿線關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施外觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)的綜合巡視，為實現(xiàn)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)全面感知提供技術(shù)支撐。

高速鐵路綜合巡檢車以內(nèi)燃機(jī)車為載體，如圖2 所示，搭載了軌道幾何參數(shù)檢測、鋼軌廓形檢測、軌道狀態(tài)巡檢、隧道限界檢測、接觸網(wǎng)幾何檢測、接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)巡檢、軌旁通信信號設(shè)備外觀巡檢等10 余個系統(tǒng)，最高運行速度120 km/h。

圖2 高速鐵路綜合巡檢車

3 城軌綜合檢測車

由于運營速度低、線路里程短等因素，城軌基礎(chǔ)設(shè)施檢測基本以小型檢測設(shè)備為主。近年來，隨著各地線網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)增大及運行速度的不斷提高，采用綜合檢測技術(shù)實現(xiàn)對基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的綜合、高效感知，已成為保障運營安全的有效手段。與高速鐵路不同，城軌列車由于運行速度低，因此可將檢測和巡檢系統(tǒng)集成一體。目前國內(nèi)已研發(fā)了2 列城軌綜合檢測車，分別為2B 綜合檢測車和3B 綜合檢測車。

3.1 2B 綜合檢測車

由深圳市地鐵集團(tuán)有限公司牽頭研制的2B 綜合檢測車由2 節(jié)B 型電客車組成，如圖3 所示，最高運行速度為120 km/h。2B 綜合檢測車可實現(xiàn)軌道幾何檢測、鋼軌輪廓檢測、軌道狀態(tài)巡檢、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測、弓網(wǎng)受流參數(shù)檢測、鋼軌短波不平順檢測、隧道限界檢測、通信檢測、車輛動態(tài)響應(yīng)檢測以及線路周邊環(huán)境監(jiān)視等。

圖3 2B 綜合檢測車

3.2 3B 綜合檢測車

由中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司牽頭研制的3B綜合檢測車由3 節(jié)B 型電客車組成，如圖4 所示，車輛同時具備直流1 500 V 接觸網(wǎng)、直流1 500 V 接觸軌、直流 750 V 接觸軌3 種受電方式，最高運行速度120 km/h。3B 綜合檢測車可以實現(xiàn)軌道幾何檢測、鋼軌廓形檢測、軌道狀態(tài)巡檢、車輛動力學(xué)響應(yīng)檢測、輪軌關(guān)系檢測、隧道襯砌表面狀態(tài)檢測、接觸網(wǎng)幾何檢測、弓網(wǎng)受流參數(shù)檢測、第三軌檢測、通信信號檢測以及線路周邊環(huán)境監(jiān)視等[11]。

圖4 3B 綜合檢測車

4 城軌綜合檢測車應(yīng)用分析

4.1 功能定位分析

4.1.1應(yīng)用范圍

城軌綜合檢測車最理想定位是實現(xiàn)城市線網(wǎng)級別的多線綜合檢測功能，然而與高速鐵路基本統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同，城軌由于線路間各系統(tǒng)制式差別較大，跨線運行存在一定難度，因此檢測車在設(shè)計階段應(yīng)預(yù)先考慮應(yīng)用范圍和制式配置，為下一步線網(wǎng)級別應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

4.1.2檢測、巡檢模式

城軌工務(wù)、供電、電務(wù)各專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施日常檢測項目、周期及常用檢測方式如表1 所示。

表1 城軌基礎(chǔ)設(shè)施部分重點檢測項目、周期及方式

根據(jù)各專業(yè)目前檢測周期以及城軌綜合檢測車的功能覆蓋情況，建議綜合檢測車各系統(tǒng)按實際情況開展不同周期的檢測、巡檢工作，具體建議如表2 所示。

表2 綜合檢測車檢測周期

4.1.3行車方式分析

等速檢測是反映基礎(chǔ)設(shè)施真實工作狀態(tài)的基礎(chǔ)，綜合檢測車可在天窗點單獨行車檢測，條件具備的可考慮編入運營圖開展專項檢測工作，亦可作為壓道車對軌道和基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。

4.2 應(yīng)用效果分析

4.2.1質(zhì)量方面

作為專業(yè)檢測裝備，綜合檢測車在設(shè)計階段即可實現(xiàn)設(shè)備的集成化、標(biāo)準(zhǔn)化配置，為實現(xiàn)高質(zhì)量檢測提供保障；等速動態(tài)的行車工況實現(xiàn)了真實運行場景下的系統(tǒng)全面評估；車載綜合系統(tǒng)及地面數(shù)據(jù)中心可實現(xiàn)多專業(yè)數(shù)據(jù)聯(lián)動分析，深度發(fā)掘，實現(xiàn)主動運維。

4.2.2效率方面

綜合檢測車可替代其他小型及單專業(yè)檢測設(shè)備，等速或準(zhǔn)等速的行車速度可全面壓縮工時；多專業(yè)的同步工作可大大節(jié)省天窗點占用；智能化、自動化的數(shù)據(jù)分析模式為進(jìn)一步減人增效提供保障。

4.2.3安全方面

綜合檢測車的應(yīng)用可以實現(xiàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)化，將多專業(yè)小型檢測設(shè)備集成，減少人工參與，提高了作業(yè)安全程度；等速、動態(tài)、綜合的系統(tǒng)評估方式，最大程度的保障了基礎(chǔ)設(shè)施健康運行，確保了設(shè)施安全；各系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)的綜合智能分析、深度挖掘等提高了運維的智慧化，保障了運營安全。

4.3 應(yīng)用難點及對策分析

4.3.1線網(wǎng)級應(yīng)用分析

綜合檢測車要實現(xiàn)線網(wǎng)級應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其對于較早建設(shè)城軌的城市，早先未考慮網(wǎng)絡(luò)化運營需求，各線路間系統(tǒng)制式千差萬別，如表3 所示，北京、上海等城市，車輛、供電制式較多，對于蘇州、南寧等城軌建設(shè)歷史較短的城市，由于相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展成熟及考慮到互聯(lián)互通等因素，車輛和供電制式基本統(tǒng)一。

表3 部分城市城軌基本信息

目前各地都在積極開展互聯(lián)互通、網(wǎng)絡(luò)化運營的相關(guān)研究，如重慶已經(jīng)實現(xiàn)了部分線路的互聯(lián)互通，各地越來越多的新建線路在設(shè)計階段即考慮了互聯(lián)互通問題，既有線路也在積極探索有效的解決途徑，上述情況為綜合檢測車的線網(wǎng)級應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件。綜合檢測車應(yīng)在設(shè)計階段充分考慮互聯(lián)互通問題，逐步實現(xiàn)部分線路乃至全線網(wǎng)的應(yīng)用。

4.3.2檢測、巡檢技術(shù)及功能覆蓋分析

目前針對輪軌、弓網(wǎng)、通信、信號的檢測技術(shù)及系統(tǒng)已較為成熟，而針對占用人工較多的設(shè)備設(shè)施狀態(tài)巡檢工作，自動化巡檢、識別技術(shù)等仍待進(jìn)一步提高，部分巡檢技術(shù)仍受行車速度的限制，極大影響了綜合檢測車的應(yīng)用效率[12-13]。此外，目前綜合檢測車尚未集成鋼軌探傷、道岔檢測等系統(tǒng)，檢測功能覆蓋程度仍有進(jìn)步空間。

自動化、智能化是基礎(chǔ)設(shè)施巡檢的必然方向，隨著圖像識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展，未來機(jī)器巡檢必然會全面替代人工。隨著相關(guān)檢測設(shè)備小型化、集成化的不斷發(fā)展，集更多功能的綜合檢測車有望在未來實現(xiàn)應(yīng)用。

4.3.3檢測資源合理化應(yīng)用分析

由于綜合檢測技術(shù)在城軌領(lǐng)域發(fā)展較晚，針對基礎(chǔ)設(shè)施的動態(tài)檢測一般采用軌檢車、網(wǎng)檢車等專業(yè)工程檢測車，因此，綜合檢測車的配置既要充分考慮既有檢測設(shè)備資源的優(yōu)化整合問題，又要統(tǒng)籌考慮綜合檢測車的配置時機(jī)以及其他檢測設(shè)備的處置方式，避免資源浪費。

4.3.4檢測數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用分析

檢測數(shù)據(jù)是反映基礎(chǔ)設(shè)施運行狀態(tài)的根本，數(shù)據(jù)運用水平?jīng)Q定著綜合檢測車的應(yīng)用效果。綜合檢測車必須配套檢測數(shù)據(jù)綜合管理平臺，確保各專業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲管理、綜合分析、深度挖掘等，避免數(shù)據(jù)資源的浪費，通過大量數(shù)據(jù)的積累逐步實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的智慧運維[14-15]。

4.3.5購置模式分析

綜合檢測車屬于單次投資金額較大的項目，對于設(shè)備購置資金不充足的情況一般可采用融資租賃、銀行按揭貸款等方式解決。融資租賃方式可以提高企業(yè)資金利用效率，開辟利用外資、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的新途徑，加速技術(shù)設(shè)備的改造；同時有利于調(diào)整資金結(jié)構(gòu)和技術(shù)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場需求的變化。銀行按揭貸款方式操作相對簡單，但一般不易實現(xiàn)。

5 結(jié)語

城軌綜合檢測車可以實現(xiàn)城軌基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)、高效、高質(zhì)量檢測，為全面提高基礎(chǔ)設(shè)施運維水平提供保障。隨著巡檢、人工智能等技術(shù)的不斷進(jìn)步以及各城軌線路互聯(lián)互通、網(wǎng)絡(luò)化運營的不斷發(fā)展，包括綜合檢測車在內(nèi)的綜合檢測、巡檢技術(shù)必將得到廣泛應(yīng)用。