基于TRIZ理論的高鐵站臺(tái)門設(shè)計(jì)方案研究

摘 要：針對(duì)我國(guó)高鐵多車型混跑模式下站臺(tái)門對(duì)位難題，應(yīng)用TRIZ理論構(gòu)建技術(shù)矛盾，通過技術(shù)矛盾矩陣揭示的發(fā)明原理形成最終的設(shè)計(jì)方案。以高鐵蘇州站為例，提出一種升降式高鐵站臺(tái)門創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，該方案成功實(shí)現(xiàn)了站臺(tái)門系統(tǒng)的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性與安全性的兼容，為我國(guó)高鐵公交化運(yùn)營(yíng)提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論；高鐵站臺(tái)門；創(chuàng)新方案；適應(yīng)性

中圖分類號(hào)：U291 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A Doi：10.3969/j.issn.1672-2272.202306091

Research on Platform Door Scheme of High-Speed Railway Based on TRIZ Theory

Cheng Siyu

（Mechanical Power Design and Research Institute，China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd， Wuhan 430063，China）

Abstract：Aiming at the difficult problem of platform door alignment in China's high-speed rail multi-model mixed operation mode， the TRIZ theory is applied to construct a technical contradiction pair， and the final design solution is formed through the invention principle revealed by the technical contradiction matrix. Taking Suzhou Station as an example， an innovative design scheme of elevated high-speed railway platform doors is proposed， which realizes the compatibility of platform door system adaptability， economy and safety， and provides technical support for the bus-oriented operation of high-speed railway in China.

Key Words：TRIZ Theory; High-Speed Rail Platform Doors; Innovative Solutions；Adapt Ability

0 引言

十四五期間，我國(guó)已累計(jì)有39條線路開通“高鐵月票”，“公交化運(yùn)營(yíng)”已成為我國(guó)高鐵發(fā)展的新趨勢(shì)。傳統(tǒng)高鐵站臺(tái)候車由于發(fā)車頻率低、列車停站時(shí)間長(zhǎng)，乘客通常在高鐵停穩(wěn)后再前往站臺(tái)上車，因此站臺(tái)門的安裝并不常見。隨著高鐵公交化運(yùn)營(yíng)的推進(jìn)，高鐵發(fā)車頻率增加，停站時(shí)間縮短，為保證高鐵的運(yùn)行效率，需要乘客站臺(tái)候車，高鐵候車由“車等人”變?yōu)椤叭说溶嚒?，給暴露在站臺(tái)上的乘客帶來(lái)了新的安全風(fēng)險(xiǎn)。為保護(hù)乘客的安全，加裝站臺(tái)門成為高鐵公交化運(yùn)營(yíng)中至關(guān)重要的一環(huán)。然而，與城市軌道交通單一車型不同，我國(guó)高鐵擁有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6、CRH380等15種動(dòng)車組平臺(tái)共計(jì)50余種列車車型，不同車型車門數(shù)量、位置、開度均不相同，如何使站臺(tái)門開門位置與列車車門相對(duì)應(yīng)，以保證乘客乘降效率，是在全國(guó)范圍內(nèi)推廣高鐵公交化運(yùn)營(yíng)所亟待解決的關(guān)鍵問題[1-2]。

1 基于TRIZ理論的問題分析及解決過程

TRIZ理論是由前蘇聯(lián)發(fā)明家G.S.Altshuller通過研究上百萬(wàn)件高水平專利總結(jié)出來(lái)的一套創(chuàng)新方法論，經(jīng)過多年的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)創(chuàng)新與問題解決的重要工具。TRIZ理論的核心思想是通過發(fā)現(xiàn)和利用普適的創(chuàng)新原理來(lái)解決問題，并提出了一系列與創(chuàng)新相關(guān)的原則、模式和規(guī)律，旨在幫助人們克服創(chuàng)新過程中的障礙和矛盾。

Altshuller發(fā)現(xiàn)，存在39個(gè)彼此之間相互矛盾的工程參數(shù)，即當(dāng)一個(gè)參數(shù)提高時(shí)，另一個(gè)參數(shù)就會(huì)變差，他將這些沖突與沖突解決原理組成了一個(gè)由改善參數(shù)和惡化參數(shù)組成的矩陣，并揭示了相應(yīng)的發(fā)明原理，借助TRIZ理論總結(jié)的40個(gè)發(fā)明原理和39個(gè)通用工程參數(shù)（表1和表2），以及技術(shù)矛盾矩陣（表3），就可以解決許多實(shí)際問題[3-4]。

因此本文擬借助TRIZ理論，解決當(dāng)前高鐵站臺(tái)門設(shè)置方案存在的不足并提出創(chuàng)新方案。本文的研究思路如下：首先對(duì)我國(guó)當(dāng)前高鐵站臺(tái)門的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，分析存在的技術(shù)問題；其次，結(jié)合TRIZ理論中的39個(gè)通用工程參數(shù)，總結(jié)高鐵站臺(tái)門存在的技術(shù)矛盾對(duì)；隨后通過技術(shù)矛盾矩陣得出解決問題的發(fā)明原理，并根據(jù)這些發(fā)明原理篩選出新的解決方案，如果發(fā)現(xiàn)新的問題，那么通過39個(gè)通用工程參數(shù)再次構(gòu)建技術(shù)矛盾進(jìn)行分析，直到不再出現(xiàn)新的問題；最后，生成可執(zhí)行的方案。流程如圖1所示。

2 高鐵站臺(tái)門分析及設(shè)計(jì)

2.1 問題描述及分析

國(guó)外如ICE、TGV、AVE、VHS等高速列車無(wú)多車型混跑及公交化運(yùn)營(yíng)的需求，所以沒有相應(yīng)站臺(tái)門產(chǎn)品和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

我國(guó)高鐵的發(fā)展經(jīng)歷了“引進(jìn)、吸收、消化、創(chuàng)新”4個(gè)過程，由于引進(jìn)平臺(tái)的差異和不同的客運(yùn)需求，我國(guó)高鐵擁有15種動(dòng)車組平臺(tái)共計(jì)50種車型，不同車型車門數(shù)量、位置、開度均不相同。如圖2所示，城市軌道交通站臺(tái)門設(shè)置方案并不適用于高鐵站臺(tái)。

為了解決多車型混跑情況下的門—車對(duì)位難題，目前高鐵候車站臺(tái)通常采用站臺(tái)門退后站臺(tái)邊緣1 200mm安裝的方式，如圖3所示。乘客通過預(yù)留的通道穿過站臺(tái)門進(jìn)行上下車，這種方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)站臺(tái)門與不同列車車型車門位置的兼容，但增大了站臺(tái)寬度，進(jìn)而增加了工程投資，通常增加100mm地面站臺(tái)寬度需要增加站臺(tái)投資約100萬(wàn)元。此外，對(duì)于如廣深港高鐵福田站、智能京張高鐵八達(dá)嶺長(zhǎng)城站之類的地下高鐵站，并不具備擴(kuò)大站臺(tái)的條件[5-6]。

運(yùn)用TRIZ理論對(duì)高鐵站臺(tái)門目前出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，將站臺(tái)門“設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)”各方面的因素都考慮在內(nèi)，對(duì)高鐵站臺(tái)門提出新的設(shè)計(jì)方案。首先根據(jù)站臺(tái)門兼容不同列車車型與站臺(tái)投資作為一對(duì)矛盾點(diǎn)，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)是在保證站臺(tái)門兼容多車型列車的同時(shí)，避免增大投資。將“兼容多車型列車”以及“增大投資”這兩個(gè)互相沖突的矛盾點(diǎn)歸納到TRIZ理論中的39個(gè)通用工程參數(shù)進(jìn)行分析，將“兼容多車型列車”歸納為改善參數(shù) “NO.35適用性或多用性”，將“增大投資”歸納為惡化參數(shù)“NO.32物質(zhì)損耗”。 因此從提高站臺(tái)門兼容性的角度出發(fā)，構(gòu)建的技術(shù)矛盾組為“NO.35適用性或多用性”與“NO.32物質(zhì)損耗”。

2.2 方案創(chuàng)新

根據(jù)對(duì)當(dāng)前高鐵站臺(tái)門存在的矛盾進(jìn)行分析，得到改善和惡化參數(shù)，結(jié)合技術(shù)矛盾矩陣（表4），便可以得到解決當(dāng)前技術(shù)矛盾的發(fā)明原理。

根據(jù)表4所示，推薦解決“NO.35適用性或多用性”與“NO.23物質(zhì)損耗”之間的矛盾可以用到的發(fā)明原理為“NO.2抽取”“NO.10預(yù)先作用”“NO.13反向操作”和“NO.15動(dòng)態(tài)化”，其原理釋義如表5所示。

根據(jù)矛盾矩陣推薦的發(fā)明原理，結(jié)合頭腦風(fēng)暴與專業(yè)知識(shí)，優(yōu)先選擇“NO.15動(dòng)態(tài)化”作為高鐵站臺(tái)門創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原理。根據(jù)發(fā)明原理“NO.15動(dòng)態(tài)化”的提示，將單個(gè)滑動(dòng)門拆分成可組合式的套疊滑動(dòng)門結(jié)構(gòu)，相鄰兩組滑動(dòng)門相錯(cuò)布置，取消常規(guī)布置工藝中的固定門、應(yīng)急門單元，滑動(dòng)門結(jié)構(gòu)尺寸和立柱位置可根據(jù)工程需求調(diào)整，不需要較高的停車精度即可包容多種車型列車車門的開門位置，站臺(tái)門也因此可以靠近站臺(tái)邊緣布置，縮短站臺(tái)寬度，降低了站臺(tái)工程投資，套疊滑動(dòng)門效果，如圖4所示。

在得到套疊滑動(dòng)門的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案之后，對(duì)方案的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。套疊滑動(dòng)門通過套疊門的形式，增加站臺(tái)門的開度，包含不同車型列車的開門區(qū)域，從而兼容更多的車型。當(dāng)車型越多時(shí)，套疊門的數(shù)量就越多，站臺(tái)門的機(jī)械結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，門體也越厚，在站臺(tái)寬度一定的情況下，套疊門設(shè)置的數(shù)量存在上限，兼容車型也存在上限，一般可兼容5～6種。且當(dāng)套疊方案確定時(shí)，一旦新增停靠車型，新車型開門位置超出套疊滑動(dòng)門覆蓋范圍，套疊門不再適用。

根據(jù)TRIZ理論中問題解決流程圖，接下來(lái)需要對(duì)“站臺(tái)門開度”與“站臺(tái)門結(jié)構(gòu)復(fù)雜”和“站臺(tái)門開度”與“站臺(tái)門厚度”這兩對(duì)技術(shù)矛盾點(diǎn)進(jìn)行TRIZ理論分析，從而找到解決矛盾的方法。將“站臺(tái)門跨度”“站臺(tái)門結(jié)構(gòu)復(fù)雜”“站臺(tái)門厚度”歸納到TRIZ中的39個(gè)通用工程參數(shù)進(jìn)行分析，將“站臺(tái)門開度”歸納為改善參數(shù) “NO.3運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度”，將 “站臺(tái)門結(jié)構(gòu)復(fù)雜”及“站臺(tái)門厚度”歸納為惡化參數(shù) “NO.32易于制造”“NO.7運(yùn)動(dòng)物體的體積”，從提高站臺(tái)門開度覆蓋更多列車車門的角度出發(fā)，構(gòu)建的技術(shù)矛盾對(duì)為“NO.3運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度”與“NO.32易于制造”以及“NO.3運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度”與“NO.7運(yùn)動(dòng)物體的體積”。

將上述參數(shù)帶入技術(shù)矛盾矩陣，如表6所示。

根據(jù)上述技術(shù)矛盾矩陣提示，推薦解決“NO.3運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度”與“NO.7運(yùn)動(dòng)物體的體積”之間的矛盾可以用到的發(fā)明原理為“NO.4不對(duì)稱性”“NO.7嵌套”“NO.17維數(shù)變化” “NO.35改變物理/化學(xué)狀態(tài)”； 推薦解決“NO.3運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度” 與“NO.32易于制造” 之間的矛盾可以用到的發(fā)明原理為“NO.1分割”“NO.17維數(shù)變化”“NO.29氣壓或液壓結(jié)構(gòu)”。

根據(jù)矛盾矩陣推薦的發(fā)明原理， 優(yōu)先選擇“NO.7維數(shù)變化”作為指導(dǎo)站臺(tái)門創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)的發(fā)明原理，其釋義如表7所示。

根據(jù)發(fā)明原理“NO.17維數(shù)變化”的提示，將站臺(tái)門的開門方向由水平方向改為垂直方向，取消常規(guī)布置工藝中的固定門、應(yīng)急門單元，站臺(tái)門由一幅可在垂直方向上運(yùn)動(dòng)的寬大門體組成，無(wú)須套疊滑動(dòng)門結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，能兼容更多車型。當(dāng)站臺(tái)門開啟時(shí)，乘客可從站臺(tái)門體下方通行，升降式站臺(tái)門效果如圖5所示。

2.3 方案設(shè)計(jì)

升降式站臺(tái)門設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于對(duì)主體升降門單元尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，以蘇州站第6站臺(tái)為例，站臺(tái)長(zhǎng)度450m，共?？緾R400BF（8編組）、CR400BF（17編組）、CRH1B、CRH1B（1299）等17種不同車型列車，對(duì)各列車車門中心線位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可得列車中心線寬度集中在9.2～12m范圍內(nèi)。

為保證整側(cè)站臺(tái)的美觀性、產(chǎn)品制造及實(shí)施的可行性、維護(hù)管理的便捷性，采用制造工藝較為成熟的10.5m開度門單元作為主要門單元，立柱寬度600mm對(duì)整側(cè)站臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能減少門體立柱對(duì)列車車門的阻擋，通過方案優(yōu)化，整側(cè)站臺(tái)門參數(shù)如表8所示。

站臺(tái)門立柱有6處位置與局部車型車門位置重合，分別為：CRH2A車型第8節(jié)車廂車門與立柱有300mm范圍重合、CRH2B車型第3節(jié)車廂車門與立柱有330mm范圍重合、CRH3A車型第7節(jié)車廂車門與立柱有250mm范圍重合、CRH380BL車型第3節(jié)車廂車門與立柱有200mm范圍重合、CRH380D車型第3節(jié)車廂車門與立柱有200mm范圍重合、CRH400BF車型第7節(jié)車廂車門與立柱有250mm范圍重合，剩余11種車型完全兼容，高鐵蘇州站站臺(tái)門實(shí)物圖如圖6所示。

本創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：①站臺(tái)門規(guī)格統(tǒng)一，可制造和實(shí)施性強(qiáng)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)便捷；②兼容多種列車車型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；③站臺(tái)門設(shè)置方案合理，立柱與列車車門重疊部分不影響乘客通行及疏散。

3 結(jié)語(yǔ)

在高鐵站臺(tái)門方案的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用TRIZ理論對(duì)問題進(jìn)行分析，通過技術(shù)矛盾矩陣對(duì)問題進(jìn)行求解，形成了最終解決方案。在方案的具體設(shè)計(jì)過程中，以高鐵蘇州站站門臺(tái)為例，從“兼容性”“經(jīng)濟(jì)性”“可制造性”“實(shí)用性”等方面進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，最終形成了高鐵站臺(tái)門的設(shè)計(jì)方案，使高鐵站臺(tái)門的設(shè)計(jì)更加合理。

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（責(zé)任編輯：張雙鈺）

基金項(xiàng)目：湖北省創(chuàng)新方法推廣應(yīng)用基地服務(wù)能力建設(shè)項(xiàng)目（2020IM020800）

作者簡(jiǎn)介：程思宇（1995-），男，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)。