戚廣楓，李紅梅，暢洪亮

建筑業(yè)普遍存在的相對低效率、高風險、高損耗特點依然不同程度地存在于電氣化鐵路接觸網(wǎng)工程建造的各個方面。近十多年來的高鐵接觸網(wǎng)建造工程創(chuàng)新實踐，研發(fā)解決了系統(tǒng)設計和施工關鍵技術等工藝問題，完成了主要相關裝備的研制。其主要成果之一的高鐵接觸網(wǎng)工程設計施工一體化工法系列步驟中的腕臂預配工法、吊弦預配工法、恒張力架線工法和彈性吊索安裝工藝4種具體工法工序，配套以接觸網(wǎng)標準作業(yè)車、架線作業(yè)車組等施工裝備，通過全面的推廣應用，將源于20世紀我國的傳統(tǒng)接觸網(wǎng)工程整體建造技術水平提升了一代。但是，這些關鍵工藝的實施對一線作業(yè)人員的綜合素質(zhì)要求較高，且很多作業(yè)環(huán)節(jié)如腕臂組裝、吊裝、安裝就位等工序仍未能實現(xiàn)機械化，接觸網(wǎng)作業(yè)人員仍需在高空負重作業(yè)，人工作業(yè)依舊繁重而低效，且存在一定的安全隱患。因此，需盡快解決施工機械化總覆蓋率實際不足50%的現(xiàn)實問題，相應地，需對配套標準工法進行適應性完善，并結合未來智能建造技術探索和預研新型施工裝備，以期形成新一代高鐵接觸網(wǎng)智能建造技術。

1 現(xiàn)狀調(diào)研與需求分析

當前施工裝備層面的主要問題是機械化的全過程覆蓋率不高和高空負重操作，以及基于傳統(tǒng)標準接觸網(wǎng)作業(yè)車平臺的作業(yè)模式存在一定局限性。

目前，國內(nèi)牽引供電行業(yè)接觸網(wǎng)腕臂安裝和維修使用的主要設備為接觸網(wǎng)檢修車，這種標準作業(yè)車的可升降旋轉(zhuǎn)移動平臺（或稱“作業(yè)斗”、“吊籃”）大致分為兩種類型：一種是JW-4或JW-4G型或類似構造的接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車，配置移動平臺，如圖1（a）所示；一種是類似JZW-4型的高空作業(yè)車，配置有可高空移動的斗籃，如圖1（b）所示。

圖1 標準接觸網(wǎng)檢修和作業(yè)車現(xiàn)狀

上述兩類作業(yè)車的底盤上安裝有升降作業(yè)平臺，可協(xié)作開展接觸網(wǎng)安裝或維修作業(yè)，但其實際上僅僅是為操作人員提供了一個作業(yè)及站立的平臺。該標準作業(yè)車自20世紀90年代京秦電氣化鐵路建設從日本引進伊始，經(jīng)國產(chǎn)化后列裝使用至今，30年來并未經(jīng)過實質(zhì)性的改進。在實際運用中，由于平臺旋轉(zhuǎn)不便，也未配置助力裝置，且從平板車面至地面或平臺至安裝位置始終存在約1～2 m的高差，作業(yè)人員需依靠扶梯和腳手架攀爬或負重提舉零部件。

該類單一功能的作業(yè)車平臺對附加導線安裝、接觸網(wǎng)腕臂安裝等工作量較大或需要負重進行操作的技術工種的綜合作業(yè)效率提升帶來很大的掣肘，亟待做進一步的改進。同時，隨著高鐵建設的大規(guī)模展開，對高技能且年輕化的接觸網(wǎng)作業(yè)人員需求大大增加，但隨著我國人口紅利的逐漸消失，掌握高鐵關鍵施工技術的骨干人員年齡偏大，對辛苦的負重勞動力不從心。為使一線作業(yè)人員勝任高新技術的運用，有必要同期研究開發(fā)更為有效的面向現(xiàn)場作業(yè)的輔助管理系統(tǒng)，發(fā)揮以老帶新的架子隊作業(yè)模式的優(yōu)勢，克服骨干人員短期不足的矛盾。從設備和管理2個層面共同提升綜合效率和效能，才能更好地發(fā)揮新型裝備的優(yōu)勢和特點。基于此思路，有必要開展相關裝備和工藝工法的研究制定，打造新一代智能高鐵建造技術。

2 研發(fā)的技術路線

未來智能高鐵建造技術研究的核心目標是圍繞如何提高現(xiàn)場技術主管和領班作業(yè)骨干人員的作業(yè)指揮能力，擴大作業(yè)面的有效管控半徑，實現(xiàn)相關各環(huán)節(jié)協(xié)同作業(yè)效率的提升。為此，需解決以下具體技術難題：

（1）在設備層面，需盡快開發(fā)高鐵接觸網(wǎng)腕臂安裝施工作業(yè)裝備，減少需人工進行負重操作的安裝工序，提高機械化作業(yè)覆蓋范圍，既很好地改善了勞動環(huán)境，又最大限度發(fā)揮了現(xiàn)有作業(yè)人員的總效力。

（2）在人員班組管理層面，同步開展基于架子隊的施工管理方式和管理系統(tǒng)研究，研究從數(shù)據(jù)自動傳輸和協(xié)同作業(yè)能力方面提升運用新型裝備的能力。結合上述更高層次的智能建造技術研究思路和要求，研究與新型裝備密切相關的工藝流程和施工工法，完善質(zhì)量管理手段。

（3）未來的現(xiàn)場智慧工地建設或智能建造安裝工程，應以智能工地管理系統(tǒng)SPM為核心建設，才能最大程度地發(fā)揮新型裝備的使用效能，提升生產(chǎn)力。

通過上述思路分析，優(yōu)先開展腕臂安裝等新型作業(yè)車平臺機械化自動化裝備的硬件研究，解決高空作業(yè)負重操作困難的問題，通過同步開展的協(xié)同管理軟件和配套工法的研究，最終統(tǒng)一于自主研發(fā)的智能工地管理系統(tǒng)SPM中，形成更大的效能與合力。

3 新型裝備研制

本節(jié)探討基于SPM的接觸網(wǎng)腕臂安裝機械化/自動化施工作業(yè)新型裝備研制。

3.1 Z-W型腕臂自動化安裝作業(yè)裝備

自動化腕臂安裝作業(yè)裝備用于高鐵接觸網(wǎng)支柱上腕臂的安裝及維護檢修，提升腕臂安裝及維護機械化水平，減輕勞動強度，提高施工精度。

根據(jù)設想方案，SPM與具備智能控制功能的新型腕臂安裝機或支柱組立機等自動化作業(yè)裝備實現(xiàn)深度結合，可接受來自大數(shù)據(jù)中心的BIM智能建造信息的驅(qū)動，為新型智能化施工裝備提供靶向目標、坐標，通過精測系統(tǒng)、衛(wèi)星定位和視覺引導技術，同步完成安裝過程導引、就位和動態(tài)信息數(shù)據(jù)交互，自動進入下一工序的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。這種代表著一種智能建造未來模式的“Z-W型腕臂自動化安裝作業(yè)裝備（車組）”（圖2、圖3）已預研成功，并已在京雄高鐵工程試用，成為正式列裝設備。

圖2 Z-W型腕臂自動化安裝作業(yè)裝備（車組）試用現(xiàn)場

圖3 自動化腕臂安裝作業(yè)裝備（車組）的部分作業(yè)姿態(tài)

裝備的研制及其主要性能參數(shù)：需要組織4名操作人員；安裝效率為單套腕臂作業(yè)時間不超過20 min；具有遙控操作模式；具有多重安全防護功能（限位、防墜、防傾倒、緩沖等保護功能）。主要設備組成：公鐵兩用底盤平臺車、升降臂+作業(yè)斗、腕臂智能安裝臂。

3.2 J-W型腕臂安裝機械化助力作業(yè)裝備

為了在短期內(nèi)迅速提升生產(chǎn)力，有必要針對現(xiàn)狀分析中所提到的高空負重操作問題，側(cè)重于改進標準接觸網(wǎng)作業(yè)車平臺存在的局限性，并基于現(xiàn)有裝備制造能力實現(xiàn)量產(chǎn)。

通過分析既有標準作業(yè)車的問題可知：在作業(yè)車的功能方面，標準作業(yè)平臺僅提供作業(yè)人員作業(yè)及站立的位置，還不具備承擔從地面或作業(yè)車組的平板車面負重運送腕臂或其他重物至高空作業(yè)點的運轉(zhuǎn)功能，也不具備較大的作業(yè)半徑，既無法觸及空間位置較低的作業(yè)面，也無法觸及位置較高的作業(yè)面，不能充分發(fā)揮綜合檢修效率且限制了其使用范圍和用途。斗籃式作業(yè)車作業(yè)斗的高空作業(yè)運轉(zhuǎn)半徑雖大，但仍無法低置到地面等作業(yè)面，無法進行地面腕臂等重物的運載（抵達其安裝位置），因而也無法僅通過一個過程完成腕臂架裝等任務。因此，有必要研究一種新型的高空作業(yè)平臺，以解決腕臂、附加導線或下錨等安裝調(diào)整工藝的需求，提高整體作業(yè)車的利用率，減輕工人勞動強度和進一步保障作業(yè)安全。

在新型J-W型作業(yè)車組的研制過程中，主要解決以下技術難題：（1）平臺（吊籃）具備較大高差的運動范圍，需要設計新高空作業(yè)平臺（吊籃）的曲臂結構（簡單增加曲臂的節(jié)數(shù)或采用多節(jié)回轉(zhuǎn)折臂并不能實現(xiàn)低置的功能）。（2）為了滿足用戶安裝腕臂或其他類似負重安裝作業(yè)需要，平臺作業(yè)斗的空間需要滿足站立人數(shù)不少于2人，同時滿足安裝其他機械裝置的條件。（3）為了提高其經(jīng)濟性和多用途性，需實現(xiàn)對適配的作業(yè)車底盤無特殊要求，可兼容目前主流的動力車底盤。

基于標準底盤研發(fā)的新平臺技術方案如下：

（1）曲臂結構采用第一節(jié)臂總成加伸縮臂總成的組合方案，實現(xiàn)吊籃可向車體下方運動。

（2）吊籃設置調(diào)平和回轉(zhuǎn)功能，保證作業(yè)人員安全，提高作業(yè)效率。

（3）停止作業(yè)并歸位后的限界符合GB146.1標準軌距鐵路機車車輛限界和客運專線鐵路機車車輛限界要求。

（4）標準作業(yè)車或其他接觸網(wǎng)動力車具備的液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)均可滿足本方案技術要求，即可直接利用經(jīng)簡單改造的原車底盤。在該條件下校驗軌道上作業(yè)時的傾覆力矩，確認整車的穩(wěn)定性能滿足要求。

JW系列作業(yè)車配置新型低置運轉(zhuǎn)平臺后，與基于JPC-160改造的帶腕臂組裝作業(yè)裝備的平板車組合后構成J-W作業(yè)車組，如圖4所示。

圖4 典型的J-W安裝作業(yè)裝備（車組）構成

3.3 新作業(yè)裝備的使用特點與優(yōu)勢

運用上述新作業(yè)裝備，可提高單程作業(yè)工效，作業(yè)裝備具備與SPM聯(lián)合使用的接口功能，可進一步開發(fā)和提升綜合作業(yè)效能，并可升級為智能化腕臂安裝作業(yè)裝備。新作業(yè)裝備的特點綜述如下：

（1）具有更大的高低行程的作業(yè)半徑，意味著適用范圍更大，具有更多的使用用途，提高接觸網(wǎng)工程的（作業(yè)車）機械化利用率和作業(yè)效率。

（2）可實現(xiàn)以往作業(yè)較困難的某些負重操作，如架裝腕臂等需要低置地面或車平臺面拾取重物（如腕臂和工具），并方便接送作業(yè)人員。該負重作業(yè)量占整個接觸網(wǎng)標準化作業(yè)量的30%以上，可明顯降低人員的勞動強度，改善安全作業(yè)條件。

（3）可在整裝式新型作業(yè)車配置上述作業(yè)裝備，也可利用既有作業(yè)車輛改裝，以快速列裝形成生產(chǎn)力。

（4）可實現(xiàn)靈活配置，可根據(jù)用戶需求選擇作業(yè)平臺的尺寸，在設定的作業(yè)范圍內(nèi)作業(yè)時的傾覆力矩和整車的穩(wěn)定性能滿足安全性要求。

4 配套工法的研究

典型的低置式作業(yè)平臺工作位如圖5所示。建議結合施工單位管理需要，配合研究相應的施工安裝工藝工法，以確認符合安全和技術管理要求。

圖5 典型的作業(yè)平臺操作工位示意圖

結合腕臂絕緣子在安裝現(xiàn)場的作業(yè)車平臺上就地套裝金屬腕臂的過程，運用SPM系統(tǒng)指導進行完整的腕臂安裝作業(yè)流程（工法）設想見附表1，供研究標準工法參考。流程圖中涉及的腕臂組裝地面作業(yè)機械化輔助裝置集成在配套J-W作業(yè)車組中，也可單獨定制使用。

附表1 基于SPM系統(tǒng)3的腕臂安裝作業(yè)工藝流程（設想）

5 結語

通過上述研究和實踐，本著注重實效，著眼解決現(xiàn)場人員負重操作問題，提升接觸網(wǎng)作業(yè)機械化率而相應研發(fā)的新型接觸網(wǎng)安裝作業(yè)車取得了階段性成果，達到了預期目標。研究過程中，還結合現(xiàn)代工業(yè)控制技術和鐵路智能建造未來發(fā)展需求，同步完成了自動化/機械化的腕臂安裝智能裝備和適用于作業(yè)隊的智能工地管理系統(tǒng)SPM的研發(fā)和試用。通過對圍繞SPM開展的新型施工裝備、工法研究，探索了一種高鐵施工技術運用的新模式，確保所研制樣機的工程實用化程度，以滿足高鐵接觸網(wǎng)支柱裝配的腕臂安裝及維護檢修需要。

同步開發(fā)的腕臂安裝、支柱組立和吊弦標定等多型自動化作業(yè)裝備，通過在漢十、京雄高鐵和已開工項目福廈高鐵等工程項目的分析、預研、試用改進和推廣，可望在不久的將來，結合更高層次的智能建造系統(tǒng)構建與綜合運用，在設備、班組管理2個層面切實提升我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)工程建設一線相對薄弱工序的效能，最終實現(xiàn)接觸網(wǎng)工程施工各環(huán)節(jié)協(xié)同作業(yè)效率的提升，降低安全作業(yè)風險和中間損耗，提高工程建設的經(jīng)濟性，主動適應當前社會現(xiàn)狀和市場需求。