魏志恒，徐 棟，陳萬里，戴源廷，王文斌

（1.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；2.北京市軌道交通運(yùn)營管理有限公司，北京 100068）

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅猛，運(yùn)營里程和客流量持續(xù)增長，為進(jìn)一步保障運(yùn)營安全，中華人民共和國國務(wù)院辦公廳、中華人民共和國交通運(yùn)輸部等相繼頒布出臺《國務(wù)院辦公廳關(guān)于保障城市軌道交通安全運(yùn)行的意見》 《城市軌道交通初期運(yùn)營前安全評估管理暫行辦法》等文件，就如何保證運(yùn)營安全給出了指導(dǎo)性意見[1-2]。

軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢監(jiān)測工作是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)全面感知、安全風(fēng)險超前預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)準(zhǔn)確評估、故障診斷預(yù)測，以及推進(jìn)實(shí)施精準(zhǔn)維修和預(yù)防性狀態(tài)維修的重要手段，為軌道交通持續(xù)安全運(yùn)營提供重要保障[3-4]。在高速鐵路領(lǐng)域，已經(jīng)形成包括小型檢測系統(tǒng)、固定監(jiān)測系統(tǒng)、車載綜合檢測系統(tǒng)在內(nèi)的軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測技術(shù)體系，其中車載綜合檢測系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施動態(tài)、綜合、高效檢測的有效手段[5-7]。在城市軌道交通領(lǐng)域，早先基本采用人工、小型檢測系統(tǒng)、專業(yè)檢測車等開展城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢測，隨著檢測技術(shù)及運(yùn)維理念的發(fā)展，城市軌道交通也正在不斷引進(jìn)包含地面監(jiān)測系統(tǒng)、車載式檢測系統(tǒng)在內(nèi)的綜合檢測技術(shù)[8-10]。除積極應(yīng)用先進(jìn)的檢監(jiān)測技術(shù)外，目前運(yùn)營單位針對檢測數(shù)據(jù)的綜合管理也日趨重視，并逐步構(gòu)建了各類數(shù)據(jù)管理平臺，為實(shí)現(xiàn)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維奠定基礎(chǔ)[11-12]。

文章全面分析工程車搭載檢測系統(tǒng)、運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)、綜合檢測車的應(yīng)用范圍、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用效果，以及城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢監(jiān)測體系構(gòu)建的發(fā)展趨勢，總結(jié)其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步提高城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維水平提供借鑒。

2 車載綜合檢測技術(shù)應(yīng)用情況

2.1 工程車搭載檢測系統(tǒng)

工程車搭載檢測系統(tǒng)最常見的是單專業(yè)的軌/網(wǎng)檢測車、鋼軌探傷車等，隨著綜合檢測技術(shù)發(fā)展，集合多專業(yè)檢測系統(tǒng)的工程車也得到一定應(yīng)用，例如軌/網(wǎng)檢測車，可以完成軌道動態(tài)幾何檢測、軌道狀態(tài)巡檢、接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)巡檢、接觸網(wǎng)幾何檢測等。目前北京、上海、廣州等大部分城市的地鐵運(yùn)營單位均配置了軌/網(wǎng)檢測車等，主要用于線路周期性動態(tài)檢測，系統(tǒng)的整體應(yīng)用較為成熟。

由于存在運(yùn)行速度、車輛制式等客觀因素影響，工程車與實(shí)際運(yùn)營電客車運(yùn)行工況相差較大，檢測質(zhì)量已愈發(fā)不能滿足實(shí)際需求。

2.2 運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)

最初由于技術(shù)水平等因素影響，運(yùn)營電客車搭載的檢測系統(tǒng)較少。隨著在線監(jiān)測、狀態(tài)維修等理念發(fā)展以及集成化、自動化檢測技術(shù)進(jìn)步，運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)的方式正逐漸得到廣泛應(yīng)用。集合多專業(yè)的綜合檢測系統(tǒng)在運(yùn)營電客車上實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，例如北京大興機(jī)場線在運(yùn)營電客車上加裝了軌道幾何檢測系統(tǒng)、車輛動力學(xué)響應(yīng)檢測系統(tǒng)、弓網(wǎng)關(guān)系檢測系統(tǒng)、接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測系統(tǒng)等[13]，其中軌道幾何檢測系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 軌道幾何檢測系統(tǒng)

運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需求開展在線實(shí)時監(jiān)測或周期性檢測，真實(shí)運(yùn)營場景下的等速動態(tài)檢測可以有效發(fā)現(xiàn)并指導(dǎo)解決軌道動態(tài)幾何超限、車輛異?；蝿?、弓網(wǎng)異常磨耗等問題。目前，該方式存在的主要問題是檢測系統(tǒng)集成化、智能化不足，自動化作業(yè)程度有待提高等。

2.3 綜合檢測車

隨著各地線網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營不斷發(fā)展以及智慧城市軌道交通建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，研發(fā)更高水平的綜合檢測技術(shù)，進(jìn)一步提高城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢測的質(zhì)量、效率，已成為運(yùn)營單位迫切需求。與高速鐵路綜合檢測車、綜合巡檢車分開建設(shè)的情況不同，由于運(yùn)營速度相對較低，城市軌道交通可將檢測和巡檢系統(tǒng)集為一體，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的同步檢測及巡檢。

目前，城市軌道交通領(lǐng)域已研發(fā)出了2 列綜合檢測車，分別是深圳市地鐵集團(tuán)有限公司牽頭研制的2B 型綜合檢測車和中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司牽頭研制的3B 型綜合檢測車。綜合檢測車可實(shí)現(xiàn)軌道狀態(tài)巡檢、接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)巡檢、車輛動力學(xué)響應(yīng)檢測、軌道動態(tài)幾何檢測、鋼軌輪廓檢測、弓網(wǎng)關(guān)系檢測、隧道襯砌表面狀態(tài)檢測、線路限界檢測、通信信號檢測及線路周邊環(huán)境監(jiān)視等。

目前城市軌道交通綜合檢測車尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，整體應(yīng)用效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 車載綜合檢測技術(shù)對比分析

基于實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及理論分析，總結(jié)出3 種車載檢測技術(shù)在應(yīng)用范圍、搭載能力、檢測質(zhì)量、檢測效率、檢測時間5 個方面的差異，如表1 所示。

表1 3 種綜合檢測技術(shù)對比

3.1 應(yīng)用范圍

城市軌道交通車輛、供電、通信、信號等制式較多，檢測系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)多線共用是需要重點(diǎn)考慮的問題之一[15]?？缇€運(yùn)行的首要條件是滿足限界要求，地鐵常見車型和工程車參數(shù)對比如表2 所示。

表2 常見車型車輛參數(shù)對比 mm

工程車由于限界小且無需取流，一般可以實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)級別應(yīng)用；運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)的定位主要是實(shí)現(xiàn)本線路檢測，一般不考慮跨線檢測情況；線網(wǎng)級應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)綜合檢測車資源充分利用的關(guān)鍵。當(dāng)前，由于系統(tǒng)制式等問題，車輛實(shí)現(xiàn)跨線運(yùn)行仍面臨諸多困難，但是隨著各地網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營需求及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合檢測車有望逐步實(shí)現(xiàn)多線乃至線網(wǎng)級應(yīng)用。

3.2 系統(tǒng)搭載能力

工程車一般是單節(jié)車搭載單專業(yè)檢測系統(tǒng)，例如軌/網(wǎng)檢測車，受安裝空間限制，工程車系統(tǒng)搭載能力有限。此外，工程車一般為內(nèi)燃機(jī)車，運(yùn)行工況與電客車相差較大，弓網(wǎng)受流、車輛動力學(xué)響應(yīng)等檢測系統(tǒng)無配置條件；以運(yùn)營電客車為載體實(shí)現(xiàn)綜合檢測，首先應(yīng)保障不能影響車輛正常載客運(yùn)營，目前運(yùn)營電客車上主要搭載輪軌、弓網(wǎng)等關(guān)鍵檢測系統(tǒng)，搭載能力有限，后期隨著檢測技術(shù)發(fā)展，運(yùn)營電客車搭載能力有望持續(xù)增強(qiáng)；綜合檢測車是專業(yè)檢測車，車輛編組可根據(jù)檢測系統(tǒng)的安裝需求靈活配置，檢測系統(tǒng)搭載能力較強(qiáng)。

3.3 檢測質(zhì)量

真實(shí)運(yùn)營工況下開展檢測是準(zhǔn)確獲取城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行參數(shù)的關(guān)鍵。工程車一般無法實(shí)現(xiàn)等速檢測，車輛本身與實(shí)際運(yùn)營電客車也存在較大差別，檢測質(zhì)量受較大影響；運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了真實(shí)運(yùn)營場景下的等速、動態(tài)檢測，不考慮車輛自身故障因素干擾，該模式檢測質(zhì)量較高；綜合檢測車作為專業(yè)的檢測設(shè)備，具備作為標(biāo)準(zhǔn)源對各線路基礎(chǔ)設(shè)施開展檢測的技術(shù)條件，整體檢測質(zhì)量較高。

3.4 檢測效率

工程車設(shè)計速度較低，無法實(shí)現(xiàn)等速檢測，一般是在天窗期開展低速檢測，檢測效率一般；運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)在運(yùn)營期間即可完成檢測，無需占用天窗期，檢測效率較高；綜合檢測車可實(shí)現(xiàn)多專業(yè)綜合檢測、巡檢，可最大程度替代單專業(yè)檢測，具備在天窗期或運(yùn)營期間行車能力，檢測效果較好。

3.5 檢測時間

工程車僅具備在天窗期開展測試的條件；運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)可在運(yùn)營期間實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測或周期性檢測，根據(jù)需要也可在天窗期開展專項(xiàng)檢測；綜合檢測車可在天窗期開展檢測，條件具備時可在運(yùn)營期間開展檢測。

4 車載綜合檢測系統(tǒng)配置分析

4.1 工程車搭載檢測系統(tǒng)

以前絕大部分城市均通過工程車搭載軌檢系統(tǒng)、網(wǎng)檢系統(tǒng)等開展城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢測，該方式可以有效解決車輛跨線檢測的難題；另一方面，目前如鋼軌探傷系統(tǒng)等還無法集成到電客車上，因此當(dāng)前以及未來一段時間該方式仍將發(fā)揮重要作用。對于可以集成到運(yùn)營電客車上的軌檢系統(tǒng)、網(wǎng)檢系統(tǒng)，工程車搭載檢測的方式已逐漸失去優(yōu)勢。

4.2 運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)

運(yùn)營電客車搭載檢測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營期間在線實(shí)時監(jiān)測，對于實(shí)現(xiàn)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)維修意義重大。此外，該模式還存在無需單獨(dú)占用檢測車輛，系統(tǒng)配置成本較低、實(shí)現(xiàn)難度較小等優(yōu)勢，一條線路配置1～2 套搭載式檢測系統(tǒng)將逐漸成為常規(guī)配置。隨著檢測系統(tǒng)小型化、自動化進(jìn)一步發(fā)展，未來將有更多檢測系統(tǒng)集成到運(yùn)營電客車上。

4.3 綜合檢測車

小型檢測系統(tǒng)多、檢測不規(guī)范等是城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢測面臨的主要問題，極大影響整體檢測質(zhì)量。作為專業(yè)檢測設(shè)備，綜合檢測車可以實(shí)現(xiàn)軌道、接觸網(wǎng)、隧道、通信、信號等系統(tǒng)綜合、同步檢測及巡檢，配合數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)檢測數(shù)據(jù)的聯(lián)動分析、深度挖掘等，切實(shí)推進(jìn)智慧城市軌道交通發(fā)展。目前跨線運(yùn)行是阻礙綜合檢測車實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的主要因素，此外，解決綜合檢測車各子系統(tǒng)獨(dú)立控制問題，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)系統(tǒng)一體控制，關(guān)鍵安全參數(shù)實(shí)時傳輸、預(yù)警等也是需要解決的重點(diǎn)問題。隨著各地網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營進(jìn)程推進(jìn)及相關(guān)檢測技術(shù)發(fā)展，綜合檢測車有望逐步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

5 基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢監(jiān)測體系構(gòu)建

城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢監(jiān)測除了要實(shí)現(xiàn)前端狀態(tài)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、全面感知外，還應(yīng)完成檢監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合管理與應(yīng)用。目前各地針對檢測數(shù)據(jù)綜合管理與應(yīng)用多有不足，主要因素有整體規(guī)劃不足、檢測系統(tǒng)多、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理難度大、信息化技術(shù)發(fā)展水平限制等。

在未來，城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施前端檢測數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量等將持續(xù)增多，數(shù)據(jù)綜合管理面臨壓力也將日益增大。為此運(yùn)營單位應(yīng)及早規(guī)劃構(gòu)建包含感知層、數(shù)據(jù)層、分析應(yīng)用層在內(nèi)的城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢監(jiān)測體系，如圖2 所示，不斷引進(jìn)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)持續(xù)迭代應(yīng)用，逐步推進(jìn)智慧城市軌道交通建設(shè)。

圖2 城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢監(jiān)測體系

6 結(jié)語

隨著智慧城市軌道交通建設(shè)高潮來臨，融合各類先進(jìn)技術(shù)，頂層規(guī)劃并加速構(gòu)建包含車載綜合檢測系統(tǒng)、地面固定監(jiān)測系統(tǒng)、小型專業(yè)檢測系統(tǒng)、檢測數(shù)據(jù)綜合管理平臺在內(nèi)的城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢監(jiān)測體系，全面、準(zhǔn)確、及時的感知城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，已成為保障城市軌道交通運(yùn)營安全的重要手段。