王東妍，馬穎偉，李宇初，李俊波，沈 鹍，李娟

0 引言

城際鐵路功能定位主要為實(shí)現(xiàn)各城市中心城區(qū)的快速聯(lián)系、帶動(dòng)周邊片區(qū)城市更新、緩解部分地區(qū)節(jié)假日客流的交通壓力，城際鐵路網(wǎng)建設(shè)需求更傾向于“公交化運(yùn)營(yíng)、一體化管理、一站式服務(wù)”的目標(biāo)[1]，具有高峰時(shí)段客流量大、經(jīng)過(guò)主要城區(qū)且地下站多、客運(yùn)需求變化大等特點(diǎn)。城際鐵路與其他軌道交通存在信號(hào)制式不同[2]，列車(chē)運(yùn)行時(shí)間間隔短，要求線路具有較高的折返能力，保持道岔設(shè)備良好狀態(tài)就顯得尤為重要。

道岔設(shè)備是城際線路的三大薄弱環(huán)節(jié)之一，城際鐵路不同于高速鐵路，列車(chē)運(yùn)行時(shí)間間隔短，發(fā)車(chē)密度大，多為短途旅行或通勤乘客，對(duì)時(shí)間效率要求高，舒適度要求相對(duì)較低，線路輻射范圍較小，站點(diǎn)密集，線路具有較高的折返能力。城際鐵路正線及側(cè)向接發(fā)列車(chē)的到發(fā)線上的道岔不應(yīng)小于12號(hào)。道岔號(hào)越大其長(zhǎng)度越長(zhǎng)，還需考慮站坪長(zhǎng)度，控制土建投資。李俊波等[3]分析工程建設(shè)與運(yùn)維管理的差異，探究運(yùn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略構(gòu)建設(shè)備建設(shè)期和運(yùn)維期數(shù)據(jù)銜接與運(yùn)用方法。周紀(jì)武等[4]開(kāi)展多源融合感知道岔狀況和多引擎融合可視化數(shù)據(jù)分析研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔全生命周期跟蹤監(jiān)測(cè)。何晨等[5]依靠建筑信息模型(BIM)的信息傳遞屬性，開(kāi)展工電聯(lián)檢聯(lián)修可視化研究。魏建華等[6]開(kāi)展道岔結(jié)合部關(guān)鍵數(shù)據(jù)測(cè)量和管理研究，將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及建模分析，給出對(duì)道岔部件的整治和維修建議。在軌道交通領(lǐng)域[7-8]，深入分析道岔病害成因，提出針對(duì)性的整治措施。同時(shí)對(duì)道岔的質(zhì)量評(píng)價(jià)和狀態(tài)評(píng)估開(kāi)展研究[9-11]，提出多種道岔狀態(tài)評(píng)估方法，為道岔養(yǎng)護(hù)維修提供合理化建議。在道岔應(yīng)用方面[12-15]，基于檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提出針對(duì)不同場(chǎng)景的道岔運(yùn)維管理系統(tǒng)建設(shè)。以上研究有力地推進(jìn)了道岔設(shè)備全生命周期管理技術(shù)的研究，但對(duì)數(shù)據(jù)源質(zhì)量要求很高，未考慮日常檢測(cè)檢查、養(yǎng)護(hù)維修數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。既有研究也未考慮隨著既有道岔服役時(shí)間增加，道岔質(zhì)量度過(guò)穩(wěn)定期后，整組周期性檢查頻率和效率需要提升，道岔設(shè)備需要進(jìn)行全面質(zhì)量評(píng)定，以及檢測(cè)監(jiān)測(cè)及維修生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳遞。

因此，有必要運(yùn)用全生命周期理念，開(kāi)展城際鐵路道岔設(shè)備智能運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)研究，通過(guò)分析城際鐵路道岔運(yùn)維和技術(shù)管理現(xiàn)狀，探索城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理體系和道岔專項(xiàng)評(píng)定管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為道岔運(yùn)維管理的信息化、智能化提供有力支撐。

1 城際鐵路道岔管理現(xiàn)狀

1.1 城際道岔運(yùn)維現(xiàn)狀

（1）運(yùn)維管理模式。目前，城際鐵路運(yùn)維管理單位均分專業(yè)管理，通號(hào)中心和維修中心獨(dú)立設(shè)立，道岔設(shè)備的維修往往需要工務(wù)和電務(wù)專業(yè)共同參與，尤其涉及密貼等問(wèn)題，需要多專業(yè)聯(lián)合分析決策，工務(wù)和電務(wù)專業(yè)聯(lián)合整治。

（2）檢測(cè)檢查手段。道岔的平順性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估包括軌道幾何不平順、降低值、密貼、鋼軌、縱向位移、聯(lián)結(jié)零件、道床狀態(tài)、標(biāo)志標(biāo)識(shí)8個(gè)項(xiàng)點(diǎn)，由于檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)較多，現(xiàn)有道岔檢測(cè)檢查手段涉及的檢測(cè)裝備較多，如軌檢小車(chē)、軌距尺、尖心軌降低值儀、鋼軌廓形儀等，1 組道岔檢查需要180 min天窗才能完成，檢測(cè)效率低下，亟需研發(fā)適應(yīng)于道岔專項(xiàng)的檢測(cè)裝備。

（3）道岔狀態(tài)評(píng)定。最早開(kāi)通的城際鐵路運(yùn)行已超過(guò)12 年，根據(jù)道岔的服役期規(guī)則，隨運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)設(shè)備質(zhì)量整體呈下降趨勢(shì)?？瓦\(yùn)專線道岔中，無(wú)砟道岔穩(wěn)定期運(yùn)營(yíng)時(shí)間一般為3～9 年，超過(guò)9年的道岔質(zhì)量衰減緩慢，運(yùn)營(yíng)超過(guò)12年衰減加快。亟需開(kāi)展城際鐵路整組道岔全面評(píng)估，研發(fā)評(píng)價(jià)模型支撐城際鐵路道岔狀態(tài)評(píng)定?？瓦\(yùn)專線無(wú)砟道岔不同開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)間的道岔評(píng)估結(jié)果占比如圖1所示。

圖1 客運(yùn)專線無(wú)砟道岔不同開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)間的道岔評(píng)估結(jié)果占比Fig.1 Proportion of turnout evaluation results of ballastless turnouts on passenger dedicated lines at different opening and operation time

1.2 存在問(wèn)題

（1）數(shù)據(jù)共享不充分。城際鐵路道岔設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)涉及設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維階段，不同階段的數(shù)據(jù)無(wú)法共通；道岔運(yùn)維管理部門(mén)分屬于工務(wù)和電務(wù)專業(yè)，不同管理部門(mén)應(yīng)用的系統(tǒng)不盡相同；同時(shí)部分專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)模塊較多，多系統(tǒng)之間無(wú)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享共用。

（2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范。建設(shè)期和運(yùn)維期數(shù)據(jù)由于其管理機(jī)構(gòu)、專業(yè)劃分、編碼體系、里程體系等區(qū)別導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法互通，信息化建設(shè)頂層設(shè)計(jì)缺失，存在“信息孤島”，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚不統(tǒng)一，影響數(shù)據(jù)分析挖掘、全生命周期信息管理。亟需統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，確保城際專網(wǎng)數(shù)據(jù)與外部數(shù)據(jù)能夠共享。同時(shí)，移動(dòng)檢測(cè)、固定監(jiān)測(cè)、靜態(tài)檢查方面的數(shù)據(jù)也需進(jìn)行規(guī)范化采集與接收。

（3）數(shù)據(jù)分析不深入。隨著安全信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的日趨成熟，已積累大量的設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)，但大部分?jǐn)?shù)據(jù)僅停留在可視化展示、簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析和比較，檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源較多，數(shù)據(jù)融合分析所屬維度不盡相同，因而設(shè)備的故障診斷和健康管理分析較難。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

基于城際鐵路道岔管理現(xiàn)狀，需針對(duì)道岔設(shè)備進(jìn)行整組全面評(píng)估，開(kāi)展城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理體系研究，實(shí)現(xiàn)綜合檢測(cè)、全面分析、精準(zhǔn)修理。城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理系統(tǒng)是以道岔設(shè)備資產(chǎn)管理為核心，綜合利用動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)、檢查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)量化分析，分析設(shè)備質(zhì)量變化趨勢(shì)，輔助編制生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)從檢測(cè)檢查、狀態(tài)評(píng)定、養(yǎng)護(hù)維修、整治驗(yàn)收的生產(chǎn)信息化閉環(huán)管理。通過(guò)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，整體掌握道岔運(yùn)行狀態(tài)，科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)，全面提高道岔設(shè)備質(zhì)量。道岔生產(chǎn)信息化閉環(huán)管理如圖2所示。

圖2 道岔生產(chǎn)信息化閉環(huán)管理Fig.2 Closed-loop management of turnout production informatization

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)。系統(tǒng)邏輯架構(gòu)包括感知層、數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)平臺(tái)層和應(yīng)用層。城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理系統(tǒng)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖如圖3所示。

（1）感知層。主要獲取道岔設(shè)備動(dòng)態(tài)檢測(cè)和靜態(tài)數(shù)據(jù)，包括道岔幾何尺寸數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化病害數(shù)據(jù)、圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)資源層。主要提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和可視化所需的基礎(chǔ)軟硬件支撐，將檢測(cè)檢查數(shù)據(jù)和設(shè)備信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、抽取、清洗等操作，為數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)源。

（3）數(shù)據(jù)平臺(tái)層。主要具備數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)挖掘分析等功能，依托海量檢測(cè)檢查數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)挖掘等分析算法，對(duì)檢測(cè)檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析、趨勢(shì)分析、量化分析。

（4）應(yīng)用層。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)道岔設(shè)備的評(píng)定管理，包括設(shè)備臺(tái)賬、檢測(cè)檢查、狀態(tài)評(píng)定、養(yǎng)護(hù)維修、整治驗(yàn)收等功能。

2.3 功能設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)城際鐵路道岔的全面評(píng)估和整治，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)檢查、狀態(tài)評(píng)定、養(yǎng)護(hù)維修、整治驗(yàn)收等的生產(chǎn)信息化閉環(huán)管理。城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理系統(tǒng)功能模塊如圖4所示。

圖4 城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理系統(tǒng)功能模塊Fig.4 Function module of special evaluation management system for intercity railway turnout

2.3.1 設(shè)備臺(tái)賬

（1）技術(shù)臺(tái)賬管理。運(yùn)營(yíng)管理單位接管設(shè)備時(shí)，會(huì)實(shí)地勘察設(shè)備，根據(jù)運(yùn)維期的規(guī)則重新進(jìn)行道岔設(shè)備技術(shù)臺(tái)賬的核定。技術(shù)臺(tái)賬設(shè)置時(shí)主要對(duì)道岔編號(hào)、道岔種類(lèi)、軌型、轍叉號(hào)、設(shè)計(jì)圖號(hào)等進(jìn)行梳理。由于道岔結(jié)構(gòu)材料的多樣性，形成道岔大軌件技術(shù)臺(tái)賬。通過(guò)手持終端+二維碼的方式進(jìn)行大軌件的換軌上下道運(yùn)用跟蹤，實(shí)現(xiàn)道岔設(shè)備的全生命周期管理。

（2）設(shè)備履歷管理。道岔設(shè)備全生命周期管理以道岔資產(chǎn)數(shù)據(jù)為核心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)監(jiān)測(cè)、分析、計(jì)劃、作業(yè)、驗(yàn)收的閉環(huán)管理。結(jié)合道岔臺(tái)賬、大軌件臺(tái)賬、設(shè)備檢測(cè)缺陷、特性測(cè)試、生產(chǎn)維修更換、車(chē)站配線圖及道岔圖號(hào)設(shè)計(jì)圖等歷史記錄，形成涵蓋道岔生命周期的一岔一檔資料。道岔設(shè)備履歷管理如圖5所示。

圖5 道岔設(shè)備履歷管理Fig.5 Track record management of turnout equipment

（3）道岔圖號(hào)管理。城際鐵路道岔圖號(hào)是按道岔型號(hào)進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到的產(chǎn)品名稱，包含道岔類(lèi)型、轍叉號(hào)、軌型等信息。每個(gè)道岔圖號(hào)均有設(shè)計(jì)鋪設(shè)圖，按照整體設(shè)計(jì)圖、轉(zhuǎn)轍部分和轍叉部分分別展示，同時(shí)展示特殊部位的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并附鋼軌、轉(zhuǎn)轍機(jī)、轍叉、墊板、螺栓等部件的代碼、圖號(hào)、名稱、規(guī)格、數(shù)量、材質(zhì)信息，結(jié)合道岔檢測(cè)檢查數(shù)據(jù)與鋪設(shè)圖精準(zhǔn)對(duì)位，融合分析出設(shè)備精確調(diào)整量，為設(shè)備精整精修提供數(shù)字化基礎(chǔ)。

2.3.2 檢測(cè)檢查

道岔設(shè)備的檢測(cè)監(jiān)測(cè)檢查數(shù)據(jù)主要來(lái)源于綜合檢測(cè)車(chē)、車(chē)載晃車(chē)、各類(lèi)監(jiān)測(cè)傳感器、軌檢小車(chē)及人工靜態(tài)檢查。道岔設(shè)備質(zhì)量評(píng)定以整組道岔為單位進(jìn)行優(yōu)良失格評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)定規(guī)則，開(kāi)展道岔設(shè)備質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)梳理，為道岔質(zhì)量精準(zhǔn)評(píng)估及精細(xì)化管理提供基礎(chǔ)；細(xì)化道岔部位，通過(guò)二維或三維可視化方式[16]，圖標(biāo)區(qū)分病害項(xiàng)目，直觀查看道岔病害位置及病害詳細(xì)信息。

（1）質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)道岔設(shè)備質(zhì)量評(píng)定規(guī)則，開(kāi)展道岔靜態(tài)病害標(biāo)準(zhǔn)梳理，分為多種情況。一是測(cè)量作業(yè)驗(yàn)收容許偏差管理，需要根據(jù)偏差范圍進(jìn)行拆分，如幾何尺寸、降低值、道床狀態(tài)等；二是扣分條件描述為“問(wèn)題+數(shù)量+單位”，無(wú)峰值要求，需要將合并的問(wèn)題類(lèi)型進(jìn)行拆分，道岔零部件應(yīng)“緊、密、潤(rùn)、靠”，病害需要達(dá)到整治限度，如鋼軌的傷損和病害限制標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)結(jié)零件的扣件損壞、失效等。

（2）道岔部位細(xì)化。道岔的尖軌、導(dǎo)曲線、轍叉和護(hù)軌部分容易產(chǎn)生各種病害，城際鐵路以單開(kāi)道岔為主，設(shè)備根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分為轉(zhuǎn)轍部分、連接部分、轍叉及護(hù)軌部分。轉(zhuǎn)轍部分區(qū)分前順坡終點(diǎn)、直曲基本軌、直曲尖軌；連接部分區(qū)分導(dǎo)曲上下股、外直導(dǎo)股、內(nèi)直導(dǎo)股；轍叉及護(hù)軌部分區(qū)分轍叉前中后直曲股、彈性可彎中心后部直曲股、翼軌和護(hù)軌。在此基礎(chǔ)上，區(qū)分前部、中前部、中部、中后部、后部。單開(kāi)可動(dòng)心道岔部位細(xì)化表如表1所示。

表1 單開(kāi)可動(dòng)心道岔部位細(xì)化表Tab.1 Detailed table of single movable center turnout

（3）道岔智能巡檢機(jī)器人。道岔開(kāi)展整組全面檢查，現(xiàn)有道岔檢查裝備種類(lèi)較多，針對(duì)幾何尺寸、降低值、密貼等均需要不同的裝備，檢測(cè)精度依賴檢查人員的經(jīng)驗(yàn)，檢查精準(zhǔn)度會(huì)直接影響對(duì)設(shè)備狀態(tài)的分析評(píng)價(jià)，因而需要開(kāi)展道岔智能巡檢機(jī)器人多傳感器一體化技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行一體化綜合檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)條件下的等距離采樣，以提高檢測(cè)頻率和檢測(cè)精度。

2.3.3 狀態(tài)評(píng)定

（1）綜合評(píng)價(jià)算法。整組道岔設(shè)備狀態(tài)評(píng)定采用百分制，按照質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則扣除應(yīng)減的分值，得到設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估值，該值反映各項(xiàng)點(diǎn)的狀態(tài)優(yōu)良程度。道岔現(xiàn)有狀態(tài)評(píng)估也可以采用各項(xiàng)點(diǎn)加權(quán)平均方法得出，各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，采用層次分析法[17]確定。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化的、層次化的分析方法。目標(biāo)層為整組道岔評(píng)估方法的權(quán)重系數(shù)，準(zhǔn)則層選擇軌道幾何不平順、降低值、密貼、鋼軌、縱向位移、聯(lián)結(jié)零件、道床狀態(tài)、標(biāo)志標(biāo)識(shí)8 個(gè)項(xiàng)點(diǎn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)(記為C1，C2，…，C8)，通過(guò)綜合重要度的計(jì)算，對(duì)所有的方案進(jìn)行優(yōu)先排序，確定出最優(yōu)方案。

評(píng)價(jià)指標(biāo)之間兩兩比較，比較各評(píng)價(jià)指標(biāo)C1，C2，…，C8對(duì)整組道岔評(píng)估的重要性。采用1—9標(biāo)度方法判斷兩元素的相對(duì)重要性。層次分析法各元素比值定義如表2所示。

表2 層次分析法各元素比值定義Tab.2 Definition of element ratio in analytic hierarchy process

構(gòu)造判斷矩A=(aij)8×8。其中，aij>0；aji=1/aij；i=1，2，…，8；j=1，2，…，8。提取數(shù)值，得到判斷矩陣如下。

求得歸一化特征向量λ，即為各權(quán)重系數(shù)。

對(duì)判斷矩陣A進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其最大特征值λmax=8.63，評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)n=8，判斷矩陣偏移一致性指標(biāo)CI計(jì)算公式如下。

對(duì)于8階矩陣，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.41，一致性比率CR計(jì)算公式如下。

CR=0.064<0.1，因而判斷矩陣A滿足一致性檢驗(yàn)。

（2）狀態(tài)分析管理。道岔病害產(chǎn)生因素，考慮結(jié)構(gòu)分布的空間效應(yīng)、結(jié)構(gòu)損傷的多尺度效應(yīng)，通過(guò)對(duì)道岔狀態(tài)整體評(píng)估，對(duì)移動(dòng)檢測(cè)、固定監(jiān)測(cè)、靜態(tài)檢查缺陷問(wèn)題進(jìn)行入庫(kù)分析，動(dòng)態(tài)檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，按照可調(diào)權(quán)重算法對(duì)道岔單元進(jìn)行量化評(píng)分，深入研究道岔病害特點(diǎn)，綜合分析道岔結(jié)構(gòu)病害劣化的規(guī)律，找出設(shè)備病害成因，輔助開(kāi)展養(yǎng)護(hù)維修決策。道岔設(shè)備狀態(tài)分布圖如圖6所示。

圖6 道岔設(shè)備狀態(tài)分布圖Fig.6 Turnout equipment status distribution

2.3.4 養(yǎng)護(hù)維修

（1）作業(yè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)。道岔設(shè)備檢查入庫(kù)的缺陷均有對(duì)應(yīng)的作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行匹配。作業(yè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化可以對(duì)施工維修作業(yè)的工作量進(jìn)行量化，更好地控制成本。作業(yè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化可以確定作業(yè)內(nèi)容、勞動(dòng)組織人數(shù)、項(xiàng)目定額、施工維修、作業(yè)等級(jí)等。

（2）生產(chǎn)作業(yè)方案。道岔設(shè)備根據(jù)狀態(tài)評(píng)估后，可篩選出病害重點(diǎn)單元，根據(jù)道岔設(shè)備的優(yōu)良率開(kāi)展道岔整體養(yǎng)護(hù)維修，結(jié)合車(chē)間每月初步工作計(jì)劃，統(tǒng)籌考慮各工區(qū)各專業(yè)作業(yè)實(shí)際情況，根據(jù)各專業(yè)作業(yè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)方案編制，明確作業(yè)內(nèi)容、分組、作業(yè)小組負(fù)責(zé)人及成員分工；如果涉及工電聯(lián)整問(wèn)題，需要工務(wù)和電務(wù)聯(lián)合編制作業(yè)方案，按照電務(wù)為主體提報(bào)天窗計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)天窗資源綜合利用，提高維修作業(yè)效率。道岔生產(chǎn)作業(yè)方案如圖7所示。

圖7 道岔生產(chǎn)作業(yè)方案Fig.7 Turnout production operation plan

2.3.5 整治評(píng)價(jià)

道岔按整治方案作業(yè)后，需要對(duì)道岔進(jìn)行檢查驗(yàn)收，道岔恢復(fù)到設(shè)計(jì)線形線位，質(zhì)量評(píng)定要達(dá)到優(yōu)秀。系統(tǒng)中“一岔一檔”功能，對(duì)每組道岔的檢查概述、評(píng)價(jià)結(jié)果、評(píng)估得分、整治結(jié)果、整治情況描述、整治得分進(jìn)行統(tǒng)一展示。

2.3.6 匯總分析

道岔設(shè)備狀態(tài)隨服役時(shí)間延長(zhǎng)逐漸劣化，依據(jù)評(píng)估中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題開(kāi)展數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、原因分析與作業(yè)整治工作；依據(jù)道岔設(shè)備數(shù)量及評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)，從道岔設(shè)備所屬線路、開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)間、病害類(lèi)型、道岔圖號(hào)等角度開(kāi)展設(shè)備時(shí)空匯總分析，開(kāi)展道岔服役狀態(tài)影響因素分析，并自動(dòng)生成匯總報(bào)表。

3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）研究道岔智能巡檢機(jī)器人一體化技術(shù)，提升道岔周期性整組全面檢查效率。面向道岔智能巡檢需求，研究智能巡檢機(jī)器人一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，涵蓋相機(jī)、北斗、慣性測(cè)量單元(IMU)等主要傳感器，研究軌距、廓形、尖心軌降低值等道岔關(guān)鍵幾何參數(shù)的檢查方法，實(shí)現(xiàn)道岔工務(wù)幾何參數(shù)快速檢測(cè)。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)集成多傳感器，便于傳感器以及機(jī)器人零部件的拆裝，提高檢測(cè)道岔上下道的便捷性，并預(yù)留其他綜合檢測(cè)傳感器接口，方便實(shí)現(xiàn)機(jī)器人檢測(cè)功能的定制化拓展。研究適用于全平縱斷面的智能巡檢機(jī)器人平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，構(gòu)建基于鋰電池的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人平臺(tái)不低于3 h 續(xù)航、最高不低于20 km/h 檢測(cè)速度的自走行動(dòng)力運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)道岔直線、不同半徑曲線、不同坡度等的全適應(yīng)巡檢作業(yè)需求。

（2）基于設(shè)備單元綜合評(píng)價(jià)算法，分析設(shè)備質(zhì)量變化趨勢(shì)，提出科學(xué)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修建議。利用檢測(cè)檢查數(shù)據(jù)對(duì)道岔設(shè)備缺陷進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)問(wèn)題嚴(yán)重程度分級(jí)納入設(shè)備問(wèn)題庫(kù)，診斷設(shè)備故障，對(duì)設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行專業(yè)和融合評(píng)價(jià)，按照可調(diào)權(quán)重算法對(duì)各專業(yè)設(shè)備單元進(jìn)行量化評(píng)分，得到設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估值，篩選重點(diǎn)病害單元，提出科學(xué)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修建議。積累道岔相同病害的故障歷史數(shù)據(jù)，建立知識(shí)庫(kù)，從故障數(shù)量、位置、頻次等維度分析狀態(tài)演化機(jī)理與規(guī)律，為設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修決策提供全方位的信息服務(wù)，提高設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修決策的科學(xué)性。

（3）運(yùn)用全生命周期理念，實(shí)現(xiàn)道岔缺陷的全過(guò)程閉環(huán)管理。開(kāi)展道岔專項(xiàng)評(píng)估整治工作，以高效組織生產(chǎn)過(guò)程為核心，建立檢測(cè)檢查、狀態(tài)評(píng)定、養(yǎng)護(hù)維修、整治驗(yàn)收閉環(huán)生產(chǎn)組織流程。以“計(jì)劃修+狀態(tài)修”管理模式，結(jié)合天窗計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)年月周日計(jì)劃編制，以工單驅(qū)動(dòng)人、機(jī)、物等維修資源，實(shí)現(xiàn)道岔缺陷的全過(guò)程閉環(huán)管理。通過(guò)對(duì)道岔和大軌件設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)、道岔部位數(shù)據(jù)、病害標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、作業(yè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化，建立完善的數(shù)據(jù)管理體系，運(yùn)用全生命周期理念，對(duì)大軌件設(shè)備從上線、運(yùn)行、維護(hù)到更換的全過(guò)程進(jìn)行科學(xué)的閉環(huán)管理，完成數(shù)據(jù)價(jià)值傳遞，形成基礎(chǔ)履歷數(shù)據(jù)，為設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)融合評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)局部大軌件下道，實(shí)現(xiàn)道岔設(shè)備的全生命周期管理。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

穗莞深城際鐵路(新塘南—深圳機(jī)場(chǎng))全長(zhǎng)76 km，包含道岔設(shè)備53 組，主要以客運(yùn)專線18 號(hào)道岔為主，以及少量的12 號(hào)道岔，圖號(hào)分別為客專線(07)001、客專線(10)017 和SC340，現(xiàn)由中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司代為運(yùn)營(yíng)。2022年開(kāi)展正線道岔評(píng)估整治工作，堅(jiān)持先評(píng)估后整治的原則，結(jié)合動(dòng)、靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)以及道岔動(dòng)作電流、功率曲線、缺口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，會(huì)同電務(wù)運(yùn)維部門(mén)逐組分析問(wèn)題，共同研究制定工電聯(lián)整方案，做到“一岔一檔”“一岔一案”。道岔評(píng)估整治臺(tái)賬如圖8所示。

圖8 道岔評(píng)估整治臺(tái)賬Fig.8 Turnout evaluation and regulation ledger

從道岔評(píng)估匯總得出，道岔整組質(zhì)量狀態(tài)以一般狀態(tài)為主，部分良好，無(wú)優(yōu)秀狀態(tài)道岔；從鋪設(shè)年份分析，道岔均鋪設(shè)8 年以上，道岔質(zhì)量度過(guò)穩(wěn)定期，質(zhì)量狀態(tài)開(kāi)始進(jìn)入衰減期，需要周期性檢查鋪設(shè)超過(guò)10 年的道岔質(zhì)量狀態(tài)；從病害分類(lèi)分析得出，道岔以密貼問(wèn)題為主，還有一些聯(lián)結(jié)零件和鋼軌問(wèn)題，需要工務(wù)和電務(wù)專業(yè)進(jìn)行聯(lián)合分析，給出合理化的作業(yè)方案，開(kāi)展聯(lián)合整治驗(yàn)收；從道岔圖號(hào)分析，客專線(10)017 道岔設(shè)備平均分?jǐn)?shù)較客專線(07)001 高，客專線(07)001 號(hào)道岔設(shè)備需要優(yōu)先進(jìn)行評(píng)估整治。道岔評(píng)估匯總分析如圖9所示。

圖9 道岔評(píng)估匯總分析Fig.9 Turnout evaluation summary analysis

由于絕大部分道岔未進(jìn)行大修更換，城際鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)間可等同于道岔服役時(shí)間，同一線路的不同區(qū)段運(yùn)量各異，統(tǒng)計(jì)困難，同時(shí)城際鐵路屬于客運(yùn)線路，因此不考慮運(yùn)量對(duì)道岔的影響。僅從運(yùn)營(yíng)時(shí)間看，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，道岔的保養(yǎng)質(zhì)量逐漸降低，運(yùn)營(yíng)初期，時(shí)間不足3年時(shí)，大部分道岔保養(yǎng)質(zhì)量在優(yōu)秀范圍；運(yùn)營(yíng)時(shí)間超過(guò)3年不足9年時(shí)，道岔整體狀態(tài)進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定期，保養(yǎng)質(zhì)量較初期有所下降，但發(fā)展較慢，約一半道岔保養(yǎng)質(zhì)量可以達(dá)到優(yōu)秀；運(yùn)營(yíng)時(shí)間為9～12 年時(shí)，道岔整體狀態(tài)明顯開(kāi)始衰減。在道岔存在的幾何尺寸、密貼、聯(lián)結(jié)零件等8 類(lèi)病害中，密貼病害數(shù)量明顯多于其他病害，以尖心軌不足位移以及尖心軌尖端、滑床板離縫等問(wèn)題為主。在扣分最高的項(xiàng)點(diǎn)中，客專線系列道岔尖心軌尖端間隙超限問(wèn)題較多。按照部分典型病害及結(jié)合部問(wèn)題快速高效整治要求，將道岔巡檢整修納入一體化計(jì)劃管理，實(shí)行工電聯(lián)合檢查、精細(xì)制訂作業(yè)方案、共同整治，嚴(yán)禁單一作業(yè)；做好病害分級(jí)管控，對(duì)道岔尖軌硬彎、密貼超限等疑難病害及時(shí)采取有效措施進(jìn)行根治；強(qiáng)化信息溝通，共享檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成動(dòng)態(tài)“一岔一檔”，及時(shí)分析劣化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)道岔設(shè)備質(zhì)量動(dòng)態(tài)可控、常態(tài)達(dá)標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化提升道岔設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)管理水平。

5 結(jié)束語(yǔ)

城際鐵路道岔專項(xiàng)評(píng)定管理系統(tǒng)已在穗莞深城際鐵路運(yùn)行1 年，積累了大量道岔日常檢查和評(píng)定數(shù)據(jù)，通過(guò)檢測(cè)設(shè)備研發(fā)，提高道岔檢測(cè)效率，結(jié)合道岔變化規(guī)律，優(yōu)化道岔檢查周期，同時(shí)積累了近3 年的道岔養(yǎng)護(hù)維修工單數(shù)據(jù)，根據(jù)道岔質(zhì)量評(píng)定數(shù)據(jù)，提出合理化的單專業(yè)或多專業(yè)的養(yǎng)修方案。基于上述數(shù)據(jù)的持續(xù)積累，可以輔助城際鐵路運(yùn)營(yíng)管理單位，持續(xù)追蹤道岔質(zhì)量狀態(tài)，繼續(xù)優(yōu)化評(píng)價(jià)算法和權(quán)重，對(duì)道岔養(yǎng)修規(guī)律進(jìn)行探索，指導(dǎo)道岔設(shè)備的大修和維修。根據(jù)既有道岔的養(yǎng)護(hù)維修規(guī)律，為未來(lái)新線城際線路道岔設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)維修提供有效支撐，有效提升城際鐵路道岔設(shè)備的智能運(yùn)維水平。未來(lái)，還可以繼續(xù)優(yōu)化道岔智能巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)，減少人工檢查工作量，提升道岔檢查效率。