摘要：軌道作業(yè)車是鐵路基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修的重要裝備，隨著技術(shù)的發(fā)展，軌道作業(yè)車迎來了技術(shù)迭代升級(jí)的窗口期。本文通過對(duì)國(guó)家相關(guān)政策及國(guó)內(nèi)外軌道作業(yè)車現(xiàn)狀的分析，提出了軌道作業(yè)車的發(fā)展構(gòu)想：推動(dòng)智能化技術(shù)、綠色環(huán)保技術(shù)在軌道作業(yè)車上的應(yīng)用，將機(jī)車車輛簡(jiǎn)統(tǒng)化發(fā)展經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到軌道作業(yè)車上，為軌道作業(yè)車簡(jiǎn)統(tǒng)化、平臺(tái)化發(fā)展提供新的思路。

關(guān)鍵詞：軌道作業(yè)車；平臺(tái)化；智能化；綠色環(huán)保

2019年，中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)了《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》（以下簡(jiǎn)稱《綱要》），《綱要》明確指出，要大力發(fā)展先進(jìn)適用、完備可控的交通裝備，推進(jìn)裝備技術(shù)升級(jí)，推廣新能源、清潔能源、智能化、數(shù)字化、輕量化、環(huán)保型交通裝備及成套技術(shù)裝備^［1］。2021年，國(guó)家鐵路局印發(fā)了《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新規(guī)劃》，明確提出要大力推進(jìn)北斗導(dǎo)航、5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)與鐵路技術(shù)裝備、運(yùn)輸服務(wù)等領(lǐng)域的深度融合，加強(qiáng)智能鐵路關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，提升鐵路智能化水平；要貫徹落實(shí)國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略部署要求，把綠色科技貫穿鐵路技術(shù)裝備、工程建造、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全過程，打造更高水平的綠色生態(tài)鐵路^［2］。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)在推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展方面的作用越來越顯著，各行各業(yè)均制定了數(shù)字化、智能化發(fā)展戰(zhàn)略，智能動(dòng)車組是鐵路行業(yè)推進(jìn)裝備技術(shù)升級(jí)的優(yōu)秀代表。軌道作業(yè)車作為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修的重要施工裝備，在保障鐵路安全運(yùn)營(yíng)方面發(fā)揮了重要作用，研究如何推動(dòng)軌道作業(yè)車技術(shù)發(fā)展，更好地支撐鐵路養(yǎng)護(hù)維修，具有重要意義。

1軌道作業(yè)車的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國(guó)外軌道作業(yè)車發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)外各大軌道工程機(jī)械生產(chǎn)廠商均以研制多源混合動(dòng)力、多功能、模塊化的緊湊型軌道作業(yè)車平臺(tái)為目標(biāo)，擴(kuò)展車輛功能，提高靈活性，減少車輛種類。其中歐洲普拉塞·陶依爾公司的CatenaryCrafters和MultiCrafters系列是這方面的代表，CatenaryCrafter 15.4 E3（圖1）是一款主要用于接觸網(wǎng)施工的多源電力軌道作業(yè)車，最高自運(yùn)行速度可達(dá)120 km/h。該車采用接觸網(wǎng)受流方式，作業(yè)時(shí)采用動(dòng)力電池供電；可搭載接觸網(wǎng)檢修用的高空作業(yè)吊籃、檢修多平臺(tái)、撥線裝置等作業(yè)機(jī)構(gòu)。

美國(guó)哈斯科公司研制的接觸網(wǎng)和內(nèi)燃混合動(dòng)力多功能軌道作業(yè)車，最高自運(yùn)行速度160 km/h，如圖2所示。該車采用內(nèi)—電和電—電雙源動(dòng)力模式，預(yù)留動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)模式，可搭載高空作業(yè)吊籃、撥線裝置等作業(yè)機(jī)構(gòu)。

日本車輛公司生產(chǎn)的E195系列軌道車，最高自運(yùn)行速度95 km/h，如圖3所示。該車具備低恒速功能，充分考慮了鋼軌運(yùn)輸工況，可以進(jìn)行靈活編組，有效減少了運(yùn)輸不同長(zhǎng)度鋼軌時(shí)的車輛種類。

1.2我國(guó)軌道作業(yè)車發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)軌道作業(yè)車始終堅(jiān)持自主研發(fā)，經(jīng)過30多年的發(fā)展，在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)驗(yàn)證、運(yùn)用維護(hù)等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，建立了一套產(chǎn)品技術(shù)自主可控、種類齊全完整的裝備保障體系。從產(chǎn)品種類看，已有重型軌道車、軌道平車、起重軌道平車、單平臺(tái)作業(yè)車、多平臺(tái)作業(yè)車、接觸網(wǎng)檢修車列、接觸網(wǎng)專用平車等各類產(chǎn)品。從傳動(dòng)方式上看，有機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和電傳動(dòng)三種技術(shù)路線，裝機(jī)功率范圍覆蓋200～1 000 kW。從速度等級(jí)看，開發(fā)了100～160 km/h多個(gè)速度等級(jí)的技術(shù)平臺(tái)，基本滿足高速鐵路和普速鐵路不同運(yùn)用場(chǎng)景的裝備需求。截至目前，全路已裝備各類軌道作業(yè)車30多種，共9 000余臺(tái)，為我國(guó)鐵路線路的正常運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供了有力的裝備支撐。

近年來，隨著現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軌道作業(yè)車環(huán)保性、功能性方面的需求越來越多，部分主機(jī)企業(yè)充分發(fā)揮軌道作業(yè)車的平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，研制了混動(dòng)型軌道作業(yè)車、多功能軌道作業(yè)車等新產(chǎn)品，在軌道作業(yè)車綠色環(huán)保、一機(jī)多能等方面進(jìn)行了有益的探索嘗試。增加動(dòng)力電池低速走行功能的JW-4型接觸網(wǎng)作業(yè)車如圖4所示，具有灌木修剪功能的GCY-300IID型多功能重型軌道車如圖5所示。

2存在的不足

隨著技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軌道作業(yè)車的作業(yè)方式、作業(yè)性能、運(yùn)維模式等多個(gè)維度提出了更高的要求，既有軌道作業(yè)車已不能充分滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1智能化程度不高

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)對(duì)生產(chǎn)生活的影響日益顯著，信息化、數(shù)字化、智能化對(duì)提高新質(zhì)生產(chǎn)力水平發(fā)揮了重要作用，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)提升軌道作業(yè)車信息化、數(shù)字化、智能化水平的需求也越來越迫切。目前，軌道作業(yè)車的信息化程度不高，車輛操作、安全防護(hù)、故障診斷等對(duì)運(yùn)用人員的依賴性較高，軌道作業(yè)車未建立有效數(shù)字化管理體系，整機(jī)智能化水平尚處于起步階段。

2.2環(huán)境適應(yīng)性不足、環(huán)保性能有待提升

近幾年，隨著高速鐵路不斷向西發(fā)展和延伸，長(zhǎng)大坡道、長(zhǎng)大隧道、高海拔鐵路線路隨之不斷增多，既有軌道作業(yè)車在長(zhǎng)大坡道、長(zhǎng)大隧道、高原環(huán)境等特殊環(huán)境條件下表現(xiàn)出了一定的不適應(yīng)性。主要表現(xiàn)在：上坡牽引能力不足，下坡制動(dòng)能力弱；高原降功嚴(yán)重，隧道作業(yè)人機(jī)爭(zhēng)氧，電氣系統(tǒng)可靠性下降等。同時(shí)，隨著環(huán)保要求的不斷提高和環(huán)保理念的不斷深入，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)保護(hù)作業(yè)人員的身心健康提出了更高的要求，特別是隧道作業(yè)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在隧道內(nèi)存在高尾氣污染、高噪聲和高耗氧等問題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員身心健康產(chǎn)生了不利影響。軌道作業(yè)車在節(jié)能環(huán)保方面還需進(jìn)一步提升。軌道作業(yè)車在隧道內(nèi)施工如圖6所示。

2.3簡(jiǎn)統(tǒng)化不足

軌道作業(yè)車型號(hào)眾多，不同型號(hào)的產(chǎn)品零部件互換性不高，不利于降低軌道作業(yè)車的使用維護(hù)成本。此外，不同廠家的產(chǎn)品人機(jī)界面不統(tǒng)一，給司機(jī)的駕駛操作帶來了不便。軌道作業(yè)車在簡(jiǎn)統(tǒng)化方面還有待提高，需進(jìn)一步提升零部件的互換性、統(tǒng)一人機(jī)界面。

3軌道作業(yè)車發(fā)展構(gòu)想

3.1智能化

在智能化方面，智能高鐵已走在前列，軌道作業(yè)車的智能化發(fā)展，可借鑒智能高鐵發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，采用現(xiàn)代信息技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)軌道作業(yè)車主要零部件、車輛狀態(tài)、人員狀態(tài)、周邊環(huán)境等的檢測(cè)監(jiān)測(cè)及智能化分析，提升軌道作業(yè)車在運(yùn)行管控、作業(yè)防控、維保管理等方面的智能化水平。軌道作業(yè)車智能化框架如圖7所示。

智能運(yùn)行管控方面，通過有效的技防措施提升軌道作業(yè)車自身的安全防護(hù)能力，確保運(yùn)用安全。例如，通過融合聲音、圖像識(shí)別技術(shù)，以及超聲、紅外、激光等檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)，在關(guān)鍵部位、關(guān)鍵機(jī)構(gòu)上加裝智能傳感器，結(jié)合線路狀況、信號(hào)信息等，運(yùn)用智能控制算法提升軌道作業(yè)車對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的感知能力和分析能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在安全風(fēng)險(xiǎn)的超前防范和提前預(yù)警。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上可提升軌道作業(yè)車的智能輔助駕駛能力，降低駕駛操作對(duì)司機(jī)的依賴性，確保行車安全。

智能作業(yè)方面，重點(diǎn)強(qiáng)化對(duì)周邊環(huán)境的感知能力和作業(yè)安全的決策水平，通過機(jī)器視覺、激光雷達(dá)、毫米波等技術(shù)，結(jié)合施工天窗內(nèi)線路狀況、信號(hào)信息等，智能分析作業(yè)的安全性，實(shí)現(xiàn)作業(yè)時(shí)對(duì)鄰線安全的智能防護(hù)、接觸網(wǎng)帶電智能檢測(cè)，能對(duì)接觸網(wǎng)支柱、信號(hào)機(jī)等線路設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)智能避障，防止超限、刮碰。

智能維保管理方面，豐富維保相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建功能完善的PHM健康管理平臺(tái)，通過對(duì)維保大數(shù)據(jù)的分析，使維保系統(tǒng)不斷向故障智能診斷、故障預(yù)測(cè)方面演進(jìn)，逐步提升軌道作業(yè)車的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷預(yù)警、應(yīng)急處理、維修決策能力；通過對(duì)檢測(cè)監(jiān)測(cè)信息及歷史維保信息等進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，智能生成維護(hù)保養(yǎng)方案、給出維保方法、維保標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)檢修、精準(zhǔn)施修。

3.2綠色環(huán)保

響應(yīng)國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和發(fā)展戰(zhàn)略，貫徹落實(shí)以人為本的發(fā)展理念，推動(dòng)軌道作業(yè)車綠色化發(fā)展，積極開展綠色節(jié)能技術(shù)研究。結(jié)合動(dòng)力電池技術(shù)、電力技術(shù)的發(fā)展，采用多源動(dòng)力、增程式混合動(dòng)力等技術(shù)，推進(jìn)隧道作業(yè)零排放的軌道作業(yè)車研發(fā)制造、工程示范和推廣普及。同時(shí)，采用再生制動(dòng)、電能回饋等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量的回收和再利用，提高能源利用效率。此外，積極開展多種清潔燃料在軌道作業(yè)車上的適應(yīng)性研究，例如太陽能、氫能、氨氣或其混合物等，提升清潔能源運(yùn)用的安全性、可靠性，為清潔能源動(dòng)力軌道作業(yè)車發(fā)展積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為軌道作業(yè)車能源多樣化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3.3平臺(tái)化

隨著多年的運(yùn)用，軌道作業(yè)車逐漸形成了一批主型產(chǎn)品，該部分產(chǎn)品在功率等級(jí)、功能、用途等方面存在相同或相似性，為進(jìn)一步降低生產(chǎn)及運(yùn)用成本，有必要進(jìn)一步推動(dòng)軌道作業(yè)車簡(jiǎn)統(tǒng)化、平臺(tái)化發(fā)展。近年來，通過對(duì)既有產(chǎn)品體系的分析，以及對(duì)多年的生產(chǎn)和運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，形成了《軌道作業(yè)車設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》，指導(dǎo)意見對(duì)簡(jiǎn)統(tǒng)化提出了明確要求，有助于推動(dòng)軌道作業(yè)車簡(jiǎn)統(tǒng)化、平臺(tái)化發(fā)展。

軌道作業(yè)車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)平臺(tái)，應(yīng)充分考慮運(yùn)用、檢修的便利性，考慮不同作業(yè)工況對(duì)作業(yè)裝置的需求并做好頂層規(guī)劃，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面推進(jìn)簡(jiǎn)統(tǒng)化：

（1）統(tǒng)一司乘操縱界面、檢修界面，對(duì)駕駛操縱臺(tái)布局、標(biāo)志標(biāo)識(shí)、操作方法等進(jìn)行深度統(tǒng)型，滿足跨機(jī)型無障礙操作要求。

（2）關(guān)鍵零部件、重要零部件優(yōu)先采用機(jī)車車輛通用件、鐵標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件、按鐵標(biāo)要求制造件以及在軌道作業(yè)車上成熟運(yùn)用，經(jīng)驗(yàn)證安全可靠且裝用量較大的零部件；統(tǒng)一統(tǒng)型零部件的檢修周期、檢修標(biāo)準(zhǔn)及檢修要求。

（3）采用模塊化設(shè)計(jì)理念，各系統(tǒng)、部件形成標(biāo)準(zhǔn)化模塊，提高模塊的互換性，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和檢修。

（4）對(duì)電氣系統(tǒng)接口進(jìn)行深度統(tǒng)型，統(tǒng)一底層通信協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸格式、故障代碼規(guī)則、故障名稱、應(yīng)急措施等^［6］；提高電氣系統(tǒng)部件的通用性、可擴(kuò)展性和可維修性。

（5）對(duì)作業(yè)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)裝置安裝接口進(jìn)行統(tǒng)型，滿足作業(yè)平臺(tái)、高空作業(yè)斗、隨車起重機(jī)、緊線柱、撥線機(jī)構(gòu)以及接觸網(wǎng)、線路及隧道檢測(cè)裝置等的安裝需要。

4新一代軌道作業(yè)車急需解決的關(guān)鍵技術(shù)

4.1自動(dòng)駕駛及輔助駕駛技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)的運(yùn)用越來越普遍，采用人工智能技術(shù)開發(fā)軌道作業(yè)車輔助駕駛、自動(dòng)駕駛技術(shù)，提高軌道作業(yè)車的安全主動(dòng)防御能力，降低對(duì)司機(jī)的依賴性，確保運(yùn)行安全，是今后一段時(shí)期內(nèi)的發(fā)展方向?？刂葡到y(tǒng)通過自動(dòng)讀取GYK信息、調(diào)度命令信息、限速信息等行車信息，對(duì)車輛駕駛行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和主動(dòng)提醒，提升輔助安全駕駛能力；車輛控速和停車等典型場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，輔助司機(jī)完成車輛安全駕駛。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，向著實(shí)現(xiàn)軌道作業(yè)車自動(dòng)駕駛目標(biāo)不斷前進(jìn)。

4.2智能主動(dòng)安全防護(hù)技術(shù)

深入分析軌道作業(yè)車運(yùn)用場(chǎng)景，采用有效的技防措施，提升軌道作業(yè)車運(yùn)行和作業(yè)時(shí)的安全性，實(shí)現(xiàn)防脫、防溜、防火、防飏、防撞、防超限等智能安全防護(hù)，從被動(dòng)安全走向主動(dòng)安全，實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)技術(shù)的新突破 。

4.3智能運(yùn)維技術(shù)

借助信息化、智能化技術(shù)提升軌道作業(yè)車的運(yùn)用維護(hù)水平，通過采集軌道作業(yè)車狀態(tài)信息、綜合維護(hù)保養(yǎng)信息、維護(hù)保養(yǎng)周期及維修標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)生成維護(hù)保養(yǎng)建議、給出智能化維保方案，供維保人員參考。通過維保智能化升級(jí)，解決軌道作業(yè)車維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)、維保不到位等問題。同時(shí)，形成軌道作業(yè)車全壽命周期的維保檔案，為軌道作業(yè)車的使用和維修提供決策依據(jù)，提升軌道作業(yè)車的運(yùn)用管理水平。

4.4節(jié)能環(huán)保技術(shù)

近些年，隨著長(zhǎng)大坡道線路越來越多，軌道作業(yè)車為適應(yīng)長(zhǎng)大坡道運(yùn)用需求，發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率普遍增大。發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大的同時(shí)，也增加了能耗和尾氣排放，開展軌道作業(yè)車節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究，在滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用需求的同時(shí)，提高環(huán)保性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)需求和節(jié)能環(huán)保相統(tǒng)一。開展新能源技術(shù)在軌道作業(yè)車上的適應(yīng)性研究，推動(dòng)軌道作業(yè)車綠色化發(fā)展再上新臺(tái)階。

5結(jié)語

軌道作業(yè)車是工電基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修必不可少的裝備，推動(dòng)軌道作業(yè)車整體技術(shù)升級(jí)，從設(shè)計(jì)源頭提升軌道作業(yè)車的智能化水平和環(huán)保性能，推動(dòng)軌道作業(yè)車平臺(tái)化、簡(jiǎn)統(tǒng)化，是下一代軌道作業(yè)車發(fā)展的方向。經(jīng)過5～10年的努力，相信軌道作業(yè)車在智能化、綠色環(huán)保、平臺(tái)化等方面會(huì)邁上新的臺(tái)階。

本文旨在探討軌道作業(yè)車未來發(fā)展方向，為后續(xù)軌道作業(yè)車技術(shù)的發(fā)展提供參考，引導(dǎo)下一代軌道作業(yè)車技術(shù)不斷向前發(fā)展。另外，新技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的，經(jīng)過多年持續(xù)不斷的努力和技術(shù)迭代升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)軌道作業(yè)車更智能、更安全、更節(jié)能、更環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)，滿足鐵路工程機(jī)械新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展要求。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 工電部，北京100844

作者簡(jiǎn)介：楊云，男，高級(jí)工程師。