智慧城軌綜合檢測列車新技術研發(fā)與應用

文：王 忻｜中國鐵道科學研究院集團有限公司城市軌道交通中心

隨著各城市線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，以及行業(yè)的快速發(fā)展，基礎設施的運營維護面臨加強線網(wǎng)級頂層設計、運營方面臨的成本壓力逐漸增大等新需求。為提升城軌基礎設施綜合檢測能力，填補綜合檢測平臺的空白，本文介紹了鐵科院城軌中心承擔了城市軌道交通綜合檢驗試驗項目的研制工作，以及智慧城軌綜合檢測列車和相關基礎設施智能運維平臺。

據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會數(shù)據(jù)，截至2022 年底，我國內地已經(jīng)有55 個城市開通城軌線路，投運線路總長達10287.45 公里。其中線網(wǎng)規(guī)模達到運營四條線路以上的城市有26 個。隨著各城市線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，以及行業(yè)的快速發(fā)展，基礎設施的運營維護就面臨了一些新需求，例如加強線網(wǎng)級頂層設計，加強線網(wǎng)級頂層設計和系統(tǒng)布局，順應網(wǎng)絡化運營新趨勢，系統(tǒng)提升運維質量；對新技術、新裝備的需求日益迫切，從人工單專業(yè)到系統(tǒng)動態(tài)綜合的發(fā)展趨勢日益明顯；運營方面臨的成本壓力逐漸增大，需要運用先進的技術、管理手段，從點到面逐步實現(xiàn)降本增效；綠智融合的國家戰(zhàn)略和行業(yè)發(fā)展方向也給運維工作提出了更高要求。

針對以上行業(yè)發(fā)展需求，為提升城軌基礎設施綜合檢測能力，填補綜合檢測平臺的空白，早在2016 年由國家發(fā)展和改革委員會批復，鐵科院城軌中心承擔了城市軌道交通綜合試驗檢驗工程項目的研制工作，目標是研制智慧城軌綜合檢測列車和相關基礎設施智能運維平臺，目前項目已全面完成驗收。

一、示范工程簡介

項目名稱：城市軌道交通綜合試驗檢驗工程；

批復部門：國家發(fā)展和改革委員會；

建設單位：中國鐵道科學研究院集團有限公司；

建設目標：提升城軌綜合試驗檢驗能力、填補城軌綜合試驗平臺空白、加快城軌檢測裝備自主創(chuàng)新、推進城軌運維模式升級。

主要內容包括：

一是城軌綜合檢測列車。以城軌B 型車為載體，兼容直流1500V 接觸網(wǎng)及1500V 和750V 接觸軌供電，最高檢測速度可以達到120 公里/小時，搭載了輪軌、弓網(wǎng)、隧道、通信、信號、噪聲在內的10 余個檢測及巡檢系統(tǒng)，可實現(xiàn)100 余項狀態(tài)參數(shù)的同步獲取。

二是輪軌檢測?？蓪崿F(xiàn)軌道動態(tài)幾何、脫軌系數(shù)、車輛運行平穩(wěn)性等參數(shù)的檢測，同時具備軌道表面狀態(tài)巡檢功能，可對扣件移位、道床裂縫、軌面擦傷等病害進行智能識別。

三是隧道檢測。可通過構建隧道真實三維點云模型，實現(xiàn)收斂、錯臺、限界、掉塊等結構類參數(shù)檢測，同時具備隧道襯砌表面狀態(tài)巡檢功能，可對滲漏水、裂縫等病害進行智能識別。

四是弓網(wǎng)檢測?？蓪崿F(xiàn)接觸線幾何、弓網(wǎng)接觸壓力、燃弧、紅外溫度等參數(shù)檢測，同時具備接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)巡檢功能，并對相關病害進行智能識別。

五是鋼軌探傷。除了常規(guī)的檢測及巡檢功能外，為進一步提升綜合檢測能力，車輛還可創(chuàng)新集成鋼軌探傷系統(tǒng)，從而實現(xiàn)檢測、巡檢、探傷的一體化作業(yè)。目前該車未集成，后面再造新車可以集成。

六是基礎設施智能運維平臺。為了最大程度發(fā)揮綜合檢測列車技術優(yōu)勢，實現(xiàn)檢測參數(shù)智能應用，配套建設了基礎設施智能運維平臺，著力打造了“一車+一平臺”基礎設施智能運維體系。平臺可承載包含綜合檢測車在內的多源檢測數(shù)據(jù)，通過多專業(yè)、線網(wǎng)級基礎設施數(shù)據(jù)管理、檢測數(shù)據(jù)智能化分析、數(shù)據(jù)多維度可視化展示、基礎設施狀態(tài)評價與告警預警、運維作業(yè)流程閉環(huán)管理等，實現(xiàn)運維工作“感知- 分析- 評價- 維?！钡娜鞒谈采w。

二、關鍵技術

在基礎設施智能運維平臺（圖1），關鍵技術如下：首先是軌道專業(yè)通過感知動態(tài)幾何、磨耗、廓形等多元軌道狀態(tài)，綜合評估軌道質量，對比臨摹廓形與標準廓形，分析軌道健康狀態(tài)變化趨勢；土建專業(yè)利用高清全景相機和三維激光掃描儀，統(tǒng)計隧道的裂縫、滲水、掉塊等病害，同時對隧道輪廓進行逐環(huán)收斂和錯臺分析；供電專業(yè)檢出弓網(wǎng)受流參數(shù)波形，統(tǒng)計超限類型和超限區(qū)段，綜合分析弓網(wǎng)質量，結合高清巡檢圖像，全面評價剛性和柔性接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)；跨通道綜合分析界面利用高精度里程同步技術，設計了多系統(tǒng)波形、圖像檢測結果與線路關鍵信息在同里程斷面下的展示效果，為跨專業(yè)問題的耦合分析提供支撐；輕量化三維漫游模型是模擬車輛真實運用場景，以“一枕一檔”的方式關聯(lián)出多角度高清巡檢圖像、超限數(shù)值和基礎設施信息，輔助運營單位精確定位問題病害。

圖1 智能運維平臺大屏

綜上所述，綜合檢測列車一車一平臺的技術優(yōu)勢體現(xiàn)在幾個方面：

首先車輛載體方面，電客車載體可實現(xiàn)等軸重、等速運行檢測，真實反應運營狀態(tài)。同時針對不同城市和線路的定制化設計，可以兼容不同限界、多種供電制式，實現(xiàn)聯(lián)絡線貫通時的多線共用，加裝信號系統(tǒng)后可編入運營圖運行。

第二是檢測系統(tǒng)方面，可實現(xiàn)多專業(yè)同步檢測，減少了各專業(yè)對天窗點的分別占用；多專業(yè)數(shù)據(jù)融合分析可實現(xiàn)系統(tǒng)病害綜合評估。

第三是綜合檢測列車可以統(tǒng)籌優(yōu)化線網(wǎng)檢測設備資源，替代了各類內燃工程檢測車；多系統(tǒng)同步控制，數(shù)據(jù)自動分析，減少了各系統(tǒng)的檢測操作人員和數(shù)據(jù)分析人員，實現(xiàn)降本增效。

第四是通過基礎設施狀態(tài)數(shù)據(jù)庫建立，多角度智能化數(shù)據(jù)的分析、多維可視化展示，統(tǒng)一的檢測標定，智能化維修輔助決策建議，提高了線網(wǎng)級設施設備的全生命周期管理能力。

三、示范意義

目前，首列綜合檢測列車和智能運維平臺已在北京19 號線示范應用，自2021 年12 月運用以來，按每月一次的頻次開展動態(tài)綜合檢測工作，應用一年來，累計發(fā)現(xiàn)病害3000 余項，累計節(jié)省工時2400 小時。該項目可總結為：

一是智慧城軌綜合檢測列車的技術研發(fā)與應用主要意義是為了推進城市線網(wǎng)級檢測設備的優(yōu)化配置，實現(xiàn)線網(wǎng)級檢測資源的統(tǒng)籌與優(yōu)化。

二是實現(xiàn)線網(wǎng)基礎設施的一體化管控，支撐設施質量的規(guī)范化評估。

三是加快實現(xiàn)基礎設施運維質量的升級，通過技術和模式的創(chuàng)新全面降本增效。

四是踐行行業(yè)綠智發(fā)展的要求，為構建綠色的檢驗檢測裝備與智能的基礎設施運維體系提供支撐。