王 光,付 萱

(1.石家莊市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)管理部,河北 石家莊 050000;2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)教學(xué)部,河北 石家莊 050091)

為進(jìn)一步提高軌道交通載運(yùn)工具的安全性和可靠性,減少服務(wù)人員,降低運(yùn)營成本,北京、上海、廣州、深圳等多個城市新規(guī)劃和計劃開通的地鐵線路大多按照GoA4等級的全自動運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和建設(shè),基于全自動運(yùn)行(Fully Automatic Operation)模式下的城市軌道交通系統(tǒng)已成為今后城市軌道交通的重要組成部分。車輛工藝設(shè)備智能化水平不斷提升的同時,傳統(tǒng)的設(shè)計思路和滯后的配置策略不但無法滿足全自動運(yùn)行地鐵線路的需求,而且已成為制約地鐵高質(zhì)量發(fā)展的重要因素。本文通過對無人駕駛地鐵列車實際運(yùn)維需求和智能化車輛工藝設(shè)備的研究,提出按照不同等級段場功能屬性差異化配置智能化車輛工藝設(shè)備,是進(jìn)一步提高列車檢修效率和運(yùn)行可靠性的重要手段。

1 全自動運(yùn)行模式下地鐵智能化車輛對工藝設(shè)備的配置要求

隨著城市軌道交通運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量和效率的提升,許多城市已經(jīng)開始采用符合GoA4等級運(yùn)行的全自動無人駕駛列車承擔(dān)載客任務(wù),該型列車可實現(xiàn)自動喚醒、自動出庫、正線自動運(yùn)行、終點(diǎn)站清客、自動折返、自動回庫、自動洗車、自動休眠等功能。隨著全自動無人駕駛列車功能不斷升級的同時,車輛基地中傳統(tǒng)的車輛工藝設(shè)備配置策略已經(jīng)無法滿足全自動無人駕駛列車的日常檢修和維保要求。傳統(tǒng)的車輛工藝設(shè)備只能依靠人工對列車某一功能進(jìn)行基礎(chǔ)維保,列車故障自診斷和自處理信息數(shù)據(jù)無法實時上傳到列車健康管理系統(tǒng)中進(jìn)行分析,致使專業(yè)工程師無法利用大數(shù)據(jù)和人工智能信息對車輛進(jìn)行全面的狀態(tài)檢測。以服務(wù)全自動無人駕駛列車全生命周期內(nèi)檢修和維保為目標(biāo)的智能化城市軌道交通車輛工藝設(shè)備,將先進(jìn)的傳感技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、云計算技術(shù)和系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)高效地集成在一起,加以應(yīng)用的同時還需要按照全新規(guī)劃的段場布局設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化配置。根據(jù)不同等級的段場差異化配置智能化車輛工藝設(shè)備,以實現(xiàn)提高檢修效率、優(yōu)化檢修質(zhì)量管理、降低運(yùn)維成本的目標(biāo)。

未來以無人駕駛、實時監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析、在線故障診斷、人工智能檢修于一體的智能化載運(yùn)工具將成為城市軌道交通運(yùn)輸?shù)暮诵?與智能化載運(yùn)工具相配套的檢修工藝設(shè)備也應(yīng)同步進(jìn)行智能化升級。以滿足全自動化無人駕駛列車需求的新一代工藝設(shè)備應(yīng)該加強(qiáng)系統(tǒng)性研發(fā)和智能化升級,只有對傳統(tǒng)車輛工藝設(shè)備進(jìn)行徹底革新,才能引領(lǐng)未來國產(chǎn)化智能軌道交通裝備的發(fā)展。國產(chǎn)化智能軌道交通裝備進(jìn)一步完善和成熟的同時,融入5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)應(yīng)用的地鐵智能化車輛工藝設(shè)備正向著信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、非標(biāo)集成化配置方向發(fā)展。

2 智能化車輛工藝設(shè)備配置策略

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》要求“一座城市首建地鐵工程的車輛基地應(yīng)具有較為完善的功能”,其目的是為地鐵運(yùn)營提供一套完整的服務(wù)體系,以保障地鐵的穩(wěn)定運(yùn)營。智能化車輛工藝設(shè)備配置策略的實現(xiàn)往往需要依托軌道交通全自動運(yùn)行車輛基地整體設(shè)計布置來完成。根據(jù)不同等級段場設(shè)計要求和全自動化無人駕駛列車檢修全流程分析,以智慧賦能城市軌道交通高質(zhì)量發(fā)展為導(dǎo)向,在科技創(chuàng)新驅(qū)動下深入研究和探索未來智能化車輛工藝設(shè)備的配置策略。根據(jù)《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中智慧運(yùn)維2025的目標(biāo),融入5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的智能化車輛工藝設(shè)備應(yīng)按照全自動無人駕駛列車的特點(diǎn)和需求從“硬”、“軟”兩個方面進(jìn)行合理配置。

2.1 智能化車輛工藝設(shè)備的“硬”配置

目前國內(nèi)地鐵車輛基地一般分為停車場、車輛段和車輛綜合維修基地(包含車輛大修功能)三個等級,為充分利用設(shè)備、便于管理、節(jié)約基建投資,不同等級的全自動運(yùn)行車輛基地其車輛工藝配置策略也不盡相同。

2.1.1 停車場的工藝設(shè)備配置策略

獨(dú)立設(shè)置的停車場只是在線路較長或車輛段用地面積受限制,或運(yùn)營有特殊需要的情況下才設(shè)置。停車場往往只配備列車停放股道和極少量的維修、保養(yǎng)、清洗設(shè)備,僅能完成列車的運(yùn)用管理、清潔整備、安全檢查、日常保養(yǎng)、月度檢修等級別的維保工作以及對于故障列車的應(yīng)急維修處理工作。獨(dú)立設(shè)置的停車場建議配置:一套全自動列車清洗機(jī)、一套移動式架車機(jī)、靜調(diào)設(shè)備、若干智能巡檢機(jī)器人、車底設(shè)備拆裝小車、自動恒流充放電機(jī)、三層作業(yè)平臺與智能化安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、智能化工業(yè)吸塵器、高壓冷熱水清洗機(jī)、超聲波清洗機(jī)、全自動空調(diào)濾網(wǎng)裁切和清洗烘干裝置等工藝設(shè)備。根據(jù)股道數(shù)量配置列檢線司機(jī)智能化登車平臺、移動式登車梯、移動式升降平臺(車頂作業(yè))、曲臂式高空作業(yè)平臺、列檢集成工具包,除此以外,還需預(yù)留以滿足車場調(diào)車和正線救援功能的工程車所需的相關(guān)工藝設(shè)備。

2.1.2 車輛段的工藝設(shè)備配置策略

車輛段所承擔(dān)的業(yè)務(wù)范圍比停車場更廣,一般承擔(dān)列車的停放、運(yùn)用、清掃、洗刷、消毒、列檢、定臨修任務(wù)和運(yùn)用列車事故后的救援任務(wù)。車輛段比停車場運(yùn)用等級更高,除配置停車場全部車輛工藝設(shè)備種類外,還建議配置智能升級版全自動列車清洗機(jī)、智能化固定式架車機(jī)、數(shù)控不落輪鏇床這三大車輛段工藝設(shè)備、移動式架車機(jī)、車輛智能巡檢機(jī)器人、年檢專用集成工具包、單股道可視化直流驗電接地系統(tǒng)、非接觸式智能限界檢測裝置、智慧DCC配套設(shè)備、全車360°圖像動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(含受電弓和輪對測量功能)、智能吹掃集塵設(shè)備、智能化立體存儲倉庫、危險品存儲設(shè)備、輕重型貨架與智能化倉儲管理系統(tǒng)、場內(nèi)專用機(jī)動車(含叉車、各類AGV搬運(yùn)車)和其它物流設(shè)備、各種特種設(shè)備和車輛檢修試驗設(shè)備集成包(含繼電器檢測試驗設(shè)備、制動閥檢測實驗設(shè)備、便攜式高精度碳滑板厚度測量設(shè)備、固定式碳滑板平面打磨設(shè)備、絕緣電阻測試設(shè)備等)、成套救援設(shè)備與救援車輛(救援指揮車、救援工具車)、工程內(nèi)燃調(diào)車機(jī)等。

三大車輛段工藝設(shè)備中數(shù)控不落輪鏇床最好帶有獨(dú)立測量功能,未來如果數(shù)控不落輪鏇床廠家能在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上再開發(fā)出一套獨(dú)立測量機(jī)構(gòu)布置于數(shù)控不落輪鏇床前方,每次作業(yè)只需一次操作就能完成一個轉(zhuǎn)向架兩條輪對的測量工作,將極大地提高車輛輪對檢測和鏇修工作的效率。正線接觸網(wǎng)檢測、隧道廓形檢測、鋼軌檢測等日常檢測作業(yè)將逐步整合在具有綜合檢測功能的地鐵列車上,只需幾列這樣的綜合檢測車就可以在信號控車模式下完成多種檢測工作。具有綜合檢測功能的地鐵列車在白天載客運(yùn)營期間就能實時完成檢測工作,減少了夜晚施工天窗的占用,提高了運(yùn)營設(shè)備維護(hù)效率,減少了傳統(tǒng)工程車搭載單一檢查設(shè)備的采購需求和成本。三大車輛段工藝設(shè)備中智能化洗車機(jī)可以實現(xiàn)無人自動洗車功能,在智能DCC設(shè)置一套與洗車機(jī)操作現(xiàn)場功能相同的控制臺,就可以在遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視洗車機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實現(xiàn)洗車現(xiàn)場的無人值守功能。此外,智能化列車清洗機(jī)具備智能計量(用電量、用水量、洗滌劑消耗量等)和成本分析功能,將清洗的每一列無人駕駛車的數(shù)據(jù)自動記錄到數(shù)據(jù)庫中,形成完整的洗車信息,用戶可根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)營成本分析和設(shè)備狀態(tài)分析。具有遠(yuǎn)程控制功能的智能化列車清洗機(jī)既節(jié)省了人工,又提高了場段內(nèi)調(diào)車與洗車效率。三大車輛段工藝設(shè)備中帶有卸車、稱重功能的移動式架車機(jī)和既滿足車輛舉升功能又具有不轉(zhuǎn)軌架修功能的固定式架車機(jī)是未來智能化車輛工藝設(shè)備配置的方向。

目前,大部分安裝在段場咽喉區(qū)的輪對受電弓檢測設(shè)備在實際使用過程中其檢查精度和效果無法為車輛運(yùn)營提供較為精準(zhǔn)的檢修判斷依據(jù),實用性較差,建議將該類設(shè)備功能整合到電客車自身檢測功能上來進(jìn)行配置。全車360°圖像動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用圖像分析技術(shù),自動采集地鐵列車車頂、車側(cè)、車底高品質(zhì)高清圖像,通過圖像特征匹配、模式識別技術(shù)自動識別關(guān)鍵點(diǎn)位部件狀態(tài)建議在車輛段進(jìn)行配置。非接觸式車輛限界檢測裝置采用激光掃描技術(shù)對電客車斷面進(jìn)行精確測量,保證車輛檢修完成后不侵限,建議在“零軌”出庫方向進(jìn)行配置。傳統(tǒng)的電客車吹掃設(shè)備在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)其車底吹掃除塵效果欠佳,吹掃作業(yè)還帶來了一系列的環(huán)境污染問題且噪音極大,無法達(dá)到其預(yù)期的設(shè)計功能效果,是一種比較“雞肋”的工藝設(shè)備,建議將該類設(shè)備升級換代為可以在車底遙控行走的吸塵機(jī)器人進(jìn)行配置。

車輛日常檢修作業(yè)中單股道斷送電是必須且最容易發(fā)生危險的環(huán)節(jié),傳統(tǒng)的人工掛拆地線操作步驟繁多、耗時較長,易出現(xiàn)地線的漏掛、錯掛、漏拆、錯拆等問題,一旦操作失誤極易造成人員受傷和設(shè)備損壞情況,可視化接地系統(tǒng)可實現(xiàn)接觸網(wǎng)帶電檢測、帶電狀態(tài)顯示、驗電、殘壓放電、遠(yuǎn)程可視化驗電接地操作、就地電動和手動操作、合閘驗電閉鎖、隔離開關(guān)合閘閉鎖、接觸網(wǎng)接地防護(hù)狀態(tài)顯示、軟件密鑰等功能,從而實現(xiàn)更安全、更快捷的智能化防護(hù),在庫內(nèi)配置單股道可視化直流驗電接地系統(tǒng)將極大地提高檢修效率降低安全風(fēng)險。一些車輛關(guān)鍵部件檢測設(shè)備的配置也能極大地提高檢修效率,例如,多功能繼電器檢測試驗設(shè)備、制動閥檢測實驗設(shè)備、制動系統(tǒng)微機(jī)控制單元測試設(shè)備、便攜式高精度碳滑板厚度測量設(shè)備、固定式碳滑板平面打磨設(shè)備、絕緣電阻測試設(shè)備等。

2.1.3 車輛綜合維修基地(包含車輛大修功能)的工藝設(shè)備配置策略

車輛綜合維修基地除具備車輛段功能外還承擔(dān)著線網(wǎng)車輛架、大修功能和車輛維修所需全部材料、物資的供應(yīng)任務(wù),因此在運(yùn)用、檢修等設(shè)備設(shè)施的配置上是最全面的。車輛綜合維修基地比車輛段運(yùn)用等級更高,除配置車輛段全部車輛工藝設(shè)備種類外,還應(yīng)配置架、大修設(shè)備。目前設(shè)計院給出的架大修設(shè)備配置一般難以滿足后期運(yùn)營的實際需求,例如,一些為架大修加工各種非標(biāo)零部件所單獨(dú)配置的普通車床、銑床、磨床、鉆床等機(jī)械設(shè)備選型配置思路陳舊,有的甚至連最基本的數(shù)顯裝置都沒有,無法滿足高精度機(jī)械零部件的加工需求,常年處于閑置狀態(tài),實用性和經(jīng)濟(jì)性都很差。全自動無人駕駛列車的架大修設(shè)備投資規(guī)劃的制定必須建立在充分調(diào)研、論證的基礎(chǔ)之上,以實際需求為導(dǎo)向,以優(yōu)化的架大修工藝流程為中心,其配置時應(yīng)多參考列車生產(chǎn)廠工藝流程和設(shè)備種類。根據(jù)架大修規(guī)程在車輛段工藝設(shè)備配置的基礎(chǔ)上建議增加配置列車稱重裝置、移車臺、車底設(shè)備起重平臺、智能工藝轉(zhuǎn)向架、公鐵兩用牽引車、車底電氣柜安裝設(shè)備、中心銷拆卸和專用電動扭力工具集成包、全自動數(shù)控加工中心等主要設(shè)備。按照架大修工藝流程,將列車分為轉(zhuǎn)向架輪對系統(tǒng)、車體車門系統(tǒng)、車鉤系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、供風(fēng)制動系統(tǒng)、受電弓系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、列車控制及診斷系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、整車電氣系統(tǒng)等十個大系統(tǒng),對應(yīng)各系統(tǒng)應(yīng)配置以下車輛工藝設(shè)備。轉(zhuǎn)向架輪對系統(tǒng)應(yīng)配置智能化轉(zhuǎn)向架升降設(shè)備、轉(zhuǎn)向架清洗設(shè)備、輪對、軸承軸箱拆卸組裝設(shè)備、構(gòu)架翻轉(zhuǎn)臺、構(gòu)架劃線平臺、輪對自動除銹清洗機(jī)、高精度輪對尺寸自動測量機(jī)、輪對超聲波探傷機(jī)、輪對磁粉探傷機(jī)、多功能轉(zhuǎn)向架靜載試驗臺、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架噴漆設(shè)備、輪對軸承擋圈工頻感應(yīng)加熱器、油壓減振器試驗設(shè)備、一系彈簧試驗裝置、單柱校正壓裝液壓機(jī)、軸箱清洗機(jī)、數(shù)控車輪車床、齒輪傳動裝置跑合試驗設(shè)備、軸承尺寸檢測設(shè)備、齒輪箱注卸油設(shè)備、抗側(cè)滾扭力桿拆裝設(shè)備、接地裝置試驗設(shè)備和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架移動小車等30多種工藝設(shè)備。車體車門系統(tǒng)應(yīng)配置移動式車體支座、各類智能工藝轉(zhuǎn)向架和梯車、車門拆卸升降機(jī)、車門試驗檢測設(shè)備、列車車門門控單元測試設(shè)備、車門夾緊力測試儀、門驅(qū)機(jī)構(gòu)拆裝設(shè)備、驅(qū)動電機(jī)檢測設(shè)備和車門電氣系統(tǒng)檢測設(shè)備等10多種工藝設(shè)備。車鉤系統(tǒng)應(yīng)配置鉤緩拆裝設(shè)備、車鉤緩沖器分解組裝壓力機(jī)、鉤緩裝置試驗設(shè)備、車鉤間隙測量設(shè)備等多種工藝設(shè)備?？照{(diào)系統(tǒng)應(yīng)配置空調(diào)清洗設(shè)備、冷媒充放設(shè)備、空調(diào)機(jī)組淋雨試驗設(shè)備、空調(diào)機(jī)組綜合性能試驗、列車空調(diào)機(jī)組微機(jī)控制單元測試設(shè)備、空調(diào)冷媒體泄漏檢測儀、制冷管系焊接設(shè)備、彎管機(jī)、空調(diào)拆裝升級機(jī)、智能化空調(diào)周轉(zhuǎn)臺車等10多種工藝設(shè)備。供風(fēng)制動系統(tǒng)應(yīng)配置空壓機(jī)試驗設(shè)備、制動精密件研磨平臺、制動閥類試驗設(shè)備(高度閥、差壓閥、平衡閥、電磁閥)、空氣簧試驗設(shè)備、單元制動裝置試驗設(shè)備、列車空氣制動試驗設(shè)備、制動系統(tǒng)微機(jī)控制單元測試設(shè)備、制動電子控制單元試驗設(shè)備、速度傳感器試驗設(shè)備等10多種工藝設(shè)備。受電弓系統(tǒng)應(yīng)配置受電弓檢修試驗設(shè)備、移動式磁粉探傷機(jī)、高精度碳滑板磨耗測量設(shè)備、接觸壓力測量儀、智能化受電弓周轉(zhuǎn)臺車等多種工藝設(shè)備。牽引系統(tǒng)應(yīng)配置牽引電機(jī)吹掃設(shè)備、牽引電機(jī)清洗設(shè)備、牽引電機(jī)空載試驗設(shè)備、移動式耐壓試驗設(shè)備、絕緣電阻測試設(shè)備、聯(lián)軸節(jié)拆裝設(shè)備、軸承檢測設(shè)備等多種工藝設(shè)備。列車控制及診斷系統(tǒng)應(yīng)配置電器綜合試驗設(shè)備、高速斷路器試驗設(shè)備、繼電器檢測試驗設(shè)備、司機(jī)控制器試驗設(shè)備、電流電壓傳感器試驗設(shè)備、LCU系統(tǒng)綜合試驗設(shè)備等多種工藝設(shè)備。乘客信息系統(tǒng)應(yīng)配置LCD動態(tài)地圖顯示器試驗設(shè)備、乘客信息系統(tǒng)綜合試驗設(shè)備等多種工藝設(shè)備。

根據(jù)不同段場等級和功能,差異化配置智能化車輛工藝設(shè)備不但有效節(jié)省了建設(shè)初期設(shè)備投資成本,也有利于提高車輛檢修效率。在更高等級的車輛綜合維修基地中應(yīng)配置更為智能的車輛工藝設(shè)備,以滿足全自動無人駕駛列車平穩(wěn)運(yùn)營的需求。經(jīng)過全面梳理各等級段場日常擔(dān)負(fù)的運(yùn)營功能,推薦參考表1種類與數(shù)量進(jìn)行配置。

表1 不同等級段場車輛工藝設(shè)備配置與種類推薦表

2.2 智能化車輛工藝設(shè)備的“軟”配置

車輛大數(shù)據(jù)的運(yùn)用與分析模型是全自動無人駕駛地鐵列車安全運(yùn)行的基石。國內(nèi)許多業(yè)主往往很重視車輛工藝設(shè)備硬件配置,隨著列車技術(shù)的不斷升級智能化車輛工藝設(shè)備更應(yīng)該從“軟”的方面進(jìn)行配置。首先建議在所有車場配置智能化車輛工藝設(shè)備檢修管理系統(tǒng),建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,各種車輛檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、加工數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)和視頻記錄能夠?qū)崟r遠(yuǎn)程監(jiān)測并上傳共享,通過大數(shù)據(jù)分析為每一列全自動無人駕駛列車自動生成帶有可追溯性的履歷。將車輛健康管理系統(tǒng)、車輛架大修管理系統(tǒng)與車輛工藝設(shè)備檢修管理系統(tǒng)深度融合,建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫以實現(xiàn)車輛全生命周期管理功能。將智能化車輛工藝設(shè)備檢修管理系統(tǒng)深度融合到車輛全生命周期管理系統(tǒng)中,形成了大量的車輛數(shù)據(jù)資產(chǎn),為長期運(yùn)營提供了龐大的參考資料。智能化車輛工藝設(shè)備檢修管理系統(tǒng)與車輛全生命周期管理系統(tǒng)提供了車輛可靠性分析系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù),便于對車輛運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實時遠(yuǎn)程監(jiān)測和分析,極大地方便了運(yùn)營設(shè)備管理工作。

3 結(jié)語

在以科技創(chuàng)新驅(qū)動城軌各系統(tǒng)裝備高質(zhì)量發(fā)展的理念的指導(dǎo)下,需要學(xué)會運(yùn)用“智慧”手段,促進(jìn)智能化裝備與運(yùn)營管理深度融合達(dá)到節(jié)約建設(shè)和運(yùn)營成本的目的。軌道交通智能化車輛工藝設(shè)備作為非標(biāo)高端裝備制造領(lǐng)域的重要組成部分,必須緊跟時代步伐不斷融入新技術(shù)。以創(chuàng)新、智能、協(xié)調(diào)、綠色、安全、高效的發(fā)展理念指引和構(gòu)建全新的智能化城市軌道交通車輛工藝設(shè)備配置策略,對引領(lǐng)和推動城市軌道交通高質(zhì)量發(fā)展行穩(wěn)致遠(yuǎn)具有十分重大意義。