城市轨道交通综合检测车应用分析

2021-12-06靳守杰魏志恒王文斌戴源廷刘斐然

现代城市轨道交通 2021年11期

靳守杰，魏志恒，王文斌，戴源廷，刘斐然

（1.广州地铁集团有限公司，广东广州 510220；2.中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心，北京 100081）

1 引言

截至2020 年底，中国大陆地区（不含港澳台）共有45 个城市开通城市轨道交通（以下简称“城轨”）运营线路244 条，运营线路总长度7 969.7 km，其中地铁运营线路6 280.8 km[1]。随着城轨运营里程的不断增加，针对基础设施综合、高效的检测需求也愈加迫切。在高速铁路领域，国内外普遍采用综合检测车对关键基础设施运行状态进行周期性检测[2-3]。此外，为加强对基础设施外观状态的自动巡检，高速铁路综合巡检车也逐渐被投入运用，最高检测速度为120 km/h[4]。在城轨领域，综合检测、巡检技术的应用正处于快速发展阶段，部分线路已通过搭载运营电客车的方式实现了轮轨、弓网等关键系统的综合检测、巡检[5-6]。集综合检测和综合巡检技术于一体的城轨综合检测车也即将在北京、深圳等地投入应用。与高速铁路标准化建设、管理的模式不同，各地城轨线路，甚至同一城市不同线路间各系统制式也存在较大差异，城轨综合检测车实现线网级应用仍面临很多问题[7-8]。本文通过分析高速铁路综合检测车、综合巡检车以及城轨综合检测车的发展现状，对城轨综合检测车的功能定位、应用效果、应用难点及对策等进行分析。

2 高速铁路综合检测车及综合巡检车

2.1 高速铁路综合检测车

高速铁路综合检测车可在等速状态下实现对轨道、牵引供电、通信、信号等基础设施的系统检测，为高速铁路运营安全和基础设施养护维修提供支撑。早在上世纪70 年代，日本就在新干线配置了“Doctor Yellow”综合检测列车，用于线路的周期性动态检测，法国、德国、意大利等铁路发达国家也先后研制了高速铁路综合检测车[9]。

伴随着高速铁路的建设进程，我国的综合检测车技术实现了快速发展。0 号高速铁路综合检测车是我国第一列专用检测车，于2008 年交付使用[10]。列车配置了当时国际先进的轨道几何、车辆动力学响应、弓网关系、通信、信号等检测系统，并集办公、会议、餐宿于一体，整体技术水平达到世界一流。目前我国在役综合检测车14 列，承担着新建线路的联调联试和既有近4 万km 运营线路的周期性检测工作，高速铁路综合检测车如图1 所示。

图1 高速铁路综合检测车

2.2 高速铁路综合巡检车

高速铁路综合巡检车运用视觉检测、协同控制、机器学习等技术，可快速、智能的实现铁路沿线关键设备设施外观结构状态的综合巡视，为实现高速铁路基础设施状态全面感知提供技术支撑。

高速铁路综合巡检车以内燃机车为载体，如图2 所示，搭载了轨道几何参数检测、钢轨廓形检测、轨道状态巡检、隧道限界检测、接触网几何检测、接触网悬挂状态巡检、轨旁通信信号设备外观巡检等10 余个系统，最高运行速度120 km/h。

图2 高速铁路综合巡检车

3 城轨综合检测车

由于运营速度低、线路里程短等因素，城轨基础设施检测基本以小型检测设备为主。近年来，随着各地线网规模的持续增大及运行速度的不断提高，采用综合检测技术实现对基础设施状态的综合、高效感知，已成为保障运营安全的有效手段。与高速铁路不同，城轨列车由于运行速度低，因此可将检测和巡检系统集成一体。目前国内已研发了2 列城轨综合检测车，分别为2B 综合检测车和3B 综合检测车。

3.1 2B 综合检测车

由深圳市地铁集团有限公司牵头研制的2B 综合检测车由2 节B 型电客车组成，如图3 所示，最高运行速度为120 km/h。2B 综合检测车可实现轨道几何检测、钢轨轮廓检测、轨道状态巡检、接触网几何参数检测、弓网受流参数检测、钢轨短波不平顺检测、隧道限界检测、通信检测、车辆动态响应检测以及线路周边环境监视等。

图3 2B 综合检测车

3.2 3B 综合检测车

由中国铁道科学研究院集团有限公司牵头研制的3B综合检测车由3 节B 型电客车组成，如图4 所示，车辆同时具备直流1 500 V 接触网、直流1 500 V 接触轨、直流 750 V 接触轨3 种受电方式，最高运行速度120 km/h。3B 综合检测车可以实现轨道几何检测、钢轨廓形检测、轨道状态巡检、车辆动力学响应检测、轮轨关系检测、隧道衬砌表面状态检测、接触网几何检测、弓网受流参数检测、第三轨检测、通信信号检测以及线路周边环境监视等[11]。

图4 3B 综合检测车

4 城轨综合检测车应用分析

4.1 功能定位分析

4.1.1应用范围

城轨综合检测车最理想定位是实现城市线网级别的多线综合检测功能，然而与高速铁路基本统一的建设标准不同，城轨由于线路间各系统制式差别较大，跨线运行存在一定难度，因此检测车在设计阶段应预先考虑应用范围和制式配置，为下一步线网级别应用奠定基础。

4.1.2检测、巡检模式

城轨工务、供电、电务各专业基础设施日常检测项目、周期及常用检测方式如表1 所示。

表1 城轨基础设施部分重点检测项目、周期及方式

根据各专业目前检测周期以及城轨综合检测车的功能覆盖情况，建议综合检测车各系统按实际情况开展不同周期的检测、巡检工作，具体建议如表2 所示。

表2 综合检测车检测周期

4.1.3行车方式分析

等速检测是反映基础设施真实工作状态的基础，综合检测车可在天窗点单独行车检测，条件具备的可考虑编入运营图开展专项检测工作，亦可作为压道车对轨道和基础设施状态进行确认。

4.2 应用效果分析

4.2.1质量方面

作为专业检测装备，综合检测车在设计阶段即可实现设备的集成化、标准化配置，为实现高质量检测提供保障；等速动态的行车工况实现了真实运行场景下的系统全面评估；车载综合系统及地面数据中心可实现多专业数据联动分析，深度发掘，实现主动运维。

4.2.2效率方面

综合检测车可替代其他小型及单专业检测设备，等速或准等速的行车速度可全面压缩工时；多专业的同步工作可大大节省天窗点占用；智能化、自动化的数据分析模式为进一步减人增效提供保障。

4.2.3安全方面

综合检测车的应用可以实现检测标准化，将多专业小型检测设备集成，减少人工参与，提高了作业安全程度；等速、动态、综合的系统评估方式，最大程度的保障了基础设施健康运行，确保了设施安全；各系统检测数据的综合智能分析、深度挖掘等提高了运维的智慧化，保障了运营安全。

4.3 应用难点及对策分析

4.3.1线网级应用分析

综合检测车要实现线网级应用仍面临诸多挑战，尤其对于较早建设城轨的城市，早先未考虑网络化运营需求，各线路间系统制式千差万别，如表3 所示，北京、上海等城市，车辆、供电制式较多，对于苏州、南宁等城轨建设历史较短的城市，由于相关系统技术的发展成熟及考虑到互联互通等因素，车辆和供电制式基本统一。

表3 部分城市城轨基本信息

目前各地都在积极开展互联互通、网络化运营的相关研究，如重庆已经实现了部分线路的互联互通，各地越来越多的新建线路在设计阶段即考虑了互联互通问题，既有线路也在积极探索有效的解决途径，上述情况为综合检测车的线网级应用提供了基础条件。综合检测车应在设计阶段充分考虑互联互通问题，逐步实现部分线路乃至全线网的应用。

4.3.2检测、巡检技术及功能覆盖分析

目前针对轮轨、弓网、通信、信号的检测技术及系统已较为成熟，而针对占用人工较多的设备设施状态巡检工作，自动化巡检、识别技术等仍待进一步提高，部分巡检技术仍受行车速度的限制，极大影响了综合检测车的应用效率[12-13]。此外，目前综合检测车尚未集成钢轨探伤、道岔检测等系统，检测功能覆盖程度仍有进步空间。

自动化、智能化是基础设施巡检的必然方向，随着图像识别、机器学习等技术的不断发展，未来机器巡检必然会全面替代人工。随着相关检测设备小型化、集成化的不断发展，集更多功能的综合检测车有望在未来实现应用。

4.3.3检测资源合理化应用分析

由于综合检测技术在城轨领域发展较晚，针对基础设施的动态检测一般采用轨检车、网检车等专业工程检测车，因此，综合检测车的配置既要充分考虑既有检测设备资源的优化整合问题，又要统筹考虑综合检测车的配置时机以及其他检测设备的处置方式，避免资源浪费。

4.3.4检测数据综合应用分析

检测数据是反映基础设施运行状态的根本，数据运用水平决定着综合检测车的应用效果。综合检测车必须配套检测数据综合管理平台，确保各专业数据的统一存储管理、综合分析、深度挖掘等，避免数据资源的浪费，通过大量数据的积累逐步实现基础设施的智慧运维[14-15]。

4.3.5购置模式分析

综合检测车属于单次投资金额较大的项目，对于设备购置资金不充足的情况一般可采用融资租赁、银行按揭贷款等方式解决。融资租赁方式可以提高企业资金利用效率，开辟利用外资、引进先进技术的新途径，加速技术设备的改造；同时有利于调整资金结构和技术结构，适应市场需求的变化。银行按揭贷款方式操作相对简单，但一般不易实现。