摘要：都市圈建設(shè)給城市軌道交通賦予新的歷史使命，區(qū)域快線的建設(shè)是城市軌道交通新的發(fā)展方向。區(qū)域快線車輛運維需求有別于地鐵、城際鐵路，且建設(shè)執(zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范缺少實際工程驗證。通過對大興機場線工程概況、車輛關(guān)鍵設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)、車輛日常維護檢修狀態(tài)、輪對在線檢測等在線檢測設(shè)備采集數(shù)據(jù)的分析，參考車輛供應(yīng)商需求、國內(nèi)車輛部件的技術(shù)水平以及同行業(yè)的檢修經(jīng)驗，優(yōu)化大興機場線車輛檢修標(biāo)準(zhǔn)，提出以列檢、月檢為日常維護及定修、架修(A修、B修)、大修為定期檢修的車輛維護檢修標(biāo)準(zhǔn)，并對新的車輛檢修標(biāo)準(zhǔn)下的經(jīng)濟效益進行分析。通過新標(biāo)準(zhǔn)的實施可有效控制車輛基地的建設(shè)規(guī)模，降低車輛運維成本、提高車輛利用率，為今后城市軌道交通的區(qū)域快線車輛基地的建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)化資源共享提供理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：軌道交通;區(qū)域快線;都市圈;車輛段;修程;標(biāo)準(zhǔn);輪對;狀態(tài)分析
隨著城市發(fā)展，大城市的交通擁堵、空氣污染、居住擁擠給人們的日常生活帶來很大困擾，建立都市圈通過軌道交通疏解城市人口、發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟已經(jīng)是我國的基本國策?！毒┙蚣絽f(xié)同發(fā)展》[1]、《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》的落實以及都市圈的規(guī)劃建設(shè)對城市軌道交通線網(wǎng)功能提出新的要求。區(qū)域快線[2]是打破市域行政范圍，介于城際鐵路、地鐵之間的城市軌道交通，滿足出行半徑70~100km距離、1小時通勤圈的需要，是我國城市軌道交通的重要組成部分。目前，規(guī)劃在建的北京地鐵22號(平谷)線、廣州地鐵28號線、深圳地鐵14號線都屬于區(qū)域快線范疇。
交通工程論文：創(chuàng)建“城市軌道交通學(xué)”的可行性探究
北京市大興機場線一期工程是國內(nèi)最早建設(shè)運營的城市軌道區(qū)域快線之一[3]。2019年9月25日開通運營，線路全長41.36km，采用AC25kV供電，地下采用剛性接觸網(wǎng)，車輛采用D型車，最高運行速度160km/h，運營采用GoA4全自動運行模式，年走行30萬km，其多項技術(shù)屬國內(nèi)城市軌道交通首創(chuàng)，給車輛基地的建設(shè)提出更高要求。有必要通過總結(jié)大興機場線建設(shè)、運營經(jīng)驗，編制具有實踐檢驗的車輛檢修建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為今后城市軌道交通區(qū)域快線車輛基地的建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)化資源共享提供理論基礎(chǔ)。
1磁各莊車輛段概況
大興機場線磁各莊車輛段線網(wǎng)定位為架修段，負(fù)責(zé)全線一期工程的初、近、遠(yuǎn)期車輛停放、日常維護、定期檢修工作，是國內(nèi)第一個預(yù)留一體化開發(fā)條件的區(qū)域快線車輛基地。磁各莊車輛段建設(shè)規(guī)模遠(yuǎn)期預(yù)留20個停車列檢列位，車輛段及預(yù)留工程總建設(shè)規(guī)模約37.4萬m2。車輛基地的功能包括：運用庫、聯(lián)合檢修庫、咽喉區(qū)、工程車庫、內(nèi)燃車庫、洗車庫、鏇輪庫、材料棚、試車設(shè)備室、綜合樓、物質(zhì)庫、污水處理站、派出所、出入段線等。
大興機場線是國內(nèi)第一條160km/h的市域快線，市域D型車輛的運維需求無規(guī)范可循?？蓞⒖嫉囊?guī)范GB50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》、TB10623—2014《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》相關(guān)條款也有較大差異。在初步設(shè)計階段，通過對大興機場線線路、車輛、供電、軌道、運營的工程特點研究，提出并實施的大興機場線車輛檢修修程標(biāo)準(zhǔn)[4]。
轉(zhuǎn)向架專項修(A修)的檢修周期為40萬km。轉(zhuǎn)向架專項修周期的縮短加大了運營成本，影響了輪對的使用壽命。其研究成果通過論文形式，相繼在《鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計》雜志發(fā)表《軌道交通區(qū)域快線車輛檢修修程研究》、《城軌車輛大架修基地建設(shè)規(guī)劃的探討》[5]，在2020年第七屆全國智慧城市與軌道交通學(xué)術(shù)會議發(fā)表《淺談市域D型車輪對檢修及設(shè)備配置方案》[6]等多篇論文。
從檢修標(biāo)準(zhǔn)、檢修資源共享、輪對檢修方案等多視角研究城市軌道交通區(qū)域快線車輛運維的解決方案。在優(yōu)化設(shè)計方案的同時，也認(rèn)識到全自動運營場景對車輛檢修提出更高要求，在車輛基地運維及檢修中“人的工作正在逐漸被設(shè)備所代替”，“車載自診斷、在線檢測設(shè)備大數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用”能夠給車輛基地的運維檢修提供可靠的技術(shù)保證。并在北京市科委科技計劃課題征集過程中提出，依托大興機場線磁各莊車輛段工程建設(shè)開展《基于大數(shù)據(jù)的智能化車輛基地管控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》課題研究，于2020年6月順利通過市科委主管部門的驗收。
為更好地總結(jié)、推廣大興機場線的設(shè)計成果，為北京市軌道交通區(qū)域快線建設(shè)積累經(jīng)驗，2017年10月通過北京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化專項設(shè)計與管理工作立項《區(qū)域快線全自動駕駛車輛檢修模式、在線檢測設(shè)備應(yīng)用和檢修智能化設(shè)計》課題研究。研究過程中，課題組到大興機場線磁各莊車輛段現(xiàn)場調(diào)研、交流，收集車輛運營狀態(tài)，分析車輛供應(yīng)商提出的車輛運維技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編制了大興機場線車輛檢修規(guī)程、檢修作業(yè)指導(dǎo)、工藝設(shè)備選擇、在線檢測設(shè)備應(yīng)用，以及檢修智能化等研究成果，并對北京市區(qū)域快線車輛基地建設(shè)提出優(yōu)化方案。2020年11月5日完成課題驗收。
2城市軌道交通區(qū)域快線的發(fā)展
近年來，在國內(nèi)軌道交通圍繞都市圈建設(shè)發(fā)展迅速，以中心城市建設(shè)為主體的地鐵線網(wǎng)和以國家投資的國鐵干線建設(shè)已經(jīng)不能滿足都市圈軌道交通發(fā)展的需要。2015年3月為落實京津冀協(xié)同發(fā)展重大國家戰(zhàn)略，在國家發(fā)展改革委和京津冀協(xié)同發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室的指導(dǎo)下，京津冀三省市人民政府、中國鐵路總公司共同組建成立了京津冀城際鐵路投資有限公司，規(guī)劃了3700km的京津冀城際鐵路網(wǎng)[7]。對京津冀一體化建設(shè)起到推動作用。
為加快城際區(qū)域軌道交通規(guī)劃建設(shè)，廣東、浙江、重慶、四川、湖南、江西等先后成立鐵路投資集團有限公司，國內(nèi)軌道交通建設(shè)規(guī)劃形成國家、省市、地方多層級建設(shè)的發(fā)展趨勢，而區(qū)域快線作為城市圈發(fā)展的需要，其定位在區(qū)域與市郊鐵路的圈層，存在建設(shè)主體相對模糊，國家和地方的規(guī)劃不一致，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，運營管理不協(xié)調(diào)，與城市軌道交通直達(dá)互通性差，重復(fù)建設(shè)時有發(fā)生等問題[8]。2019年2月19日國家發(fā)展改革委(發(fā)改規(guī)劃〔2019〕328號文)《關(guān)于培育發(fā)展現(xiàn)代化都市圈的指導(dǎo)意見》指出[9]：打造軌道上的都市圈。統(tǒng)籌考慮都市圈軌道交通網(wǎng)絡(luò)布局，構(gòu)建以軌道交通為骨干的通勤圈。在有條件地區(qū)編制都市圈軌道交通規(guī)劃，推動干線鐵路、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通“四網(wǎng)融合”。
2020年12月17日國家發(fā)展改革委交通運輸部國家鐵路局中國國家鐵路集團有限公司下發(fā)《關(guān)于推動都市圈市域(郊)鐵路加快發(fā)展意見》，對市域(郊)鐵路建設(shè)在總體要求，明確功能定位和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完善規(guī)劃體系，有序推進實施，優(yōu)化運營管理，創(chuàng)新投融資方式，建立持續(xù)發(fā)展機制等方面提出具體要求[10]。區(qū)域軌道交通是連接于城市中心與郊區(qū)、中心城市與衛(wèi)星城市，主要服務(wù)范圍在城市中心的外圍地區(qū)，負(fù)責(zé)城市中心與外圍組團副中心之間長距離的聯(lián)系，是一種介于城市軌道交通和一般鐵路之間的客運交通模式，主要承擔(dān)都市圈、城市群區(qū)域的客流出行，以中長距離的通勤、通學(xué)為主要服務(wù)對象，兼顧商務(wù)、探親、旅游等中長距離出行需求。目前，適應(yīng)該區(qū)域的車輛制式較多，有鐵路客車，城際動車組，市域A、B、D型車等，大興機場線選擇市域D型車。
根據(jù)區(qū)域快線運營滿足“朝夕”大客流，1小時通勤圈的特點。大興機場線開發(fā)研制的車輛，最高運行速度160km/h;為提高機場專線的服務(wù)質(zhì)量，采用7+1編組，每列車配有一節(jié)專用行李車;為控制軸重，車輛采用長度22,000+△mm，定距15,700mm;車體采用鋁合金材料，減輕車輛自重，提高密封性、穩(wěn)定性、舒適性及防腐性;按照城市軌道交通服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，車輛無盥洗室、衛(wèi)生間等設(shè)施。目前應(yīng)用實施的T/CCES2—2017《市域快速軌道交通設(shè)計規(guī)范》相關(guān)條款的D型車輛標(biāo)準(zhǔn)，主要參考北京大興機場線的技術(shù)參數(shù)。經(jīng)過一年運營，大興機場線D型車輛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足區(qū)域快線的功能需求，車輛運行狀態(tài)良好。
3大興機場線車輛狀態(tài)分析
北京軌道交通大興機場線正式開通運營已有1年，車輛累計走行約40萬km，截止目前車輛的運行狀態(tài)良好，各項指標(biāo)正常，關(guān)鍵系統(tǒng)部件未出現(xiàn)影響行車安全的重大故障。大興機場線車輛供應(yīng)商主要是青島四方，2019年1月16日車輛到場，6月15日開始車輛上線動態(tài)調(diào)試，9月25日試運營。磁各莊車輛段為提高車輛狀態(tài)檢測，根據(jù)車輛狀態(tài)檢測需求，車輛需對影響行車安全的牽引、制動、走行部、車門等系統(tǒng)進行車載狀態(tài)監(jiān)測。
同時，對影響車輛服務(wù)質(zhì)量的子系統(tǒng)，如車門系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)等進行監(jiān)控。另外，磁各莊車輛段配有輪對故障動態(tài)檢測系統(tǒng)、受電弓及車頂狀態(tài)動態(tài)檢測系統(tǒng)、車底及車側(cè)故障檢測系統(tǒng)和LU移動式輪輞輪輻探傷系統(tǒng)等在線檢測設(shè)備。為完成《區(qū)域快線全自動駕駛車輛檢修模式、在線檢測設(shè)備應(yīng)用和檢修智能化設(shè)計》課題研究，2020年9月開始對車輛運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)取樣分析，從車載狀態(tài)監(jiān)控入手，重點是輪對、受電弓碳滑板、制動閘片等關(guān)鍵磨耗件，對車輛十大系統(tǒng)，121個部件進行檢修需求分析。制定新的檢修修程和檢修周期，編制各修程的生產(chǎn)作業(yè)進度。
4大興機場線車輛檢修標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)區(qū)域快線車輛特點，結(jié)合北京大興機場線車輛運營狀態(tài)，建議日常維護采用列檢、月檢兩級管理模式，定期檢修在參考中國國家鐵路集團的有關(guān)規(guī)程基礎(chǔ)上[15]，采用配件全壽命周期的大、架修維修管理模式。對于運營安全要求較高的牽引供電系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、走行部采用專項修的管理模式結(jié)合狀態(tài)數(shù)據(jù)進行維護。推廣根據(jù)配件壽命采用同修程不同檢修內(nèi)容的均衡修作業(yè)方式[16]。
4.1日常維護
4.1.1列檢
列檢是保證車輛運行狀態(tài)的主要手段，列檢以檢查為主，是在96h以內(nèi)進行的檢修作業(yè)。在編組狀態(tài)下、對主回路及輔助回路的電氣設(shè)備、制動裝置、一般電氣、空調(diào)裝置、司機室空調(diào)裝置、車體及客室等進行外觀、安裝狀態(tài)、性能檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷后進行維修。為便于車頂受電弓、空調(diào)裝置的檢查，列檢庫設(shè)置三層作業(yè)平臺。為及時掌握車輛關(guān)鍵部件狀態(tài)，及時進行狀態(tài)修，出入段線設(shè)置輪對、受電弓、車體在線檢測設(shè)備。在列檢中要增加對制動閘片的日常檢測，如有問題需及時更換。
4.2定期檢修
4.2.1定修定修是根據(jù)車速的提升，轉(zhuǎn)向架維護需求的專項維護。根據(jù)原型車CRH6城際動車組的修程設(shè)置情況及后續(xù)國鐵動車組做出的一系列修程延長變更[17]，結(jié)合市域快線車輛主體設(shè)計壽命不低于30年，車輛平均年走行約20~30萬km，軸承、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、牽引電機等主要驅(qū)動件的全壽命維護特點及空氣彈簧、橡膠節(jié)點油壓減振器密封件等橡膠密封件全壽命維護的特點，定修維修周期宜設(shè)置在60萬km，維修周期時間不宜超過1.9年。
4.2.2A修A修維修周期宜設(shè)置在120萬km，維修周期時間不宜超過3.75年。主要針對轉(zhuǎn)向架分解檢修及車載其他各設(shè)備系統(tǒng)的現(xiàn)車修。主要作業(yè)內(nèi)容包括：入廠接車鑒定，解編，架車，轉(zhuǎn)向架檢修，車載設(shè)備檢修，落車，編組，靜調(diào)，稱重，動調(diào)等。推廣根據(jù)配件壽命采用同修程不同檢修內(nèi)容的均衡修作業(yè)方式，對制動、牽引、空調(diào)等系統(tǒng)進行狀態(tài)檢查和功能測試。
4.2.3B修B修維修周期宜設(shè)置在240萬km，維修周期時間不宜超過7.5年。主要針對列車各設(shè)備系統(tǒng)的分解檢修。主要作業(yè)內(nèi)容包括：入廠接車鑒定，解編，架車，轉(zhuǎn)向架檢修，車輛設(shè)備分解與檢修，車輛設(shè)備組裝，落車，編組，靜態(tài)調(diào)試，稱重，動調(diào)試驗，試運行等項目檢修。
5大興機場線車輛架大修運維成本分析[20]
大興機場線車輛年走行30km，三十年車輛全壽命周期走行900萬km。根據(jù)2016年大興機場線PPP項目特許協(xié)議成本估算：三級修(60萬km)車輛維護成本142.5萬元;四級修(120萬km)車輛維護成本687.5萬元;五級修(240萬km)車輛維護成本2740萬元。按照T/CCES2—2017《市域快速軌道交通設(shè)計規(guī)范》，市域D型車車輛檢修修程及檢修周期計算：大興機場線車輛30年需進行7次三級修、5次四級修、2次大修的車輛單列總費用最低為9915萬元。按照大興機場線檢修修程和檢修周期計算：全壽命進行6次架修、1次大修，全壽命高等級修維護成本的車輛單列總費用最低為6865萬元。僅大架修每列車全壽命節(jié)約運維成本約3050萬元。大興機場線遠(yuǎn)期配屬車輛20列計算，每年可節(jié)約大架修運維成本2033.2萬元。
6結(jié)論及建議
(1)大興機場線的建設(shè)經(jīng)驗證明，區(qū)域快線線路高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，避免車輛速度的提高造成輪軌、弓網(wǎng)、基礎(chǔ)制動等車輛狀態(tài)的惡化。制定車輛檢修修程的影響因素包括①定修考慮部件供應(yīng)商(需招標(biāo)優(yōu)化)的檢測、探傷需求，維修時間短，無需架車分解作業(yè);②A修考慮軸承維護需要，對齒輪箱軸承分解檢查;③B修考慮橡塑件的老化，墊片磨耗的更換，以及系統(tǒng)設(shè)備檢修需求。(2)區(qū)域快線配屬車輛規(guī)模少的特點，給車輛運維成本的降低提供有利條件。(3)建議區(qū)域快線在車輛招標(biāo)過程中，對影響檢修成本的關(guān)鍵部件適當(dāng)延長免維護期的要求。
(4)通過大興機場線車輛運維檢修修程和檢修周期的優(yōu)化，為城市軌道交通區(qū)域快線的建設(shè)積累寶貴經(jīng)驗。(5)根據(jù)區(qū)域快線車輛運維需求特點，建議車輛基地的建設(shè)應(yīng)采用互聯(lián)互通、資源共享，通過物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運維的原則，為車輛降低運維成本創(chuàng)造條件。大興機場線車輛狀態(tài)及研究成果表明，大興機場線的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為車輛良好的運營狀態(tài)提供了根本保證。通過北京軌道交通大興機場線車輛運維標(biāo)準(zhǔn)的研究，在市域(郊)鐵路、區(qū)域快線的規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域，為今后車輛基地的建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定、運維成本的控制等提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐、理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。
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作者：阮巍，周廣浩，曹向靜，董劍鋒
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