軌道高空作業車技術現狀及發展趨勢研究

段 曉，史 衛，王道永

（濟南軌道交通裝備有限責任公司機電裝備研究所，山東濟南 250022）

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軌道高空作業車技術現狀及發展趨勢研究

段 曉，史 衛，王道永

（濟南軌道交通裝備有限責任公司機電裝備研究所，山東濟南 250022）

摘 要：軌道高空作業車是一種鐵路、地鐵專用高空作業產品，是一種能夠在地鐵隧道內或橋梁上運送工作人員和裝備到全斷面指定區域進行檢修作業的特種車輛。闡述國內外軌道高空作業車的技術現狀和水平，分析國內自主研發的軌道高空作業車與國外系列化的高空作業車的差距，以及國內發展軌道高空作業車的必要性和緊迫性，總結指出軌道高空作業車朝高安全性、高組合性、高效率性、高智能化方向發展的趨勢。

關鍵詞：軌道高空作業車；技術現狀；發展趨勢中圖分類號：U273

0　概述

隨著中國城市化進程加速，城市交通擁堵成為制約城市發展的瓶頸。為了解決這一狀況，我國各地政府大力發展城市軌道交通，其中地鐵是城市軌道交通中非常重要的一部分，截止到 2015 年，我國建成近 90 條地鐵線路，總里程達到了 2000 多 km。隨著我國地鐵里程的增加，確保地鐵正常運營的線路養護工作日益繁重。

軌道高空作業車是一種鐵路、地鐵專用高空作業產品，是一種能夠在隧道內或橋梁上運送工作人員和裝備到指定區域進行檢修作業的特種車輛。該車主要用于接觸網懸掛、附加線、支持定位裝置、支柱及吊柱的維護、日常檢查、保養等工作；可以繞過接觸網到達軌道正上方十幾米的隧道頂部，并且保證無縫維修隧道壁的全斷面任何區域。橋梁檢測車作為軌道高空作業車的一種重要車型，主要用于公路、鐵路、地鐵等線路上的橋梁流動檢測或維護搶修等工作，技術含量高，最早在歐美等發達國家得以推廣，是適用于特大型公路橋、城市高架橋、鐵路橋、公鐵兩用橋等周期性的日常檢查作業的特種工程車，為高空作業人員在維護橋梁各部分時提供安全保護措施[1]。圖 1 和圖 2 分別展示了應用于我國鐵路線路上的軌道高空作業車以及橋梁檢測車。

圖1　軌道高空作業車

圖2　橋梁檢測車

1　發展軌道高空作業車的必要性

在地鐵、鐵路的檢修工作中，隧道壁、接觸網和橋梁等維護非常重要，隧道、橋梁、接觸網的狀態好壞直接關系到行車暢通及安全。軌道高空作業車在確保城市軌道交通維護工作的高效性、安全性方面必不可少，這主要表現在以下兩個方面。

1.1隧道維修的需要

在地鐵中，隧道受地下水、地基等自然因素的影響，隧道壁普遍存在滲漏水現象。隧道滲水現象嚴重影響了隧道的穩定性，造成軌道交通設備的腐蝕，甚至會影響到隧道上方的基礎建筑和隧道周圍的水環境。為了減少和消滅隧道壁的滲漏水現象，確保地鐵運營的安全，必須日常巡檢，一旦發現有滲漏點等異常情況，應立即組織維修人員進行處理。對已發現的滲漏點，要及時進行修復和記錄并定期進行復查，防止再次滲漏。而目前地鐵隧道的維修主要依靠搭腳手架和垂直升降式作業平臺來維護，但是由于地鐵隧道內設備多、接觸網交錯，現有的高空作業設備無法滿足地鐵隧道無縫維修的需求，搭腳手架的方式不僅效率低，而且危險性大，無法滿足地鐵實際維護需求，因此，需要采用新型的軌道高空作業車。

1.2接觸網維修的需要

接觸網懸掛、附加線、支持定位裝置、支柱及吊柱的狀態好壞直接關系到行車暢通及安全。因此，確保高空軌道作業的高效性、安全性、便捷性以及加強接觸網動態檢測力度，及時掌握接觸網狀態，正確指導接觸網養護維修，確保地鐵運營安全，已成為地鐵工作中的一項重要基礎工作。

根據市場調研，上海地鐵、廣州地鐵、西安地鐵等各大地鐵公司每周都要進行人工作業，檢查記錄接觸網和其他設備情況，發現有問題，需要記錄并及時維修。目前國內的地鐵公司主要采用搭腳手架、直升式升降臺來維修接觸網，危險性高、效率低。各大地鐵公司對軌道高空作業車需求旺盛，幾乎每條線都需要配備 1～2臺相關產品。因此，新型的軌道高空作業車的開發勢在必行。

2　國內外技術發展現狀

2.1國外技術發展水平及現狀

軌道高空作業車從上世紀 50 年代初問世以來，其需求量不斷攀升。世界各國的軌道高空作業車也得到了大力的推廣和持續的更新換代。在歐美等發達國家高空作業車很早就應用于園林、道橋、水利等建設工程方面，其技術水平發展迅速。經濟發達國家一般都有專業部門、集團公司研發、生產和銷售高空作業產品，如法國吉斯馬（GEISMAR）、奧地利帕爾菲格（PALFINGER）、美國穆格（MOOGE）、英國西蒙（COLES）、意大利利高（RICO）、芬蘭布朗多云梯（BRONTO）等公司。目前國外專業的高空作業車產品具有高科技水平、大作業高度、產品系列化、高智能性、功能齊全等特點[2]。從總體上看，技術已很成熟。

奧地利帕爾菲格公司的鐵路裝備產品為該公司的主要拳頭產品，擁有高技術含量，在歐洲的高科技鐵路裝配產品中占有率第一。隨著中國鐵路及地鐵迅速發展，該公司也致力于中國鐵路及地鐵的建設和維護。帕爾菲格進入亞洲市場已有 10 年之久，在高空作業機具方面技術水平高，其曲臂式作業平臺、橋梁檢測作業平臺（圖 1、圖 3），在中國軌道交通領域得到了廣泛應用，但由于其產品都是進口到國內使用，其價格較高。

法國吉斯馬公司成立于 1924 年，專門做鐵路維護產品，其產品已在中國各鐵路局、工程局有成熟應用，他們的產品具有很高的機動性，工作效率高，安全性能好，爬坡能力強。吉斯馬從 2011 年開始進入中國市場，跟中國中車有諸多合作，圖 2 和圖 4 為吉斯馬在中國高鐵上廣泛應用的軌道高空作業車產品。

2.2國內技術發展水平及現狀

目前我國軌道高空作業車與國外相比技術發展水平較低，開展研發、生產、應用的時間較晚。從上世紀80年代中期，我國開始著手研制高空作業車、登高平臺消防車、剪叉式升降臺 3 個系列的高空作業產品，為發展高空作業系列產品奠定了技術基礎。從總體結構來看，國內生產的軌道高空作業車有曲臂式、直臂式、剪刀式等。目前，這些產品高度低、技術水平落后，主要應用于路燈、園林、城市建設、消防和石油系統。

圖3　帕爾菲格公司的折臂式高空作業機具

圖4　吉斯馬公司的軌道高空作業車

江蘇徐州徐工集團對高空作業平臺的研究比較早，其生產的高空作業車、橋梁檢測車在公路市場占有率處于國內前列，并且在一些鐵路線路、地鐵得到運用。2012 年，徐工集團隨車起重機公司與北車合作開發的國內首臺鐵路多功能作業機具裝車、調試完畢，該車的研制成功填補了我國在該領域的空白。徐工集團液壓氣動機械公司、河南公路局和西安公路交通大學在引進先進技術的基礎上，通過消化吸收和創新，成功研制出了具有自主知識產權的 XZJ5140JQJ10 型折疊臂式橋梁檢測車[3]。昆明中鐵集團公司選用奧地利帕爾菲格公司的 P 系列橋梁檢查設備，開發了 QJC190 橋梁檢查車。

目前國外涉及軌道高空作業車行業的公司進入中國市場已有 10 年之久，但是只有吉斯馬等少數公司定位于提供整車方案，而其他公司只是局限于提供高空作業機具，其中典型的是奧地利的帕爾菲格公司。這些公司的高空作業機具在中國市場上的占有率很高，這是由于國內軌道交通裝備中的工程機械發展相對滯后所造成的，國內的工程機械在軌道交通裝備中的應用還需要向國外借鑒學習。

國內軌道高空作業車發展還不成熟，所以，高效率、高質量、高作業范圍的軌道高空作業車的研制工作仍需進行。

3　國內主要生產廠家及產品

目前國內涉及軌道高空作業車行業的公司主要有中國鐵建高新裝備股份有限公司（以下簡稱“昆明中鐵”）、中車北京二七機車有限公司（以下簡稱“北京二七機車”）、寶雞南車時代工程機械有限公司（以下簡稱“寶雞南車時代”）、金鷹重型工程機械有限公司（以下簡稱“金鷹重工”）、濟南軌道交通裝備有限責任公司（以下簡稱“濟南裝備公司”）等。

3.1昆明中鐵

昆明中鐵研發的型號為 QJ-280 自行式橋梁、隧道、高空作業的橋梁檢測車（圖 5），作業覆蓋范圍廣，吊臂在作業狀態時，最大能達到軌面下 13.5m，軌面上24.5m；水平距離線路中心 21m，可對橋梁及橋梁以外的附屬設備進行檢查養護。其橋梁檢測機具采用的是奧地利帕爾菲格的產品，這也是國內軌道高空作業車廠家經常采用的方案，這也反映出帕爾菲格的高空作業機具在國內市場上的應用是很成熟的。

圖5　昆明中鐵的橋梁檢測車

3.2北京二七機車

北京二七機車研發的快速多功能綜合作業車配有升降旋轉作業平臺、旋轉伸縮臂式工作臺等高空作業設備，是接觸網維護、檢修、救援專業設備，該車運行速度能達到 160km/h，能夠迅速到達現場進行維護工作。該車的旋轉伸縮臂式工作臺的作業范圍能達到軌面上 18m 和軌面下 14m，載重 280kg；升降旋轉作業平臺的作業范圍能達到車頂以上 6m，載重 400kg，2 個工作臺可實現對接（圖 6）。北京二七機車與德國 GBM 公司簽訂了引進 BR711 型接觸網作業車技術協議，項目總投資 6500 萬元，在此基礎上，開發了上述快速多功能綜合作業車。

圖6　北京二七機車的快速多功能作業車的旋轉伸縮臂式工作臺

3.3寶雞南車時代

寶雞南車時代研發的 DAS 型快速多功能綜合作業車見圖 7。該車安裝有升降回轉作業平臺，最大作業高度能達到 8m，承重 450kg，同時此產品采用的是帕爾菲格型號為 PA360 的高空作業機具，其最大工作高度（距軌面）20.5m，最小工作高度（距軌面）8m，載重 280kg。

圖7　寶雞南車時代的快速多功能綜合作業車

3.4金鷹重工

金鷹重工產品包括軌道車輛、電氣化鐵路接觸網施工維修檢測車輛、大中型養路機械、城市軌道交通工程車輛四大系列共 50 多種產品。金鷹重工研發的接觸網高空作業車（圖 8）已應用于廣州鐵路集團公司和沈陽鐵路局等。

3.5濟南裝備公司

濟南裝備公司是中國中車旗下專業鐵路裝備企業，公司機電研究所專業研究高空軌道作業車技術，已經與徐工集團以及帕爾菲格、吉斯馬等國際著名公司進行技術對接，開展滿足隧道、高架橋檢修堵漏技術研究和產品開發，以滿足地鐵、鐵路市場需求。

濟南裝備公司為深圳地鐵開發設計的接觸網綜合作業車（圖 9）安裝有曲臂式高空作業平臺，特點是利用具有 3 個回轉機構的高空作業機具，通過控制其動作的先后順序，使高空作業平臺可以繞過接觸網到達軌道正上方十幾米的隧道頂部，并且保證無縫維修隧道壁的全斷面任何區域。曲臂式高空作業平臺的作業范圍及尺寸參數見表 1。該車是專為地鐵維保中心在正線、車輛段及停車場內對接觸網進行特殊檢修作業（包括接觸網動態檢測、大張力作業、高凈空檢修及絕緣子清洗等作業）而設計的產品。

從以上公司的高空作業產品中可以看出，目前國內廠家普遍采用高空作業機具引進的方式進行設計，而帕爾菲格的高空作業機具占主要部分。但是引進國外的高空作業機具會使整車成本較高，如果能充分利用國內優秀工程機械廠家的產品，并形成良好的合作關系，共同研發軌道高空作業車，那無論是設計成本還是生產成本都會大大降低，同時也能提高企業的競爭優勢，促進本土產品的發展。

圖8　金鷹重工接觸網高空作業車

圖9　濟南裝備公司接觸網綜合作業車

表1　濟南裝備公司曲臂式高空作業平臺的作業范圍及尺寸參數

4　軌道高空作業車技術發展趨勢

4.1高安全性

軌道高空作業車相對于其他軌道工程車輛的最大區別在于，前者進行的是高空載人作業，其安全性能要求要高很多。在作業過程中，只有“零失誤”才能保證高空作業人員的人身安全，所以，高安全性是軌道高空作業車首先要考慮的因素。未來軌道高空作業車可以從以下幾方面去提高其安全性。

（1）采用更合理的機械結構。通過改變臂架的尺寸和結構對臂架的應力分布進行充分的優化，設計出更合理的結構。

（2）采用更輕質、更高強度的材料。根據不同構件的受力狀況選擇不同的材料，應力較小的構件可以采用低密度、低強度的鋁合金等金屬，用以減輕執行構件的重量；而重要的受力構件采用更高強度、更輕質的合金或其他材料[4]，用以提高作業的安全性。

（3）采用更安全的控制系統。軌道高空作業車作業過程中的動作幾乎都是通過控制系統來執行的，目前高空作業的產品一般都設有 2～3 種控制系統（主控制系統、備用控制系統、緊急控制系統）。控制系統的可靠性直接決定著軌道高空作業車的安全性。

（4）安全的整車防傾覆設計。考量軌道高空作業車質量的一個重要標準就是其安全性，而整車的防傾覆設計是其中最關鍵的部分之一。不管是從配重方面還是整車增重方面或是設置液壓支腿、抓軌器方面考慮，都要保證不同的高空作業機具在作業過程中安全的防傾覆性能。

4.2高適用、高組合性

目前軌道高空作業產品較多，但多數產品均由車輛走行機構（包括車體、轉向架等）、高空作業機具（包括曲臂式作業機具、橋梁檢測作業機具等）、控制系統（包括液壓控制系統、電氣控制系統等）組成。不同的軌道高空作業車，其車輛走行機構和控制系統具有高度的相似性，不同的是高空作業機具。如果將不同的高空作業機具安裝于通用的車輛走行機構上，在進行不同的高空作業時，只要將所需的高空作業機具安裝于車輛走行機構的底盤上即可，這樣不同的高空作業機具共用同一種車輛走行機構，不僅會大大節省資源，同時也會大大降低地鐵公司的維保費用。車輛走行機構與高空作業機具組合性的提高是未來軌道高空作業車的發展趨勢。高空作業機具與車體的接口需要解決以下問題。

（1）高空作業機具底盤與車體的接口。不同的高空作業機具需要安裝于同一個車體上，可以考慮將它們的底盤設計為同一種結構，或者安裝于車體的不同位置上。接口的通用性、強度、疲勞壽命是設計的關鍵部分。

（2）液壓和電氣控制系統的接口。目前高空作業機具的控制都是通過液壓系統和電氣系統來實現的，而不同的高空作業機具對液壓系統和電氣系統的要求具有差異性，如液壓系統的壓力、流量等。在設計階段就要充分考慮液壓系統和電氣系統的通用性。

4.3高效率性

新型的軌道高空作業車與人工搭建的腳手架式作業平臺和升降式作業平臺的最大區別就是前者具有高效率性，所以，高效率性一直是高空作業產品極力追求的一個目標。目前的軌道高空作業產品其作業機具伸出和收回所用的時間以及作業過程中的動作都還有待優化。

4.4高智能性

由于地鐵運營的高效性以及地鐵維保的緊急性，這就要求軌道高空作業車不僅要保證能快速到達現場，而且能精準、快速地對設備出現的損壞進行檢查與修復。作業過程中，既要保證作業人員的安全，也要保證救援物資和搶修設備的安全性，這樣就能防止二次災害的發生。只有高智能化的軌道高空作業車才能滿足其安全性、高效性的要求。

5　結束語

軌道高空作業車是將公路高空作業車應用于鐵路、地鐵行業的工程車產品。從軌道高空作業車產生以來，各大鐵路和地鐵運營商對其需求不斷攀升。與公路高空作業車相比，軌道高空作業車的作業環境更加復雜，用戶對產品都有定制化的要求。國內各地鐵公司都是通過招標方式購買軌道高空作業車產品，其招標文件對產品的要求較為詳細，包括最大工作高度、最大工作范圍、安全保護措施方案等，并且用戶越來越重視高空作業車的作業效率、安全性能等。國外軌道高空作業車產品已經系列化，產品種類比較豐富，具有適用于多種場合的高空作業產品，且其產品型號齊全，適用于不同要求的客戶。而國內軌道高空作業車的發展與國外比較，相差很遠，未來國內軌道高空作業車的發展要在借鑒國外先進技術的基礎上實現創新與突破，技術發展要以客戶需求為導向，并向高安全性、高組合性、高效率性、高智能性方向發展。

目前國內高端的軌道高空作業車產品匱乏，行業技術標準尚不健全。國內軌道高空作業車領域的企業應與國內優秀的高空作業機具廠家以及各大高校建立緊密合作關系，共同開發高安全性、高適應性、高效率以及高智能的產品，推動未來系列化高空軌道作業車發展以及技術進步，并盡快完善軌道高空作業車領域的行業標準，這是未來高空軌道作業車技術發展的重要趨勢，也是實現國內產品占領高端市場的發展需要。

參考文獻

[1] 胡曉輝. 橋梁檢測車在橋梁檢測中應用的新探析[J].交通世界（建養機械），2015（13）：18-19.

[2] 曹學鵬，程磊，焦生杰，等. 高空作業車技術現狀及發展趨勢[J]. 世界科技研究與發展，2012，34 （5）：801-804.

[3] 厲軍. QJ10型自行式橋梁檢測作業車[J]. 工程機械，1999（6）：4-6.

[4] 張華，霍玉蘭. 我國高空作業車行業發展與展望[J].建筑機械，2009（23）：38-43.

責任編輯 冒一平

Technical Status and Development Trend of Track Aerial Working Vehicle

Duan Xiao, Shi Wei, Wang Daoyong

Abstract:Track aerial working vehicle is a special products for both railway and metro use, and it is a special vehicle transporting staff and equipment in the metro tunnel or on bridge to the designated area for repair and maintenance. The paper introduces the status and level of domestic aerial working vehicles, makes an analysis of domestic independent development track aerial working vehicles and foreign series of aerial working vehicles, as well as the necessity and urgency of development of aerial working vehicle, it was summarized that the aerial working vehicle are of more high security, more function， high effi ciency and high intelligence as its development direction of the trend.

Keywords:track aerial working vehicle, technical status, development trend

作者簡介：段曉（1975—），男，高級工程師

收稿日期2016-01-06