“流水法生產”工藝背后的“智囊團”

文|山東高速鐵建裝備有限公司 樊文波 黃興啟 廉棟

從傳統的“矩陣法生產”到新興的“流水法生產”工藝，其背后是山東高速軌道交通集團有限公司、山東交通學院、中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司、山東高速鐵建裝備有限公司等多家單位科技創新的積累，是歷時一年多的不懈努力。

放張設備：通過齒輪傳動原理，一個電動機同時帶動多個放張頭，實現了40根預應力鋼筋同步放張，保證軌道板受力均勻。

從“矩陣法生產”到“流水法生產”工藝

廣泛適用于鐵道工程

該項目的研究成果可廣泛應用于鐵道工程。其成果是在矩陣法生產軌道板的基礎上，借鑒工業產品流水線生產工藝，研發CRTSⅢ型軌道板機組流水法生產工藝——將軌道板的各生產工序集于“移動臺架模型”，該臺架模型在流水線不同部位依次完成普通鋼筋與預應力筋安裝與定位、預應力筋雙向同步張拉與錨固、混凝土澆筑與振搗、構件快速蒸汽養護、預應力筋雙向同步放松、構件自動脫模及產品檢驗等工序；同時對關鍵工序、關鍵技術參數進行中央控制和產品信息化管理，提高流水線工業化生產水平。

五項性能指標符要求

利用該項目研究成果生產的CRTSⅢ型軌道板產品質量，應滿足《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板暫行技術要求（流水機組法）》(TJ/GW156-2017)技術要求。具體性能指標，有如下五項。

模板：要求模板應具有足夠強度、剛度和穩定性，能保證軌道板各部形狀、尺寸及預埋件的準確位置，變形量應不大于1.0毫米。流水線臺架模型預應力筋張拉后，實測其變形量為0.6毫米，滿足變形量應不大于1.0毫米技術指標要求。

預應力筋張拉：標準要求預應力筋張拉應采取雙控，總張拉力與設計張拉力偏差不應大于3%，實測單根張拉力與設計張拉力偏差不應大于5%。預應力筋張拉完畢，現場實測總張拉力誤差為2.5%，實測單根張拉力誤差為3.2%。滿足預應力筋張拉技術指標要求。

混凝土蒸汽養護溫度：標準規定軌道板采用蒸汽養護升溫速度每小時不應大于15攝氏度，恒溫溫度不宜超過45攝氏度，降溫速度每小時不應大于10攝氏度。經現場實測蒸汽養護各區域，實測每小時升溫速度約為4.5攝氏度，恒溫溫度約為43攝氏度，降溫速度約為每小時2攝氏度。滿足混凝土蒸汽養護技術指標要求。

預應力筋放張：標準要求預應力筋放張時混凝土強度不低于45兆帕，彈性模量不低于3.35×104兆帕；單根預應力筋名義放張速率不應大于每秒2.0千牛。經現場實測，預應力筋放張時混凝土強度平均在48.0兆帕以上，彈性模量3.8×104兆帕以上；單根預應力筋名義放張速率小于每秒1.6千牛。滿足預應力筋放松技術指標要求。

在線檢測設備精度：標準要求在線檢測設備精度1毫米。現場對流水臺架模型幾何形態實測檢測精度為0.02毫米。滿足在線檢測設備精度技術指標要求。

首條實體工程產品生產線

目前，國內外高速鐵路軌道板普遍采用“矩陣法”生產工藝，依托該項目研發的CRTSⅢ型軌道板“流水法生產”工藝，屬國際上首條生產出用于實體工程（濟青高速鐵路）產品的生產線，產品質量完全符合《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板暫行技術要求（流水機組法）》(TJ/GW156-2017)的技術要求。

創新成果具有突破性

該項目首次實現了高速鐵路CRTSⅢ型軌道板由傳統的“矩陣法生產”提升為“流水法生產”工藝，提高了軌道板工業化制造水平；實現了較大噸位預應力混凝土預制構件流水線生產的新突破，進一步促進建筑裝配式構件向大截面、高精度和不同結構類型的推廣應用。

社會、經濟效益皆顯著

在經濟效益方面，與傳統矩陣法比較，采用“流水法生產”工藝的臨時用地降低約26%，作業人員減少約50%，初始投資節省約15%，生產效率提高約25%；投產1條流水生產線可節省初始投資1200余萬元，實現年產值4.5億元，利潤1.35億元。機組流水法生產工藝經濟效益非常顯著。

在社會效益方面，軌道板機組流水法生產工藝，提高了軌道板工業化制造水平，提升了我國高速鐵路在國際市場的競爭力；實現了大噸位預應力混凝土預制構件流水線生產的新突破，進一步推進建筑裝配式構件向大截面、高精度和不同結構類型的推廣應用；機械化生產程度高，作業人員勞動強度低，更好地體現了“以人為本”的發展理念；流水線成套設備可重復利用，減少臨時設施重復投資，節約資源；工廠化生產工藝，有效地減小了環境污染；順應了國家“一帶一路”、中國制造2025、供給側結構性改革、新舊動能轉換等發展戰略，促進經濟社會的持續健康發展。

型無砟軌道板自動化流水生產線：機組流水生產線是將作業工序在軌道上一字排開。不同工位同時開展工作的生產方式。主要包括：預埋件安裝、鋼筋籠安裝、雙向同步張拉、混凝土澆筑、養護、雙向同步放張、脫模等工序。所有工序都進行中央控制、統一指揮、協調工作。高速鐵路CRTS

未來5年的近百億市場

CRTSⅢ型軌道板為先張法雙向預應力混凝土結構，有效地改善了軌道板的整體剛度，提高了其抗裂性和抗撓曲變形能力，保證了結構耐久性；同時可節省原材料用量，簡化施工工序，降低生產成本。

目前，CRTSⅢ型軌道板已成為我國高速鐵路建設首選結構型式，山東省境內在建及待建濟青高鐵、魯南高鐵、濰萊高鐵，以及環渤海高鐵大通道等工程項目均采用該結構型式。未來5年，軌道板需求總量約120萬塊，造價近百億元，該產品的生產市場前景廣闊。隨著該成果在推廣應用，經進一步擴大國內高鐵市場占有份額，經濟效益更加顯著。同時，隨著我國“一帶一路”戰略的實施，CRTSⅢ型板式無砟軌道結構選型將具有強勁的國際競爭力，該產品的國際生產市場前景也必將廣闊。

軌道板機組法流水法生產工藝，實現了較大噸位預應力混凝土預制構件流水線生產的新突破，將進一步推進建筑裝配式構件向大截面、高精度和不同結構類型的推廣應用。

阿爾斯通 IRIS 認證審查會

混凝土枕歐盟認證審查會——山東高速軌道設備材料公司成為全國混凝土枕行業唯一一家通過歐盟認證的企業

阿根廷貝爾格拉諾國家鐵路項目軌枕專家組對山東高速鐵建裝備有限公司產品進行質量檢驗

波蘭軌道研究院專家對公司產品進行歐盟認證

剛果(金)鐵路代表團來到山東高速鐵建裝備有限公司參觀考察

20余年發展路

“軌道工程制品（軌道板）流水機組法生產工藝與成套設備研制”項目為山東省交通運輸廳科技計劃項目，自2016年1月啟動，2017年10月完成相關研究內容。其承擔單位為山東高速軌道交通集團有限公司、山東交通學院、中鐵二十三局集團有限公司、山東高速鐵建裝備有限公司（原山東高速軌道設備材料有限公司）。

山東高速軌道交通集團有限公司（簡稱“軌道集團”）前身是山東省地方鐵路局，成立于1989年1月，被山東省政府賦予的職責是負責全省地方鐵路的規劃、建設和運營管理。2004年，作為省屬國有獨資企業由省國資委監管。2008年4月，按照省政府實施大交通戰略的部署，重組加入山東高速集團，改制為山東高速軌道交通集團有限公司，同時保留山東省地方鐵路局的名稱。軌道集團機關設9個職能部門，下轄11家權屬單位，主要開展鐵路運輸、產品制造、經貿物流、工程施工、軌道交通代維代營，以及鐵路工程質量監督等業務，是一家完全市場化運營的企業。

軌道集團成立20余年來，年貨運量、貨物周轉量分別由最初的31萬噸、0.16億噸公里，達到了2011年的4282.5萬噸、35.8億噸公里。特別是“十一五”期間，軌道集團實現了快速發展，貨運量達到年均25%的增長速度，資產規模翻番，所屬三個運輸單位均跨入全國地方鐵路貨運量前10位，成為全國唯一擁有3條地方鐵路貨物運量均超千萬噸的地方鐵路企業。

2018年10月，軌道集團權屬單位山東高速鐵建裝備有限公司通過濰坊市經濟和信息化委員會、濰坊市財政局的評審，認定為濰坊市企業技術中心。

2018年12月，軌道集團權屬單位山東高速鐵建裝備有限公司通過濰坊市科學技術局批準，建設濰坊市高速鐵路軌道板智能制造重點實驗室，該重點實驗室是公司聯合山東交通學院、山東省機械設計研究院組建，主要研究開發高速鐵路CRTSⅢ型軌道板智能制造生產線高端制造裝備，進一步使高速鐵路CRTSⅢ型軌道板流水機組法生產線具有先進性、科學性、創新性、實用性和效益性。

2019年，軌道集團聯合山東交通學院、山東省機械設計研究院組建省級行業研發中心——高速鐵路軌道板智能制造工程研發中心。通過建設研發中心，建立健全企業、高等院校、科研機構聯合培養人才新機制，將研發中心建設為山東省乃至全國高鐵軌道板等工程制品科技開發、技術創新、科技成果轉化基地、工程技術人才培養基地和產、學、研合作孵化基地。

山東高速鐵建裝備有限公司發展歷程

1994年臨朐軌枕有限公司的軌枕生產車間在臨朐縣城彌河路西首南側動工建設。

1997年經產權調整成為山東地方鐵路局控股公司。

2009年通過增資及股權變更等法律程序，成為山東高速軌道交通集團全資子公司。

2011年以資產置換整合的方式整體搬遷至五井工業園區。

2014年6月首次將公司名稱變更為山東高速軌道設備材料有限公司，冠名“山東高速”，名稱變更標志著企業進入了發展的快車道。

2015年實現了與中鐵二十三局戰略合作，于2016年6月建成高鐵軌道板場。

2017年山東鐵路建設投資有限公司通過增資擴股成為公司第三個股東。

2019年1月公司名稱由山東高速軌道設備材料有限公司變更為山東高速鐵建裝備有限公司。

山東高速鐵建裝備有限公司（原山東高速軌道設備材料有限公司）（簡稱“裝備公司”）的前身為山東臨朐軌枕有限公司。

裝備公司現設有6個管理職能部室、4個業務職能中心、6個生產車間，從業人員有1200余人，其中工程技術人員60余人，中高級工程師20人，大學本科以上學歷50余人，注冊資本1.1億元，資產規模9億元。共擁有兩個場區——高鐵軌道板場區和軌枕場區，總面積500余畝。其中，高鐵軌道板場擁有CRTSⅢ型高鐵軌道板流水機組法生產線一條、臺位法生產線兩條，年生產能力10多萬塊；軌枕場區有預應力混凝土枕生產線兩條，接觸網支柱為主導產品的綜合生產線一條，年生產能力100多萬根。

裝備公司的經營產品有CRTSⅢ型高鐵軌道板、CRTSⅢ型高鐵軌道岔板、Ⅱ型枕、Ⅲ型枕、岔枕、電容枕、寬枕、道口枕、美標米枕、美標寬枕、地鐵無砟岔枕、地鐵城軌枕等12大系列100余個產品型號，并通過了“ISO9000、ISO14000、OHSAS18000”三體系國際認證，擁有有砟和無砟鐵路工程制品所有生產資質，并獲得歐盟認證及阿爾斯通IRIS認證，榮獲“11315”全國企業征信系統同行業信用排行榜第一名，持續保持AAA級信用等級。

山東高速集團黨委委員、軌道交通集團黨委書記、董事長李曉榮到裝備公司視察。

鐵道科學研究院專家對裝備公司進行產品認證

山東高速高鐵裝備產業園重點項目簽約儀式

伊朗客商來裝備公司考察參觀

阿爾斯通 IRIS 認證證書

裝備公司榮獲的專利證書

裝備公司的產品在濟青高鐵、魯南高鐵、京滬鐵路、京九鐵路、京廣鐵路、邯濟鐵路、山西中南部鐵路通道、津濱城際、哈大高鐵等國家干線鐵路，濟南鐵路局管內鐵路及青島地鐵、天津地鐵等項目建設中都占有重要市場份額。

順應國家“一帶一路”等發展戰略，裝備公司積極拓展海外市場，出口阿根廷軌枕累計達80多萬根，并與波蘭、南非、肯尼亞、剛果金、伊朗、摩洛哥、澳大利亞、新加坡、香港等國家和地區建立了業務關系。

多板塊創新成果填補行業空白

“十三五”期間，山東高速軌道集團有限公司權屬單位山東高速鐵建裝備有限公司共申報了13項省級科研項目，取得了多項具有自主知識產權的創新成果。目前，該公司獲得部級一等獎1項、省級特等獎1項、省級一等獎1項；1項科技成果達到國際先進水平、3項科技成果達到國際領先水平；獲得發明專利2項、實用新型專利51項、外觀設計專利3項，另有13項發明專利處于實質性審查中。

歐盟認證證書

鐵路車站遠程集中控制系統

翻開軌道集團的業務板塊介紹，你會發現，其在制造業、鐵路運輸等方面，均取得了突出成績。

制造業板塊

軌道集團的制造業板塊主要圍繞研發新產品、新技術、新工藝、新方法，在實現產品制造智能化、降低材料消耗、改善勞動條件、提高生產效率等方面開展創新工作。

權屬單位裝備公司參與制定了《預制混凝土襯砌管片》國家標準；研發的《Ⅲ型彈性枕》項目成果獲得了“中國鐵道學會科學技術獎”二等獎；《高鐵軌道板流水機組法生產工藝及成套設備》項目成果為國內首創，填補了國內高鐵裝備行業的空白。該項目于2018年5月順利通過山東省交通運輸廳科技項目驗收，其中3項科技成果被認定達到國際領先水平，1項達到國際先進水平，先后獲得山東省機械工業科技進步獎一等獎，山東公路學會科學技術獎特等獎，中國公路學會科學技術獎一等獎。截至目前，高鐵軌道板產品實現收入9.81億元，實現利潤2.16億元。

權屬單位裝備公司的軌枕產品通過歐盟認證和法國阿爾斯通IRIS（國際鐵路工業標準）現場審核認證，成為我國同行業唯一通過混凝土枕歐盟認證的企業。為裝備公司打開了歐洲市場的大門，加快了混凝土產品“走出去”的步伐，推動了山東高速集團制造業的新發展。

鐵路運輸板塊

軌道集團鐵路運輸板塊主要圍繞“鐵路運管模式創新”“鐵路運輸智能化”兩方面開展科技創新，在保證運輸安全、提高作業效率、降低成本等方面取得了較好的效果。

鐵路運管模式創新。益羊鐵路管理處實現曹壽線車站《“一對五”遠程集中控制》，集車站運輸組織管理、列車及調車作業遠程控制指揮于一體的鐵路遠程集中控制系統，填補了地方貨運鐵路遠程集中控制的空白。系統應用后，列車接發辦理方式由每個站接發列車作業人員分別辦理改變為由集中控制站接發列車人員集中辦理。調車作業計劃編制、傳達、調車進路準備等工作也由集中控制站辦理，相關行車人員由多套精簡為一套，既提高了工作效率，又節約了生產成本。

鐵路運輸智能化。軌道集團自主研發的《鐵路貨車智能檢查系統》利用一系列自主開發的控制、記錄、圖像處理程序，實現了系統的自動開閉、圖像信息處理、車號匹配、數據傳輸和記錄等功能。

該系統使用后，外勤貨運員作業由在室外各裝卸車點進行貨車檢查改變為在室內通過圖片、圖像的方式檢查，作業環境大幅改善；由多人在不同裝卸車點檢查改變為由單人在一處集中檢查，減少用工人數；由車輛單面檢查改變為對車輛各面同時檢查，提高了檢車質量和作業效率；由單一的書面臺賬記錄改變為整列貨車信息完全自動記錄和保存，為運輸組織分析提供了充分資料，促進了貨裝安全管理水平的提高。

《頂送調車無線視頻引導系統》利用無線傳輸技術將列車推進運行時前端的圖像實時傳輸到機車操作間內的裝置。該系統應用后，機車司機在操縱機車推進運行中，無法瞭望前方時，可以通過動態視頻在第一時間掌握遠端進路、線路情況，準確及時操控機車。車列推進運行由調車人員在車列前端引導改變為通過視頻引導，既減少了調車人員用工、勞動強度，又有效提高了取送車、調車作業安全，同時，實現了視頻圖像的采集與存儲。

鐵路貨車智能檢查系統

軌道集團與中車山東機車車輛有限公司合作新造的《CX64型多用途貨車+新型罐式集裝箱》與傳統的鐵桶包裝、散裝船、汽運槽車和鐵路罐車相比，使用罐式集裝箱可以實現從裝箱地到卸料地無中間環節的直達，無貨物的跑冒滴漏，是油品類貨物理想的運輸介質。

為更好地服務客戶，軌道集團研發了新型罐式集裝箱和CX64型多用途鐵路貨車多式聯運。新型罐式集裝箱容積28.2立方米，配置5英寸快速卸料底閥，采用玻璃鋼+發泡的外部保溫層。與原有產品相比，其貨物運載量增加8.5%、卸貨速度提高1.5倍、保溫時間可達24小時。另外，新罐箱采用低位人孔、特殊設計隔艙板等新設計，便于清理罐體。CX64型多用途鐵路貨車，可同時滿足管內裝運集裝箱罐（20英尺、40英尺標準集裝箱）和運輸散貨（鋁礬土、煤炭、礦石、建材等）兩種功用，該批車輛的研發與應用，不僅及時解決了管內自備貨車運用緊張的問題，大大降低了車輛購置成本，且提高了車輛運用效率，提升了管內運輸效益，解決管內鐵路貨車的通用性問題，實現一車多用，增強了市場適應能力，填補了國內該領域的空白。

新型罐式集裝箱、CX64多用途車。

集中控制道口、道口電子警察。

《鐵路智能輕便止輪器》具備了定位、傳感、通信的功能，防止車列產生溜逸的行車設備。該設備相對于傳統防溜設備，真正實現了便攜化、智能化和安全化。

便攜化。技術人員通過使用新型材料，使單只智能輕便止輪器重量由4千克減至1千克內，同時，重新設計的外形更加便于攜帶。

智能化。系統通過各種感應數據能實時反應設備的位置和使用狀態并后臺記錄，可替代傳統人工錄入臺賬和現場檢查等環節，大幅降低了現場作業人員的勞動強度。

安全化。監控平臺信息系統可以實現對止輪器全方位、全時段監測，異常情況可在10秒內報警，安全保障水平大幅提高。

在研項目板塊

《貨運鐵路無人駕駛》項目，預計2019年將實現部分鐵路調車遠程智能控制。

《CRTSⅢ型軌道板智能流水線生產工藝與智能裝備研發》項目，共分為智能制造生產工藝研究和智能制造生產線關鍵設備研究。

智能制造生產工藝研究。深入研究CRTSⅢ型軌道板的技術要求，分析兩條臺座法生產線和一條流水機組法生產線的工藝優缺點，優化每一個工序的生產工藝，制定智能制造生產線的總體方案。

智能制造生產線關鍵設備研究。根據第一代軌道板流水機組生產線生產工藝流程，生產線包含模板清理、脫模劑噴涂、鋼筋籠入模、預應力鋼筋初張拉、預應力鋼筋張拉、鋼筋絕緣檢測、模板檢測、混凝土攪拌、混凝土澆注與振搗成型、軌道板蒸養、預應力鋼筋放張、軌道板脫模、軌道板檢測及模板轉運等10多個工序。根據工序研究結果研究相關制造設備。

2015年5月9日，裝備公司首批出口阿根廷軌枕順利裝運。

模板：作為智能制造流水線生產載體，在多次周轉使用過程中需承受巨大的張拉與錨固應力、高頻率的振動作用和高低溫蒸汽養護交替作用。為此，研究具有足夠強度、剛度和穩定性的模板是課題研究的一項關鍵技術。

預應力鋼筋雙向同步張拉設備：研制可以自動適應多規格軌道板的智能張拉設備。自動識別模板規格，自動調整張拉結構和張拉參數。張拉力值能夠自動補償，保證張拉力值的一致性。

模板智能檢測設備：研究基于三維激光掃描與雙目立體視覺的模板在線檢測設備，實現對模型形態與標準形態的全方位比對，用于預判產品質量狀況并預測生產趨勢，為流水線產品質量控制提供技術支持。

混凝土振搗設備：通過研究選取振動源、振動源與模板的結合方式、振動的頻率與振幅的匹配、振動源與地面的有效隔離等內容，實現振動噪音的控制及降噪處理，改善車間工作環境。

蒸養系統：根據養護工藝要求，研究確定各養護段的時間、溫度、濕度、單位時間溫度變化率，研制蒸養室智能控制系統，使蒸養環境達到最優。

預應力鋼筋雙向同步放張設備：研制可以自動適應多規格軌道板的智能放張設備；自動識別模板規格，自動調整放張結構和放張參數；深入研究放張速率與應力釋放關系和放張同步性問題。

軌道板脫模設備：研究新型脫模設備，使軌道板底面與模板緩慢分離，減少脫模破損率。

軌道板檢測設備：針對軌道板大小鉗口距、軌底坡、鉗口面夾角、承軌面平整度、軌道板面平整度等檢測項目，開發新一代在線檢測系統分析設備，實現對軌道板實測數據與標準狀態的對比分析，實現對軌道板形態與標準形態的全方位對比及對產品質量預判，同時要生成相應的變形曲線、圖表等，快速判定質量狀況和預測生產趨勢。

模板轉運系統：根據生產線的節拍及布局要求，研制模板的運行方案及運行方式，模板運行穩定，定位精準。

智能控制系統：研究實現單臺設備及整條生產線的智能控制系統，實現多規格軌道板共線生產。系統自動識別模板型號，自動調整各工位設備運行參數，并具有自動分析生產數據和故障自診斷功能。