跨座式單軌車輛檢修修程及檢修周期優(yōu)化研究

楊昕映

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055）

1 背景

目前，國(guó)內(nèi)跨座式單軌建設(shè)發(fā)展迅猛，各種單軌制式車輛相繼產(chǎn)生，因此相應(yīng)的檢修修程與檢修周期也在不斷改進(jìn)完善。例如，重慶市跨坐式單軌2005年正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，至今已安全運(yùn)營(yíng)16年，憑借多年運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，提出“大修”[1]修程和檢修周期，隨后結(jié)合實(shí)際情況又提出“廠修”[2]修程和檢修周期。檢修修程和檢修周期的研究與探索也為跨座式單軌車輛基地設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)和借鑒。

蕪湖市軌道交通采用單軸轉(zhuǎn)向架車型，若采用現(xiàn)行規(guī)范中的檢修修程及檢修周期進(jìn)行車輛基地設(shè)計(jì)，其檢修列位及換輪列位規(guī)模偏大，且檢修周期短，在一定程度上造成了過(guò)度修，增加運(yùn)營(yíng)成本，若采用單軸轉(zhuǎn)向架車型制造商提出的檢修修程和檢修周期進(jìn)行車輛基地設(shè)計(jì)，則車輛基地規(guī)模偏小，且單軸轉(zhuǎn)向架單軌車在國(guó)內(nèi)無(wú)正式運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，后期運(yùn)營(yíng)中存在檢修規(guī)模及能力不足的可能，因此文章對(duì)目前國(guó)內(nèi)的跨座式單軌車型進(jìn)行對(duì)比，并分析現(xiàn)有規(guī)范及研究存在的問(wèn)題，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)成熟運(yùn)用的國(guó)鐵機(jī)車、地鐵車輛檢修周期的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，充分參考重慶市跨座式單軌運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)及蕪湖市跨座式單軌車輛制造商提供的檢修周期，提出跨座式單軌車輛檢修修程及檢修周期優(yōu)化建議。

《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50458-2008）中規(guī)定的車輛檢修修程和檢修周期詳見(jiàn)表1。

表1 GB 50458-2008標(biāo)準(zhǔn)的車輛檢修修程和檢修周期表[3]

《輕型跨座式單軌交通設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（T/CAMET 04001-2018）規(guī)定輕型跨座式單軌換輪檢修時(shí)間為10～20天[4]，蕪湖市軌道交通單軸轉(zhuǎn)向架車型制造商依據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況提出的車輛檢修修程和檢修周期詳見(jiàn)表2。

表2 依據(jù)車輛運(yùn)營(yíng)情況提出的車輛檢修修程和檢修周期表[5]

2 跨座式單軌車輛

跨座式單軌交通是車輛跨行于梁軌合一的軌道梁上的軌道交通，其技術(shù)成熟、安全可靠，具有環(huán)保性能優(yōu)異、景觀效果好、地形地貌適應(yīng)能力強(qiáng)、建設(shè)周期短、投資低等優(yōu)點(diǎn)[6]。

目前國(guó)內(nèi)眾多車輛制造商研制了跨座式單軌車輛，其按轉(zhuǎn)向架軸數(shù)可分為單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架車型，其中重慶市軌道交通2號(hào)線一期2005年6月18日正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，線路長(zhǎng)約18 km，其車輛采用日立大型車技術(shù)，為雙軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖1所示。蕪湖市軌道交通2號(hào)線一期工程長(zhǎng)約16 km，采用龐巴迪INNOVIA 300車型，為單軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖2所示。

圖1 重慶單軌車

圖2 蕪湖單軌車

此外國(guó)內(nèi)中鐵高新工業(yè)股份有限公司（簡(jiǎn)稱“中鐵工業(yè)”）、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司（簡(jiǎn)稱“中車青島四方”）、中車株洲電力機(jī)車有限公司（簡(jiǎn)稱“中車株機(jī)”）、比亞迪股份有限公司（簡(jiǎn)稱“比亞迪”）等眾多廠家研發(fā)了跨座式單軌車輛，車輛國(guó)產(chǎn)化均達(dá)到80%以上；中鐵工業(yè)、比亞迪單軌車等為單軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖3、圖4所示；中車青島四方、中車株機(jī)單軌車等為雙軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖5、圖6所示。

圖3 中鐵工業(yè)單軌車

圖4 比亞迪單軌車

圖5 中車青島四方單軌車

圖6 中車株機(jī)單軌車

單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架車型在構(gòu)造及尺寸等方面均有較大差異，單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架如圖7、圖8所示，2種車型車體及轉(zhuǎn)向架[7]設(shè)計(jì)壽命均不小于30年，與地鐵車輛一致。

圖7 單軸轉(zhuǎn)向架

圖8 雙軸轉(zhuǎn)向架

3 現(xiàn)行檢修修程及檢修周期問(wèn)題分析

根據(jù)規(guī)范以及相關(guān)規(guī)定可知，現(xiàn)行跨座式單軌車輛檢修修程及檢修周期有以下4個(gè)方面問(wèn)題。

（1）現(xiàn)行《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)跨座式單軌檢修修程及周期的規(guī)定是針對(duì)日立雙軸轉(zhuǎn)向架大型車，目前國(guó)內(nèi)已有多個(gè)車輛制造商研制單軸轉(zhuǎn)向架車型，現(xiàn)行規(guī)范未兼容單軸轉(zhuǎn)向架車型。

（2）現(xiàn)行《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》編制時(shí)間較早，其采用日本跨座式單軌的車輛檢修體系[5]，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，跨座式單軌車輛設(shè)計(jì)具有模塊化、集成化、信息化等技術(shù)特點(diǎn)，車上關(guān)鍵部件有自診斷和故障記錄功能，車輛技術(shù)性能有較大提高，車輛部件如輪胎壽命也逐步延長(zhǎng)，同時(shí)隨著運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的豐富，車輛檢修時(shí)間逐漸縮短，而現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定與車輛技術(shù)發(fā)展不同步。

（3）目前國(guó)內(nèi)跨座式單軌檢修修程相關(guān)的其他規(guī)定和研究提出了“大修”或“廠修”，但現(xiàn)有跨座式單軌設(shè)計(jì)規(guī)范中無(wú)對(duì)全面修以上高級(jí)修程的規(guī)定，導(dǎo)致在工程設(shè)計(jì)時(shí)容易遺漏車輛“大修”或“廠修”設(shè)施設(shè)備的相關(guān)設(shè)計(jì)，造成車輛基地功能不完整。

（4）其他規(guī)定和研究提出了車輛運(yùn)行12年進(jìn)行廠修[5]，但未明確具體檢修里程，在工程設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)參考的檢修里程，造成車輛基地設(shè)計(jì)中計(jì)算規(guī)模不明確。

4 軌道交通車輛檢修修程及檢修周期發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

鐵路方面以國(guó)內(nèi)成熟運(yùn)用的國(guó)鐵電力機(jī)車為例，隨著大功率交-直-交技術(shù)的成熟運(yùn)用，交流機(jī)車逐步取代直流機(jī)車，加上檢修設(shè)備、管理水平、檢修人員技術(shù)素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)提升，導(dǎo)致機(jī)車檢修修程及檢修周期逐步變化。

上世紀(jì)80年代，電力機(jī)車檢修修程及檢修周期如表3所示。

表3 上世紀(jì)80年代電力機(jī)車檢修周期表[8]

上世紀(jì)90年代，電力機(jī)車檢修修程及檢修周期如表4所示。

表4 上世紀(jì)90年代電力機(jī)車檢修周期表[9]

2015年中國(guó)鐵路工程總公司公布和諧型交流傳動(dòng)機(jī)車修程修制改革方案，電力機(jī)車檢修修程及檢修周期如表5所示。

表5 2015年改革后電力機(jī)車檢修周期表[10]

城市軌道交通方面以國(guó)內(nèi)成熟運(yùn)用地鐵車輛為例，依據(jù)多年地鐵工程設(shè)計(jì)情況，延長(zhǎng)定期檢修周期，將大修、架修和定修周期由100萬(wàn)km～120萬(wàn)km、50萬(wàn)km～60萬(wàn)km、12.5萬(wàn)km～15萬(wàn)km分別改為120萬(wàn)km、60萬(wàn)km和15萬(wàn)km[11]。

可見(jiàn)，檢修修程和檢修周期不是一成不變，機(jī)車最高修程檢修周期從80年代96萬(wàn)km提升至現(xiàn)在200萬(wàn)km，地鐵最高修程由100萬(wàn)km～120萬(wàn)km調(diào)整至120萬(wàn)km，不僅保證了車輛運(yùn)行安全，同時(shí)避免過(guò)度修，達(dá)到延長(zhǎng)車輛壽命、降低檢修成本、提高運(yùn)用效率的目的，且目前和諧型交流傳動(dòng)機(jī)車檢修周期仍有提高趨勢(shì)。

5 檢修修程

目前國(guó)內(nèi)車輛檢修修程主要有計(jì)劃修、狀態(tài)修以及臨修[12]。計(jì)劃修是指對(duì)車輛進(jìn)行有計(jì)劃的檢修；狀態(tài)修是不斷觀測(cè)和記錄車輛在運(yùn)用中的技術(shù)狀態(tài)，按照車輛各種零部件的狀態(tài)和表征這些狀態(tài)的參數(shù)確定檢修時(shí)間和內(nèi)容，然后進(jìn)行必要維護(hù)和修理；臨修是一種制定檢修周期，列車發(fā)生故障之后才進(jìn)行修理的非預(yù)防性維修。

跨座式單軌車輛主要采用預(yù)防性計(jì)劃修。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展以及專用傳感器技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)外已出現(xiàn)預(yù)見(jiàn)性檢修[13]，預(yù)見(jiàn)性檢修是狀態(tài)修的發(fā)展和延伸，通過(guò)從列車不同系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)隨時(shí)監(jiān)測(cè)列車機(jī)械和電氣狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)效率、性能指標(biāo)等參數(shù)，并利用一定預(yù)測(cè)算法檢索出這些數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)潛在故障表征，便啟動(dòng)檢修程序，在故障即將發(fā)生前，對(duì)列車相關(guān)部件進(jìn)行檢修或更換。這種檢修修程能夠充分利用列車各部件工作壽命，在車輛各部件臨近損壞時(shí)進(jìn)行修理或更換,減少臨修工作量及檢修成本，避免計(jì)劃修檢修頻繁、在修時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，從而顯著提高車輛利用率和降低車輛維修成本。

6 檢修修程及檢修周期優(yōu)化

6.1 大修修程優(yōu)化

目前電力機(jī)車最高修程為C6修，檢修周期為12年或200萬(wàn)km，跨座式單軌車輛與地鐵車輛設(shè)計(jì)壽命均為30年，而跨座式單軌交通現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定最高修程為全面檢修，檢修周期為60萬(wàn)km或6年；重慶市跨座式單軌結(jié)合多年運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)規(guī)定“大修”修程，“大修時(shí)間宜為車輛使用至半壽命，可結(jié)合二次全面檢修實(shí)施”[4]；蕪湖市跨座式單軌提出的最高修程的檢修周期為140萬(wàn)km，超過(guò)地鐵最高修程大修檢修周期。

因此從重慶雙軸轉(zhuǎn)向架單軌運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)及單軸轉(zhuǎn)向架單軌車檢修需求分析，在現(xiàn)有全面修修程基礎(chǔ)上增加高級(jí)修程非常必要，為與國(guó)內(nèi)地鐵車輛檢修修程名稱統(tǒng)一，建議增加高級(jí)修程名稱為“大修”。

大修檢修周期若按照“二次全面檢修實(shí)施”為120萬(wàn)km標(biāo)準(zhǔn)，以蕪湖單軌140萬(wàn)km的檢修周期進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于國(guó)內(nèi)尚無(wú)實(shí)際運(yùn)營(yíng)檢修經(jīng)驗(yàn)的單軸轉(zhuǎn)向架單軌車輛檢修基地，其規(guī)模偏小，因此建議在工程設(shè)計(jì)時(shí)，大修檢修周期按照運(yùn)行120萬(wàn)km～150萬(wàn)km或時(shí)間12～15年考慮，對(duì)于設(shè)計(jì)年度近期可取下限值，遠(yuǎn)期可取上限值。對(duì)于檢修時(shí)間，地鐵車輛為35天，由于跨座式單軌運(yùn)營(yíng)線路較地鐵少，取40天亦可行。

6.2 重點(diǎn)檢修、全面檢修優(yōu)化

根據(jù)重慶市單軌新車首次全面檢修 “時(shí)間不大于7年或運(yùn)行不大于70萬(wàn)km”[4]，重點(diǎn)檢修“時(shí)間不大于4年或運(yùn)行不大于40萬(wàn)km”[4]的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，蕪湖市跨座式單軌提出重點(diǎn)檢修周期為80萬(wàn)km，因此建議在工程設(shè)計(jì)時(shí)，將現(xiàn)有規(guī)范中的全面檢修周期運(yùn)行60萬(wàn)km或時(shí)間6年調(diào)整為運(yùn)行60萬(wàn)km～80萬(wàn)km或時(shí)間6 ～8年，重點(diǎn)檢修周期運(yùn)行30萬(wàn)km或時(shí)間3年調(diào)整至運(yùn)行30萬(wàn)km～40萬(wàn)km或時(shí)間3～4年。地鐵架修時(shí)間為20天，定修時(shí)間為7天[11]，考慮到跨座式單軌運(yùn)營(yíng)線路較地鐵少，檢修經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，故全面檢修時(shí)間取30天、重點(diǎn)檢修時(shí)間取20天在現(xiàn)階段可行。隨著列車技術(shù)質(zhì)量提升，智能檢測(cè)設(shè)備運(yùn)用，以及運(yùn)營(yíng)管理及檢修經(jīng)驗(yàn)越發(fā)豐富，可不斷縮短檢修時(shí)間，重點(diǎn)檢修可以取消，以檢測(cè)為主。

6.3 換輪周期優(yōu)化

換輪是跨座式單軌檢修較其他制式軌道交通差異較大的檢修項(xiàng)目，且檢修工作量較大；目前國(guó)內(nèi)以重慶日立單軌大型車為代表的雙軸轉(zhuǎn)向架車型，單軸軸重不大于11 t，平均輪壓載荷不大于5.5 t，正常線路運(yùn)行條件下，輪胎平均使用壽命約為18萬(wàn)km；以蕪湖龐巴迪單軌為代表的單軸轉(zhuǎn)向架車型，單軸軸重不大于14 t，平均輪壓載荷不大于7.0 t，正常線路運(yùn)行條件下，輪胎平均使用壽命約為12萬(wàn)km；換輪檢修時(shí)間與轉(zhuǎn)向架自身結(jié)構(gòu)、換輪設(shè)備數(shù)量有關(guān)，單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架車型換輪設(shè)備如圖9、圖10所示，以1股道設(shè)置1套換輪設(shè)備（1次換2個(gè)轉(zhuǎn)向架）為例，重慶市跨座式單軌換輪檢修時(shí)間經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)已由20天降至約15天，而蕪湖市跨座式單軌提出換輪時(shí)間為3天，故建議在工程設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)將雙軸轉(zhuǎn)向架換輪檢修周期調(diào)整為運(yùn)行15萬(wàn)km或時(shí)間1.5年，檢修時(shí)間調(diào)整為15天，單軸轉(zhuǎn)向架車型由于運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)較少，換輪檢修周期為運(yùn)行12萬(wàn)km或時(shí)間1年，將換輪時(shí)間調(diào)整為5天。

圖9 單軸換輪設(shè)備

圖10 雙軸換輪設(shè)備

6.4 日常維修優(yōu)化

蕪湖市單軌采用完全無(wú)人自動(dòng)駕駛模式（UTO）[14]，車輛具有自動(dòng)喚醒、自檢、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)休眠、列車狀態(tài)及故障報(bào)警信息上傳、障礙物檢測(cè)、列車遠(yuǎn)程控制及復(fù)位、低壓系統(tǒng)恢復(fù)供電等功能，車輛檢修修程較現(xiàn)行規(guī)范增加月檢、6月檢、年檢修程，由于UTO駕駛系統(tǒng)是軌道交通未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，在增加大修修程、延長(zhǎng)檢修周期后，應(yīng)加強(qiáng)車輛的檢測(cè)頻率以保障車輛運(yùn)行安全，故建議在工程設(shè)計(jì)中增加月檢修程，實(shí)際運(yùn)營(yíng)中6 月檢可結(jié)合3月檢實(shí)施，年檢可結(jié)合換輪作業(yè)實(shí)施。

6.5 小結(jié)

建議跨座式單軌初期采用日常維修和定期檢修相結(jié)合的預(yù)防性檢修制度，實(shí)行互換修，同時(shí)逐步建設(shè)智能運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各部件維修系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，并將采集信息統(tǒng)一納入維修數(shù)據(jù)庫(kù)，形成大數(shù)據(jù)平臺(tái)，進(jìn)行智慧管理，為車輛運(yùn)用、檢修提供決策依據(jù)，為狀態(tài)修或預(yù)見(jiàn)性檢修的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)，車輛的修程和檢修周期優(yōu)化建議如表6所示。同時(shí)修程修制不是一成不變，應(yīng)根據(jù)技術(shù)發(fā)展在運(yùn)營(yíng)實(shí)踐中逐步完善優(yōu)化。

表6 優(yōu)化后的車輛檢修周期表

7 優(yōu)化后工作量計(jì)算對(duì)比

以蕪湖市軌道交通1號(hào)線工作量計(jì)算為例，蕪湖市軌道交通1號(hào)線遠(yuǎn)期日走行公里數(shù)為14 211 km[14]，按照現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的、單軸轉(zhuǎn)向架車輛制造商提供的，以及優(yōu)化后的檢修修程及檢修周期分別進(jìn)行計(jì)算，檢修工作量對(duì)比計(jì)算結(jié)果如表7所示。

表7 檢修工作量對(duì)比計(jì)算結(jié)果

可見(jiàn)，檢修修程及檢修周期優(yōu)化后的白馬山車輛基地高級(jí)修程（大修、全面檢修）、日常維修（6月檢、3 月檢、月檢）設(shè)計(jì)規(guī)模與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基本一致，但重點(diǎn)檢修減少1列位，換輪檢修減少3列位，檢修庫(kù)（含月檢、換輪庫(kù)）面積為17 085 m2[14]，較重慶童家院子車輛基地檢修房屋（含月檢、換輪庫(kù)）30 288 m2[15]減少1萬(wàn)多m2，因此減少占地面積及房屋面積，節(jié)省工程投資。而采用單軸轉(zhuǎn)向架車型車輛制造商提供的檢修修程及周期計(jì)算出的高級(jí)修檢修列位較現(xiàn)行規(guī)范及優(yōu)化后的計(jì)算結(jié)果少1 列位，對(duì)于缺少運(yùn)營(yíng)檢修經(jīng)驗(yàn)的單軸轉(zhuǎn)向架車型，可能會(huì)造成后期運(yùn)營(yíng)時(shí)檢修庫(kù)規(guī)模及能力不足；同時(shí)增加月檢修程并不會(huì)增加月檢庫(kù)規(guī)模。

8 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化后的檢修修程及檢修周期已運(yùn)用于蕪湖市軌道交通車輛基地建設(shè)中，需要在運(yùn)營(yíng)中驗(yàn)證并不斷優(yōu)化，其中檢修修程增加大修，延長(zhǎng)檢修周期，達(dá)到縮小車輛基地規(guī)模、降低工程投資的目的，也避免過(guò)度維修、降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)增加月檢修程以加強(qiáng)車輛檢測(cè)頻率，為車輛運(yùn)行安全提供保障；隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，車輛技術(shù)性能及質(zhì)量的提高，智能檢測(cè)檢修設(shè)備、智能運(yùn)維管理系統(tǒng)的完善，以及運(yùn)營(yíng)管理及檢修經(jīng)驗(yàn)的豐富，可逐步延長(zhǎng)檢修周期并進(jìn)行狀態(tài)修或預(yù)見(jiàn)性檢修。