城市軌道交通基礎設施綜合檢測技術應用研究

魏志恒，徐 棟，陳萬里，戴源廷，王文斌

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司城市軌道交通中心，北京 100081；2.北京市軌道交通運營管理有限公司，北京 100068）

1 引言

近年來，我國城市軌道交通發展迅猛，運營里程和客流量持續增長，為進一步保障運營安全，中華人民共和國國務院辦公廳、中華人民共和國交通運輸部等相繼頒布出臺《國務院辦公廳關于保障城市軌道交通安全運行的意見》 《城市軌道交通初期運營前安全評估管理暫行辦法》等文件，就如何保證運營安全給出了指導性意見[1-2]。

軌道交通基礎設施檢監測工作是實現基礎設施狀態全面感知、安全風險超前預警、設備狀態準確評估、故障診斷預測，以及推進實施精準維修和預防性狀態維修的重要手段，為軌道交通持續安全運營提供重要保障[3-4]。在高速鐵路領域，已經形成包括小型檢測系統、固定監測系統、車載綜合檢測系統在內的軌道交通基礎設施綜合檢測技術體系，其中車載綜合檢測系統是實現軌道交通基礎設施動態、綜合、高效檢測的有效手段[5-7]。在城市軌道交通領域，早先基本采用人工、小型檢測系統、專業檢測車等開展城市軌道交通基礎設施檢測，隨著檢測技術及運維理念的發展，城市軌道交通也正在不斷引進包含地面監測系統、車載式檢測系統在內的綜合檢測技術[8-10]。除積極應用先進的檢監測技術外，目前運營單位針對檢測數據的綜合管理也日趨重視，并逐步構建了各類數據管理平臺，為實現城市軌道交通基礎設施智能運維奠定基礎[11-12]。

文章全面分析工程車搭載檢測系統、運營電客車搭載檢測系統、綜合檢測車的應用范圍、技術特點、應用效果，以及城市軌道交通基礎設施綜合檢監測體系構建的發展趨勢，總結其實踐經驗，為進一步提高城市軌道交通基礎設施運維水平提供借鑒。

2 車載綜合檢測技術應用情況

2.1 工程車搭載檢測系統

工程車搭載檢測系統最常見的是單專業的軌/網檢測車、鋼軌探傷車等，隨著綜合檢測技術發展，集合多專業檢測系統的工程車也得到一定應用，例如軌/網檢測車，可以完成軌道動態幾何檢測、軌道狀態巡檢、接觸網零部件狀態巡檢、接觸網幾何檢測等。目前北京、上海、廣州等大部分城市的地鐵運營單位均配置了軌/網檢測車等，主要用于線路周期性動態檢測，系統的整體應用較為成熟。

由于存在運行速度、車輛制式等客觀因素影響，工程車與實際運營電客車運行工況相差較大，檢測質量已愈發不能滿足實際需求。

2.2 運營電客車搭載檢測系統

最初由于技術水平等因素影響，運營電客車搭載的檢測系統較少。隨著在線監測、狀態維修等理念發展以及集成化、自動化檢測技術進步，運營電客車搭載檢測系統的方式正逐漸得到廣泛應用。集合多專業的綜合檢測系統在運營電客車上實現了工程應用，例如北京大興機場線在運營電客車上加裝了軌道幾何檢測系統、車輛動力學響應檢測系統、弓網關系檢測系統、接觸網懸掛狀態檢測系統等[13]，其中軌道幾何檢測系統如圖1 所示。

圖1 軌道幾何檢測系統

運營電客車搭載檢測系統可根據實際需求開展在線實時監測或周期性檢測，真實運營場景下的等速動態檢測可以有效發現并指導解決軌道動態幾何超限、車輛異常晃動、弓網異常磨耗等問題。目前，該方式存在的主要問題是檢測系統集成化、智能化不足，自動化作業程度有待提高等。

2.3 綜合檢測車

隨著各地線網規模持續擴大、網絡化運營不斷發展以及智慧城市軌道交通建設持續推進，研發更高水平的綜合檢測技術，進一步提高城市軌道交通基礎設施檢測的質量、效率，已成為運營單位迫切需求。與高速鐵路綜合檢測車、綜合巡檢車分開建設的情況不同，由于運營速度相對較低，城市軌道交通可將檢測和巡檢系統集為一體，實現城市軌道交通基礎設施的同步檢測及巡檢。

目前，城市軌道交通領域已研發出了2 列綜合檢測車，分別是深圳市地鐵集團有限公司牽頭研制的2B 型綜合檢測車和中國鐵道科學研究院集團有限公司牽頭研制的3B 型綜合檢測車。綜合檢測車可實現軌道狀態巡檢、接觸網懸掛狀態巡檢、車輛動力學響應檢測、軌道動態幾何檢測、鋼軌輪廓檢測、弓網關系檢測、隧道襯砌表面狀態檢測、線路限界檢測、通信信號檢測及線路周邊環境監視等。

目前城市軌道交通綜合檢測車尚未實現工程應用，整體應用效果有待進一步驗證。

3 車載綜合檢測技術對比分析

基于實際應用經驗及理論分析，總結出3 種車載檢測技術在應用范圍、搭載能力、檢測質量、檢測效率、檢測時間5 個方面的差異，如表1 所示。

表1 3 種綜合檢測技術對比

3.1 應用范圍

城市軌道交通車輛、供電、通信、信號等制式較多，檢測系統能否實現多線共用是需要重點考慮的問題之一[15]。跨線運行的首要條件是滿足限界要求，地鐵常見車型和工程車參數對比如表2 所示。

表2 常見車型車輛參數對比 mm

工程車由于限界小且無需取流，一般可以實現線網級別應用；運營電客車搭載檢測系統的定位主要是實現本線路檢測，一般不考慮跨線檢測情況；線網級應用是實現綜合檢測車資源充分利用的關鍵。當前，由于系統制式等問題，車輛實現跨線運行仍面臨諸多困難，但是隨著各地網絡化運營需求及相關技術的不斷發展，綜合檢測車有望逐步實現多線乃至線網級應用。

3.2 系統搭載能力

工程車一般是單節車搭載單專業檢測系統，例如軌/網檢測車，受安裝空間限制，工程車系統搭載能力有限。此外，工程車一般為內燃機車，運行工況與電客車相差較大，弓網受流、車輛動力學響應等檢測系統無配置條件；以運營電客車為載體實現綜合檢測，首先應保障不能影響車輛正常載客運營，目前運營電客車上主要搭載輪軌、弓網等關鍵檢測系統，搭載能力有限，后期隨著檢測技術發展，運營電客車搭載能力有望持續增強；綜合檢測車是專業檢測車，車輛編組可根據檢測系統的安裝需求靈活配置，檢測系統搭載能力較強。

3.3 檢測質量

真實運營工況下開展檢測是準確獲取城市軌道交通基礎設施運行參數的關鍵。工程車一般無法實現等速檢測，車輛本身與實際運營電客車也存在較大差別，檢測質量受較大影響；運營電客車搭載檢測系統實現了真實運營場景下的等速、動態檢測，不考慮車輛自身故障因素干擾，該模式檢測質量較高；綜合檢測車作為專業的檢測設備，具備作為標準源對各線路基礎設施開展檢測的技術條件，整體檢測質量較高。

3.4 檢測效率

工程車設計速度較低，無法實現等速檢測，一般是在天窗期開展低速檢測，檢測效率一般；運營電客車搭載檢測系統在運營期間即可完成檢測，無需占用天窗期，檢測效率較高；綜合檢測車可實現多專業綜合檢測、巡檢，可最大程度替代單專業檢測，具備在天窗期或運營期間行車能力，檢測效果較好。

3.5 檢測時間

工程車僅具備在天窗期開展測試的條件；運營電客車搭載檢測系統可在運營期間實現在線監測或周期性檢測，根據需要也可在天窗期開展專項檢測；綜合檢測車可在天窗期開展檢測，條件具備時可在運營期間開展檢測。

4 車載綜合檢測系統配置分析

4.1 工程車搭載檢測系統

以前絕大部分城市均通過工程車搭載軌檢系統、網檢系統等開展城市軌道交通基礎設施檢測，該方式可以有效解決車輛跨線檢測的難題；另一方面，目前如鋼軌探傷系統等還無法集成到電客車上，因此當前以及未來一段時間該方式仍將發揮重要作用。對于可以集成到運營電客車上的軌檢系統、網檢系統，工程車搭載檢測的方式已逐漸失去優勢。

4.2 運營電客車搭載檢測系統

運營電客車搭載檢測系統可以實現運營期間在線實時監測，對于實現城市軌道交通基礎設施狀態維修意義重大。此外，該模式還存在無需單獨占用檢測車輛，系統配置成本較低、實現難度較小等優勢，一條線路配置1～2 套搭載式檢測系統將逐漸成為常規配置。隨著檢測系統小型化、自動化進一步發展，未來將有更多檢測系統集成到運營電客車上。

4.3 綜合檢測車

小型檢測系統多、檢測不規范等是城市軌道交通基礎設施檢測面臨的主要問題，極大影響整體檢測質量。作為專業檢測設備，綜合檢測車可以實現軌道、接觸網、隧道、通信、信號等系統綜合、同步檢測及巡檢，配合數據綜合管理系統，可以實現多專業檢測數據的聯動分析、深度挖掘等，切實推進智慧城市軌道交通發展。目前跨線運行是阻礙綜合檢測車實現廣泛應用的主要因素，此外，解決綜合檢測車各子系統獨立控制問題，實現多專業系統一體控制，關鍵安全參數實時傳輸、預警等也是需要解決的重點問題。隨著各地網絡化運營進程推進及相關檢測技術發展，綜合檢測車有望逐步實現應用。

5 基礎設施綜合檢監測體系構建

城市軌道交通基礎設施檢監測除了要實現前端狀態數據精準、全面感知外，還應完成檢監測數據綜合管理與應用。目前各地針對檢測數據綜合管理與應用多有不足，主要因素有整體規劃不足、檢測系統多、數據類型多、數據統一管理難度大、信息化技術發展水平限制等。

在未來，城市軌道交通基礎設施前端檢測數據類型、數據量等將持續增多，數據綜合管理面臨壓力也將日益增大。為此運營單位應及早規劃構建包含感知層、數據層、分析應用層在內的城市軌道交通基礎設施綜合檢監測體系，如圖2 所示，不斷引進新技術實現海量數據持續迭代應用，逐步推進智慧城市軌道交通建設。

圖2 城市軌道交通基礎設施綜合檢監測體系

6 結語

隨著智慧城市軌道交通建設高潮來臨，融合各類先進技術，頂層規劃并加速構建包含車載綜合檢測系統、地面固定監測系統、小型專業檢測系統、檢測數據綜合管理平臺在內的城市軌道交通基礎設施綜合檢監測體系，全面、準確、及時的感知城市軌道交通基礎設施運行狀態，已成為保障城市軌道交通運營安全的重要手段。