國內動車段(所)高級修廠房布局及檢修工藝設計研究

王 偉 謝紅太,2 雒沛豐 王云飛 李云鵬

(1. 華設設計集團股份有限公司, 南京 210014； 2. 蘭州交通大學, 蘭州 730070；3. 中國鐵路西安局集團有限公司, 西安 710016； 4.中車青島四方機車車輛股份有限公司, 山東 青島 266111；5. 中國鐵路蘭州局集團有限公司, 蘭州 730050)

截止2020年底，我國高速鐵路網(wǎng)已基本成型，“八縱八橫”鐵路網(wǎng)正逐步完善，隨著經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展和鐵路運輸服務品質的快速提升，動車組已逐漸取代傳統(tǒng)客運列車成為擔當國內鐵路客運任務的新一代主力產(chǎn)品。但國鐵集團及國內七大動車組檢修基地的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在運用維護方面國內動車組標準不統(tǒng)一、車型種類較多、運轉效率較低、運用動車組檢備率較高、動車組檢修能力緊張、檢修資源不足、失修及過修問題突出[1-3]。因此結合實際運輸需求提高全路動車組一體化運轉整備任務是目前亟待解決的問題之一。

高速動車組是高新技術密集型產(chǎn)品，必須利用系統(tǒng)工程理論對其可靠性和維修性進行研究，強調設計、制造、運用和維修中的信息反饋，建立統(tǒng)一的高速動車組技術標準，以指導我國高速動車組的維修工作。相比日本、德國及法國等發(fā)達國家我國高速鐵路發(fā)展起步較晚[4-6]，國內在高速鐵路動車段(所)新線設計中一般采用吸收國外成套先進經(jīng)驗并參照國內已有動車組基地設計的方式。

1 我國動車組檢修制度及方式

1.1 國內動車組修程

參照日本、德國及法國等先進國家高速列車運維方面的成熟技術經(jīng)驗，高速列車檢修制度應以可靠性、運行安全性及舒適性為中心，實行計劃修與狀態(tài)修相結合、集中修與換件修相結合的檢修制度。鑒于此，我國提出了以預防修為主的動車組五級修程系統(tǒng)，其中一、二級修屬于日常運用維修，以維護保養(yǎng)為主；三、四、五級修為高級別修，以全面恢復動車組基本性能為主。對于國內主流車型(如CRH1/2/3/5、CRH380A/B/C/D及CR400AF/BF)制定了相關檢修規(guī)程和標準，國產(chǎn)動車組檢修等級和檢修周期如表1所示[7-8]。

表1 國內動車組檢修周期表

其中CR400AF/BF平臺中國標準化動車組于2019年投入商業(yè)運營，截止目前還未到動車組高級修檢修周期。根據(jù)國鐵集團2020年2月發(fā)布的TG/CL 156-2020《CR400AF/BF平臺動車組三級檢修規(guī)程》中規(guī)定了CR400AF/BF平臺動車組三級修周期暫以運行(120±12)萬km或運行3年，以先到為準，同時根據(jù)指導意見，高級修檢修里程周期上限將分階段逐步延長至165萬km[9-10]。

動車組各修程檢修停時及檢修內容如表2所示，其中動車組檢修次數(shù)是以一個五級修定檢公里為計算循環(huán)周期。動車組三、四及五級修分別為重要部件分解檢修、系統(tǒng)全面分解檢修及整車全面分解檢修[11-12]。

表2 動車組各修程檢修停時及檢修內容表

1.2 動車組高級修檢修工藝

動車組三、四、五級修為高級修，高級修周期循環(huán)如圖1所示。

圖1 動車組高級修周期循環(huán)示意圖

動車組三級修也稱段修，主要是對轉向架進行分解檢修，對制動、牽引、空調等系統(tǒng)進行狀態(tài)檢查和功能測試，基本檢修工藝流程如圖2所示[13-14]，主要包括動車組入段整備吹掃后入庫落轉向架分體檢修，其中轉向架輸送至轉向架檢修庫流水作業(yè)線進行檢修作業(yè)，分體檢修完成后組裝轉向架與車體部件并做靜態(tài)調試出庫。

圖2 動車組三級檢修工藝流程圖

CRH2型動車組轉向架三級修工藝流程如圖3所示。CRH2系動車組為我國引進最早、配屬規(guī)模最大、運行最穩(wěn)定的主流日系車型，承擔著我國高速鐵路客運的先驅任務，在運維檢修、系統(tǒng)管理及工藝布局等方面較為成熟，對現(xiàn)階段動車組檢修工藝研究設計具有很大的參考性和借鑒意義[15]。

圖3 CRH2型動車組轉向架三級修工藝流程圖

動車組四、五級修也稱廠修，為系統(tǒng)和整車的全面分解檢修，主要包括動車組解編、大部件拆卸維修與組裝檢測、車體涂漆、編組調試等，動車組四、五級修基本檢修工藝流程如圖4所示[16]。

2 動車段(所)總體布局

結合日本、德國、意大利及法國等動車組檢修基地空間布局及設置規(guī)模等情況，不同等級不同規(guī)模動車段(所)空間設置距離約為150～260 km，其中動車組高級修檢修設施因為運行里程較短及客流集中等因素影響而相對比較集中，目前大部分國家在動車組修程修制的設置上均采用計劃預防檢修制度，“以可靠性為中心”的檢修制度也廣泛應用于高速列車檢修的微觀管理[17]中。如確定檢修方式、實施質量控制、在各級修程中根據(jù)技術狀態(tài)進行單元部件的更換修理等。

2.1 動車段(所)空間布局

結合目前現(xiàn)行TB 10521-2014《高速鐵路設計規(guī)范》、TB 10028-2016《鐵路動車組設備設計規(guī)范》及鐵建設函(2004)57號《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》等標準規(guī)范文件及國內動車組檢修基地基本布局模式，國內既有及在建的具備高級檢修設施的動車段空間布局上根據(jù)客流預測及運輸組織情況，一般選址在大型客運站所在城市(如北京、上海、廣州、武漢、成都、沈陽及西安等)，同時根據(jù)車站設置情況并配套必要的動車運用所及外存車場等運維設施[18-24]。

受樞紐動車段(所)遠期檢修規(guī)模及站址地形等方面的限制，總平面布置一般有縱列式和橫列式兩種布置形式。總平面布置主要受動車組存車線群和檢查庫線群相對布置位置及線數(shù)規(guī)模限制，一般動車段(所)設計或預留總規(guī)模較大、存車線數(shù)較多及檢查庫線與存車線轉線頻繁時選用縱列式布置形式；設計總規(guī)模較小、存車線數(shù)較少或檢查庫線與存車線轉線頻繁干擾較小時選用橫列式布置形式，可使得動車段(所)布置結構緊湊，有效減少占地和工程投資。目前，國內只有極少數(shù)動車段(所)(如上海南動車運用所)因地形等條件限制總平面采用橫列式布置形式，但經(jīng)運營實踐數(shù)據(jù)反饋發(fā)現(xiàn)對車站咽喉能力影響較大。

2.2 動車段(所)總平面布置

動車段(所)總平面主要包括動車組存車場、日常檢修整備場、高級別檢修場以及其它附屬生產(chǎn)生活房屋。本文選取國內第一個動車組檢修基地武漢動車段，現(xiàn)階段技術最先進、配套設備最齊全的西安動車段以及承擔日常整備、檢查及存車任務的蘭州西動車運用所為案例，對國內動車段(所)總平面布置進行分析說明。

2.2.1 武漢動車段

武漢作為全國重要鐵路樞紐之一，國鐵集團2010年關于動車基地(段)檢修調整方案的通知中指出，武漢按配屬400列動車組規(guī)模進行設計，定位為全國動車組配屬規(guī)模最大、運維能力最高的樞紐，是國內動車段設計標桿工程，指導了廣州和上海動車段設計。武漢動車段于2004年開始研究設計，位于距離武漢站2.5 km的新武東村區(qū)域，總平面采用縱列式布局方式，包含4種不同車型的日常運用維護，同時兼容CRH2系(日系)及CRH3系(歐系)車的柔性化高級修功能。

圖4 動車組四、五級檢修工藝流程圖

圖5 武漢動車段總平面布置示意圖

武漢動車段總平面布置如圖5所示。武漢動車段由4條動車組走行線，64條存車線，18條檢查庫線(10線檢查庫和8線檢查庫各1座)，1條臨修線，1條不落輪鏇線，5條動車組解編線，1條動車組動態(tài)試驗線及其他轉向架檢修庫、車體部件解體組裝庫、車體檢修庫、材料庫、輪對踏面診斷棚、動車組外皮清洗棚等生產(chǎn)生活辦公房屋組成，整體布局緊湊，工藝設計合理。

武漢動車段作為國內首批設計建設的超大規(guī)模系統(tǒng)性動車組檢修基地，開創(chuàng)了動車組白天上線運營，夜間入段檢修的運維管理模式。采用檢修工藝柔性化流水作業(yè)線和國外管理技術及先進檢修裝備，極大提高了動車組的利用率和運檢效率，同等運量下動車組配屬規(guī)模較國外平均可減少27%以上。截止2021年，武漢動車段已投入生產(chǎn)作業(yè)7年多，仍具有技術的先進性和生命力。

2.2.2 西安動車段

西安動車段位于西安城市中軸線未央路、機場高速二號線、城市三環(huán)路及繞城高速公路交通樞紐銜接處，距西安北站約2 km。2010年6月西安北動車運用所建成使用，2013年12月擴能建成西安動車段，其總平面由運用板塊(占地面積990畝)、高級修板塊(占地面積660畝)組成，總占地面積1 650畝，檢修能力按配屬300列8輛編組設計。高級修板塊由段綜合辦公區(qū)、2線三級修庫、轉向架檢修庫、3線整編靜調庫、6條檢修存車線、1條車體吹掃線、1條試驗線等組成，并預留四級修發(fā)展條件。運用板塊由10線動車組檢查庫、臨修庫、洗車庫、存車場、運用所綜合辦公區(qū)等組成，2020年12月隨著銀西客運專線的開通運營，于既有存車場北側新增1座4線動車組檢查庫，同時配套建設預留四、五級修檢修設施。

西安動車段目前是我國七大動車組檢修基地之一，是西北地區(qū)規(guī)模最大、現(xiàn)代化檢修技術水平最高、設備設施配套最先進的動車組綜合檢修基地。截止2021年2月，西安動車段動車組配屬規(guī)模及車型如表3所示。據(jù)2021年運維統(tǒng)計分析，西安動車段配屬動車組總計132列(157個標準組)，日均動車組可用率為86.6%，運用率為67.5%，檢修率為13.4%，臨修率為1.9%。

表3 西安動車段動車組配屬規(guī)模及車型表

西安動車段總平面布局如圖6所示，西安動車段與西安大型養(yǎng)路機械運用檢修段整體呈橫列式布置。

圖6 西安動車段總平面布置示意圖

蘭州西動車所作為國內只承擔動車組日常整備、檢查及存車任務的動車運用所，負責動車組一、二級檢修工作，一般動車組存車場和檢查庫呈縱列式布置，蘭州西動車所的平面布置如圖7所示，為國內典型動車組運用所平面布局，設36條存車線(含預留12條)、6條檢查庫線(含預留2條)、2條臨修線、2條鏇輪線、1條融冰除雪線、1條車體外皮洗刷庫及必要生產(chǎn)生活輔助房屋。截止2021年2月，蘭州動車運用所現(xiàn)有配屬動車組總計55個標準組，其中CRH380B型動車組配屬32組，CRH5G型動車組配屬23組。

圖7 蘭州西動車運用所動車段總平面布置示意圖

3 高級修廠房布局及檢修工藝設計

動車段(所)主要檢修廠房包括一、二級修檢修庫、高級修檢查庫及其它附屬輔助生產(chǎn)房屋，其中從目前國內動車段(所)設計規(guī)范標準及普遍布局形式和組成模塊來看，一、二級修檢修庫設計布局相對固定，配套設備相對系統(tǒng)規(guī)范，檢查庫線一般按盡頭式設計，即按2線、4線、6線、8線、10線、12線及14線組合設計，長度按可滿足2列標準短編組或1列長編組動車組同時作業(yè)需求設計，通常采用468 m，如只考慮1列短編組動車組作業(yè)可采用246 m，檢查庫線間距可按7～8 m設計，有特殊檢修工藝需求可適當加寬設計。

截止2020年底，以北京、武漢、廣州及上海等為代表的國內7大動車組檢修基地，均設有或預留高級修檢修設備設施，但動車組四、五級修均未開展實際檢修工作(動車組車體部件檢修和車體噴漆等高級修作業(yè))。現(xiàn)階段主要以動車組三級檢修、轉向架檢修及靜態(tài)調試為主，四、五級修以返廠檢修為主[25-26]。高級修檢查庫主要包括三、四及五級修檢查庫、轉向架檢修庫、車體檢修庫、油漆庫及靜調庫等，目前國內普遍采用檢修工藝最簡與輸送路徑最短的流水修作業(yè)生產(chǎn)線為主的布置形式。

武漢動車段高級修廠房布置圖如圖8所示，三、四、五級修檢修庫毗鄰設計，轉向架檢修1處于三級修外側合并設置，三、四及五級修檢修庫后側依次設置動車組車體檢修庫、車體部件檢修庫及車體涂裝庫，動車組靜態(tài)調試庫于四、五級修外側毗鄰設計。

圖8 武漢動車段高級修廠房布置圖

北京動車段高級修廠房布置圖如圖9所示，三、四、五級修檢修庫(含預留五級修庫)毗鄰設計，轉向架檢修庫(2處，近期改擴建1處)于五級修庫外側隔段內道路設置)，其中三、四級檢修庫與靜調庫合并設置(含近期外側改擴建1線靜調試驗線)，三、四、五級修檢修庫后側設置動車組車體涂裝庫及短編動車組存放區(qū)。

圖9 北京動車段高級修廠房布置圖

廣州動車段高級修廠房布置圖如圖10所示，三、四級檢修庫與靜調庫合并設置，五級修庫隔段內道路設置于三、四級檢修庫外側，轉向架檢修庫及油漆庫分別對應設置于三、四級檢修庫與五級修庫后側，通過移車臺進行庫間轉向架及車體等部件的輸送。

圖10 廣州動車段高級修廠房布置圖

上海動車段高級修廠房布置圖如圖11所示，縱向依次布置調試整備庫、三級修庫、轉向架檢修庫及四、五級檢修庫，其中轉向架檢修庫位于三級修庫與四五級檢修庫之間，并分別設置2條段內道路，四、五級檢修庫后側通過移車臺連接設置車體檢修庫及車體涂裝庫。需要說明的是上海動車段高級修位于東西兩處一、二級修庫之間，因此高級修區(qū)調試整備庫及三級修庫前后貫通，兩端均可實現(xiàn)動車組出入庫。

3.混合型。主要是肝和腸混合感染，具有以上兩種癥狀。其癥狀主要有：生病初期食欲開始降低，生病后期停止進食；精神萎靡不振，時常伏臥不動，虛弱消瘦；眼、鼻、口分泌物增多，眼黏膜蒼白，有時呈現(xiàn)黃色；腹瀉或腹瀉與便秘交替出現(xiàn)，被毛粗亂、尿頻、腹瀉與便秘交替出現(xiàn)，或常呈排尿姿勢，腹圍增大，肝區(qū)觸診疼痛；尤其是幼兔后期常見有神經(jīng)癥狀、抽搐、痙攣、尖叫等，終因極度衰弱而死亡。多數(shù)病例則在腸炎癥狀之下4～8 d死亡，死亡率可達到80%以上，給診治帶來更大的困難。

圖11 上海動車段高級修廠房布置圖

西安動車段高級修廠房布置圖如圖12所示，縱向依次布置整編靜調庫、四級修庫(含部件檢修庫及輔助檢修庫)、轉向架檢修庫及三級修庫，整編靜調庫及四級修檢修庫后側依次設置車體噴漆庫和預留檢修房屋，通過移車臺相連接，其中四級修檢修庫與轉向架檢修庫之間設段內道路1條，四級修檢修庫與轉向架檢修庫后側設置縱向段內道路1條。

圖12 西安動車段高級修廠房布置圖

結合現(xiàn)階段動車段(所)設計理念從檢修規(guī)模設置、段內布局方式及作業(yè)工序等方面對武漢、北京、廣州、上海及西安動車段高級修廠房布置進行綜合比較分析，如表4所示。

表4 國內主要動車段(所)動車組高級修廠房布置對比分析表

綜上，主要從動車段(所)高級修廠房布置及作業(yè)工序流水線方面考慮，科學合理的動車段(所)高級修廠房布置應滿足以下幾點：

(1)采用流水作業(yè)工序線進行檢修工藝設計，檢修人員及車輛出入庫通道方便通暢。

(2)轉向架檢修庫應能集中統(tǒng)籌兼顧段內三、四及五級修各級檢修任務，并保證作業(yè)工序最優(yōu)、輸送路徑最短，且宜與各檢修庫橫向布置。

(3)從工藝密切性考慮，動車組四、五級檢修庫適毗鄰設計，三級修庫宜與調試庫毗鄰設計。

(4)靜調庫應能同時滿足三、四、五級修動車組調試整備任務，且保證入庫咽喉通過干擾較小。

(5)動車組五級修中車體部件分解區(qū)、大型部件檢修組裝區(qū)及車體涂裝區(qū)應設置在四、五級修后側，宜采用移車臺進行流水作業(yè)輸送。

推薦動車段(所)高級修廠房布置及檢修工藝設計如圖13所示。轉向架檢修庫、三級修檢修庫、靜調庫及四五級檢修庫依次橫向毗鄰，采用盡頭式方式設置，其中靜調庫位于三級修檢修庫與四、五級檢修庫中間，有效避免了三、四、五級修動車組分別入靜調庫做靜態(tài)調試的行車干擾，極大地提高庫前走行線咽喉能力。轉向架檢修庫橫向設置于三級修檢修庫外側，集中統(tǒng)籌兼顧段內三、四、五級修各級檢修任務，同時有效縮短了三級修轉向架輸送距離。車體檢修庫及車體部件檢修庫縱向設置于四、五級檢修庫后側，通過移車臺(一)進行輸送；車體檢修庫及車體部件檢修庫后側縱向設置油漆庫、單車淋雨稱重庫及單車靜調庫，通過移車臺(二)進行輸送；同時，油漆庫、單車淋雨稱重庫及單車靜調庫后側縱向設置預留移車臺(三)，以滿足遠期檢修擴能。上述方案整體布局結構緊湊，滿足流水線檢修作業(yè)需求，各檢修部件輸送工序距離較短，預留擴能條件充足。

圖13 推薦動車段(所)高級修廠房布置及檢修工藝設計示意圖

4 結束語

本文通過分析總結我國高速鐵路既有主要動車組檢修基地總體布局、高級返修廠房布置及檢修工藝設計，得出動車段(所)布局及工藝設計通常應考慮因素如下：

(1)充分考慮樞紐內遠期客流及動車組檢修規(guī)模，動車組檢修基地應預留高級修和進一步擴大檢修規(guī)模的條件。

(2)動車組檢修基地應科學布局設計，確保動車組有序高效完成運轉整備工作任務。

(3)動車組檢修基地應具備一定的檢修規(guī)模和較高檢修效率，同時滿足多輛動車組存放。

(4)動車組檢修基地應空間布局合理，盡可能減少動車組空走距離，包括與樞紐站間及動車組檢修基地之間的距離。

因此，在樞紐內鐵路規(guī)劃及設計中科學合理地預測和設計非常重要。尤其隨著遠期客流量的逐步增大，國內動車組線路密度及新增需求也逐步提升，科學規(guī)劃布局動車段(所)工藝設計及配屬動車組數(shù)量是鐵路高效運輸及科學運維的首要保障。