北京軌道交通大興機場線車輛運維標準研究

阮 巍，周廣浩，曹向靜，董劍鋒

(北京市軌道交通設計研究院有限公司，北京 100068)

隨著城市發展，大城市的交通擁堵、空氣污染、居住擁擠給人們的日常生活帶來很大困擾，建立都市圈通過軌道交通疏解城市人口、發展區域經濟已經是我國的基本國策。

《京津冀協同發展》[1]《粵港澳大灣區發展規劃綱要》《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》的落實以及都市圈的規劃建設對城市軌道交通線網功能提出新的要求。

區域快線[2]是打破市域行政范圍，介于城際鐵路、地鐵之間的城市軌道交通，滿足出行半徑70～100 km距離、1 h通勤圈的需要，是我國城市軌道交通的重要組成部分。目前，規劃在建的北京地鐵22號(平谷)線、廣州地鐵28號線、深圳地鐵14號線都屬于區域快線范疇。

北京市大興機場線一期工程是國內最早建設運營的城市軌道區域快線之一[3]，2019年9月25日開通運營，線路全長41.36 km，采用AC 25 kV供電，地下采用剛性接觸網，車輛采用D型車，最高運行速度160 km/h，運營采用GoA4全自動運行模式，年走行30萬 km，其多項技術屬國內城市軌道交通首創，給車輛基地的建設提出更高要求。有必要通過總結大興機場線建設、運營經驗，編制具有實踐檢驗的車輛檢修建設標準，為今后城市軌道交通區域快線車輛基地的建設及網絡化資源共享提供理論基礎。

1 磁各莊車輛段概況

大興機場線磁各莊車輛段(圖1)線網定位為架修段，負責全線一期工程的初、近、遠期車輛停放、日常維護、定期檢修工作，是國內第一個預留一體化開發條件的區域快線車輛基地。磁各莊車輛段建設規模遠期預留20個停車列檢列位，車輛段及預留工程總建設規模約37.4萬m2。

圖1 磁各莊車輛段效果圖

車輛基地的功能包括：運用庫、聯合檢修庫、咽喉區、工程車庫、內燃車庫、洗車庫、鏇輪庫、材料棚、試車設備室、綜合樓、物質庫、污水處理站、派出所、出入段線等，如圖2所示。

圖2 磁各莊車輛段功能布局

大興機場線是國內第一條160 km/h的市域快線，市域D型車輛的運維需求無規范可循。可參考的規范GB50157—2013《地鐵設計規范》、TB10623—2014《城際鐵路設計規范》相關條款也有較大差異。在初步設計階段，通過對大興機場線線路、車輛、供電、軌道、運營的工程特點研究，提出并實施的大興機場線車輛檢修修程標準[4]。轉向架專項修(A修)的檢修周期為40萬km。轉向架專項修周期的縮短加大了運營成本，影響了輪對的使用壽命。其檢修周期見表1。其研究成果通過論文形式，相繼在《鐵道標準設計》雜志發表《軌道交通區域快線車輛檢修修程研究》、《城軌車輛大架修基地建設規劃的探討》[5]，在2020年第七屆全國智慧城市與軌道交通學術會議發表《淺談市域D 型車輪對檢修及設備配置方案》[6]等多篇論文。從檢修標準、檢修資源共享、輪對檢修方案等多視角研究城市軌道交通區域快線車輛運維的解決方案。

表1 大興機場線車輛檢修修程和檢修周期

在優化設計方案的同時，也認識到全自動運營場景對車輛檢修提出更高要求，在車輛基地運維及檢修中“人的工作正在逐漸被設備所代替”“車載自診斷、在線檢測設備大數據的智能化應用”能夠給車輛基地的運維檢修提供可靠的技術保證。并在北京市科委科技計劃課題征集過程中提出，依托大興機場線磁各莊車輛段工程建設，開展《基于大數據的智能化車輛基地管控系統關鍵技術研究與應用》課題研究，于2020年6月順利通過北京市科委主管部門的驗收。

為更好地總結、推廣大興機場線的設計成果，為北京市軌道交通區域快線建設積累經驗，2017年10月通過北京市軌道交通網絡化專項設計與管理工作立項《區域快線全自動駕駛車輛檢修模式、在線檢測設備應用和檢修智能化設計》課題研究。研究過程中，課題組到大興機場線磁各莊車輛段現場調研、交流，收集車輛運營狀態，分析車輛供應商提出的車輛運維技術標準，編制了大興機場線車輛檢修規程、檢修作業指導、工藝設備選擇、在線檢測設備應用，以及檢修智能化等研究成果，并對北京市區域快線車輛基地建設提出優化方案。2020年11月5日完成課題驗收。

2 城市軌道交通區域快線的發展

近年來，在國內軌道交通圍繞都市圈建設發展迅速，以中心城市建設為主體的地鐵線網和以國家投資的國鐵干線建設已經不能滿足都市圈軌道交通發展的需要。

2015年3月為落實京津冀協同發展重大國家戰略，在國家發展改革委和京津冀協同發展領導小組辦公室的指導下，京津冀三省市人民政府、中國鐵路總公司共同組建成立了京津冀城際鐵路投資有限公司，規劃了3 700 km的京津冀城際鐵路網[7]，對京津冀一體化建設起到推動作用。

為加快城際區域軌道交通規劃建設，廣東、浙江、重慶、四川、湖南、江西等先后成立鐵路投資集團有限公司，國內軌道交通建設規劃形成國家、省市、地方多層級建設的發展趨勢，而區域快線作為城市圈發展的需要，其定位在區域與市郊鐵路的圈層，存在建設主體相對模糊，國家和地方的規劃不一致，建設標準不統一，運營管理不協調，與城市軌道交通直達互通性差，重復建設時有發生等問題[8]。

2019年2月19日國家發展改革委(發改規劃〔2019〕328號文)《關于培育發展現代化都市圈的指導意見》指出[9]：打造軌道上的都市圈。統籌考慮都市圈軌道交通網絡布局，構建以軌道交通為骨干的通勤圈。在有條件地區編制都市圈軌道交通規劃，推動干線鐵路、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通“四網融合”。

2020年12月17日國家發展改革委交通運輸部國家鐵路局中國國家鐵路集團有限公司下發《關于推動都市圈市域(郊)鐵路加快發展意見》，對市域(郊)鐵路建設在總體要求，明確功能定位和技術標準，完善規劃體系，有序推進實施，優化運營管理，創新投融資方式，建立持續發展機制等方面提出具體要求[10]。

區域軌道交通連接于城市中心與郊區、中心城市與衛星城市，主要服務范圍在城市中心的外圍地區，負責城市中心與外圍組團副中心之間長距離的聯系，是一種介于城市軌道交通和一般鐵路之間的客運交通模式，主要承擔都市圈、城市群區域的客流出行，以中長距離的通勤、通學為主要服務對象，兼顧商務、探親、旅游等中長距離出行需求。目前，適應該區域的車輛制式較多，有鐵路客車，城際動車組，市域A、B、D型車等，大興機場線選擇市域D型車。

根據區域快線運營滿足“朝夕”大客流，1 h通勤圈的特點，大興機場線開發研制的車輛，最高運行速度160 km/h；為提高機場專線的服務質量，采用7+1編組，每列車配有一節專用行李車；為控制軸重，車輛采用長度22 000+Δmm，定距15 700 mm；車體采用鋁合金材料，減輕車輛自重，提高密封性、穩定性、舒適性及防腐性；按照城市軌道交通服務標準，車輛無盥洗室、衛生間等設施。目前應用實施的T/CCES2—2017《市域快速軌道交通設計規范》相關條款的D型車輛標準，主要參考北京大興機場線的技術參數。經過1年運營，大興機場線D型車輛的技術標準能夠滿足區域快線的功能需求，車輛運行狀態良好。

3 大興機場線車輛狀態分析

北京軌道交通大興機場線正式開通運營已有1年，車輛累計走行約40萬km，截止目前車輛的運行狀態良好，各項指標正常，關鍵系統部件未出現影響行車安全的重大故障。大興機場線車輛供應商主要是青島四方，2019年1月16日車輛到場，6月15日開始車輛上線動態調試，9月25日試運營。

磁各莊車輛段為提高車輛狀態檢測，根據車輛狀態檢測需求，車輛需對影響行車安全的牽引、制動、走行部、車門等系統進行車載狀態監測。同時，對影響車輛服務質量的子系統，如車門系統、空調系統、乘客信息系統、公共廣播系統等進行監控。另外，磁各莊車輛段配有輪對故障動態檢測系統、受電弓及車頂狀態動態檢測系統、車底及車側故障檢測系統和LU移動式輪輞輪輻探傷系統等在線檢測設備。

為完成《區域快線全自動駕駛車輛檢修模式、在線檢測設備應用和檢修智能化設計》課題研究，2020年9月開始對車輛運行狀態進行數據取樣分析，從車載狀態監控入手，重點是輪對、受電弓碳滑板、制動閘片等關鍵磨耗件，對車輛十大系統，121個部件進行檢修需求分析，制定新的檢修修程和檢修周期，編制各修程的生產作業進度。

3.1 大興機場線車輛輪對走行狀態分析

3.1.1 大興機場線車輛輪對技術規格及要求

根據車輛供應商提供的資料，同一列車各輪對的檢修規程要求如下：

車輪直徑原型860 mm，磨耗到限790 mm；

輪徑差同一輪對≤1 mm；

同一轉向架≤4 mm；

同一車輛≤4 mm；

同一列車≤40 mm；

輪緣高度26.5～33 mm；

輪緣厚度26～34 mm；

車輪徑向跳動≤0.3 mm(鏇修后0.1)。

3.1.2 車輛輪對運行狀態分析

為提高車輛動態檢測效率，在磁各莊車輛段出入段咽喉區設檢測棚，主要進行輪對故障動態檢測、受電弓及車頂狀態動態檢測、車底及車側故障檢測。2020年9月7日，選取43萬km的輪對動態檢測數據見表2。

從單列車輛輪對磨耗統計(表2)及測定輪對踏面形狀與原型對比(圖3)可見，輪對磨耗重點是產生踏面凹型，與動車組輪對磨耗特點相似[11]，萬公里磨耗量較高速動車組較輕，本線車輛輪對總體狀態較好，目前輪緣基本無磨耗，車輪輪徑踏面磨耗剩余量最小約855.1 mm，萬公里輪徑磨耗量約為0.13 mm，考慮車輪鏇修加工量，預計車輪可使用超450萬km。

表2 單列車輛輪對磨耗統計 mm

圖3 測定輪對踏面形狀與原型對比

通過30次輪對測量統計(表3)分析，同一輪對的大小差值最大1.2 mm，經插入法計算，輪對走行35.8萬km時，大小差達到標準值1 mm，考慮輪對磨耗的非線性特點，因此，建議車輛不落輪鏇修周期可以控制在(30+5)萬km，根據輪徑變化量和輪緣變化量，制定鏇修策略[12]。

表3 同一輪對30次測量統計 mm

3.2 制動閘片、碳滑板等磨耗部件狀態分析

根據實際檢修記錄統計，大興機場線車輛制動閘片萬公里平均磨耗量約為0.45 mm，新閘片運行約28萬km后磨耗到限[13]。受電弓碳滑板萬公里磨耗量約為0.47 mm，新碳滑板運行約32萬km磨耗到限[14]。

4 大興機場線車輛檢修標準

根據區域快線車輛特點，結合北京大興機場線車輛運營狀態，建議日常維護采用列檢、月檢兩級管理模式，定期檢修在參考中國國家鐵路集團的有關規程基礎上[15]，采用配件全壽命周期的大、架修維修管理模式。對于運營安全要求較高的牽引供電系統、制動系統、走行部采用專項修的管理模式結合狀態數據進行維護。推廣根據配件壽命采用同修程不同檢修內容的均衡修作業方式[16]。

4.1 日常維護

4.1.1 列檢

列檢是保證車輛運行狀態的主要手段，列檢以檢查為主，是在96 h以內進行的檢修作業。在編組狀態下、對主回路及輔助回路的電氣設備、制動裝置、一般電氣、空調裝置、司機室空調裝置、車體及客室等進行外觀、安裝狀態、性能檢查，發現缺陷后進行維修。為便于車頂受電弓、空調裝置的檢查，列檢庫設置3層作業平臺。為及時掌握車輛關鍵部件狀態，及時進行狀態修，出入段線設置輪對、受電弓、車體在線檢測設備。在列檢中要增加對制動閘片的日常檢測，如有問題需及時更換。

4.1.2 月檢

月檢是日常檢查中，增加對重點部件進行專項維護的修程。根據區域快線的運營特點，安全等級提高，推薦月檢周期按每月檢周期組織生產。月檢以檢查、檢測、潤滑、清潔為主。在編組狀態下取下設備的罩蓋等，對主回路及控制回路的電氣設備，制動裝置，行駛裝置，一般電氣、空氣裝置，車體及車廂內設備的各自的外觀、安裝狀態及綜合性能進行檢查。如果有缺陷的情況下，進行更換或維修。另外，根據車輛的使用線區，使用狀況定期地對各設備的過濾器類進行清掃。主要項目有車輪探傷、踏面修形、齒輪箱換油、軸承潤滑、主要系統和部件的功能測試、蓄電池清潔等內容。月檢庫設有移動式輪輞輪輻探傷設備、移動式車軸探傷設備。

4.2 定期檢修

4.2.1 定修

定修是根據車速的提升，轉向架維護需求的專項維護。根據原型車CRH6城際動車組的修程設置情況及后續國鐵動車組做出的一系列修程延長變更[17]，結合市域快線車輛主體設計壽命不低于30年，車輛平均年走行20～30萬km，軸承、聯軸節、齒輪箱、牽引電機等主要驅動件的全壽命維護特點及空氣彈簧、橡膠節點油壓減振器密封件等橡膠密封件全壽命維護的特點，定修維修周期宜設置在60萬km，維修周期時間不宜超過1.9年。

4.2.2 A修

A修維修周期宜設置在120萬km，維修周期時間不宜超過3.75年。主要針對轉向架分解檢修及車載其他各設備系統的現車修。主要作業內容包括入廠接車鑒定、解編、架車、轉向架檢修、車載設備檢修、落車、編組、靜調、稱重、動調等。推廣根據配件壽命采用同修程不同檢修內容的均衡修作業方式，對制動、牽引、空調等系統進行狀態檢查和功能測試。

4.2.3 B修

B修維修周期宜設置在240萬km，維修周期時間不宜超過7.5年。主要針對列車各設備系統的分解檢修。主要作業內容包括：入廠接車鑒定，解編，架車，轉向架檢修，車輛設備分解與檢修，車輛設備組裝，落車，編組，靜態調試，稱重，動調試驗，試運行等項目檢修。

4.2.4 大修

大修主要針對列車各系統的全面檢修[18]。維修周期宜設置在480萬km，維修周期時間不宜超過15年。主要作業內容包括：整車清洗，入廠接車鑒定，解編，架車，轉向架檢修，車輛設備分解與檢修，墻板、隔板、頂板拆解，保溫材更換，車體結構檢修，線纜、燈具更換，車輛設備組裝，油漆及標記，落車，稱重，保壓，編組，靜調試驗，動調試驗，試運行等項目檢修。區域快線大修修程需進行車體檢修，對車輛結構剛度、質量、車體外皮涂裝要求很高，一般建議返廠修[19]。

北京大興機場線檢修修程見表4。

表4 大興機場線車輛檢修修程和檢修周期

5 大興機場線車輛架大修運維成本分析[20]

大興機場線車輛年走行30萬km，30年車輛全壽命周期走行900萬km。根據2016年大興機場線PPP項目特許協議成本估算：

三級修(60萬km)車輛維護成本142.5萬元；

四級修(120萬km)車輛維護成本687.5萬元；

五級修(240萬km)車輛維護成本2 740萬元。

按照T/CCES2—2017《市域快速軌道交通設計規范》，市域D型車車輛檢修修程及檢修周期計算：大興機場線車輛30年需進行7次三級修、5次四級修、2次大修的車輛單列總費用最低為9 915萬元。

按照大興機場線檢修修程和檢修周期計算：全壽命進行6次架修、1次大修，全壽命高等級修維護成本的車輛單列總費用最低為6 865萬元。僅大架修每列車全壽命節約運維成本約3 050萬元。大興機場線遠期配屬車輛20列計算，每年可節約大架修運維成本2 033.2萬元。

6 結論及建議

(1)大興機場線的建設經驗證明，區域快線線路高標準建設，避免車輛速度的提高造成輪軌、弓網、基礎制動等車輛狀態的惡化。制定車輛檢修修程的影響因素包括：

①定修考慮部件供應商(需招標優化)的檢測、探傷需求，維修時間短，無需架車分解作業；

②A修考慮軸承維護需要，對齒輪箱軸承分解檢查；

③B修考慮橡塑件的老化，墊片磨耗的更換，以及系統設備檢修需求。

(2)區域快線配屬車輛規模少的特點，給車輛運維成本的降低提供有利條件。

(3)建議區域快線在車輛招標過程中，對影響檢修成本的關鍵部件適當延長免維護期的要求。

(4)通過大興機場線車輛運維檢修修程和檢修周期的優化，為城市軌道交通區域快線的建設積累寶貴經驗。

(5)根據區域快線車輛運維需求特點，建議車輛基地的建設應采用互聯互通、資源共享，通過物聯網大數據，實現網絡化運維的原則，為車輛降低運維成本創造條件。

大興機場線車輛狀態及研究成果表明，大興機場線的建設標準為車輛良好的運營狀態提供了根本保證。通過北京軌道交通大興機場線車輛運維標準的研究，在市域(郊)鐵路、區域快線的規劃建設領域，為今后車輛基地的建設、標準規范的制定、運維成本的控制等提供科學的數據支撐、理論基礎和技術保障。