城市軌道交通車輛均衡檢修模式分析研究*

劉 佳 李瑞榮

(廣州鐵路職業技術學院機車車輛學院， 510430， 廣州∥第一作者， 工程師)

我國城市軌道交通線路大多采用壓縮行車間隔的方法來提高線路運能。列車長期超負荷運營將導致車輛故障的絕對數增加，車輛扣車檢修(以下簡稱“扣修”)時間增長，供車率(可上線列車數與配屬列車數的比值)下降。為緩解此矛盾，許多城市軌道交通企業進行了積極的探索，車輛均衡檢修(以下簡稱“均衡修”)模式是目前較為成熟的車輛維修策略。

1 城市軌道交通車輛預防性計劃檢修制度

我國城市軌道交通車輛檢修制度基本沿用干線鐵路的經驗，采用日常維修和定期檢修結合的預防性計劃修(以下簡稱“計劃修”)模式。隨著車輛運用和維修經驗的積累，通過對車輛故障的統計分析、研究車輛零部件的損傷規律，能不斷優化車輛的檢修修程。以某地鐵線路的A型車為例，其車輛檢修周期如表1所示。車輛檢修修程以走行公里數或時間間隔為基準，達到檢修周期的車輛即扣修，計劃性檢修的扣修時間較長，列車上線率難以提高。

表1 某地鐵線路A型車檢修周期表

2 傳統計劃修模式對供車率的影響

2.1 檢修車對供車率的影響

城市軌道交通線路的車輛配屬是根據設計階段對近、遠期的客流預測和車輛檢修制度綜合考慮確定的。配屬列車數Np根據運用方式的不同，可分為運用列車數Ny、備用列車數Nb和檢修列車數Nj，其相互關系的計算式為：

Np=Ny+Nb+Nj

(1)

對于已開通運營的城市軌道交通線路而言，在Np固定、Nb相對固定(一般為1～2列)的情況下，如要增加Ny，只有減少Nj。Nj包括架大修送修的列車數Ns、鏇修列車數Nx、臨修列車數Nl及庫停檢修列車數Nk，其數量關系為：

Nj=Ns+Nx+Nl+Nk

(2)

分析式(2)可知，Ns、Nx、Nl均有固定的配比，因而，檢修車中唯一可調整的只有Nk。以某地鐵線路為例，該線的列車數據為:Np=30，Nb=1，Ns=1，Nx=1，Nl=1，則Ny+Nk=26。由此可知，要增加Ny、提高供車率，就必須減少Nk，而Nk取決于車輛檢修周期及各級檢修的扣修時間。

2.2 車輛年扣修總時間及供車率分析

城市軌道交通車輛的年扣修總時間Tz由車輛的各級修程扣修時間Ti計算而得:

(3)

式中：

Ti——每級修程的年扣修時間之和；

ti——每級修程每次扣修的時間；

mi——每級修程每年扣修的次數；

i——自然數序列；

n——修程的級數(不含架大修)。

以表1為例計算，該線路列車的年檢修計劃包括年檢、半年檢和月檢，則每列車年扣修時間為：

Tz=t1m1+t2m2+t3m3

(4)

式中：

t1——年檢扣修時間；

t2——半年檢扣修時間；

t3——月檢扣修時間；

m1——年檢的扣修次數；

m2——半年檢的扣修次數；

m3——月檢的扣修次數。

該線路實際的車輛檢修計劃分別為：①年檢的扣修時間為5 d，扣修次數為1次；②半年檢的扣修時間為3 d，扣修次數為2次；③月檢的扣修時間為1 d，扣修次數為12次。由于高等級修程涵蓋低等級修程中的檢修內容，因此應扣除低等級修程中重復計算的扣修次數。由此可得：t1= 5，m1= 1；t2= 3，m2=1；t3= 1，m3= 10。將t1、t2、t3、m1、m2、m3分別代入式(4)，可得到該線每列車年扣修時間Tz為18 d。

全線所有列車的年扣修時間T的計算式為：

T=TzNp

(5)

該線的Np=30，則T為540 d。設年工作日為Tg，則每天扣修列車數Nk的計算式為：

Nk=T/Tg

(6)

采用輪班工作制時Tg取365 d，采用非輪班工作制時考慮節假日因素Tg取250 d。由此可得到Nk的取值在1.5～2.2列之間，Nk取整數為2列。該線的Ns=1，Nx=1，Nl=1，由式(2)可得Nj=5，則進一步計算得到該線的供車率為83%。

由此可見，計劃修下若線路的每日停運列車數量較多，將導致供車率偏低。隨著線路客流量的增加、行車間隔的進一步縮短，在配屬列車數不增加的前提下，計劃修已無法滿足線路供車數量的要求。

3 城市軌道交通車輛的均衡修模式

3.1 城市軌道交通車輛均衡修建立的基礎

3.1.1 城市軌道交通車輛修程的特點

月檢、半年檢和年檢這三級修程主要是進行車輛設備的外觀、功能檢查，簡單的維護、保養以及基本的測量、測試，具有檢修程度淺的特點，大部分的檢修內容對車輛的系統設備和車輛的整體功能沒有直接影響。可利用這一特性調整維修時機，建立均衡修模式。

均衡修是依據原有車輛檢修修程中對檢修周期和扣修時間的規定，提出將原來集中在某幾個檢修時間段內進行的月檢、半年檢或年檢任務分散到列車在運營期間的不上線時段或較低級別的修程中，使得整個檢修工作分散而均勻。

3.1.2 城市軌道交通列車運行窗口期

城市軌道交通線路的運營時間一般為5:00—24:00，線路客流量在高峰、平峰、低峰不同時段各具特點。在客流的早、晚高峰時段和非高峰時段，城市軌道交通線路的上線列車數各有不同，因此，在非高峰時段有一定數量的列車將退出正線運營。本文將列車在運營期間的不上線時段定義為列車運行窗口期。

以上文的地鐵線路為例，該線的Np為30列，圖1為該線不同時段的上線列車數。與計劃修將車輛扣停全天不同，均衡修針對非高峰期退出服務的列車，利用其運行窗口期實施檢修。該線早高峰時段為6:30—9:30，晚高峰時段為16:30—19:30，考慮出入庫時間后，列車在早、晚高峰之間的運行窗口期為10:00—16:00，時長為6 h。由于運行窗口時間較短，無法完成月檢、半年檢及年檢所有的檢修項目，因此將月檢、半年檢及年檢三級修程的檢修內容拆分，分散到多個列車運行窗口期內完成。

圖1 案例線路不同時段的上線列車數Fig.1 Number of vehicles on line at different times of case line

3.2 建立城市軌道交通車輛均衡修的工作流程

構建均衡修工作流程的基本前提是在不降低檢修強度的基礎上拆分原有計劃修模式下的檢修內容。均衡修的確立可以分為5個階段，其檢修內容的整合如表2所示。

表2 均衡修模式對城市軌道交通車輛檢修內容的整合

1) 第1階段：確立車輛最小維修間隔時間，計算均衡修項目個數。如表2所示，被拆分檢修作業中，最高級別為年檢，最低級別為月檢，則車輛的最小維修間隔時間為1個月。

2) 第2階段：分析計算列車運行窗口期的檢修能力。保持月檢的檢修內容不變，將半年檢的檢修任務按工時拆分為6份，將年檢的檢修任務按工時拆分為12份。

3) 第3階段：為保證原有檢修強度，將2次半年檢檢修內容、1次年檢檢修內容與月檢內容拼接，以確保所有車輛在1年內完成12次月檢、2次半年檢和1次年檢所有的檢修內容。如表2所示，以1月份為例,該月的車輛執行均衡修內容1包括了月檢、半年檢內容1和年檢內容1所對應的檢修項目。

4) 第4階段：根據實際情況，科學、合理地調整每個均衡修的檢修內容，刪除同一車輛中設備和部件的重復性、低級別的檢修內容，根據車輛檢修工藝流程重組生成新的檢修工藝文件。

5) 第5階段：對初步完成的12個修程計劃進行微調及優化，注意計劃完成時間的平衡性，以保證扣修時間的最大化利用。注重修程各項目之間的關聯性，盡量避免重復修、過度修。

3.3 檢修周期對城市軌道交通車輛均衡修的影響

均衡修是將計劃修下以列車作為檢修對象轉換為以車輛各系統設備、零部件作為檢修對象，因此，車輛設備及零部件的檢修周期直接影響均衡修項目的設置。對于拆分為12個批次的均衡修項目，只有當車輛設備及零部件的檢修周期時間為12的公約數時，才能將該設備及部件的檢修內容列入均衡修項目，形成周期性的預防性檢修。當車輛設備及零部件的檢修周期不滿足上述要求時，為了有效地執行預防性維修，可另行設置針對某一設備或部件的“專項修”。

4 實施均衡修的優點及制約因素

4.1 均衡修的優點分析

4.1.1 提高了車輛部門的供車率

與計劃修相比，執行均衡修縮短了車輛的庫停檢修時間，單列車全年所需的檢修時間由原來的18 d減少到12 d，供車率由原來的83%提升至90%(見表3)，可在配屬車輛數不變的前提下最大限度地增加運用列車數，為在客流高峰時段縮短行車間隔、提高運能創造條件。

表3 計劃修與均衡修下的供車率對比

4.1.2 簡化了檢修工作計劃

將全年的車輛檢修工作均衡拆分到12個月中，每個月所有車輛執行同一份檢修規程(如1月份執行均衡修內容1)，改變了以往1個月執行多份修程的現象，大幅降低了編排檢修作業計劃的工作強度。

4.1.3 提高了檢修的靈活性

各均衡修任務間為并列關系，可根據當地的地域和氣候特點科學、合理地安排均衡修項目內容。例如，在重大節假日前進行設備普查，在南方潮濕天氣來臨前進行電氣設備的清潔維護，在夏季高溫前完成車輛空調檢修，走行部換油等作業量大的車底作業盡量避開高溫酷暑季節等。這樣，一方面可減少因客流變化和設備超負荷運行而造成故障集中爆發，減少正線運行車輛的故障率；另一方面也可改善檢修工作環境，體現對檢修人員的人文關懷。

4.2 均衡修的影響因素

1) 配屬車輛數Np。均衡修將檢修任務安排在1個或多個列車的運行窗口時間內進行。然而，像蓄電池維護、繼電器整改等任務所需耗時較長(如蓄電池維護時需要充電3次、放電2次，歷時2 d)，無法在1個列車運行窗口內實施且不能分段進行，這就需要將列車扣停檢修。因此，車輛檢修部門仍需有足夠的備用列車數，以確保正線運營。

2) 列車在正線的運營情況。均衡修下非高峰時段列車按計劃退出正線、入庫檢修。但是，受正線運營情況的影響，原定回庫列車有可能無法正常回庫，從而可能導致既定的檢修任務無法按計劃完成。因此，必須保證在列車的運行窗口期內檢修能力富余，對于無法按計劃執行均衡修任務的列車，應順延至后續的運行窗口期完成其檢修任務。

3) 列車運行窗口時間的檢修能力。隨著城市軌道交通線網的持續擴大，線網的配屬車輛數不斷增加，需要相應地增加列車運行窗口期的檢修能力，以滿足檢修工作量擴大后的需求。考慮到人員變動及其他特殊情況，列車運行窗口期的檢修能力可按其實際檢修工作量1.5倍進行設置。檢修能力的增加在一定程度上意味著檢修人員數量的增加，也就意味著維護成本的增加。對擬采用均衡修的線路，必須嚴格計算列車運行窗口期的檢修能力，分析現有檢修能力能否完成配屬車輛數的均衡修任務。

4) 檢修人員的檢修能力及工作效率。計劃修模式下，檢修班組按修程等級設置，其檢修內容固定，檢修人員只需完成對應級別的檢修任務，因而對檢修作業的流程較為熟悉、檢修的熟練度較高，且各級修程預留有固定的扣修時間，檢修工作時間安排也較寬裕；均衡修模式下，由輪值班組人員配合定修班組人員共同完成均衡修任務，車輛每月執行同一均衡修任務，但不同月份的檢修任務各異，這在一定程度上造成檢修人員對檢修作業不夠熟悉，不利于檢修工作效率的提高。

5 均衡修模式存在的問題及改進方向

1) 采用均衡修需要科學的管理。為發揮均衡修的最大效能，需從以下3個方面入手：①加強車輛部件故障周期的統計管理，根據部件故障的周期變化特征及規律及時調整均衡修項目內容；②落實維修人員的修前培訓，避免因對檢修項目不熟悉造成人為失誤；③加強檢修設備和備品的管理，從物料、設備方面保證均衡修項目的順利實施。

2) 車輛部件仍存在欠修或過修的問題。均衡修是在拆分計劃修修程基礎上形成的一種新的檢修策略，其本質仍為預防性計劃檢修，并未從根本上改變車輛檢修以預防為主的固有屬性。由于車輛零部件具有不同的使用壽命和故障周期，且維修范圍廣、維修程度不一致，為便于車輛檢修工作組織，使檢修工作具有計劃性，維修任務設置往往具有較大的冗余度，使得部分車輛零部件存在過修問題。均衡修在車輛設備和部件的檢修時機上并沒有做出太大的改善，也不可能完全避免欠修和過修的情況。為進一步提高車輛的檢修效率、降低維修成本，需要逐步引導車輛部件檢修向狀態修的方向發展。

6 結語

均衡修能夠有效地減少車輛的庫停檢修時間,提高供車率，并創造良好的社會經濟效益。然而，均衡修作為預防性計劃檢修制度的一種新的表現形式，在實施過程中需要進行科學的管理，這樣才能發揮其最大效能。要真正實現城市軌道交通車輛的精益維修，必須確定車輛所有零部件的使用壽命和維修周期，對關鍵部件進行狀態監測，并建立模型來精確預測車輛零部件的使用壽命，進而實行按需修理。因此，預防性狀態修模式將是未來城市軌道交通車輛檢修的發展方向。