面向綠色化的城軌基礎(chǔ)設(shè)施檢測模式分析

魏志恒，王文斌，李明航，楊起帆

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

1 背景

2021年，中共中央、國務(wù)院先后發(fā)布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》（以下簡稱《意見》）[1]和《2030碳達(dá)峰行動方案》[2]，為貫徹新發(fā)展理念、落實“碳達(dá)峰、碳中和”（以下簡稱“雙碳”）戰(zhàn)略制定了時間表和路線圖?！兑庖姟访鞔_指出要積極引導(dǎo)低碳出行，加快城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）等大容量公共交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[1]。

截至2021年12月31日，我國大陸地區(qū)（不含港澳臺）累計有50座城市開通運(yùn)營城軌，總里程達(dá)9 192.62 km[3]，未來線網(wǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。為響應(yīng)國家雙碳戰(zhàn)略，中華人民共和國交通運(yùn)輸部、中國城市軌道交通協(xié)會陸續(xù)頒布《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》[4]、《城市軌道交通發(fā)展戰(zhàn)略與“十四五”發(fā)展思路》[5]等文件，推廣低碳設(shè)施設(shè)備，全面推進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型已成為城軌行業(yè)的發(fā)展趨勢。

基礎(chǔ)設(shè)施檢測是關(guān)系城軌安全運(yùn)營的重要工作，受建設(shè)規(guī)模及技術(shù)水平等因素影響，基礎(chǔ)設(shè)施檢測多以人工、小型檢測設(shè)備為主。隨著運(yùn)營單位對檢測質(zhì)量及效率的要求不斷提高，內(nèi)燃機(jī)專業(yè)檢測車逐步得到應(yīng)用，如軌檢車、網(wǎng)檢車、探傷車等。然而，國家雙碳戰(zhàn)略布局下，現(xiàn)行的檢測設(shè)備配置體系已無法滿足綠色低碳的新發(fā)展理念要求。如何采用先進(jìn)的檢測技術(shù)、科學(xué)的檢測模式構(gòu)建綠色低碳檢測體系，是目前城軌綠色化發(fā)展亟待解決的問題之一。

2 城軌基礎(chǔ)設(shè)施檢測現(xiàn)狀

城軌基礎(chǔ)設(shè)施是包含軌道、隧道、橋梁、接觸網(wǎng)等的復(fù)雜系統(tǒng)。隨著線路運(yùn)營時間的累積，長期高強(qiáng)度的在線服役導(dǎo)致各類病害頻發(fā)。通過開展綜合檢測工作可及時發(fā)現(xiàn)病害、指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修，從而保障運(yùn)行安全、延長系統(tǒng)壽命。目前，城軌基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)檢測包括靜態(tài)和動態(tài)2種[6-7]，城軌部分基礎(chǔ)設(shè)施檢測周期和檢測方式如表1所示。

表1 城軌部分基礎(chǔ)設(shè)施檢測周期和檢測方式

近年來，城軌行業(yè)雖然引進(jìn)了部分運(yùn)營電客車搭載式檢測設(shè)備，但仍以人工、低速、單系統(tǒng)檢測為主，檢測效率低、工作強(qiáng)度大。目前，大多數(shù)運(yùn)營線路配置了網(wǎng)檢車、軌檢車等大型檢測設(shè)備，但是受行車速度、車輛制式等因素制約，無法適應(yīng)線網(wǎng)級的檢測需求。同時，專業(yè)檢測車一般為內(nèi)燃機(jī)車，檢測耗能高、系統(tǒng)搭載能力有限，無法滿足綠色低碳的新發(fā)展需求。

3 城軌綜合檢測列車應(yīng)用分析

隨著檢測技術(shù)發(fā)展革新、運(yùn)維理念發(fā)展轉(zhuǎn)變，更高水平的綜合檢測技術(shù)逐漸在城軌行業(yè)得到了推廣應(yīng)用。

3.1 鐵科院城軌綜合檢測列車概況

依托國家發(fā)展和改革委員會“城市軌道交通綜合試驗檢驗工程”項目支持，中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司借鑒高速鐵路綜合檢測車與綜合巡檢車的建設(shè)經(jīng)驗，成功研發(fā)了城軌綜合檢測列車（以下簡稱“綜檢車”），如圖1所示。綜檢車采用3節(jié)編組B型電客車，兼容DC1500V接觸網(wǎng)、DC750V/1500V接觸軌多制式供電，最高運(yùn)行速度120 km/h，可實現(xiàn)軌道、隧道、接觸網(wǎng)、通信、信號等專業(yè)80余個系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的同步獲取，具體檢測內(nèi)容及配套建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化運(yùn)維平臺如圖2所示。

圖1 綜檢車車輛段現(xiàn)場?？繄D

圖2 綜合檢測車檢測內(nèi)容

3.2 應(yīng)用效果

2021年12 月，綜檢車在北京地鐵線路實現(xiàn)了首次工程化應(yīng)用，填補(bǔ)了以綜合檢測列車對城軌線路進(jìn)行檢測評估的空白。綜合檢車應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的部分典型病害如圖3所示。

圖3 部分典型病害

綜檢車有助于統(tǒng)籌優(yōu)化線網(wǎng)級檢測資源，替代各專業(yè)內(nèi)燃檢測車、小型檢測設(shè)備。此外，通過高速運(yùn)行狀態(tài)下線路全斷面關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的主動感知，為實現(xiàn)智慧運(yùn)維提供了必要的數(shù)據(jù)資源。

4 面向綠色化的綜合檢測裝備配置方案

隨著城軌網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的深入推進(jìn)、多網(wǎng)融合的有序發(fā)展，更加綠色、高效、智能的綜合檢測技術(shù)有望得到廣泛應(yīng)用。

4.1 不同車載綜合檢測模式對比

目前，除綜檢車外，基于綜合檢測列車、運(yùn)營電客車搭載、工程車檢測平臺/電驅(qū)檢測平臺的綜合檢測模式也均有所應(yīng)用。各類檢測模式技術(shù)對比，如表2所示。不同檢測模式適用性差異明顯，綜合檢測工作開展過程中，應(yīng)充分結(jié)合實際運(yùn)營情況選擇合理的檢測模式。

表2 不同車載檢測模式對比

為進(jìn)一步明確檢測系統(tǒng)配置方案，本文對應(yīng)用較為成熟的檢測系統(tǒng)在不同載體上的適用性作了對比分析，如表3所示。由表3可知，綜合檢測車系統(tǒng)搭載能力最強(qiáng)，可適用于全部關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的檢測工作；隧道移動三維激光檢測及鋼軌探傷系統(tǒng)檢測要求檢測速度較低，無法實現(xiàn)運(yùn)營電客車搭載檢測模式；工程車平臺和電驅(qū)平臺整體搭載能力較弱。

表3 各檢測系統(tǒng)的在不同平臺的適用性情況

4.2 綜合檢測設(shè)備配置方案分析

開展城軌基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測的基礎(chǔ)目標(biāo)是通過檢測數(shù)據(jù)評估關(guān)鍵系統(tǒng)的服役狀態(tài)并指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修，從而確保運(yùn)營安全。但隨著人民群眾對“美好出行”需求的日益增強(qiáng)，穩(wěn)步提升運(yùn)營品質(zhì)的同時，逐步實現(xiàn)綠色低碳運(yùn)維并最終實現(xiàn)智慧運(yùn)維已經(jīng)成城軌基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維發(fā)展的新目標(biāo)，如圖4所示。

圖4 城軌運(yùn)維需求發(fā)展示意圖

綜合考慮城軌運(yùn)營規(guī)模及發(fā)展需求，為實現(xiàn)綠色低碳的綜合檢測，以運(yùn)營電客車搭載式檢測為主，并根據(jù)線網(wǎng)情況搭配一定數(shù)量綜合檢測列車或新能源檢測平臺有望成為主流的檢測模式。據(jù)此，本文具體提出2種綜合檢測設(shè)備配置方案。

4.2.1 方案1：運(yùn)營電客車搭載+綜合檢測列車

此方案適用于已經(jīng)或者近期可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的線路，具備互聯(lián)互通條件的城市，運(yùn)營電客車搭載功能定位如下。

（1）解決車輛運(yùn)行安全及品質(zhì)監(jiān)測問題，滿足乘客安全性和舒適性要求。

（2）解決軌道高頻巡檢，占用天窗過多的問題。

城軌綜合檢測列車功能定位如下。

（1）實現(xiàn)線網(wǎng)級基礎(chǔ)設(shè)施全斷面狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化感知。

（2）支撐基礎(chǔ)設(shè)施服役周期內(nèi)狀態(tài)綜合評估，輔助智慧運(yùn)維，具體配置方案如圖5所示。

圖5 城軌綜合檢測列車+運(yùn)營電客車搭載推薦實施方案

4.2.2 方案2：運(yùn)營電客車搭載+電驅(qū)平臺/工程車（新能源）平臺

此方案適用于運(yùn)營線路少、不具備互聯(lián)互通條件的城軌線路，運(yùn)營電客車搭載功能定位如下。

（1）解決車輛運(yùn)行安全及品質(zhì)監(jiān)測問題，滿足乘客安全性和舒適性要求。

（2）解決軌道高頻巡檢，占用天窗時間過多的問題。

（3）補(bǔ)充工程車平臺/電驅(qū)平臺檢測缺項。

（4）支撐基礎(chǔ)設(shè)施服役周期內(nèi)狀態(tài)綜合評估，輔助智能化運(yùn)維。

電驅(qū)平臺/工程車（新能源）平臺功能定位如下。

（1）解決線網(wǎng)適用性問題，方便轉(zhuǎn)線。

（2）補(bǔ)充運(yùn)營電客車檢測缺項。

（3）支撐基礎(chǔ)設(shè)施服役周期內(nèi)狀態(tài)綜合評估，輔助智慧運(yùn)維，具體配置方案如圖6所示。

圖6 運(yùn)營電客車搭載+電驅(qū)平臺/工程車（新能源）平臺推薦實施方案

5 結(jié)語

城軌基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測是保障運(yùn)營安全、穩(wěn)步提升運(yùn)營品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。推廣應(yīng)用綠色檢測技術(shù)，科學(xué)制定檢測模式、優(yōu)化配置檢測裝備系統(tǒng)是挖掘城軌節(jié)能減排潛力的關(guān)鍵舉措。國家雙碳戰(zhàn)略大背景下，城軌發(fā)展應(yīng)遵循新發(fā)展理念，加強(qiáng)統(tǒng)籌謀劃和頂層設(shè)計，進(jìn)一步推進(jìn)先進(jìn)檢測裝備與運(yùn)維業(yè)務(wù)深度融合，助力推進(jìn)城軌行業(yè)雙碳目標(biāo)實現(xiàn)。