地鐵市域快線工務智能巡檢設備運用與探索

陳 飛

（成都地鐵運營有限公司，四川成都 610051）

2020年全國軌道交通新增運營里程1 349.70 km，新增運營車站836座。截至2020年12月31日，內地共有44座城市開通城軌運營里程7 715.31 km，運營車站5 189座。2020年成都軌道交通先后開通5條地鐵線路（運營里程187.5 km），線網累計開通13條（運營里程558 km），包括有軌電車1條（運營里程39 km）；第四期規劃批復約176.6 km線路，遠期（2035年）規劃軌道交通線路1 389 km，市域鐵路線路277 km。國家全面邁入軌道交通大發展階段，成都地鐵市域快線速度達140 km/h，包括17號線、18號線，后續還將開通速度達160 km/h的市域快線。

市域快線具有延伸遠、區間長及運行速度快的特點，為工務設備養護帶來全新挑戰。隨著客觀條件的改變及線路設備高標準的要求，必須改變維保模式，投入現代化、智能化的巡檢設備。

1 工程概況

18號線作為成都軌道交通的首條市域快線，連接火車南站與天府機場兩大交通樞紐，線路全長約69.394 km，共設置13座車站，車輛段1座，擁有6個超過5 km的長大區間，平均站間距5.963 km。其中，天府新站至三岔站區間長達19.16 km，正線設計最大行車速度為140 km/h。

2 現有巡檢模式

為了確保線路設備質量，根據修程要求，工務維保單位需對線路設備進行每日巡檢，兩次巡檢間隔不超過48 h。巡檢時必須以約2 km/h的速度全面查看線路，巡視內容包括鋼軌、道岔、道床、軌枕、聯結零件、排水設施、標志標牌等。

18號線平均每3 km設置區間風井、隧道斜井及疏散通道，作為施工作業進出通道，結合車站、區間進出通道布局情況，每名巡檢人員單次作業巡檢工作量約6～8 km。目前，正線需18人同時巡檢作業。運營延時將嚴重影響巡檢作業的順利進行。

以興隆站-天府新站-三岔站區間為例，興隆站-天府新站區間距離為5.28 km、天府新站-三岔站區間距離為19.16 km（含一座礦山法施工隧道，長9.67 km）。兩個區間共需7名巡檢員同步開展作業，巡檢員需從車站、隧道斜井、區間疏散通道等位置分散進出，巡視徑路復雜，人員需求量大。天府新站-三岔區間穿越龍泉山脈，隧道斜井、區間疏散通道處于山區，從區間中部進出存在人身隱患，安全卡控難度大，可能出現緊急情況。

3 智能巡檢機器人情況

傳統人工步行巡檢方式受線路客觀條件限制及巡檢人員業務技能、責任心等影響，人力投入較大、巡檢效率不夠高，可能出現漏巡、漏檢問題，急需高效、高科技設備分擔人工巡檢作業。引入軌道智能巡檢機器人，可以在一定限度釋放勞動力，提高巡檢效率及準確率[1-2]。

3.1 機器人基本情況

軌道智能巡檢機器人采用鋰電池供電，可以乘坐2人；外形尺寸1 750 mm×1 843 mm×1 120 mm，自重約285 kg；巡檢機器人行車速度為0～15 km/h，續航里程不低于50 km，續航時間不少于3 h，適用線路最大坡度為40‰；具有電機制動、電磁剎車、手剎3種制動方式，常規制動距離小于30 m、緊急制動距離小于5 m（15 km/h，平直軌道）；檢測設備防護等級為IP65，定位精度不超過2 m；設備不計軸，不會影響其他專業設備。

智能巡檢機器人使用模式為機器調試（激光標定、設備連接、電子地圖錄入）→首次線路運行（數據采集）→線路建模→二次線路運行（邊檢邊報）→病害離線處理、病害分析。

3.2 機器人試用情況

2021年1月，18號線智能巡檢機器人開始設備調試，在18號線試車線、正線興隆-天府新-三岔等區間進行超過20次調試及試跑，驗證智能巡檢機器人適用于18號線，具有長大區間的線路特點。

針對布置扣件松動（脫落）、軌距塊缺失、螺栓松動、道床面異物、調距扣板缺失（斷裂）等常見病害，對巡檢機器人的在線檢測與離線病害識別功能進行測試。

功能驗證及驗證結果如表1所示。

表1 功能驗證及驗證結果

由表1可知，巡檢機器人能夠較好地識別道床異物、彈條松動（脫落）等病害，精度較高，試驗階段現場布設各類病害19處，在線檢出15處，檢出率79%；離線檢出檢出19處，檢出率100%。硬件方面，巡檢機器人的運行速度、續航里程、荷載能力、爬坡能力、制動能力、檢測范圍等實際性能指標滿足設計標準及使用需求。

4 巡檢實施情況

在市域快線引入軌道智能巡檢機器人，可以加強軌道設備風險管控，彌補人工作業不足，在提升作業效率、質量的同時推進維保作業的信息化、智能化，降低作業人員從區間進出軌行區發生人身安全隱患的概率。

巡檢機器人上道作業前，完成施工方案編制及應急預案編制。設備操作需要2名負責人，施工負責人（1人）負責辦理請銷點手續，按照作業方案組織、指揮、監督作業過程，調度溝通；設備操作（1人）負責機器人上線后的操作控制及軌道數據采集。針對可能出現的平板電腦通信中斷、電機自保護或故障、同步輪帶斷裂、電磁剎車無法釋放、電池虧電或故障、脫軌等故障，提前進行預想并編制解決方案，同步梳理緊急情況下軌行區可以存放機器人設備區域，確保突發情況不影響次日行車。

18號線作業點時間基本為0：40—4：20，根據試用情況除去請銷點、設備搬運時間、上道準備及適當預留時間等環節，機器人實際作業時間約2 h。機器人組裝完成，通電開機，觀察視覺模塊激光線對齊情況，以5 km/h速度進行低速短距離（20 m）試跑，確認機器人通信、驅動、制動和數據采集功能正常后正式行駛，行駛速度不超過15 km/h，單次作業可以完成約28 km的線路巡檢任務。結合作業點情況，在興隆-三岔區間開展巡檢作業，區間全長24.44 km。上下行作業各需1次作業點，由2人完成設備操作，與人工巡視相比，可以減少5人。

巡檢時間節點梳理如表2所示。

表2 巡檢時間節點梳理

試用巡檢機器人時開展操作人員培訓，確保工作人員熟悉機器人的組裝、拆卸、操作、日常小故障處理，具備獨立開展作業能力。

5 后續研究情況

5.1 全線巡檢作業開展

結合2021年機器人使用情況對修程進行優化，考慮18號線線路總長情況及日常各專業作業對計劃的需求，逐步推廣巡檢機器人使用。

（1）初期巡檢方式為巡檢機器人+人工巡檢，每月對全線采取機器人覆蓋1次，將全線劃分為火車南-興隆（23.952 km）、興隆-三岔（24.398 km）、三岔-機場北（21.078 km）3個區段進行累計覆蓋，需6個動車作業點（上下行各3個）。作業結束機器人返回車站庫房，將電池帶回充電，次日完成數據分析。當周有機器人巡檢作業時，人工開展1次步行巡檢，無機器人巡檢情況下隔日開展巡視，人工巡檢時對機器人巡檢發現且當場無法處置的問題進行復核、整改，同步側重智能巡檢機器人無法覆蓋的道岔、輔助線、聯絡線、疏散平臺及以上部位。

（2）結合遠期新線規劃、建設、投用，進一步補充智能巡檢機器人數量，力爭達到50 km/臺配置標準，機器人巡檢由初期的每月1次加密為每2周1次，機器人巡檢占比不低于50%。

（3）結合智能巡檢機器人的運用，完善修程，優化步行巡檢要求、標準，由每日1次（不超48 h）調整為每周1次，巡檢側重巡檢機器人無法覆蓋范圍及上部土建結構設備，提高巡檢覆蓋范圍、內容并注重巡檢質量，人員力量更多投入故障處置、設備整修中。

（4）巡檢作業開展過程中，提升巡檢機器人作業安全卡控，完善作業指導書等內容，研究與探傷小車等巡檢設備共用作業點及兼顧與其他作業聯控，減少巡檢機器人對作業區域要求。

5.2 巡檢作業提升策略

持續優化、提升檢測精確度，減少誤報率，保證識別功能具有普遍性。研究道岔及有護軌地段鋼軌等結構較復雜的軌道設備檢測，提高檢測全面性。積累經驗、技術，為后續巡檢機器人改進及車載式巡檢系統打下基礎。

6 結語

十四五是軌道交通大發展階段，設備運維面臨非常大的挑戰與壓力，應充分研究、運用智能化、機械化的作業工器具、手段，智能化檢測、監測設備是下一階段的研究方向與重點和解決問題、提升效率、提高質量的有效方式。