鐵路機輛設備工程規劃研究

李偉東

(中鐵二院工程集團有限責任公司,成都 610031)

鐵路機輛設備包括機務、車輛、動車段(所)，是承擔機車、車輛、動車檢修的場所，裝備了大量先進檢測、檢修設備，一個機輛設備幾乎囊括了鐵路行業所有專業，機輛設備工程是鐵路工程很典型的縮影，折射了鐵路技術的專業性、復雜性、系統性、先進性。機輛設備工程因其重要性，在勘察設計中一般需專題研究。

受制于具體工程設計范圍的限制，當前的機輛設備工程設計多停留在執行規范、滿足規模需求的層面，迫切需要通過規劃設計勾勒出清晰、可行、科學的發展模式和發展途徑[1-2]。國內對鐵路機輛設備工程規劃設計尚無統一固定描述格式，考慮到機輛工程設計內容主要包括：段址選擇、功能定位、設計規模、工藝設計、設備選型5個方面，因此，可以從布點、功能、關鍵技術、總體管理4個方面為主要考慮因素而建立機輛設備工程規劃設計框架。

1 根據路網規劃、機輛制造和檢修技術，合理規劃布點、確定功能

1.1 機務設備

(1)機務設備布點數量和規模基本不再增加

從2012年起，全路直流機車停產，后期均供應交流機車，現行直流機車自然到限報廢。交流機車采用先進的交流傳動技術，牽引力大，國內六軸交流機車HXD3B牽引力可達到9 600 kW，六軸直流機車牽引力最大的機車為SS7，牽引力僅有4 800 kW，1臺HXD型交流機車可替代2臺SS型直流機車。因此，在滿足同樣運能需求的情況下，交流機車相比直流機車配置數量減少一半，截至2017年底，全國鐵路機車擁有量為2.1萬臺，比2016年減少372臺[3]，其中交流機車約占50%[4]。雖然到2030年普速鐵路運營里程還將增建50%，但屆時直流機車基本都替換為交流機車，全路機車配屬量約增加12%。

另外，交流機車由于采用了大量新技術、新材料，交流機車的檢修體現了“重檢測、輕檢修”的特點，交流機車運行1年或20萬km以下時，檢修作業基本上以性能和安全檢查為主，運行2年或50萬km以上，才以深度檢查和定期檢修為主[5]。因此，交流機車相比直流機車檢修頻次低，檢修量小。

綜上所述，全國機車配屬量下降，檢修作業量下降，目前全路共設有69個機務段[6]，機務設備布點數量和規模基本不再增加。

(2)改造既有機務段滿足交流機車C1～C4級修作業需求

我國交流機車采用了C1～C6六級修程。其中C1～C4修基本由各機務段承擔，C5級修由原規劃的7個檢修段和太原、沈陽、北京、蘭州局承擔，C6級修由原路網規劃單位承擔[7]。由于牽引技術等的不同，交流機車檢修和直流機車檢修不盡相同，架車機、清洗設備等部分通用設備可以共用，但交流機車還需配置一些專用檢測設備，比如交流電機檢測設備。

因此，后期存在大量的機務段改造工程，增設交流機車專用檢測設備，不過這些檢測設備多為移動式設備，工藝設計相對簡單，土建工程量相對較小。

(3)樞紐規劃調整，客機整備所因普速車站的調整而擇址遷建

為充分利用城市有限的土地資源，實現經濟效益最大化，很多城市規劃調整客站分工，遷建普速車站至郊外，引起配套客機整備所的遷建。

(4)需與高鐵一并建設救援設施和熱備內燃機車設施

鐵路救援列車設施救援半徑為250 km[8]，熱備內燃機車救援半徑為100 km[9]，高速鐵路需一并配套建設救援列車設施和熱備內燃機車設施。

1.2 車輛設備

(1)貨車設備布點數量和規模基本不變

從我國的貨物運輸以及管理現狀分析，鐵路與公路運輸競爭較為激烈，鐵路主要承擔大宗物資的長途運輸，根據《2018～2020年貨運增量行動方案》，到2020年，全國鐵路貨運量將達到47.9億t，較2017年增長30%，因此貨車的配屬量將進一步增加，貨車設備布點和規模仍需增加[10]。

(2)客車設備布點數量和規模還需增建

根據路網規劃，2017年普速鐵路運營里程為10.2萬km，2030年達到15.5萬km[11]，增加50%，后期普速客車配屬量將隨著普速鐵路的建設穩定增加。普速客車的整備及檢修段所仍需進一步規劃建設。

(3)時速160 km動力集中型動車組的投入，對后期客整所建設提出了新的要求

2017年9月，鐵路總公司公布了時速160 km動力集中電動車組技術條件，以提高客車的利用率，提高運能。動力集中型動車組整備作業除滿足拖車客車整備作業外，還需兼顧動力機車的整備，作業方式類似于動車運用所，因此在后期客整所的建設中需考慮。

(4)樞紐規劃調整，客車技術整備所因普速車站的調整而擇址遷建

普速車站的調整引起配套客車技術整備所的遷建。

1.3 動車設備

(1)高速鐵路的快速建設，動車運用所缺口較大，仍需大量建設

截至2017年底，全國高速鐵路運營里程達到2.5萬km[4]，根據路網規劃，2020年預計達到3萬km，2030年達到4.5萬km[11]。截至2017年底，全國動車組2935標準組[4]，2020年達到3 483組，2030年達到5 541組[12]。動車組的大量投放，相應需要配套建設大量動車設備。

目前全路既有及在建動車運用所檢查線僅有300余條，能力基本飽和。2020年，需檢查線348條，2030年需要554條，存在較大缺口，因此，近期仍需大量建設動車運用所工程。

(2)動車段需進一步增建

目前全路既有7個動車段，基本覆蓋全路動車組檢修需求，上海、廣州、北京、武漢、沈陽、西安、成都動車段分別覆蓋華東、華南、華北、華中、東北、西北、西南地區[13]。經測算，2030年，全路需要312個檢修列位，而目前7個動車段只有102個列位。雖然目前西安等動車段正在擴建，CRH2型動車組也正在考慮延長檢修周期，但由于動車組的大量開行，近期仍存在檢修缺口，需要進一步增建[14]。

2 深入研究工藝設計和設備選型，解決關鍵技術

2.1 工藝設計決定了機輛設備工程檢修能力與效果

工藝設計一直是鐵路機輛設備工程設計的關鍵技術之一，工藝設計具有虛擬先導性。

近年來機務、車輛設備重點開展標準化整備作業，設計過程中應注重新技術、新設備的使用條件，相應設置房屋、線路、管溝等配套工程。動車組運用所經過了近十年的發展和積累，工藝方案成熟，動車運用所股道較多，一般采用兩場或三場縱列式布置，存車場接車站，采用列車模式，可快速接發車。動車段檢修庫房較多，由移車臺連接采用并列式布置，檢修工藝復雜，不斷推出新技術、提出新要求。

2.2 設備承載著工程的功能、效率，應滿足“適應、高效、節能、人機工程”的要求

設備是機輛工程實現檢修功能的實物載體，設備選型、配置數量決定了檢修效率。設備可分為檢測、檢修、輔助生產、辦公設備，各類設備選型重點不同。

(1)檢測設備

檢測設備滿足機輛狀態修需求，體現自動化、快捷化、動態檢等特點。比如輪對動態檢測設備、自動過分相檢測、空心軸探傷設備等。檢測設備應具有高可靠性、數據可信、安裝簡易[15-16]。

(2)檢修設備

檢修設備滿足機輛定期預防修需求。比如不落輪鏇輪車床、輪對壓裝設備、轉向架更換設備等。檢修設備運行應具備高穩定性、生產精確、效率高[17]。

(3)輔助生產設備

輔助生產設備不直接用于檢修機車、車輛，而是作為檢修設備的輔助設施，比如轉輪器、作業平臺、搬運車輛、登車梯等。輔助生產設備主要體現適用、節能、舒適。

(4)辦公設備

辦公設備主要指辦公信息化設備，用于對生產、人員的信息管理。一般采用分級多模塊管理。辦公設備可使得生產質量可控、生產效率高、管理便捷。

3 做好總體策劃和接口設計

機輛設備工程相比一般鐵路工程設計更具有復雜性、系統性、非唯一性等特點。因此，總體管理的作用就非常重要了，優秀的總體管理可使得的項目向預定方向良好發展，達到按期完成、保證質量、投資可控的目的[18-19]。

(1)做好總體策劃

總體策劃是經過分析、推理、判斷等一系列思維活動對技術進行了合理的重構，總體策劃對設計工作的開展具有指導性作用[20]。包括評估總體組現狀、分析工程面臨的機會與挑戰、確定工作目標、制定技術標準、明確外部條件等內容。

(2)采用強矩陣式，做好總體管理，加強專業接口

一個機輛設備工程由十幾個專業組成，幾乎涉及鐵路設計行業所有專業。因此，專業接口管理尤為重要。目前設計行業主要采用矩陣式項目管理，這種管理方式天然的缺點就是當職能領導和總體發生矛盾時，專業負責人往往犧牲總體的利益而聽從職能領導，使得項目執行力不高，積極性不高，延伸至項目中，使得設計成果低質化。

采用強矩陣式項目管理方式，總體加強行政、技術、質量監管。技術上，總體優先制定設計方案，提前與相關生產院會審。質量上，增加對各專業技術文件復核工作；行政上，與生管部一并協調各個專業負責人，注重項目評優策劃，增強各專業負責人個人榮譽感，增強工作積極性，有序推進工程設計。

4 結論

規劃設計是鐵路工程設計的必然選擇，體現了工程設計的系統性、前瞻性的理念，對破解機輛設備工程設計發展難題，促進工程建設有序進行具有非常重要的意義[21]。針對機輛設備工程規劃設計，結論如下。

(1)機務設備布點基本不再增加，貨車設備和客車整備設備布點不足，動車運用所布點缺口較大，動車段仍會增建。

(2)機務設備需進一步補強交流機車專修設備，客車整備設備工程設計需考慮滿足時速160 km動力集中型動車組整備作業需求。

(3)工藝設計和設備選型是機輛設備工程設計的關鍵技術，需深入研究。

(4)采用強矩陣項目管理方式提高總體管理水平，增強工程設計的系統性。