面向綠色化的城軌基礎設施檢測模式分析

魏志恒，王文斌，李明航，楊起帆

（中國鐵道科學研究院集團有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

1 背景

2021年，中共中央、國務院先后發布《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》（以下簡稱《意見》）[1]和《2030碳達峰行動方案》[2]，為貫徹新發展理念、落實“碳達峰、碳中和”（以下簡稱“雙碳”）戰略制定了時間表和路線圖。《意見》明確指出要積極引導低碳出行，加快城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）等大容量公共交通基礎設施建設[1]。

截至2021年12月31日，我國大陸地區（不含港澳臺）累計有50座城市開通運營城軌，總里程達9 192.62 km[3]，未來線網規模將進一步擴大。為響應國家雙碳戰略，中華人民共和國交通運輸部、中國城市軌道交通協會陸續頒布《綠色交通“十四五”發展規劃》[4]、《城市軌道交通發展戰略與“十四五”發展思路》[5]等文件，推廣低碳設施設備，全面推進綠色轉型已成為城軌行業的發展趨勢。

基礎設施檢測是關系城軌安全運營的重要工作，受建設規模及技術水平等因素影響，基礎設施檢測多以人工、小型檢測設備為主。隨著運營單位對檢測質量及效率的要求不斷提高，內燃機專業檢測車逐步得到應用，如軌檢車、網檢車、探傷車等。然而，國家雙碳戰略布局下，現行的檢測設備配置體系已無法滿足綠色低碳的新發展理念要求。如何采用先進的檢測技術、科學的檢測模式構建綠色低碳檢測體系，是目前城軌綠色化發展亟待解決的問題之一。

2 城軌基礎設施檢測現狀

城軌基礎設施是包含軌道、隧道、橋梁、接觸網等的復雜系統。隨著線路運營時間的累積，長期高強度的在線服役導致各類病害頻發。通過開展綜合檢測工作可及時發現病害、指導養護維修，從而保障運行安全、延長系統壽命。目前，城軌基礎設施狀態檢測包括靜態和動態2種[6-7]，城軌部分基礎設施檢測周期和檢測方式如表1所示。

表1 城軌部分基礎設施檢測周期和檢測方式

近年來，城軌行業雖然引進了部分運營電客車搭載式檢測設備，但仍以人工、低速、單系統檢測為主，檢測效率低、工作強度大。目前，大多數運營線路配置了網檢車、軌檢車等大型檢測設備，但是受行車速度、車輛制式等因素制約，無法適應線網級的檢測需求。同時，專業檢測車一般為內燃機車，檢測耗能高、系統搭載能力有限，無法滿足綠色低碳的新發展需求。

3 城軌綜合檢測列車應用分析

隨著檢測技術發展革新、運維理念發展轉變，更高水平的綜合檢測技術逐漸在城軌行業得到了推廣應用。

3.1 鐵科院城軌綜合檢測列車概況

依托國家發展和改革委員會“城市軌道交通綜合試驗檢驗工程”項目支持，中國鐵道科學研究院集團有限公司借鑒高速鐵路綜合檢測車與綜合巡檢車的建設經驗，成功研發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節編組B型電客車，兼容DC1500V接觸網、DC750V/1500V接觸軌多制式供電，最高運行速度120 km/h，可實現軌道、隧道、接觸網、通信、信號等專業80余個系統運行狀態數據的同步獲取，具體檢測內容及配套建設的基礎設施數字化運維平臺如圖2所示。

圖1 綜檢車車輛段現場停靠圖

圖2 綜合檢測車檢測內容

3.2 應用效果

2021年12 月，綜檢車在北京地鐵線路實現了首次工程化應用，填補了以綜合檢測列車對城軌線路進行檢測評估的空白。綜合檢車應用過程中發現的部分典型病害如圖3所示。

圖3 部分典型病害

綜檢車有助于統籌優化線網級檢測資源，替代各專業內燃檢測車、小型檢測設備。此外，通過高速運行狀態下線路全斷面關鍵系統運行參數的主動感知，為實現智慧運維提供了必要的數據資源。

4 面向綠色化的綜合檢測裝備配置方案

隨著城軌網絡化運營的深入推進、多網融合的有序發展，更加綠色、高效、智能的綜合檢測技術有望得到廣泛應用。

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、運營電客車搭載、工程車檢測平臺/電驅檢測平臺的綜合檢測模式也均有所應用。各類檢測模式技術對比，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，應充分結合實際運營情況選擇合理的檢測模式。

表2 不同車載檢測模式對比

為進一步明確檢測系統配置方案，本文對應用較為成熟的檢測系統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，綜合檢測車系統搭載能力最強，可適用于全部關鍵基礎設施的檢測工作；隧道移動三維激光檢測及鋼軌探傷系統檢測要求檢測速度較低，無法實現運營電客車搭載檢測模式；工程車平臺和電驅平臺整體搭載能力較弱。

表3 各檢測系統的在不同平臺的適用性情況

4.2 綜合檢測設備配置方案分析

開展城軌基礎設施綜合檢測的基礎目標是通過檢測數據評估關鍵系統的服役狀態并指導養護維修，從而確保運營安全。但隨著人民群眾對“美好出行”需求的日益增強，穩步提升運營品質的同時，逐步實現綠色低碳運維并最終實現智慧運維已經成城軌基礎設施運維發展的新目標，如圖4所示。

圖4 城軌運維需求發展示意圖

綜合考慮城軌運營規模及發展需求，為實現綠色低碳的綜合檢測，以運營電客車搭載式檢測為主，并根據線網情況搭配一定數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。據此，本文具體提出2種綜合檢測設備配置方案。

4.2.1 方案1：運營電客車搭載+綜合檢測列車

此方案適用于已經或者近期可以實現網絡化運營的線路，具備互聯互通條件的城市，運營電客車搭載功能定位如下。

（1）解決車輛運行安全及品質監測問題，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）實現線網級基礎設施全斷面狀態的標準化、規范化感知。

（2）支撐基礎設施服役周期內狀態綜合評估，輔助智慧運維，具體配置方案如圖5所示。

圖5 城軌綜合檢測列車+運營電客車搭載推薦實施方案

4.2.2 方案2：運營電客車搭載+電驅平臺/工程車（新能源）平臺

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

（1）解決車輛運行安全及品質監測問題，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）補充工程車平臺/電驅平臺檢測缺項。

（4）支撐基礎設施服役周期內狀態綜合評估，輔助智能化運維。

電驅平臺/工程車（新能源）平臺功能定位如下。

（1）解決線網適用性問題，方便轉線。

（2）補充運營電客車檢測缺項。

（3）支撐基礎設施服役周期內狀態綜合評估，輔助智慧運維，具體配置方案如圖6所示。

圖6 運營電客車搭載+電驅平臺/工程車（新能源）平臺推薦實施方案

5 結語

城軌基礎設施綜合檢測是保障運營安全、穩步提升運營品質的關鍵技術環節。推廣應用綠色檢測技術，科學制定檢測模式、優化配置檢測裝備系統是挖掘城軌節能減排潛力的關鍵舉措。國家雙碳戰略大背景下，城軌發展應遵循新發展理念，加強統籌謀劃和頂層設計，進一步推進先進檢測裝備與運維業務深度融合，助力推進城軌行業雙碳目標實現。