基于TRIZ理論的高鐵站臺門設計方案研究

摘 要：針對我國高鐵多車型混跑模式下站臺門對位難題，應用TRIZ理論構建技術矛盾，通過技術矛盾矩陣揭示的發明原理形成最終的設計方案。以高鐵蘇州站為例，提出一種升降式高鐵站臺門創新設計方案，該方案成功實現了站臺門系統的適應性、經濟性與安全性的兼容，為我國高鐵公交化運營提供了技術支持。

關鍵詞：TRIZ理論；高鐵站臺門；創新方案；適應性

中圖分類號：U291 文獻標識碼：A Doi：10.3969/j.issn.1672-2272.202306091

Research on Platform Door Scheme of High-Speed Railway Based on TRIZ Theory

Cheng Siyu

（Mechanical Power Design and Research Institute，China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd， Wuhan 430063，China）

Abstract：Aiming at the difficult problem of platform door alignment in China's high-speed rail multi-model mixed operation mode， the TRIZ theory is applied to construct a technical contradiction pair， and the final design solution is formed through the invention principle revealed by the technical contradiction matrix. Taking Suzhou Station as an example， an innovative design scheme of elevated high-speed railway platform doors is proposed， which realizes the compatibility of platform door system adaptability， economy and safety， and provides technical support for the bus-oriented operation of high-speed railway in China.

Key Words：TRIZ Theory; High-Speed Rail Platform Doors; Innovative Solutions；Adapt Ability

0 引言

十四五期間，我國已累計有39條線路開通“高鐵月票”，“公交化運營”已成為我國高鐵發展的新趨勢。傳統高鐵站臺候車由于發車頻率低、列車停站時間長，乘客通常在高鐵停穩后再前往站臺上車，因此站臺門的安裝并不常見。隨著高鐵公交化運營的推進，高鐵發車頻率增加，停站時間縮短，為保證高鐵的運行效率，需要乘客站臺候車，高鐵候車由“車等人”變為“人等車”，給暴露在站臺上的乘客帶來了新的安全風險。為保護乘客的安全，加裝站臺門成為高鐵公交化運營中至關重要的一環。然而，與城市軌道交通單一車型不同，我國高鐵擁有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6、CRH380等15種動車組平臺共計50余種列車車型，不同車型車門數量、位置、開度均不相同，如何使站臺門開門位置與列車車門相對應，以保證乘客乘降效率，是在全國范圍內推廣高鐵公交化運營所亟待解決的關鍵問題[1-2]。

1 基于TRIZ理論的問題分析及解決過程

TRIZ理論是由前蘇聯發明家G.S.Altshuller通過研究上百萬件高水平專利總結出來的一套創新方法論，經過多年的發展和應用，已經成為全球范圍內創新與問題解決的重要工具。TRIZ理論的核心思想是通過發現和利用普適的創新原理來解決問題，并提出了一系列與創新相關的原則、模式和規律，旨在幫助人們克服創新過程中的障礙和矛盾。

Altshuller發現，存在39個彼此之間相互矛盾的工程參數，即當一個參數提高時，另一個參數就會變差，他將這些沖突與沖突解決原理組成了一個由改善參數和惡化參數組成的矩陣，并揭示了相應的發明原理，借助TRIZ理論總結的40個發明原理和39個通用工程參數（表1和表2），以及技術矛盾矩陣（表3），就可以解決許多實際問題[3-4]。

因此本文擬借助TRIZ理論，解決當前高鐵站臺門設置方案存在的不足并提出創新方案。本文的研究思路如下：首先對我國當前高鐵站臺門的現狀進行調研，分析存在的技術問題；其次，結合TRIZ理論中的39個通用工程參數，總結高鐵站臺門存在的技術矛盾對；隨后通過技術矛盾矩陣得出解決問題的發明原理，并根據這些發明原理篩選出新的解決方案，如果發現新的問題，那么通過39個通用工程參數再次構建技術矛盾進行分析，直到不再出現新的問題；最后，生成可執行的方案。流程如圖1所示。

2 高鐵站臺門分析及設計

2.1 問題描述及分析

國外如ICE、TGV、AVE、VHS等高速列車無多車型混跑及公交化運營的需求，所以沒有相應站臺門產品和相關經驗可借鑒。

我國高鐵的發展經歷了“引進、吸收、消化、創新”4個過程，由于引進平臺的差異和不同的客運需求，我國高鐵擁有15種動車組平臺共計50種車型，不同車型車門數量、位置、開度均不相同。如圖2所示，城市軌道交通站臺門設置方案并不適用于高鐵站臺。

為了解決多車型混跑情況下的門—車對位難題，目前高鐵候車站臺通常采用站臺門退后站臺邊緣1 200mm安裝的方式，如圖3所示。乘客通過預留的通道穿過站臺門進行上下車，這種方式雖然能夠實現站臺門與不同列車車型車門位置的兼容，但增大了站臺寬度，進而增加了工程投資，通常增加100mm地面站臺寬度需要增加站臺投資約100萬元。此外，對于如廣深港高鐵福田站、智能京張高鐵八達嶺長城站之類的地下高鐵站，并不具備擴大站臺的條件[5-6]。

運用TRIZ理論對高鐵站臺門目前出現的問題進行分析，將站臺門“設計、建造、運營”各方面的因素都考慮在內，對高鐵站臺門提出新的設計方案。首先根據站臺門兼容不同列車車型與站臺投資作為一對矛盾點，明確設計目標是在保證站臺門兼容多車型列車的同時，避免增大投資。將“兼容多車型列車”以及“增大投資”這兩個互相沖突的矛盾點歸納到TRIZ理論中的39個通用工程參數進行分析，將“兼容多車型列車”歸納為改善參數 “NO.35適用性或多用性”，將“增大投資”歸納為惡化參數“NO.32物質損耗”。 因此從提高站臺門兼容性的角度出發，構建的技術矛盾組為“NO.35適用性或多用性”與“NO.32物質損耗”。

2.2 方案創新

根據對當前高鐵站臺門存在的矛盾進行分析，得到改善和惡化參數，結合技術矛盾矩陣（表4），便可以得到解決當前技術矛盾的發明原理。

根據表4所示，推薦解決“NO.35適用性或多用性”與“NO.23物質損耗”之間的矛盾可以用到的發明原理為“NO.2抽取”“NO.10預先作用”“NO.13反向操作”和“NO.15動態化”，其原理釋義如表5所示。

根據矛盾矩陣推薦的發明原理，結合頭腦風暴與專業知識，優先選擇“NO.15動態化”作為高鐵站臺門創新方案設計的指導原理。根據發明原理“NO.15動態化”的提示，將單個滑動門拆分成可組合式的套疊滑動門結構，相鄰兩組滑動門相錯布置，取消常規布置工藝中的固定門、應急門單元，滑動門結構尺寸和立柱位置可根據工程需求調整，不需要較高的停車精度即可包容多種車型列車車門的開門位置，站臺門也因此可以靠近站臺邊緣布置，縮短站臺寬度，降低了站臺工程投資，套疊滑動門效果，如圖4所示。

在得到套疊滑動門的創新設計方案之后，對方案的可靠性進行驗證。套疊滑動門通過套疊門的形式，增加站臺門的開度，包含不同車型列車的開門區域，從而兼容更多的車型。當車型越多時，套疊門的數量就越多，站臺門的機械結構就越復雜，門體也越厚，在站臺寬度一定的情況下，套疊門設置的數量存在上限，兼容車型也存在上限，一般可兼容5～6種。且當套疊方案確定時，一旦新增停靠車型，新車型開門位置超出套疊滑動門覆蓋范圍，套疊門不再適用。

根據TRIZ理論中問題解決流程圖，接下來需要對“站臺門開度”與“站臺門結構復雜”和“站臺門開度”與“站臺門厚度”這兩對技術矛盾點進行TRIZ理論分析，從而找到解決矛盾的方法。將“站臺門跨度”“站臺門結構復雜”“站臺門厚度”歸納到TRIZ中的39個通用工程參數進行分析，將“站臺門開度”歸納為改善參數 “NO.3運動物體的長度”，將 “站臺門結構復雜”及“站臺門厚度”歸納為惡化參數 “NO.32易于制造”“NO.7運動物體的體積”，從提高站臺門開度覆蓋更多列車車門的角度出發，構建的技術矛盾對為“NO.3運動物體的長度”與“NO.32易于制造”以及“NO.3運動物體的長度”與“NO.7運動物體的體積”。

將上述參數帶入技術矛盾矩陣，如表6所示。

根據上述技術矛盾矩陣提示，推薦解決“NO.3運動物體的長度”與“NO.7運動物體的體積”之間的矛盾可以用到的發明原理為“NO.4不對稱性”“NO.7嵌套”“NO.17維數變化” “NO.35改變物理/化學狀態”； 推薦解決“NO.3運動物體的長度” 與“NO.32易于制造” 之間的矛盾可以用到的發明原理為“NO.1分割”“NO.17維數變化”“NO.29氣壓或液壓結構”。

根據矛盾矩陣推薦的發明原理， 優先選擇“NO.7維數變化”作為指導站臺門創新方案設計的發明原理，其釋義如表7所示。

根據發明原理“NO.17維數變化”的提示，將站臺門的開門方向由水平方向改為垂直方向，取消常規布置工藝中的固定門、應急門單元，站臺門由一幅可在垂直方向上運動的寬大門體組成，無須套疊滑動門結構，結構簡單，占地面積小，能兼容更多車型。當站臺門開啟時，乘客可從站臺門體下方通行，升降式站臺門效果如圖5所示。

2.3 方案設計

升降式站臺門設計關鍵在于對主體升降門單元尺寸進行設計，以蘇州站第6站臺為例，站臺長度450m，共停靠CR400BF（8編組）、CR400BF（17編組）、CRH1B、CRH1B（1299）等17種不同車型列車，對各列車車門中心線位置進行統計可得列車中心線寬度集中在9.2～12m范圍內。

為保證整側站臺的美觀性、產品制造及實施的可行性、維護管理的便捷性，采用制造工藝較為成熟的10.5m開度門單元作為主要門單元，立柱寬度600mm對整側站臺進行設計，盡可能減少門體立柱對列車車門的阻擋，通過方案優化，整側站臺門參數如表8所示。

站臺門立柱有6處位置與局部車型車門位置重合，分別為：CRH2A車型第8節車廂車門與立柱有300mm范圍重合、CRH2B車型第3節車廂車門與立柱有330mm范圍重合、CRH3A車型第7節車廂車門與立柱有250mm范圍重合、CRH380BL車型第3節車廂車門與立柱有200mm范圍重合、CRH380D車型第3節車廂車門與立柱有200mm范圍重合、CRH400BF車型第7節車廂車門與立柱有250mm范圍重合，剩余11種車型完全兼容，高鐵蘇州站站臺門實物圖如圖6所示。

本創新設計方案的優勢體現在：①站臺門規格統一，可制造和實施性強，運營維護便捷；②兼容多種列車車型，結構簡單；③站臺門設置方案合理，立柱與列車車門重疊部分不影響乘客通行及疏散。

3 結語

在高鐵站臺門方案的設計過程中，應用TRIZ理論對問題進行分析，通過技術矛盾矩陣對問題進行求解，形成了最終解決方案。在方案的具體設計過程中，以高鐵蘇州站站門臺為例，從“兼容性”“經濟性”“可制造性”“實用性”等方面進行了創新設計，最終形成了高鐵站臺門的設計方案，使高鐵站臺門的設計更加合理。

參考文獻：

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[4]王建鋒，陳香香，段紅艷.基于TRIZ理論的智能快遞小車創新設計[J].內燃機與配件，2023（7）：23-25.

[5]張銀龍.市域鐵路智慧站臺門系統關鍵技術[J].中國機械工程，2021，32（4）：475-480.

[6]胡振亞，羅威.軌道交通站臺門軌旁安全設計[J].中國安全生產科學技術，2019，15（S1）：85-89.

（責任編輯：張雙鈺）

基金項目：湖北省創新方法推廣應用基地服務能力建設項目（2020IM020800）

作者簡介：程思宇（1995-），男，中鐵第四勘察設計院集團有限公司助理工程師，研究方向：機械設備設計。