高鐵運架梁設備報廢評價體系研究與應用

摘 要：我國高鐵運架梁設備經過二十幾年的發展，已經處于世界領先水平，但國內未見針對高鐵運架梁設備的報廢標準，嚴重制約該設備的質量管理工作。本文基于高鐵運架梁設備的結構特征、常見工況等，并結合長期實踐經驗和行業內相關設備報廢標準，選取鋼結構、電氣系統、液壓系統、動力系統和設備年齡等5個一級指標和細化的15個二級指標，利用層次分析法建立評價指標體系，利用德爾菲法確定指標權重分值，制定評價指標取值及評價結果分級標準。運用該評價體系對漢江重工有限公司13臺運架梁設備進行報廢評價，結果顯示：準許報廢設備1臺，預備報廢設備2臺，與實際情況相符。該體系的構建，使得高鐵運架梁設備報廢工作客觀化、具體化、系統化，既保證了設備的安全運行又能避免資源的浪費。

關鍵詞：高速鐵路，報廢評價體系，運架梁設備，層次分析法，德爾菲法

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.14.011

0 引 言

運架梁設備是高速鐵路建設時必不可少的預制梁架設工程機械，按功能可分為兩類[1-2]：一類是集運梁、提梁、架梁功能于一體的運架一體機；一類是運梁、提梁、架梁功能分別由運梁車、提梁機和架橋機單獨完成的分體機。我國運架梁設備經歷了從引進到自主研發兩個階段，40 m/1000 t級運架一體機的成功研發，覆蓋了我國目前高鐵所設預制箱梁所有跨度，滿足了不同地區鐵路、橋梁建設需求，使得我國在高鐵建設領域處于世界領先水平[3]。

機械設備長時間投入使用后易出現元器件老化、局部損壞、運行效率低、故障率高等問題，須進行維修或報廢。然而，在日常管理中，對該類設備究竟是采取維修還是報廢處理，需要相應標準的指導，若決策錯誤，則可能造成資源浪費或工程事故。目前，國內外對于大型機械設備報廢標準的研究，主要集中在車輛、軍工、水利設施及起重機械等方面[4]，并沒有針對運架梁設備的報廢標準。運架梁設備在我國高速鐵路建設中占據重要地位，且價值高。因此，本文綜合考慮影響運架梁設備正常運行的主要因素，構建基于層次分析法與德爾菲法的設備報廢評價體系，使報廢評價客觀化、系統化，為高鐵運架梁設備的報廢工作提供理論支撐和技術指導。

1 評價指標與方法

1.1 評價指標選取

運架梁設備的報廢評價受諸多因素的影響，主要因素包括兩大方面：一是主體結構；二是主要部件。在選取指標時，一方面要能全面、準確地反映運架梁設備的整體狀況；另一方面，指標的數據要易收集，遵循代表性、科學性原則。

基于運架梁設備的結構特點、常見工況、故障特征及維修情況等，結合長期的實踐經驗，同時參考《鑄造起重機報廢條件》[5]與《電梯主要部件報廢技術條件》[6 ]等相關標準，選取鋼結構、電氣系統、液壓系統、動力系統、設備年齡等5個一級指標，鋼銹蝕、焊縫、板材疲勞破環、電纜線、繼電器、變頻器、液壓泵、液壓馬達、液壓缸、液壓油管、液壓油、發動機、減速機、車輪、設備已用年限等15個二級指標。

1.2 評價方法的選取

評價方法的選取包括評價指標體系構建方法的選取和評價指標權重賦值方法的選取。

常用的評價指標體系構建方法有層次分析法、交叉法、屬性分組法等。層次分析法可以把復雜的決策問題拆分成目標層、準則層、方案層等多個不同的層次[7]。具有結構清晰、實用性強、便于計算以及能夠避免指標間交叉重疊等優點。因此，本文選取層次分析法構建評價指標體系。

常用的評價指標權重賦值方法有德爾菲法、回歸分析法、模糊綜合評價等。德爾菲法是由組織者擬定調查表，將其發放給事先選定的相關領域專家，匿名征求專家意見，對回收的專家意見進行總結歸納后再次進行匿名反饋，直至結果趨于統一。具有匿名性、反饋性、代表性等特點，同時操作簡單。因此，本文選取德爾菲法確定指標權重分值。

2 設備報廢評價體系

運架梁設備報廢評價體系整體框架如下：

（1）運用層次分析法建立評價指標體系，共兩級評價指標，5個一級指標，15個二級指標。

（2）通過德爾菲法為各級評價指標賦予權重分值，總分為100分。

（3）制定評價指標取值標準及評價結果分級標準。

（4）計算設備的評價總分，根據評價總分確定評價結果。

2.1 評價指標體系的構建

本文采用層次分析法構建運架梁設備報廢評價指標體系，見表1。評價指標體系分為3個層次：運架梁設備報廢評價為目標層；鋼結構等5個一級指標為準則層，是目標層的因素集；鋼銹蝕等15個二級指標為方案層，是準則層的因素集。

2.2 評價指標權重的確定

各級評價指標的權重分值通過德爾菲法進行確定，其過程如下：選擇12名專家，結構工程師、電氣工程師、液壓工程師、動力工程師各3名；將待定權重的15個指標及其相關資料匯總成調查表，分別發送給各位專家，獨立且匿名完成對指標權重的確定；匯總整理專家的調查表，計算權重的平均值與標準差并取整；將取整的結果及新補充的資料反饋給專家，在此基礎上再次確定指標權重；重復第三到第四步，直至結果趨于穩定，指標權重確定，見表1。

3 評價指標取值及評價結果分級標準

3.1 評價指標取值標準

評價指標取值標準的制定包括兩個步驟：一是制定指標評價標準；二是確定各級評價標準的分值。評價標準的制定主要依據設備實際使用情況，同時參考車輛、水利設施、電梯和起重機械等的相關評價標準，對于運架梁設備的主要部件等指標，評價標準難以分級，故只給出滿分和零分時的評價標準。參照各級評價標準，根據設備的實際情況，可取中間整數值。

3.1.1 鋼結構報廢評價指標

鋼結構是保證運架梁設備施工安全進行的重要組成部分，是設備的主體結構，包括主梁、支腿等。其報廢將會導致運架梁整機失效，喪失使用功能，嚴重時甚至會影響到人員的生命財產安全。因此，在運架梁設備報廢體系中，鋼結構是最重要的評價指標。

鋼結構報廢評價主要包括鋼銹蝕、焊縫、板材疲勞破壞3個二級指標。鋼銹蝕主要是根據結構銹蝕等級對指標賦值。焊縫是通過外觀檢測和無傷探損檢驗其質量后進行賦值。鋼材在連續反復荷載作用下裂紋生成、擴展以至斷裂的現象稱為鋼材的疲勞破壞，因此根據板材裂紋的長度對板材疲勞破壞指標進行賦值。指標評價標準及分值見表2。

3.1.2 電氣系統報廢評價指標

電氣系統的主要作用包括電源輸送、電氣控制及電氣保護等，對運架梁設備的使用性能、安全性及操作性有重要的影響。

電氣系統報廢評價主要考慮了電纜線、繼電器、變頻器3個二級指標。電纜線的主要作用為傳輸電能、信號和實現電磁轉換。繼電器的使用能夠在一定程度上提高電路運行的安全性，有效降低風險的發生[8]。變頻器的主要作用是通過控制電源的電壓和頻率，達到調速和節能的目的[9]。指標評價標準及分值見表3。

3.1.3 液壓系統報廢評價指標

液壓系統的主要作用是通過改變壓強增大作用力，主要由各液壓元件和液壓油液組成[10]。

液壓系統報廢評價主要包括液壓泵、液壓馬達、液壓缸、液壓油管、液壓油5個二級指標。液壓泵是液壓動力系統的核心元件，能夠將機械動力轉化為液壓動力，為執行部件提供液壓流體[11]，液壓馬達、液壓缸是執行元件，液壓油管是輔助元件。指標評價標準及分值見表4。

3.1.4 動力系統報廢評價指標

動力系統是運架梁設備的驅動主力，作用是提供足夠的動力和扭矩來保證設備的運轉。

動力系統報廢評價包括發動機、減速機、車輪3個二級指標。發動機由五大系統構成，即：啟動系統、點火系統、潤滑系統、冷卻系統和燃油供給系統，其工作效率和性能在很大程度上決定了設備的運行效率[12]。減速機是一種獨立的閉式傳動裝置，其主要作用是降低轉速、增加轉矩[13]。車輪是機械設備的走行部件，其主要作用是傳送牽引和制動扭力，保證設備的行駛性能。不同的運架梁設備其車輪種類不同，主要為軌道車輪和胎式車輪。如TLC900運梁車的車輪為胎式車輪，架橋機的車輪為軌道車輪。指標評價標準及分值見表5。

3.1.5 設備年齡

設備年齡包含設備已用年限1個二級指標，該指標反映設備的老化程度。目前，經統計的運架梁設備已用年限多數在10年到15年之間，以15年為設備已用年限最大值并對設備做出評價。指標評價標準及分值見表6。

3.2 評價結果分級標準的制定

按照各指標的評價標準對參評運架梁設備進行打分，計算其評價總分（evaluate score，ES），根據評價總分確定評價結果。ESlt;55分，準許報廢；55分≤ESlt;65分，預備報廢；65分≤ESlt;80分，正常使用；ES≥80分，良好使用。

若運架梁設備出現以下情形之一，則無需遵循上述評價標準，直接做報廢處理：設備發生嚴重事故，影響使用安全；主體結構發生嚴重不可逆變形、破壞、斷裂或頻繁產生疲勞裂紋；主體結構銹蝕厚度達設計厚度的10%，且無法修復；設備技改后其技術性能和安全性仍落后于現行規定；一次維修費用超過原值的70%。

4 工程應用

綜合考慮設備類型全覆蓋、數據資料完整等因素，選取中鐵十一局漢江重工有限公司13臺高鐵運架梁設備，其中：提梁機4臺，平均已用年限10.75年；運梁車3臺，平均已用年限13年；架橋機3臺，平均已用年限13年；運架一體機3臺，平均已用年限7年。且13臺運架梁設備均出現過不同的問題，如主要部件損壞、故障率高、效率下降和維修成本高等。運用該評價體系，對13臺運架梁設備進行報廢評價，評價結果見表7。

評價結果顯示，13臺運架梁設備中，準許報廢設備1臺，預備報廢設備2臺，正常使用設備5臺，良好使用設備5臺，與實際情況相符。其中，HZQ700架橋機評價總分為48分，其主體鋼結構發生嚴重疲勞破壞且銹蝕嚴重，已達到報廢標準，準許報廢，但其液壓泵與減速機功能完好，可將其拆除后用于同類設備維修；MG450輪軌式提梁機2、MG450輪軌式提梁機3評價總分分別為56分、57分，兩臺設備已用年限過長、各元器件老化程度嚴重，導致故障頻發、安全風險增加，無法滿足現行技術要求，達到預備報廢標準，已不能再用于現場施工，但其主體鋼結構破壞不嚴重，可將其維修后降級應用于施工教學與拆裝實踐；對于正常使用的設備應加強預防性維護工作，保證其使用時的安全穩定；對于良好使用的設備只需進行日常維護即可。

5 結 語

本文運用層次分析法與德爾菲法構建了高鐵運架梁設備報廢評價體系，并進行實踐應用驗證。該體系建立了多維度指標的評價標準，可操作性較強，為運架梁設備報廢工作提供了理論支撐和技術指導，使得報廢評價工作更加客觀化、系統化，同時對企業的設備質量管理工作具有積極的促進作用。

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作者簡介

焦漫，研究生，研究方向為大型機械設備升級改造及報廢。

王章瓊，通信作者，博士，副教授，研究方向為土木工程智能化、地質災害調查。

（責任編輯：劉憲銀）

基金項目：本文受中鐵十一局集團有限公司科技創新項目“運架梁設備升級改造及報廢評價體系研究”（項目編號：22-AII-07）、武漢工程大學第十五屆研究生教育創新基金項目（項目編號：CX2023354）資助。