李 行

(紹興市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312000)

國(guó)內(nèi)某條2號(hào)線一期工程線路為全國(guó)首條同時(shí)采用全自動(dòng)運(yùn)行、專用回流軌、綜合監(jiān)控系統(tǒng)云平臺(tái)架構(gòu)的軌道交通線路。同時(shí)，為了優(yōu)化場(chǎng)段布局，一期工程暫不建設(shè)車輛段及停車場(chǎng)，轉(zhuǎn)而建設(shè)“過(guò)渡期運(yùn)營(yíng)保障臨時(shí)設(shè)施”(簡(jiǎn)稱線上停檢線)，線上停檢線設(shè)3列位停車列檢列位、1列位雙周三月檢列位、1列位停車列位，協(xié)同配合另一車站折返線和站臺(tái)延長(zhǎng)線共同承擔(dān)車輛日常檢修停放任務(wù)，定修及以上修程由1號(hào)線車輛基地承擔(dān)，線上停檢線如圖1所示。

隨著智慧城市下智慧地鐵概念的提出[1]，智慧車站、智能運(yùn)維、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、5G逐漸進(jìn)入城市軌道交通行業(yè)，使得利用智能化設(shè)備來(lái)輔助直至替代傳統(tǒng)運(yùn)維成為可能。目前，上海地鐵、北京地鐵、廣州地鐵等地鐵公司已經(jīng)開(kāi)始對(duì)車輛智能運(yùn)維體系進(jìn)行探索性應(yīng)用，國(guó)內(nèi)各大城市軌道交通企業(yè)均積極著手研究適用于自身的智能檢修模式[2]。上海地鐵意在建設(shè)一套聯(lián)合“車聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)(IOR)”“軌旁車輛綜合檢測(cè)子系統(tǒng)(SMIT)”“車輛維護(hù)管理信息子系統(tǒng)(RISE)”“車輛維護(hù)專家系統(tǒng)”4個(gè)專業(yè)化系統(tǒng)整合而成的“智能運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)”[3],其在智能運(yùn)維領(lǐng)域的研究與應(yīng)用走在了全國(guó)地鐵行業(yè)的前列。

圖1 線上停檢線

1 運(yùn)維方案

根據(jù)線上檢修選取智能運(yùn)維設(shè)備實(shí)際安裝或使用位置的不同，車輛智能運(yùn)維設(shè)備大體可分為車載設(shè)備、軌旁設(shè)備和輔助設(shè)備三大類。

表1車輛智能運(yùn)維設(shè)備

線上停檢線的設(shè)立加大了車輛檢修作業(yè)的難度，車輛檢修作業(yè)急需優(yōu)化調(diào)整。線上檢修的實(shí)際情況決定了所有安裝在車輛段及停車場(chǎng)的智能運(yùn)維設(shè)備均需安裝在正線，暫不考慮架大修智能設(shè)備在現(xiàn)階段的運(yùn)用，同時(shí)，一些正線安裝的設(shè)備需考慮后期遷移至車輛段的可能。

2 運(yùn)維設(shè)備

2.1 車載設(shè)備

弓網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]，是通過(guò)在車頂部署紅外熱像儀及可見(jiàn)光數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)時(shí)采集運(yùn)行端受電弓、接觸線、懸臂管、絕緣子、穩(wěn)定臂、固定支架和電纜夾等數(shù)據(jù)信息，并存儲(chǔ)于車載數(shù)據(jù)機(jī)柜內(nèi)，滿足故障定位查找要求。主要具備監(jiān)測(cè)懸掛成像、受電弓幾何參數(shù)、弓網(wǎng)關(guān)系、受電弓狀態(tài)及數(shù)據(jù)綜合分析處理等功能。

2.1.1 走行部狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要通過(guò)安裝布置在走行部轉(zhuǎn)向架上的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具備監(jiān)測(cè)軸箱齒輪箱(包括軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體、保持架等故障判斷)、牽引電機(jī)等關(guān)鍵部件的溫度、振動(dòng)和沖擊等物理量、輪對(duì)狀態(tài)(包含踏面損傷、輪對(duì)失圓等)、軌道波磨的檢測(cè)。能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理，對(duì)走行部狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估等功能。

2.1.2 障礙物探測(cè)系統(tǒng)[5]。主要具備主動(dòng)式障礙物檢測(cè)、脫軌檢測(cè)、被動(dòng)式障礙物檢測(cè)等功能，在TMc車設(shè)置激光雷達(dá)、長(zhǎng)/短焦工業(yè)攝像頭、被動(dòng)障礙物及脫軌檢測(cè)裝置和智能主機(jī)等設(shè)備。主動(dòng)式障礙物檢測(cè)裝置能自動(dòng)判斷前方限界內(nèi)有無(wú)障礙物或電客車，并能進(jìn)行預(yù)警提示，被動(dòng)式障礙物檢測(cè)裝置檢測(cè)到障礙物、脫軌檢測(cè)裝置檢測(cè)到脫軌時(shí)應(yīng)施加緊急制動(dòng)。

2.1.3 蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要配備智能監(jiān)測(cè)裝置，集檢測(cè)、數(shù)字及模擬信號(hào)處理、通訊及智能控制于一體。能在線監(jiān)測(cè)蓄電池的各項(xiàng)參數(shù)，包括蓄電池組和單體電池的電壓、電流、溫度等，有效監(jiān)測(cè)蓄電池存在的鼓包、漏液等對(duì)列車的安全運(yùn)營(yíng)造成較大威脅的現(xiàn)象，并通過(guò)設(shè)置告警值提供預(yù)警信息，方便及時(shí)排除故障。

2.1.4 車門智能診斷系統(tǒng)[6]。具備車門工作情況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、車門故障的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、車門亞健康狀態(tài)的分析、故障信息和亞健康狀態(tài)的信息推送、技術(shù)專家遠(yuǎn)程會(huì)診、大數(shù)據(jù)分析等功能。

2.1.5 空調(diào)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[7]。具備空氣凈化，殺菌消毒(包括SARS、H1N1等流感病毒)，分解去除甲醛等有害化學(xué)物質(zhì)、去異味等空氣凈化功能。配套空氣質(zhì)量傳感器和信號(hào)反饋系統(tǒng)，能對(duì)車廂內(nèi)的PM2.5、VOC、CO2、溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其運(yùn)行狀態(tài)及空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)通過(guò)通訊模塊進(jìn)行產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 軌旁設(shè)備

輪對(duì)及受電弓在線檢測(cè)系統(tǒng)均安裝在車站右線進(jìn)站端。

輪對(duì)在線檢測(cè)系統(tǒng)主要采用非接觸式的方式，主要功能為檢測(cè)輪對(duì)尺寸(包括輪緣高度、車輪直徑、踏面磨耗量、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距等)，自動(dòng)繪制車輪踏面輪廓線(具備自動(dòng)繪制踏面輪廓線功能，與標(biāo)準(zhǔn)踏面輪廓線做比對(duì)，直觀顯示車輪磨耗情況)、超限報(bào)警，以及數(shù)據(jù)分析(對(duì)輪對(duì)大數(shù)據(jù)分析挖掘，檢測(cè)評(píng)價(jià)車輪狀態(tài)，科學(xué)指導(dǎo)車輪鏇修，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)鏇修優(yōu)化管理)等。

受電弓在線檢測(cè)系統(tǒng)分為受電弓狀態(tài)檢測(cè)和車頂圖像檢測(cè)兩個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)主要在動(dòng)態(tài)非接觸情況下，通過(guò)自動(dòng)圖像分析處理來(lái)對(duì)受電弓碳滑板磨耗量、中心線偏移量、接觸壓力等數(shù)據(jù)分析，對(duì)車頂異物和車頂關(guān)鍵部位狀態(tài)室內(nèi)可視化觀測(cè)及判斷，具有故障自動(dòng)監(jiān)控及聲光報(bào)警，具有對(duì)檢測(cè)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷、整理等功能。

2.3 輔助設(shè)備

360°動(dòng)態(tài)圖像智能檢測(cè)系統(tǒng)安裝在車站右線進(jìn)站端。實(shí)現(xiàn)對(duì)車底走行部、車側(cè)轉(zhuǎn)向架、車頂受電弓及其他關(guān)鍵部件工作狀態(tài)的全面監(jiān)控及檢測(cè)，對(duì)關(guān)鍵部件缺失、變形、異物等異常情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警。系統(tǒng)由車底走行部圖像監(jiān)測(cè)單元、車頂圖像監(jiān)測(cè)單元、車側(cè)圖像監(jiān)測(cè)單元組成。

車輛智能運(yùn)維管理系統(tǒng)[8]，定位于列車維修管理和運(yùn)維決策，基于大量車載和軌旁數(shù)據(jù)的融合挖掘分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)列車TCMS數(shù)據(jù)、所有車載/軌旁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程數(shù)據(jù)以及各系統(tǒng)自身分析結(jié)果、車輛維保產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的錄入等信息采集以及綜合分析功能，能夠?qū)崿F(xiàn)由該系統(tǒng)來(lái)統(tǒng)一管理車輛的狀態(tài)、故障報(bào)送、列車健康狀態(tài)分析、亞健康狀態(tài)預(yù)警等管理功能。同時(shí)，需實(shí)現(xiàn)線路級(jí)及線網(wǎng)級(jí)的車輛運(yùn)維狀態(tài)管理，并具備擴(kuò)充性。

3 運(yùn)維應(yīng)用

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，車輛智能運(yùn)維設(shè)備還包括獨(dú)立于信號(hào)系統(tǒng)之外的列車防撞系統(tǒng)、軸溫齒輪箱及電機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)、車輛運(yùn)行品質(zhì)在線檢測(cè)、TCMS數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、車輛能耗管理系統(tǒng)、檢修機(jī)器人等，由于上述車輛智能運(yùn)維設(shè)備在功能上與既有設(shè)備出現(xiàn)重復(fù)或不夠成熟，故在現(xiàn)階段不采用。

由于正線安裝需在正線設(shè)立正線檢測(cè)區(qū)，部分檢測(cè)設(shè)備會(huì)受過(guò)車速度影響較大的限制，故采取360°車輛外觀檢測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備安裝在正線車輛進(jìn)出站位置以列車啟停的低速時(shí)段進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)，由于地下隧道環(huán)境較為惡劣，一些細(xì)小部件如方孔鎖等的識(shí)別準(zhǔn)確率會(huì)受到影響。車輛段取消后，在車站站廳層設(shè)置取代DCC的檢修調(diào)度室，車輛智能運(yùn)維管理系統(tǒng)等智能運(yùn)維設(shè)備的服務(wù)器均設(shè)置于檢修調(diào)度室內(nèi)。探究過(guò)渡期車輛智能運(yùn)維的應(yīng)用，還需統(tǒng)籌考慮在正線的安裝空間及使用要求，核定總體布置要求、設(shè)備基礎(chǔ)土建要求、給排水、通風(fēng)空調(diào)、供電容量及供電要求和接口條件。智能運(yùn)維體系，如圖2所示。

圖2 智能運(yùn)維體系

鑒于車輛智能運(yùn)維的不斷發(fā)展，車輛智能運(yùn)維應(yīng)具有一定的擴(kuò)充性和開(kāi)放性，一方面車輛智能運(yùn)維應(yīng)能容納檢修機(jī)器人等后續(xù)成熟設(shè)備的不斷加入，亦能容納不斷增購(gòu)列車的運(yùn)維需求，另一方面，車輛智能運(yùn)維應(yīng)滿足同供電、工務(wù)、車站等智能化運(yùn)維設(shè)備的聯(lián)通需求。近年來(lái)，BIM技術(shù)已不僅限于建筑行業(yè)，在軌道交通領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用[9]。該地鐵正在構(gòu)建多專業(yè)多維度的智慧地鐵框架，使BIM和運(yùn)維管理、運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)等相互協(xié)同，有效鏈接，使車輛運(yùn)維零部件的保養(yǎng)、維修、更換、展示等信息在BIM平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。屆時(shí)，該線路將集成車輛基地傳統(tǒng)運(yùn)維、線上檢修日常運(yùn)維、車載正線智能運(yùn)維為一體的綜合化車輛運(yùn)維體系和綜合化運(yùn)維管理體系，如圖3所示。

圖3 綜合化運(yùn)維管理體系

4 結(jié)束語(yǔ)

車輛智能運(yùn)維設(shè)備屬于車輛運(yùn)維設(shè)備中的非標(biāo)設(shè)備，各廠家的技術(shù)水平和設(shè)備質(zhì)量參差不齊，部分設(shè)備的誤報(bào)率和檢測(cè)精度還不盡如人意。但是，隨著城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，減員增效的不斷提出，車輛運(yùn)維壓力也在不斷增長(zhǎng)，運(yùn)用智慧化手段解決車輛運(yùn)維的思路在不斷打開(kāi)，隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用和完善，智能運(yùn)維一定會(huì)成為智慧地鐵的重要部分，智慧地鐵又將成為智慧城市的重要課題。