王 偉 謝紅太,2 雒沛豐 王云飛 李云鵬

(1. 華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司, 南京 210014； 2. 蘭州交通大學(xué), 蘭州 730070；3. 中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司, 西安 710016； 4.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司, 山東 青島 266111；5. 中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司, 蘭州 730050)

截止2020年底，我國高速鐵路網(wǎng)已基本成型，“八縱八橫”鐵路網(wǎng)正逐步完善，隨著經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)一步發(fā)展和鐵路運(yùn)輸服務(wù)品質(zhì)的快速提升，動車組已逐漸取代傳統(tǒng)客運(yùn)列車成為擔(dān)當(dāng)國內(nèi)鐵路客運(yùn)任務(wù)的新一代主力產(chǎn)品。但國鐵集團(tuán)及國內(nèi)七大動車組檢修基地的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在運(yùn)用維護(hù)方面國內(nèi)動車組標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、車型種類較多、運(yùn)轉(zhuǎn)效率較低、運(yùn)用動車組檢備率較高、動車組檢修能力緊張、檢修資源不足、失修及過修問題突出[1-3]。因此結(jié)合實(shí)際運(yùn)輸需求提高全路動車組一體化運(yùn)轉(zhuǎn)整備任務(wù)是目前亟待解決的問題之一。

高速動車組是高新技術(shù)密集型產(chǎn)品，必須利用系統(tǒng)工程理論對其可靠性和維修性進(jìn)行研究，強(qiáng)調(diào)設(shè)計、制造、運(yùn)用和維修中的信息反饋，建立統(tǒng)一的高速動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)我國高速動車組的維修工作。相比日本、德國及法國等發(fā)達(dá)國家我國高速鐵路發(fā)展起步較晚[4-6]，國內(nèi)在高速鐵路動車段(所)新線設(shè)計中一般采用吸收國外成套先進(jìn)經(jīng)驗并參照國內(nèi)已有動車組基地設(shè)計的方式。

1 我國動車組檢修制度及方式

1.1 國內(nèi)動車組修程

參照日本、德國及法國等先進(jìn)國家高速列車運(yùn)維方面的成熟技術(shù)經(jīng)驗，高速列車檢修制度應(yīng)以可靠性、運(yùn)行安全性及舒適性為中心，實(shí)行計劃修與狀態(tài)修相結(jié)合、集中修與換件修相結(jié)合的檢修制度。鑒于此，我國提出了以預(yù)防修為主的動車組五級修程系統(tǒng)，其中一、二級修屬于日常運(yùn)用維修，以維護(hù)保養(yǎng)為主；三、四、五級修為高級別修，以全面恢復(fù)動車組基本性能為主。對于國內(nèi)主流車型(如CRH1/2/3/5、CRH380A/B/C/D及CR400AF/BF)制定了相關(guān)檢修規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，國產(chǎn)動車組檢修等級和檢修周期如表1所示[7-8]。

表1 國內(nèi)動車組檢修周期表

其中CR400AF/BF平臺中國標(biāo)準(zhǔn)化動車組于2019年投入商業(yè)運(yùn)營，截止目前還未到動車組高級修檢修周期。根據(jù)國鐵集團(tuán)2020年2月發(fā)布的TG/CL 156-2020《CR400AF/BF平臺動車組三級檢修規(guī)程》中規(guī)定了CR400AF/BF平臺動車組三級修周期暫以運(yùn)行(120±12)萬km或運(yùn)行3年，以先到為準(zhǔn)，同時根據(jù)指導(dǎo)意見，高級修檢修里程周期上限將分階段逐步延長至165萬km[9-10]。

動車組各修程檢修停時及檢修內(nèi)容如表2所示，其中動車組檢修次數(shù)是以一個五級修定檢公里為計算循環(huán)周期。動車組三、四及五級修分別為重要部件分解檢修、系統(tǒng)全面分解檢修及整車全面分解檢修[11-12]。

表2 動車組各修程檢修停時及檢修內(nèi)容表

1.2 動車組高級修檢修工藝

動車組三、四、五級修為高級修，高級修周期循環(huán)如圖1所示。

圖1 動車組高級修周期循環(huán)示意圖

動車組三級修也稱段修，主要是對轉(zhuǎn)向架進(jìn)行分解檢修，對制動、牽引、空調(diào)等系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)檢查和功能測試，基本檢修工藝流程如圖2所示[13-14]，主要包括動車組入段整備吹掃后入庫落轉(zhuǎn)向架分體檢修，其中轉(zhuǎn)向架輸送至轉(zhuǎn)向架檢修庫流水作業(yè)線進(jìn)行檢修作業(yè)，分體檢修完成后組裝轉(zhuǎn)向架與車體部件并做靜態(tài)調(diào)試出庫。

圖2 動車組三級檢修工藝流程圖

CRH2型動車組轉(zhuǎn)向架三級修工藝流程如圖3所示。CRH2系動車組為我國引進(jìn)最早、配屬規(guī)模最大、運(yùn)行最穩(wěn)定的主流日系車型，承擔(dān)著我國高速鐵路客運(yùn)的先驅(qū)任務(wù)，在運(yùn)維檢修、系統(tǒng)管理及工藝布局等方面較為成熟，對現(xiàn)階段動車組檢修工藝研究設(shè)計具有很大的參考性和借鑒意義[15]。

圖3 CRH2型動車組轉(zhuǎn)向架三級修工藝流程圖

動車組四、五級修也稱廠修，為系統(tǒng)和整車的全面分解檢修，主要包括動車組解編、大部件拆卸維修與組裝檢測、車體涂漆、編組調(diào)試等，動車組四、五級修基本檢修工藝流程如圖4所示[16]。

2 動車段(所)總體布局

結(jié)合日本、德國、意大利及法國等動車組檢修基地空間布局及設(shè)置規(guī)模等情況，不同等級不同規(guī)模動車段(所)空間設(shè)置距離約為150～260 km，其中動車組高級修檢修設(shè)施因為運(yùn)行里程較短及客流集中等因素影響而相對比較集中，目前大部分國家在動車組修程修制的設(shè)置上均采用計劃預(yù)防檢修制度，“以可靠性為中心”的檢修制度也廣泛應(yīng)用于高速列車檢修的微觀管理[17]中。如確定檢修方式、實(shí)施質(zhì)量控制、在各級修程中根據(jù)技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行單元部件的更換修理等。

2.1 動車段(所)空間布局

結(jié)合目前現(xiàn)行TB 10521-2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》、TB 10028-2016《鐵路動車組設(shè)備設(shè)計規(guī)范》及鐵建設(shè)函(2004)57號《京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件及國內(nèi)動車組檢修基地基本布局模式，國內(nèi)既有及在建的具備高級檢修設(shè)施的動車段空間布局上根據(jù)客流預(yù)測及運(yùn)輸組織情況，一般選址在大型客運(yùn)站所在城市(如北京、上海、廣州、武漢、成都、沈陽及西安等)，同時根據(jù)車站設(shè)置情況并配套必要的動車運(yùn)用所及外存車場等運(yùn)維設(shè)施[18-24]。

受樞紐動車段(所)遠(yuǎn)期檢修規(guī)模及站址地形等方面的限制，總平面布置一般有縱列式和橫列式兩種布置形式。總平面布置主要受動車組存車線群和檢查庫線群相對布置位置及線數(shù)規(guī)模限制，一般動車段(所)設(shè)計或預(yù)留總規(guī)模較大、存車線數(shù)較多及檢查庫線與存車線轉(zhuǎn)線頻繁時選用縱列式布置形式；設(shè)計總規(guī)模較小、存車線數(shù)較少或檢查庫線與存車線轉(zhuǎn)線頻繁干擾較小時選用橫列式布置形式，可使得動車段(所)布置結(jié)構(gòu)緊湊，有效減少占地和工程投資。目前，國內(nèi)只有極少數(shù)動車段(所)(如上海南動車運(yùn)用所)因地形等條件限制總平面采用橫列式布置形式，但經(jīng)運(yùn)營實(shí)踐數(shù)據(jù)反饋發(fā)現(xiàn)對車站咽喉能力影響較大。

2.2 動車段(所)總平面布置

動車段(所)總平面主要包括動車組存車場、日常檢修整備場、高級別檢修場以及其它附屬生產(chǎn)生活房屋。本文選取國內(nèi)第一個動車組檢修基地武漢動車段，現(xiàn)階段技術(shù)最先進(jìn)、配套設(shè)備最齊全的西安動車段以及承擔(dān)日常整備、檢查及存車任務(wù)的蘭州西動車運(yùn)用所為案例，對國內(nèi)動車段(所)總平面布置進(jìn)行分析說明。

2.2.1 武漢動車段

武漢作為全國重要鐵路樞紐之一，國鐵集團(tuán)2010年關(guān)于動車基地(段)檢修調(diào)整方案的通知中指出，武漢按配屬400列動車組規(guī)模進(jìn)行設(shè)計，定位為全國動車組配屬規(guī)模最大、運(yùn)維能力最高的樞紐，是國內(nèi)動車段設(shè)計標(biāo)桿工程，指導(dǎo)了廣州和上海動車段設(shè)計。武漢動車段于2004年開始研究設(shè)計，位于距離武漢站2.5 km的新武東村區(qū)域，總平面采用縱列式布局方式，包含4種不同車型的日常運(yùn)用維護(hù)，同時兼容CRH2系(日系)及CRH3系(歐系)車的柔性化高級修功能。

圖4 動車組四、五級檢修工藝流程圖

圖5 武漢動車段總平面布置示意圖

武漢動車段總平面布置如圖5所示。武漢動車段由4條動車組走行線，64條存車線，18條檢查庫線(10線檢查庫和8線檢查庫各1座)，1條臨修線，1條不落輪鏇線，5條動車組解編線，1條動車組動態(tài)試驗線及其他轉(zhuǎn)向架檢修庫、車體部件解體組裝庫、車體檢修庫、材料庫、輪對踏面診斷棚、動車組外皮清洗棚等生產(chǎn)生活辦公房屋組成，整體布局緊湊，工藝設(shè)計合理。

武漢動車段作為國內(nèi)首批設(shè)計建設(shè)的超大規(guī)模系統(tǒng)性動車組檢修基地，開創(chuàng)了動車組白天上線運(yùn)營，夜間入段檢修的運(yùn)維管理模式。采用檢修工藝柔性化流水作業(yè)線和國外管理技術(shù)及先進(jìn)檢修裝備，極大提高了動車組的利用率和運(yùn)檢效率，同等運(yùn)量下動車組配屬規(guī)模較國外平均可減少27%以上。截止2021年，武漢動車段已投入生產(chǎn)作業(yè)7年多，仍具有技術(shù)的先進(jìn)性和生命力。

2.2.2 西安動車段

西安動車段位于西安城市中軸線未央路、機(jī)場高速二號線、城市三環(huán)路及繞城高速公路交通樞紐銜接處，距西安北站約2 km。2010年6月西安北動車運(yùn)用所建成使用，2013年12月擴(kuò)能建成西安動車段，其總平面由運(yùn)用板塊(占地面積990畝)、高級修板塊(占地面積660畝)組成，總占地面積1 650畝，檢修能力按配屬300列8輛編組設(shè)計。高級修板塊由段綜合辦公區(qū)、2線三級修庫、轉(zhuǎn)向架檢修庫、3線整編靜調(diào)庫、6條檢修存車線、1條車體吹掃線、1條試驗線等組成，并預(yù)留四級修發(fā)展條件。運(yùn)用板塊由10線動車組檢查庫、臨修庫、洗車庫、存車場、運(yùn)用所綜合辦公區(qū)等組成，2020年12月隨著銀西客運(yùn)專線的開通運(yùn)營，于既有存車場北側(cè)新增1座4線動車組檢查庫，同時配套建設(shè)預(yù)留四、五級修檢修設(shè)施。

西安動車段目前是我國七大動車組檢修基地之一，是西北地區(qū)規(guī)模最大、現(xiàn)代化檢修技術(shù)水平最高、設(shè)備設(shè)施配套最先進(jìn)的動車組綜合檢修基地。截止2021年2月，西安動車段動車組配屬規(guī)模及車型如表3所示。據(jù)2021年運(yùn)維統(tǒng)計分析，西安動車段配屬動車組總計132列(157個標(biāo)準(zhǔn)組)，日均動車組可用率為86.6%，運(yùn)用率為67.5%，檢修率為13.4%，臨修率為1.9%。

表3 西安動車段動車組配屬規(guī)模及車型表

西安動車段總平面布局如圖6所示，西安動車段與西安大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段整體呈橫列式布置。

圖6 西安動車段總平面布置示意圖

蘭州西動車所作為國內(nèi)只承擔(dān)動車組日常整備、檢查及存車任務(wù)的動車運(yùn)用所，負(fù)責(zé)動車組一、二級檢修工作，一般動車組存車場和檢查庫呈縱列式布置，蘭州西動車所的平面布置如圖7所示，為國內(nèi)典型動車組運(yùn)用所平面布局，設(shè)36條存車線(含預(yù)留12條)、6條檢查庫線(含預(yù)留2條)、2條臨修線、2條鏇輪線、1條融冰除雪線、1條車體外皮洗刷庫及必要生產(chǎn)生活輔助房屋。截止2021年2月，蘭州動車運(yùn)用所現(xiàn)有配屬動車組總計55個標(biāo)準(zhǔn)組，其中CRH380B型動車組配屬32組，CRH5G型動車組配屬23組。

圖7 蘭州西動車運(yùn)用所動車段總平面布置示意圖

3 高級修廠房布局及檢修工藝設(shè)計

動車段(所)主要檢修廠房包括一、二級修檢修庫、高級修檢查庫及其它附屬輔助生產(chǎn)房屋，其中從目前國內(nèi)動車段(所)設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及普遍布局形式和組成模塊來看，一、二級修檢修庫設(shè)計布局相對固定，配套設(shè)備相對系統(tǒng)規(guī)范，檢查庫線一般按盡頭式設(shè)計，即按2線、4線、6線、8線、10線、12線及14線組合設(shè)計，長度按可滿足2列標(biāo)準(zhǔn)短編組或1列長編組動車組同時作業(yè)需求設(shè)計，通常采用468 m，如只考慮1列短編組動車組作業(yè)可采用246 m，檢查庫線間距可按7～8 m設(shè)計，有特殊檢修工藝需求可適當(dāng)加寬設(shè)計。

截止2020年底，以北京、武漢、廣州及上海等為代表的國內(nèi)7大動車組檢修基地，均設(shè)有或預(yù)留高級修檢修設(shè)備設(shè)施，但動車組四、五級修均未開展實(shí)際檢修工作(動車組車體部件檢修和車體噴漆等高級修作業(yè))。現(xiàn)階段主要以動車組三級檢修、轉(zhuǎn)向架檢修及靜態(tài)調(diào)試為主，四、五級修以返廠檢修為主[25-26]。高級修檢查庫主要包括三、四及五級修檢查庫、轉(zhuǎn)向架檢修庫、車體檢修庫、油漆庫及靜調(diào)庫等，目前國內(nèi)普遍采用檢修工藝最簡與輸送路徑最短的流水修作業(yè)生產(chǎn)線為主的布置形式。

武漢動車段高級修廠房布置圖如圖8所示，三、四、五級修檢修庫毗鄰設(shè)計，轉(zhuǎn)向架檢修1處于三級修外側(cè)合并設(shè)置，三、四及五級修檢修庫后側(cè)依次設(shè)置動車組車體檢修庫、車體部件檢修庫及車體涂裝庫，動車組靜態(tài)調(diào)試庫于四、五級修外側(cè)毗鄰設(shè)計。

圖8 武漢動車段高級修廠房布置圖

北京動車段高級修廠房布置圖如圖9所示，三、四、五級修檢修庫(含預(yù)留五級修庫)毗鄰設(shè)計，轉(zhuǎn)向架檢修庫(2處，近期改擴(kuò)建1處)于五級修庫外側(cè)隔段內(nèi)道路設(shè)置)，其中三、四級檢修庫與靜調(diào)庫合并設(shè)置(含近期外側(cè)改擴(kuò)建1線靜調(diào)試驗線)，三、四、五級修檢修庫后側(cè)設(shè)置動車組車體涂裝庫及短編動車組存放區(qū)。

圖9 北京動車段高級修廠房布置圖

廣州動車段高級修廠房布置圖如圖10所示，三、四級檢修庫與靜調(diào)庫合并設(shè)置，五級修庫隔段內(nèi)道路設(shè)置于三、四級檢修庫外側(cè)，轉(zhuǎn)向架檢修庫及油漆庫分別對應(yīng)設(shè)置于三、四級檢修庫與五級修庫后側(cè)，通過移車臺進(jìn)行庫間轉(zhuǎn)向架及車體等部件的輸送。

圖10 廣州動車段高級修廠房布置圖

上海動車段高級修廠房布置圖如圖11所示，縱向依次布置調(diào)試整備庫、三級修庫、轉(zhuǎn)向架檢修庫及四、五級檢修庫，其中轉(zhuǎn)向架檢修庫位于三級修庫與四五級檢修庫之間，并分別設(shè)置2條段內(nèi)道路，四、五級檢修庫后側(cè)通過移車臺連接設(shè)置車體檢修庫及車體涂裝庫。需要說明的是上海動車段高級修位于東西兩處一、二級修庫之間，因此高級修區(qū)調(diào)試整備庫及三級修庫前后貫通，兩端均可實(shí)現(xiàn)動車組出入庫。

3.混合型。主要是肝和腸混合感染，具有以上兩種癥狀。其癥狀主要有：生病初期食欲開始降低，生病后期停止進(jìn)食；精神萎靡不振，時常伏臥不動，虛弱消瘦；眼、鼻、口分泌物增多，眼黏膜蒼白，有時呈現(xiàn)黃色；腹瀉或腹瀉與便秘交替出現(xiàn)，被毛粗亂、尿頻、腹瀉與便秘交替出現(xiàn)，或常呈排尿姿勢，腹圍增大，肝區(qū)觸診疼痛；尤其是幼兔后期常見有神經(jīng)癥狀、抽搐、痙攣、尖叫等，終因極度衰弱而死亡。多數(shù)病例則在腸炎癥狀之下4～8 d死亡，死亡率可達(dá)到80%以上，給診治帶來更大的困難。

圖11 上海動車段高級修廠房布置圖

西安動車段高級修廠房布置圖如圖12所示，縱向依次布置整編靜調(diào)庫、四級修庫(含部件檢修庫及輔助檢修庫)、轉(zhuǎn)向架檢修庫及三級修庫，整編靜調(diào)庫及四級修檢修庫后側(cè)依次設(shè)置車體噴漆庫和預(yù)留檢修房屋，通過移車臺相連接，其中四級修檢修庫與轉(zhuǎn)向架檢修庫之間設(shè)段內(nèi)道路1條，四級修檢修庫與轉(zhuǎn)向架檢修庫后側(cè)設(shè)置縱向段內(nèi)道路1條。

圖12 西安動車段高級修廠房布置圖

結(jié)合現(xiàn)階段動車段(所)設(shè)計理念從檢修規(guī)模設(shè)置、段內(nèi)布局方式及作業(yè)工序等方面對武漢、北京、廣州、上海及西安動車段高級修廠房布置進(jìn)行綜合比較分析，如表4所示。

表4 國內(nèi)主要動車段(所)動車組高級修廠房布置對比分析表

綜上，主要從動車段(所)高級修廠房布置及作業(yè)工序流水線方面考慮，科學(xué)合理的動車段(所)高級修廠房布置應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：

(1)采用流水作業(yè)工序線進(jìn)行檢修工藝設(shè)計，檢修人員及車輛出入庫通道方便通暢。

(2)轉(zhuǎn)向架檢修庫應(yīng)能集中統(tǒng)籌兼顧段內(nèi)三、四及五級修各級檢修任務(wù)，并保證作業(yè)工序最優(yōu)、輸送路徑最短，且宜與各檢修庫橫向布置。

(3)從工藝密切性考慮，動車組四、五級檢修庫適毗鄰設(shè)計，三級修庫宜與調(diào)試庫毗鄰設(shè)計。

(4)靜調(diào)庫應(yīng)能同時滿足三、四、五級修動車組調(diào)試整備任務(wù)，且保證入庫咽喉通過干擾較小。

(5)動車組五級修中車體部件分解區(qū)、大型部件檢修組裝區(qū)及車體涂裝區(qū)應(yīng)設(shè)置在四、五級修后側(cè)，宜采用移車臺進(jìn)行流水作業(yè)輸送。

推薦動車段(所)高級修廠房布置及檢修工藝設(shè)計如圖13所示。轉(zhuǎn)向架檢修庫、三級修檢修庫、靜調(diào)庫及四五級檢修庫依次橫向毗鄰，采用盡頭式方式設(shè)置，其中靜調(diào)庫位于三級修檢修庫與四、五級檢修庫中間，有效避免了三、四、五級修動車組分別入靜調(diào)庫做靜態(tài)調(diào)試的行車干擾，極大地提高庫前走行線咽喉能力。轉(zhuǎn)向架檢修庫橫向設(shè)置于三級修檢修庫外側(cè)，集中統(tǒng)籌兼顧段內(nèi)三、四、五級修各級檢修任務(wù)，同時有效縮短了三級修轉(zhuǎn)向架輸送距離。車體檢修庫及車體部件檢修庫縱向設(shè)置于四、五級檢修庫后側(cè)，通過移車臺(一)進(jìn)行輸送；車體檢修庫及車體部件檢修庫后側(cè)縱向設(shè)置油漆庫、單車淋雨稱重庫及單車靜調(diào)庫，通過移車臺(二)進(jìn)行輸送；同時，油漆庫、單車淋雨稱重庫及單車靜調(diào)庫后側(cè)縱向設(shè)置預(yù)留移車臺(三)，以滿足遠(yuǎn)期檢修擴(kuò)能。上述方案整體布局結(jié)構(gòu)緊湊，滿足流水線檢修作業(yè)需求，各檢修部件輸送工序距離較短，預(yù)留擴(kuò)能條件充足。

圖13 推薦動車段(所)高級修廠房布置及檢修工藝設(shè)計示意圖

4 結(jié)束語

本文通過分析總結(jié)我國高速鐵路既有主要動車組檢修基地總體布局、高級返修廠房布置及檢修工藝設(shè)計，得出動車段(所)布局及工藝設(shè)計通常應(yīng)考慮因素如下：

(1)充分考慮樞紐內(nèi)遠(yuǎn)期客流及動車組檢修規(guī)模，動車組檢修基地應(yīng)預(yù)留高級修和進(jìn)一步擴(kuò)大檢修規(guī)模的條件。

(2)動車組檢修基地應(yīng)科學(xué)布局設(shè)計，確保動車組有序高效完成運(yùn)轉(zhuǎn)整備工作任務(wù)。

(3)動車組檢修基地應(yīng)具備一定的檢修規(guī)模和較高檢修效率，同時滿足多輛動車組存放。

(4)動車組檢修基地應(yīng)空間布局合理，盡可能減少動車組空走距離，包括與樞紐站間及動車組檢修基地之間的距離。

因此，在樞紐內(nèi)鐵路規(guī)劃及設(shè)計中科學(xué)合理地預(yù)測和設(shè)計非常重要。尤其隨著遠(yuǎn)期客流量的逐步增大，國內(nèi)動車組線路密度及新增需求也逐步提升，科學(xué)規(guī)劃布局動車段(所)工藝設(shè)計及配屬動車組數(shù)量是鐵路高效運(yùn)輸及科學(xué)運(yùn)維的首要保障。