高速铁路工务管检修质量管理探讨

何 山

（西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

轮轨系统动力学研究表明，列车运行速度越高，线路轨道结构振动越强，列车荷载对轨道结构的伤损作用越强，从而加速影响线路轨道服役过程的安全性、舒适性和可靠性。因此，高速铁路工务养护维修质量管理十分重要。纵观世界高速铁路近 60 年的运营管理经验，各国均形成了各具特色、系列化、标准化的高速铁路轨道系统，同时也产生了与之相适应的高速铁路运营管理维修模式。其中，德国、法国、日本高速铁路无砟轨道技术较为成熟，具有检修养完全分开、线路维修质量管理严格和养护维修机械化作业程度较高等共同特点[1-3]。我国高速铁路运营里程已经达到世界总运营里程的一半，成绩斐然，然而其运营管理经验积累并不多。本文结合我国铁路工务养护维修运作模式，探讨高速铁路工务养护维修质量管理方法。

1 高速铁路工务管检修运作模式分析

高速铁路运营系统是由多个关联度较高的子系统组成的复杂系统，包括多种关系，如轮轨关系、弓网关系、列车运行与列车控制关系、轨道与信号关系等，运作模式的复杂程度可见一斑。工务部门的运作管理主要是建立在客运专线和既有线运营管理的基础上，同时借鉴国外的管理经验，形成符合我国国情的高速铁路和既有线综合运营管理的养护维修体系。

1.1 工务部门管理体系

铁路的维护管理是在铁道部领导下实行各铁路局辖区内管理，即运营管理属地化[4]。铁路局下设有工务段，负责日常静态检查、临时修理和作业计划编制。铁路局线路维护管理运作体系如图 1所示。当综合维修基地进行大型养路机械作业时，工务段配合施工并对其作业进行验收[5]。工务维护管理运作过程中，对于检、修是严格分开还是合二为一，有研究认为，平均生产成本相同时，检修合一方案的平均交易成本要低于检修分离方案，所以检修合一更具优势[6]。但是，工务部门检、修分开实现了专业检查和机械化集中修理，从而形成检查与维修的异体监督，比缺乏监督的检修合一维修模式更能确保线路的服役质量。

为适应高速铁路工务养护维修管理的需要，铁道部在高速铁路开通运营前期，组建了北京、上海等 6 个客运专线综合维修基地，即高级修理区域化[4]。综合维修基地拥有先进的大型工务设备修理机械和检测设备，能够对线路进行较全面的病害检测与大型机械养护维修工作。因此，综合线路维修基地的组建为实行机械集中化维修和检测专业化创造了条件，既可避免检修分离交易成本过高的不足，也弥补了检查与维修缺乏监督的缺点。

1.2 矩阵式职能管理模式分析

我国高速铁路按照铁道部颁发的《高速铁路无砟轨道线路维修规则 ( 试行 ) 》将线路维修工作划分为周期检修、经常保养和临时补修 3 类修程。根据工作分类，其工作顺序并不完全重叠，存在空闲区域。为减少养护维修成本，提高人员工作效率和质量，并形成完备的责任制结构，可采用养护维修矩阵式管理模式进行工务运作管理，如图 2 所示。该模式既有按区域职能划分的垂直领导关系结构，又有按维修专业划分的横向领导关系结构，打破传统的纵向统一命令原则，养护维修人员接受双重领导。矩阵式职能管理模式不仅加强了各职能部门间的横向联系，具有较大的灵活性与适应性，同专业小组之间可以交流经验，总结得失，同时还促进了纵向不同专业小组之间的配合，保证按时、按目标完成养护维修任务。

图1 工务维护管理运作体系图

图2 矩阵式职能管理模式示意图

2 基于过程的高速铁路工务维修质量管理体系

2.1 养护维修管理存在的问题

（1）对历史数据的分析利用有待加强。国外高速铁路养护维修是将养护维修信息进行收集记录、分类整理、统计分析和再应用的过程。而我国长期以来利用已有养护维修信息的意识不强，不重视对历史数据的整理分析，导致经验资料的处理过程失效，无法形成“发现问题—解决问题—预防问题”的机制。对一些频发的常见问题，没有形成相应的预防机制和完整的解决方案。

（2）缺乏减少养护工作量为目标的意识。德国坚持大修施工的“复旧思想”，以减少高速铁路养护维修工作量。通过对施工前、施工中和施工后进行全过程监控，保证大修前后设备的技术参数基本一致，从而最大程度地减小技术参数的变化对行车的影响。而我国进行线路大、中修施工结束前后，设备的技术指标相差悬殊，对行车造成影响，进而增加了养护维修工作量，特别是新线的接管中存在类似问题。目前，铁路运营部门实行设备“接管无缝化”，即在新线建设后期，养修人员提前介入工程建设中，参加轨道的精调工作，实现工程阶段和运营维护阶段的无缝衔接[4]。因此，树立以减少养护工作量为目标的意识对于养护维修工作非常重要。

（3）缺乏线路服役质量的概念。养护维修部门在面临问题时往往就病治疗，很难深入病害产生的根源。一些管理人员自身也缺乏进行线路服役质量管理的经验，修修补补成为养护维修部门的习惯工作。这有悖于高速铁路无砟轨道“高可靠、少维修”的设计理念，少维修并不是病害存在时不去维护和管理，而是当病害出现时在源头上采取治理措施，这才符合高速铁路“预防为主、防治结合、严检慎修”的维修原则[7]。

2.2 基于过程的高速铁路工务维修质量管理

ISO9000 标准族中定义，质量控制是质量管理的一部分。质量控制不仅是对产品质量本身进行控制，更强调对产品质量形成全过程的质量控制，通过在质量形成过程中的层层把关来控制最终的产品质量。质量形成过程是一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动，过程质量控制是以概率和数理统计理论为工具，将偶然因素和异常因素区别开来。由于养护维修过程要受到偶然因素和异常因素的影响，过程输出质量不可能和目标值完全一致，必然产生偏差和波动。维修过程质量决定了线路服役质量，符合任何一项工作都可以视为一个过程来管理，即事事皆过程[8]的管理思想。

过程质量控制通常是利用过程方法对过程进行识别、分解和控制，以实现对整个过程中所有影响质量因素的监控和优化，确保每一个过程的特性满足质量要求，进而达到控制产品质量的目的。对于无砟轨道的养护维修，其质量实现过程可分解为检测过程、分析过程、维修施工过程、记录与评价过程。

基于过程的高速铁路管检修质量体系是指对质量的形成过程进行严格的控制，如图 3 所示。养护维修质量形成过程要求采用性价比好、工作效率高的工具和能够促进质量提升的维修材料，分析和总结施工经验，提升和改进施工方法与工艺，促进质量的提升。对于维修人员的组织结构，可以选择如图 2 所示的矩阵式人员管理模式或更优的管理方式，与质量形成过程相结合达到最优匹配。整个质量控制体系由运营的功能需求输入，质量形成过程的持续改进和良好的线路服役质量输出共同构成高速铁路的管检修质量管理体系。

3 基于过程的高速铁路工务质量管理运用分析

对无砟轨道养护维修进行过程质量控制的目的之一是消除引起过程质量的异常因素的影响。因此，有必要对影响无砟轨道养护维修质量的因素进行分析。影响无砟轨道养护维修质量的因素较多，归纳起来主要有 5 个方面的因素 ( 4M1E )，即维修人员、工程材料、机械设备、维修工艺和线路服役环境。

3.1 过程质量控制参数变化规律

在一次养护维修过程中测得的质量控制参数与历史数据或轨检车所测数据相比，具有波动变化的特点。一般当里程段存在病害，即有异常因素存在时，所测控制参数表现为如图 4 a 所示，异常因素的存在导致了过程质量的失稳。当维修结束后，病害的消除使过程回到了只有偶然因素影响的状态之下，从而形成过程质量控制的稳态，如图4 b 所示。

质量的稳态过程有统计稳态和技术稳态 2 种情况[8]。对于线路的养护维修，往往更多地存在如图 5 b 所示的统计稳态。对于这种稳态的存在，虽然线路测得质量控制参数处于稳态，然而并不符合线路维修规范要求，需要对达到统计稳态的过程进行调整，即查出异因、采取改善措施、确保消除异因、符合规范、纳入标准、防止再次出现。通过提高过程的能力指数，使之达到符合《高速铁路无砟轨道线路维修规则》要求的技术稳态过程，如图 5 a 所示。

根据概率与统计原理，在质量控制参数的判读过程中，容易存在虚发误报和漏发警报 2 类错误。需要合理确定最优维修上限与下限，但由于高速铁路轮轨接触的限制，维修上限与下限已经很难再提高。因此，可提高质量形成过程的能力指数，即降低维修施工过程中 4M1E 影响因素对质量过程的限制，具体措施是提高养护维修人员的素质并训练其相互配合能力，选择先进的维修工艺，使用先进的维修机械和高质量、性能稳定的维修材料，改变线路的服役环境等。

图3 基于过程的高速铁路管检修质量体系

图5 控制过程的技术稳态

3.2 高速铁路的线路服役质量规律及控制

在高速铁路工务养护维修过程中，线路的服役质量特征值总是随着时间波动变化。一次养护维修过程必然提高线路的服役质量，通过一段时间的运营，线路服役质量也必然下降，这是铁路服役性能所决定的基本规律，如图 6 所示。

在养护维修过程中，可以应用历史所测的同类养护维修质量控制参数，来预测下一次养护维修可能达到的服役质量水平。这对维修周期的选取、维修人员配置，以及材料、工具的使用和工艺方法的选择都可以起到辅助决策的作用。

根据相关研究结果[9]，线路的服役质量总体水平呈下降趋势，但是一次完全的线路复原和整修可以将线路的服役质量水平提高到线路的最佳服役水平。线路的服役质量随着服役时间发生周期性的变化，在每一次维修过程结束后服役质量提升，但提升额度呈下降趋势，且恶变周期也逐渐变小，如图7 所示。定义图 7 中阴影部分面积Q为服役质量有效耗散积，则对一次完全复原维修周期内其计算关系可表示为：

式中：Hi(t) 表示第i次维修后，对应的线路复原状态寿命趋势曲线；Ri(t) 表示第i次维修后，对应的线路实际服役质量状态；qi(t) 表示线路一次维修后的服役质量有效耗散积。

总体上，随着维修次数的增加，线路耗散周期减小，维修频率增加，每次维修后达到的复原水平下降，服役质量耗散积分量qi(t) 也逐渐减小。根据上述维修与服役质量波动变化的关系，可以通过改变维修过程质量的形成，合理控制 4M1E 对质量形成过程的影响，使养护维修过程取得合理的维修周期与较经济的维修成本。

4 结束语

国外建立了严格的“检、修、养”分开制度，并取得了一定的运营效果。根据我国铁路运营条件和基本国情，既有铁路工务管理养护维修运作机制和理念已经很难满足高速铁路运营发展的需要，迫切需要建立适合我国国情的铁路养护维修制度。高速铁路综合维修基地运作机制的形成与完善为高级工务管理维护提供了方向，但高速铁路的管理、检测、养护、维修的质量控制仍然是高速列车安全运营的重要保障。基于过程的高速铁路管检修质量管理体系，通过在线路养护维修过程质量的形成过程中有效控制 4M1E 因素，可使线路服役质量在合理的维修周期与经济的维修成本之下保持良好的水平。

图6 维修对线路服役质量的影响

图7 寿命周期线路服役质量的变化

[1] 杨其明. 德、法、意高速铁路的技术运用与维修[J]. 中国铁路，2002(2)：47-50.

[2] 杨奎山. 中国铁路与德国铁路的部分区别——赴德铁路网公司考察培训体会[J]. 中国铁路，2004(8)：60-63.

[3] 汪 勤. 日本新干线养护维修体系——赴日高速铁路研修报告[J]. 上海铁道科技，1997(1)：46-49.

[4] 康高亮. 高速铁路工务运营维护与管理[J]. 中国铁路，2010(12)：29-33.

[5] 中华人民共和国铁道部. 铁路线路维修规则[S]. 北京：中国铁道出版社，2006.

[6] 余泽西. 客运专线固定设备综合维修管理模式研究[D]. 成都：西南交通大学，2009.

[7] 中华人民共和国铁道部. 高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)[S]. 北京：中国铁道出版社，2011.

[8] 孙 静. 接近零不合格过程的质量控制[M]. 北京：清华大学出版社，2001.

[9] Stanislav Jovanovic. Railway Track Quality Assessment and Related Decision Making[C]. 2004 IEEE International Conference on Systems，Man and Cybernetics. 2004：5038-5043.