“流水法生产”工艺背后的“智囊团”

文|山东高速铁建装备有限公司 樊文波 黄兴启 廉栋

从传统的“矩阵法生产”到新兴的“流水法生产”工艺，其背后是山东高速轨道交通集团有限公司、山东交通学院、中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司、山东高速铁建装备有限公司等多家单位科技创新的积累，是历时一年多的不懈努力。

放张设备：通过齿轮传动原理，一个电动机同时带动多个放张头，实现了40根预应力钢筋同步放张，保证轨道板受力均匀。

从“矩阵法生产”到“流水法生产”工艺

广泛适用于铁道工程

该项目的研究成果可广泛应用于铁道工程。其成果是在矩阵法生产轨道板的基础上，借鉴工业产品流水线生产工艺，研发CRTSⅢ型轨道板机组流水法生产工艺——将轨道板的各生产工序集于“移动台架模型”，该台架模型在流水线不同部位依次完成普通钢筋与预应力筋安装与定位、预应力筋双向同步张拉与锚固、混凝土浇筑与振捣、构件快速蒸汽养护、预应力筋双向同步放松、构件自动脱模及产品检验等工序；同时对关键工序、关键技术参数进行中央控制和产品信息化管理，提高流水线工业化生产水平。

五项性能指标符要求

利用该项目研究成果生产的CRTSⅢ型轨道板产品质量，应满足《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板暂行技术要求（流水机组法）》(TJ/GW156-2017)技术要求。具体性能指标，有如下五项。

模板：要求模板应具有足够强度、刚度和稳定性，能保证轨道板各部形状、尺寸及预埋件的准确位置，变形量应不大于1.0毫米。流水线台架模型预应力筋张拉后，实测其变形量为0.6毫米，满足变形量应不大于1.0毫米技术指标要求。

预应力筋张拉：标准要求预应力筋张拉应采取双控，总张拉力与设计张拉力偏差不应大于3%，实测单根张拉力与设计张拉力偏差不应大于5%。预应力筋张拉完毕，现场实测总张拉力误差为2.5%，实测单根张拉力误差为3.2%。满足预应力筋张拉技术指标要求。

混凝土蒸汽养护温度：标准规定轨道板采用蒸汽养护升温速度每小时不应大于15摄氏度，恒温温度不宜超过45摄氏度，降温速度每小时不应大于10摄氏度。经现场实测蒸汽养护各区域，实测每小时升温速度约为4.5摄氏度，恒温温度约为43摄氏度，降温速度约为每小时2摄氏度。满足混凝土蒸汽养护技术指标要求。

预应力筋放张：标准要求预应力筋放张时混凝土强度不低于45兆帕，弹性模量不低于3.35×104兆帕；单根预应力筋名义放张速率不应大于每秒2.0千牛。经现场实测，预应力筋放张时混凝土强度平均在48.0兆帕以上，弹性模量3.8×104兆帕以上；单根预应力筋名义放张速率小于每秒1.6千牛。满足预应力筋放松技术指标要求。

在线检测设备精度：标准要求在线检测设备精度1毫米。现场对流水台架模型几何形态实测检测精度为0.02毫米。满足在线检测设备精度技术指标要求。

首条实体工程产品生产线

目前，国内外高速铁路轨道板普遍采用“矩阵法”生产工艺，依托该项目研发的CRTSⅢ型轨道板“流水法生产”工艺，属国际上首条生产出用于实体工程（济青高速铁路）产品的生产线，产品质量完全符合《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板暂行技术要求（流水机组法）》(TJ/GW156-2017)的技术要求。

创新成果具有突破性

该项目首次实现了高速铁路CRTSⅢ型轨道板由传统的“矩阵法生产”提升为“流水法生产”工艺，提高了轨道板工业化制造水平；实现了较大吨位预应力混凝土预制构件流水线生产的新突破，进一步促进建筑装配式构件向大截面、高精度和不同结构类型的推广应用。

社会、经济效益皆显著

在经济效益方面，与传统矩阵法比较，采用“流水法生产”工艺的临时用地降低约26%，作业人员减少约50%，初始投资节省约15%，生产效率提高约25%；投产1条流水生产线可节省初始投资1200余万元，实现年产值4.5亿元，利润1.35亿元。机组流水法生产工艺经济效益非常显著。

在社会效益方面，轨道板机组流水法生产工艺，提高了轨道板工业化制造水平，提升了我国高速铁路在国际市场的竞争力；实现了大吨位预应力混凝土预制构件流水线生产的新突破，进一步推进建筑装配式构件向大截面、高精度和不同结构类型的推广应用；机械化生产程度高，作业人员劳动强度低，更好地体现了“以人为本”的发展理念；流水线成套设备可重复利用，减少临时设施重复投资，节约资源；工厂化生产工艺，有效地减小了环境污染；顺应了国家“一带一路”、中国制造2025、供给侧结构性改革、新旧动能转换等发展战略，促进经济社会的持续健康发展。

型无砟轨道板自动化流水生产线：机组流水生产线是将作业工序在轨道上一字排开。不同工位同时开展工作的生产方式。主要包括：预埋件安装、钢筋笼安装、双向同步张拉、混凝土浇筑、养护、双向同步放张、脱模等工序。所有工序都进行中央控制、统一指挥、协调工作。高速铁路CRTS

未来5年的近百亿市场

CRTSⅢ型轨道板为先张法双向预应力混凝土结构，有效地改善了轨道板的整体刚度，提高了其抗裂性和抗挠曲变形能力，保证了结构耐久性；同时可节省原材料用量，简化施工工序，降低生产成本。

目前，CRTSⅢ型轨道板已成为我国高速铁路建设首选结构型式，山东省境内在建及待建济青高铁、鲁南高铁、潍莱高铁，以及环渤海高铁大通道等工程项目均采用该结构型式。未来5年，轨道板需求总量约120万块，造价近百亿元，该产品的生产市场前景广阔。随着该成果在推广应用，经进一步扩大国内高铁市场占有份额，经济效益更加显著。同时，随着我国“一带一路”战略的实施，CRTSⅢ型板式无砟轨道结构选型将具有强劲的国际竞争力，该产品的国际生产市场前景也必将广阔。

轨道板机组法流水法生产工艺，实现了较大吨位预应力混凝土预制构件流水线生产的新突破，将进一步推进建筑装配式构件向大截面、高精度和不同结构类型的推广应用。

阿尔斯通 IRIS 认证审查会

混凝土枕欧盟认证审查会——山东高速轨道设备材料公司成为全国混凝土枕行业唯一一家通过欧盟认证的企业

阿根廷贝尔格拉诺国家铁路项目轨枕专家组对山东高速铁建装备有限公司产品进行质量检验

波兰轨道研究院专家对公司产品进行欧盟认证

刚果(金)铁路代表团来到山东高速铁建装备有限公司参观考察

20余年发展路

“轨道工程制品（轨道板）流水机组法生产工艺与成套设备研制”项目为山东省交通运输厅科技计划项目，自2016年1月启动，2017年10月完成相关研究内容。其承担单位为山东高速轨道交通集团有限公司、山东交通学院、中铁二十三局集团有限公司、山东高速铁建装备有限公司（原山东高速轨道设备材料有限公司）。

山东高速轨道交通集团有限公司（简称“轨道集团”）前身是山东省地方铁路局，成立于1989年1月，被山东省政府赋予的职责是负责全省地方铁路的规划、建设和运营管理。2004年，作为省属国有独资企业由省国资委监管。2008年4月，按照省政府实施大交通战略的部署，重组加入山东高速集团，改制为山东高速轨道交通集团有限公司，同时保留山东省地方铁路局的名称。轨道集团机关设9个职能部门，下辖11家权属单位，主要开展铁路运输、产品制造、经贸物流、工程施工、轨道交通代维代营，以及铁路工程质量监督等业务，是一家完全市场化运营的企业。

轨道集团成立20余年来，年货运量、货物周转量分别由最初的31万吨、0.16亿吨公里，达到了2011年的4282.5万吨、35.8亿吨公里。特别是“十一五”期间，轨道集团实现了快速发展，货运量达到年均25%的增长速度，资产规模翻番，所属三个运输单位均跨入全国地方铁路货运量前10位，成为全国唯一拥有3条地方铁路货物运量均超千万吨的地方铁路企业。

2018年10月，轨道集团权属单位山东高速铁建装备有限公司通过潍坊市经济和信息化委员会、潍坊市财政局的评审，认定为潍坊市企业技术中心。

2018年12月，轨道集团权属单位山东高速铁建装备有限公司通过潍坊市科学技术局批准，建设潍坊市高速铁路轨道板智能制造重点实验室，该重点实验室是公司联合山东交通学院、山东省机械设计研究院组建，主要研究开发高速铁路CRTSⅢ型轨道板智能制造生产线高端制造装备，进一步使高速铁路CRTSⅢ型轨道板流水机组法生产线具有先进性、科学性、创新性、实用性和效益性。

2019年，轨道集团联合山东交通学院、山东省机械设计研究院组建省级行业研发中心——高速铁路轨道板智能制造工程研发中心。通过建设研发中心，建立健全企业、高等院校、科研机构联合培养人才新机制，将研发中心建设为山东省乃至全国高铁轨道板等工程制品科技开发、技术创新、科技成果转化基地、工程技术人才培养基地和产、学、研合作孵化基地。

山东高速铁建装备有限公司发展历程

1994年临朐轨枕有限公司的轨枕生产车间在临朐县城弥河路西首南侧动工建设。

1997年经产权调整成为山东地方铁路局控股公司。

2009年通过增资及股权变更等法律程序，成为山东高速轨道交通集团全资子公司。

2011年以资产置换整合的方式整体搬迁至五井工业园区。

2014年6月首次将公司名称变更为山东高速轨道设备材料有限公司，冠名“山东高速”，名称变更标志着企业进入了发展的快车道。

2015年实现了与中铁二十三局战略合作，于2016年6月建成高铁轨道板场。

2017年山东铁路建设投资有限公司通过增资扩股成为公司第三个股东。

2019年1月公司名称由山东高速轨道设备材料有限公司变更为山东高速铁建装备有限公司。

山东高速铁建装备有限公司（原山东高速轨道设备材料有限公司）（简称“装备公司”）的前身为山东临朐轨枕有限公司。

装备公司现设有6个管理职能部室、4个业务职能中心、6个生产车间，从业人员有1200余人，其中工程技术人员60余人，中高级工程师20人，大学本科以上学历50余人，注册资本1.1亿元，资产规模9亿元。共拥有两个场区——高铁轨道板场区和轨枕场区，总面积500余亩。其中，高铁轨道板场拥有CRTSⅢ型高铁轨道板流水机组法生产线一条、台位法生产线两条，年生产能力10多万块；轨枕场区有预应力混凝土枕生产线两条，接触网支柱为主导产品的综合生产线一条，年生产能力100多万根。

装备公司的经营产品有CRTSⅢ型高铁轨道板、CRTSⅢ型高铁轨道岔板、Ⅱ型枕、Ⅲ型枕、岔枕、电容枕、宽枕、道口枕、美标米枕、美标宽枕、地铁无砟岔枕、地铁城轨枕等12大系列100余个产品型号，并通过了“ISO9000、ISO14000、OHSAS18000”三体系国际认证，拥有有砟和无砟铁路工程制品所有生产资质，并获得欧盟认证及阿尔斯通IRIS认证，荣获“11315”全国企业征信系统同行业信用排行榜第一名，持续保持AAA级信用等级。

山东高速集团党委委员、轨道交通集团党委书记、董事长李晓荣到装备公司视察。

铁道科学研究院专家对装备公司进行产品认证

山东高速高铁装备产业园重点项目签约仪式

伊朗客商来装备公司考察参观

阿尔斯通 IRIS 认证证书

装备公司荣获的专利证书

装备公司的产品在济青高铁、鲁南高铁、京沪铁路、京九铁路、京广铁路、邯济铁路、山西中南部铁路通道、津滨城际、哈大高铁等国家干线铁路，济南铁路局管内铁路及青岛地铁、天津地铁等项目建设中都占有重要市场份额。

顺应国家“一带一路”等发展战略，装备公司积极拓展海外市场，出口阿根廷轨枕累计达80多万根，并与波兰、南非、肯尼亚、刚果金、伊朗、摩洛哥、澳大利亚、新加坡、香港等国家和地区建立了业务关系。

多板块创新成果填补行业空白

“十三五”期间，山东高速轨道集团有限公司权属单位山东高速铁建装备有限公司共申报了13项省级科研项目，取得了多项具有自主知识产权的创新成果。目前，该公司获得部级一等奖1项、省级特等奖1项、省级一等奖1项；1项科技成果达到国际先进水平、3项科技成果达到国际领先水平；获得发明专利2项、实用新型专利51项、外观设计专利3项，另有13项发明专利处于实质性审查中。

欧盟认证证书

铁路车站远程集中控制系统

翻开轨道集团的业务板块介绍，你会发现，其在制造业、铁路运输等方面，均取得了突出成绩。

制造业板块

轨道集团的制造业板块主要围绕研发新产品、新技术、新工艺、新方法，在实现产品制造智能化、降低材料消耗、改善劳动条件、提高生产效率等方面开展创新工作。

权属单位装备公司参与制定了《预制混凝土衬砌管片》国家标准；研发的《Ⅲ型弹性枕》项目成果获得了“中国铁道学会科学技术奖”二等奖；《高铁轨道板流水机组法生产工艺及成套设备》项目成果为国内首创，填补了国内高铁装备行业的空白。该项目于2018年5月顺利通过山东省交通运输厅科技项目验收，其中3项科技成果被认定达到国际领先水平，1项达到国际先进水平，先后获得山东省机械工业科技进步奖一等奖，山东公路学会科学技术奖特等奖，中国公路学会科学技术奖一等奖。截至目前，高铁轨道板产品实现收入9.81亿元，实现利润2.16亿元。

权属单位装备公司的轨枕产品通过欧盟认证和法国阿尔斯通IRIS（国际铁路工业标准）现场审核认证，成为我国同行业唯一通过混凝土枕欧盟认证的企业。为装备公司打开了欧洲市场的大门，加快了混凝土产品“走出去”的步伐，推动了山东高速集团制造业的新发展。

铁路运输板块

轨道集团铁路运输板块主要围绕“铁路运管模式创新”“铁路运输智能化”两方面开展科技创新，在保证运输安全、提高作业效率、降低成本等方面取得了较好的效果。

铁路运管模式创新。益羊铁路管理处实现曹寿线车站《“一对五”远程集中控制》，集车站运输组织管理、列车及调车作业远程控制指挥于一体的铁路远程集中控制系统，填补了地方货运铁路远程集中控制的空白。系统应用后，列车接发办理方式由每个站接发列车作业人员分别办理改变为由集中控制站接发列车人员集中办理。调车作业计划编制、传达、调车进路准备等工作也由集中控制站办理，相关行车人员由多套精简为一套，既提高了工作效率，又节约了生产成本。

铁路运输智能化。轨道集团自主研发的《铁路货车智能检查系统》利用一系列自主开发的控制、记录、图像处理程序，实现了系统的自动开闭、图像信息处理、车号匹配、数据传输和记录等功能。

该系统使用后，外勤货运员作业由在室外各装卸车点进行货车检查改变为在室内通过图片、图像的方式检查，作业环境大幅改善；由多人在不同装卸车点检查改变为由单人在一处集中检查，减少用工人数；由车辆单面检查改变为对车辆各面同时检查，提高了检车质量和作业效率；由单一的书面台账记录改变为整列货车信息完全自动记录和保存，为运输组织分析提供了充分资料，促进了货装安全管理水平的提高。

《顶送调车无线视频引导系统》利用无线传输技术将列车推进运行时前端的图像实时传输到机车操作间内的装置。该系统应用后，机车司机在操纵机车推进运行中，无法瞭望前方时，可以通过动态视频在第一时间掌握远端进路、线路情况，准确及时操控机车。车列推进运行由调车人员在车列前端引导改变为通过视频引导，既减少了调车人员用工、劳动强度，又有效提高了取送车、调车作业安全，同时，实现了视频图像的采集与存储。

铁路货车智能检查系统

轨道集团与中车山东机车车辆有限公司合作新造的《CX64型多用途货车+新型罐式集装箱》与传统的铁桶包装、散装船、汽运槽车和铁路罐车相比，使用罐式集装箱可以实现从装箱地到卸料地无中间环节的直达，无货物的跑冒滴漏，是油品类货物理想的运输介质。

为更好地服务客户，轨道集团研发了新型罐式集装箱和CX64型多用途铁路货车多式联运。新型罐式集装箱容积28.2立方米，配置5英寸快速卸料底阀，采用玻璃钢+发泡的外部保温层。与原有产品相比，其货物运载量增加8.5%、卸货速度提高1.5倍、保温时间可达24小时。另外，新罐箱采用低位人孔、特殊设计隔舱板等新设计，便于清理罐体。CX64型多用途铁路货车，可同时满足管内装运集装箱罐（20英尺、40英尺标准集装箱）和运输散货（铝矾土、煤炭、矿石、建材等）两种功用，该批车辆的研发与应用，不仅及时解决了管内自备货车运用紧张的问题，大大降低了车辆购置成本，且提高了车辆运用效率，提升了管内运输效益，解决管内铁路货车的通用性问题，实现一车多用，增强了市场适应能力，填补了国内该领域的空白。

新型罐式集装箱、CX64多用途车。

集中控制道口、道口电子警察。

《铁路智能轻便止轮器》具备了定位、传感、通信的功能，防止车列产生溜逸的行车设备。该设备相对于传统防溜设备，真正实现了便携化、智能化和安全化。

便携化。技术人员通过使用新型材料，使单只智能轻便止轮器重量由4千克减至1千克内，同时，重新设计的外形更加便于携带。

智能化。系统通过各种感应数据能实时反应设备的位置和使用状态并后台记录，可替代传统人工录入台账和现场检查等环节，大幅降低了现场作业人员的劳动强度。

安全化。监控平台信息系统可以实现对止轮器全方位、全时段监测，异常情况可在10秒内报警，安全保障水平大幅提高。

在研项目板块

《货运铁路无人驾驶》项目，预计2019年将实现部分铁路调车远程智能控制。

《CRTSⅢ型轨道板智能流水线生产工艺与智能装备研发》项目，共分为智能制造生产工艺研究和智能制造生产线关键设备研究。

智能制造生产工艺研究。深入研究CRTSⅢ型轨道板的技术要求，分析两条台座法生产线和一条流水机组法生产线的工艺优缺点，优化每一个工序的生产工艺，制定智能制造生产线的总体方案。

智能制造生产线关键设备研究。根据第一代轨道板流水机组生产线生产工艺流程，生产线包含模板清理、脱模剂喷涂、钢筋笼入模、预应力钢筋初张拉、预应力钢筋张拉、钢筋绝缘检测、模板检测、混凝土搅拌、混凝土浇注与振捣成型、轨道板蒸养、预应力钢筋放张、轨道板脱模、轨道板检测及模板转运等10多个工序。根据工序研究结果研究相关制造设备。

2015年5月9日，装备公司首批出口阿根廷轨枕顺利装运。

模板：作为智能制造流水线生产载体，在多次周转使用过程中需承受巨大的张拉与锚固应力、高频率的振动作用和高低温蒸汽养护交替作用。为此，研究具有足够强度、刚度和稳定性的模板是课题研究的一项关键技术。

预应力钢筋双向同步张拉设备：研制可以自动适应多规格轨道板的智能张拉设备。自动识别模板规格，自动调整张拉结构和张拉参数。张拉力值能够自动补偿，保证张拉力值的一致性。

模板智能检测设备：研究基于三维激光扫描与双目立体视觉的模板在线检测设备，实现对模型形态与标准形态的全方位比对，用于预判产品质量状况并预测生产趋势，为流水线产品质量控制提供技术支持。

混凝土振捣设备：通过研究选取振动源、振动源与模板的结合方式、振动的频率与振幅的匹配、振动源与地面的有效隔离等内容，实现振动噪音的控制及降噪处理，改善车间工作环境。

蒸养系统：根据养护工艺要求，研究确定各养护段的时间、温度、湿度、单位时间温度变化率，研制蒸养室智能控制系统，使蒸养环境达到最优。

预应力钢筋双向同步放张设备：研制可以自动适应多规格轨道板的智能放张设备；自动识别模板规格，自动调整放张结构和放张参数；深入研究放张速率与应力释放关系和放张同步性问题。

轨道板脱模设备：研究新型脱模设备，使轨道板底面与模板缓慢分离，减少脱模破损率。

轨道板检测设备：针对轨道板大小钳口距、轨底坡、钳口面夹角、承轨面平整度、轨道板面平整度等检测项目，开发新一代在线检测系统分析设备，实现对轨道板实测数据与标准状态的对比分析，实现对轨道板形态与标准形态的全方位对比及对产品质量预判，同时要生成相应的变形曲线、图表等，快速判定质量状况和预测生产趋势。

模板转运系统：根据生产线的节拍及布局要求，研制模板的运行方案及运行方式，模板运行稳定，定位精准。

智能控制系统：研究实现单台设备及整条生产线的智能控制系统，实现多规格轨道板共线生产。系统自动识别模板型号，自动调整各工位设备运行参数，并具有自动分析生产数据和故障自诊断功能。