城市轨道交通基础设施综合检测技术应用研究

魏志恒，徐 栋，陈万里，戴源廷，王文斌

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心，北京 100081；2.北京市轨道交通运营管理有限公司，北京 100068）

1 引言

近年来，我国城市轨道交通发展迅猛，运营里程和客流量持续增长，为进一步保障运营安全，中华人民共和国国务院办公厅、中华人民共和国交通运输部等相继颁布出台《国务院办公厅关于保障城市轨道交通安全运行的意见》 《城市轨道交通初期运营前安全评估管理暂行办法》等文件，就如何保证运营安全给出了指导性意见[1-2]。

轨道交通基础设施检监测工作是实现基础设施状态全面感知、安全风险超前预警、设备状态准确评估、故障诊断预测，以及推进实施精准维修和预防性状态维修的重要手段，为轨道交通持续安全运营提供重要保障[3-4]。在高速铁路领域，已经形成包括小型检测系统、固定监测系统、车载综合检测系统在内的轨道交通基础设施综合检测技术体系，其中车载综合检测系统是实现轨道交通基础设施动态、综合、高效检测的有效手段[5-7]。在城市轨道交通领域，早先基本采用人工、小型检测系统、专业检测车等开展城市轨道交通基础设施检测，随着检测技术及运维理念的发展，城市轨道交通也正在不断引进包含地面监测系统、车载式检测系统在内的综合检测技术[8-10]。除积极应用先进的检监测技术外，目前运营单位针对检测数据的综合管理也日趋重视，并逐步构建了各类数据管理平台，为实现城市轨道交通基础设施智能运维奠定基础[11-12]。

文章全面分析工程车搭载检测系统、运营电客车搭载检测系统、综合检测车的应用范围、技术特点、应用效果，以及城市轨道交通基础设施综合检监测体系构建的发展趋势，总结其实践经验，为进一步提高城市轨道交通基础设施运维水平提供借鉴。

2 车载综合检测技术应用情况

2.1 工程车搭载检测系统

工程车搭载检测系统最常见的是单专业的轨/网检测车、钢轨探伤车等，随着综合检测技术发展，集合多专业检测系统的工程车也得到一定应用，例如轨/网检测车，可以完成轨道动态几何检测、轨道状态巡检、接触网零部件状态巡检、接触网几何检测等。目前北京、上海、广州等大部分城市的地铁运营单位均配置了轨/网检测车等，主要用于线路周期性动态检测，系统的整体应用较为成熟。

由于存在运行速度、车辆制式等客观因素影响，工程车与实际运营电客车运行工况相差较大，检测质量已愈发不能满足实际需求。

2.2 运营电客车搭载检测系统

最初由于技术水平等因素影响，运营电客车搭载的检测系统较少。随着在线监测、状态维修等理念发展以及集成化、自动化检测技术进步，运营电客车搭载检测系统的方式正逐渐得到广泛应用。集合多专业的综合检测系统在运营电客车上实现了工程应用，例如北京大兴机场线在运营电客车上加装了轨道几何检测系统、车辆动力学响应检测系统、弓网关系检测系统、接触网悬挂状态检测系统等[13]，其中轨道几何检测系统如图1 所示。

图1 轨道几何检测系统

运营电客车搭载检测系统可根据实际需求开展在线实时监测或周期性检测，真实运营场景下的等速动态检测可以有效发现并指导解决轨道动态几何超限、车辆异常晃动、弓网异常磨耗等问题。目前，该方式存在的主要问题是检测系统集成化、智能化不足，自动化作业程度有待提高等。

2.3 综合检测车

随着各地线网规模持续扩大、网络化运营不断发展以及智慧城市轨道交通建设持续推进，研发更高水平的综合检测技术，进一步提高城市轨道交通基础设施检测的质量、效率，已成为运营单位迫切需求。与高速铁路综合检测车、综合巡检车分开建设的情况不同，由于运营速度相对较低，城市轨道交通可将检测和巡检系统集为一体，实现城市轨道交通基础设施的同步检测及巡检。

目前，城市轨道交通领域已研发出了2 列综合检测车，分别是深圳市地铁集团有限公司牵头研制的2B 型综合检测车和中国铁道科学研究院集团有限公司牵头研制的3B 型综合检测车。综合检测车可实现轨道状态巡检、接触网悬挂状态巡检、车辆动力学响应检测、轨道动态几何检测、钢轨轮廓检测、弓网关系检测、隧道衬砌表面状态检测、线路限界检测、通信信号检测及线路周边环境监视等。

目前城市轨道交通综合检测车尚未实现工程应用，整体应用效果有待进一步验证。

3 车载综合检测技术对比分析

基于实际应用经验及理论分析，总结出3 种车载检测技术在应用范围、搭载能力、检测质量、检测效率、检测时间5 个方面的差异，如表1 所示。

表1 3 种综合检测技术对比

3.1 应用范围

城市轨道交通车辆、供电、通信、信号等制式较多，检测系统能否实现多线共用是需要重点考虑的问题之一[15]。跨线运行的首要条件是满足限界要求，地铁常见车型和工程车参数对比如表2 所示。

表2 常见车型车辆参数对比 mm

工程车由于限界小且无需取流，一般可以实现线网级别应用；运营电客车搭载检测系统的定位主要是实现本线路检测，一般不考虑跨线检测情况；线网级应用是实现综合检测车资源充分利用的关键。当前，由于系统制式等问题，车辆实现跨线运行仍面临诸多困难，但是随着各地网络化运营需求及相关技术的不断发展，综合检测车有望逐步实现多线乃至线网级应用。

3.2 系统搭载能力

工程车一般是单节车搭载单专业检测系统，例如轨/网检测车，受安装空间限制，工程车系统搭载能力有限。此外，工程车一般为内燃机车，运行工况与电客车相差较大，弓网受流、车辆动力学响应等检测系统无配置条件；以运营电客车为载体实现综合检测，首先应保障不能影响车辆正常载客运营，目前运营电客车上主要搭载轮轨、弓网等关键检测系统，搭载能力有限，后期随着检测技术发展，运营电客车搭载能力有望持续增强；综合检测车是专业检测车，车辆编组可根据检测系统的安装需求灵活配置，检测系统搭载能力较强。

3.3 检测质量

真实运营工况下开展检测是准确获取城市轨道交通基础设施运行参数的关键。工程车一般无法实现等速检测，车辆本身与实际运营电客车也存在较大差别，检测质量受较大影响；运营电客车搭载检测系统实现了真实运营场景下的等速、动态检测，不考虑车辆自身故障因素干扰，该模式检测质量较高；综合检测车作为专业的检测设备，具备作为标准源对各线路基础设施开展检测的技术条件，整体检测质量较高。

3.4 检测效率

工程车设计速度较低，无法实现等速检测，一般是在天窗期开展低速检测，检测效率一般；运营电客车搭载检测系统在运营期间即可完成检测，无需占用天窗期，检测效率较高；综合检测车可实现多专业综合检测、巡检，可最大程度替代单专业检测，具备在天窗期或运营期间行车能力，检测效果较好。

3.5 检测时间

工程车仅具备在天窗期开展测试的条件；运营电客车搭载检测系统可在运营期间实现在线监测或周期性检测，根据需要也可在天窗期开展专项检测；综合检测车可在天窗期开展检测，条件具备时可在运营期间开展检测。

4 车载综合检测系统配置分析

4.1 工程车搭载检测系统

以前绝大部分城市均通过工程车搭载轨检系统、网检系统等开展城市轨道交通基础设施检测，该方式可以有效解决车辆跨线检测的难题；另一方面，目前如钢轨探伤系统等还无法集成到电客车上，因此当前以及未来一段时间该方式仍将发挥重要作用。对于可以集成到运营电客车上的轨检系统、网检系统，工程车搭载检测的方式已逐渐失去优势。

4.2 运营电客车搭载检测系统

运营电客车搭载检测系统可以实现运营期间在线实时监测，对于实现城市轨道交通基础设施状态维修意义重大。此外，该模式还存在无需单独占用检测车辆，系统配置成本较低、实现难度较小等优势，一条线路配置1～2 套搭载式检测系统将逐渐成为常规配置。随着检测系统小型化、自动化进一步发展，未来将有更多检测系统集成到运营电客车上。

4.3 综合检测车

小型检测系统多、检测不规范等是城市轨道交通基础设施检测面临的主要问题，极大影响整体检测质量。作为专业检测设备，综合检测车可以实现轨道、接触网、隧道、通信、信号等系统综合、同步检测及巡检，配合数据综合管理系统，可以实现多专业检测数据的联动分析、深度挖掘等，切实推进智慧城市轨道交通发展。目前跨线运行是阻碍综合检测车实现广泛应用的主要因素，此外，解决综合检测车各子系统独立控制问题，实现多专业系统一体控制，关键安全参数实时传输、预警等也是需要解决的重点问题。随着各地网络化运营进程推进及相关检测技术发展，综合检测车有望逐步实现应用。

5 基础设施综合检监测体系构建

城市轨道交通基础设施检监测除了要实现前端状态数据精准、全面感知外，还应完成检监测数据综合管理与应用。目前各地针对检测数据综合管理与应用多有不足，主要因素有整体规划不足、检测系统多、数据类型多、数据统一管理难度大、信息化技术发展水平限制等。

在未来，城市轨道交通基础设施前端检测数据类型、数据量等将持续增多，数据综合管理面临压力也将日益增大。为此运营单位应及早规划构建包含感知层、数据层、分析应用层在内的城市轨道交通基础设施综合检监测体系，如图2 所示，不断引进新技术实现海量数据持续迭代应用，逐步推进智慧城市轨道交通建设。

图2 城市轨道交通基础设施综合检监测体系

6 结语

随着智慧城市轨道交通建设高潮来临，融合各类先进技术，顶层规划并加速构建包含车载综合检测系统、地面固定监测系统、小型专业检测系统、检测数据综合管理平台在内的城市轨道交通基础设施综合检监测体系，全面、准确、及时的感知城市轨道交通基础设施运行状态，已成为保障城市轨道交通运营安全的重要手段。