北京轨道交通大兴机场线车辆运维标准研究

阮 巍，周广浩，曹向静，董剑锋

(北京市轨道交通设计研究院有限公司，北京 100068)

随着城市发展，大城市的交通拥堵、空气污染、居住拥挤给人们的日常生活带来很大困扰，建立都市圈通过轨道交通疏解城市人口、发展区域经济已经是我国的基本国策。

《京津冀协同发展》[1]《粤港澳大湾区发展规划纲要》《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》的落实以及都市圈的规划建设对城市轨道交通线网功能提出新的要求。

区域快线[2]是打破市域行政范围，介于城际铁路、地铁之间的城市轨道交通，满足出行半径70～100 km距离、1 h通勤圈的需要，是我国城市轨道交通的重要组成部分。目前，规划在建的北京地铁22号(平谷)线、广州地铁28号线、深圳地铁14号线都属于区域快线范畴。

北京市大兴机场线一期工程是国内最早建设运营的城市轨道区域快线之一[3]，2019年9月25日开通运营，线路全长41.36 km，采用AC 25 kV供电，地下采用刚性接触网，车辆采用D型车，最高运行速度160 km/h，运营采用GoA4全自动运行模式，年走行30万 km，其多项技术属国内城市轨道交通首创，给车辆基地的建设提出更高要求。有必要通过总结大兴机场线建设、运营经验，编制具有实践检验的车辆检修建设标准，为今后城市轨道交通区域快线车辆基地的建设及网络化资源共享提供理论基础。

1 磁各庄车辆段概况

大兴机场线磁各庄车辆段(图1)线网定位为架修段，负责全线一期工程的初、近、远期车辆停放、日常维护、定期检修工作，是国内第一个预留一体化开发条件的区域快线车辆基地。磁各庄车辆段建设规模远期预留20个停车列检列位，车辆段及预留工程总建设规模约37.4万m2。

图1 磁各庄车辆段效果图

车辆基地的功能包括：运用库、联合检修库、咽喉区、工程车库、内燃车库、洗车库、镟轮库、材料棚、试车设备室、综合楼、物质库、污水处理站、派出所、出入段线等，如图2所示。

图2 磁各庄车辆段功能布局

大兴机场线是国内第一条160 km/h的市域快线，市域D型车辆的运维需求无规范可循。可参考的规范GB50157—2013《地铁设计规范》、TB10623—2014《城际铁路设计规范》相关条款也有较大差异。在初步设计阶段，通过对大兴机场线线路、车辆、供电、轨道、运营的工程特点研究，提出并实施的大兴机场线车辆检修修程标准[4]。转向架专项修(A修)的检修周期为40万km。转向架专项修周期的缩短加大了运营成本，影响了轮对的使用寿命。其检修周期见表1。其研究成果通过论文形式，相继在《铁道标准设计》杂志发表《轨道交通区域快线车辆检修修程研究》、《城轨车辆大架修基地建设规划的探讨》[5]，在2020年第七届全国智慧城市与轨道交通学术会议发表《浅谈市域D 型车轮对检修及设备配置方案》[6]等多篇论文。从检修标准、检修资源共享、轮对检修方案等多视角研究城市轨道交通区域快线车辆运维的解决方案。

表1 大兴机场线车辆检修修程和检修周期

在优化设计方案的同时，也认识到全自动运营场景对车辆检修提出更高要求，在车辆基地运维及检修中“人的工作正在逐渐被设备所代替”“车载自诊断、在线检测设备大数据的智能化应用”能够给车辆基地的运维检修提供可靠的技术保证。并在北京市科委科技计划课题征集过程中提出，依托大兴机场线磁各庄车辆段工程建设，开展《基于大数据的智能化车辆基地管控系统关键技术研究与应用》课题研究，于2020年6月顺利通过北京市科委主管部门的验收。

为更好地总结、推广大兴机场线的设计成果，为北京市轨道交通区域快线建设积累经验，2017年10月通过北京市轨道交通网络化专项设计与管理工作立项《区域快线全自动驾驶车辆检修模式、在线检测设备应用和检修智能化设计》课题研究。研究过程中，课题组到大兴机场线磁各庄车辆段现场调研、交流，收集车辆运营状态，分析车辆供应商提出的车辆运维技术标准，编制了大兴机场线车辆检修规程、检修作业指导、工艺设备选择、在线检测设备应用，以及检修智能化等研究成果，并对北京市区域快线车辆基地建设提出优化方案。2020年11月5日完成课题验收。

2 城市轨道交通区域快线的发展

近年来，在国内轨道交通围绕都市圈建设发展迅速，以中心城市建设为主体的地铁线网和以国家投资的国铁干线建设已经不能满足都市圈轨道交通发展的需要。

2015年3月为落实京津冀协同发展重大国家战略，在国家发展改革委和京津冀协同发展领导小组办公室的指导下，京津冀三省市人民政府、中国铁路总公司共同组建成立了京津冀城际铁路投资有限公司，规划了3 700 km的京津冀城际铁路网[7]，对京津冀一体化建设起到推动作用。

为加快城际区域轨道交通规划建设，广东、浙江、重庆、四川、湖南、江西等先后成立铁路投资集团有限公司，国内轨道交通建设规划形成国家、省市、地方多层级建设的发展趋势，而区域快线作为城市圈发展的需要，其定位在区域与市郊铁路的圈层，存在建设主体相对模糊，国家和地方的规划不一致，建设标准不统一，运营管理不协调，与城市轨道交通直达互通性差，重复建设时有发生等问题[8]。

2019年2月19日国家发展改革委(发改规划〔2019〕328号文)《关于培育发展现代化都市圈的指导意见》指出[9]：打造轨道上的都市圈。统筹考虑都市圈轨道交通网络布局，构建以轨道交通为骨干的通勤圈。在有条件地区编制都市圈轨道交通规划，推动干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通“四网融合”。

2020年12月17日国家发展改革委交通运输部国家铁路局中国国家铁路集团有限公司下发《关于推动都市圈市域(郊)铁路加快发展意见》，对市域(郊)铁路建设在总体要求，明确功能定位和技术标准，完善规划体系，有序推进实施，优化运营管理，创新投融资方式，建立持续发展机制等方面提出具体要求[10]。

区域轨道交通连接于城市中心与郊区、中心城市与卫星城市，主要服务范围在城市中心的外围地区，负责城市中心与外围组团副中心之间长距离的联系，是一种介于城市轨道交通和一般铁路之间的客运交通模式，主要承担都市圈、城市群区域的客流出行，以中长距离的通勤、通学为主要服务对象，兼顾商务、探亲、旅游等中长距离出行需求。目前，适应该区域的车辆制式较多，有铁路客车，城际动车组，市域A、B、D型车等，大兴机场线选择市域D型车。

根据区域快线运营满足“朝夕”大客流，1 h通勤圈的特点，大兴机场线开发研制的车辆，最高运行速度160 km/h；为提高机场专线的服务质量，采用7+1编组，每列车配有一节专用行李车；为控制轴重，车辆采用长度22 000+Δmm，定距15 700 mm；车体采用铝合金材料，减轻车辆自重，提高密封性、稳定性、舒适性及防腐性；按照城市轨道交通服务标准，车辆无盥洗室、卫生间等设施。目前应用实施的T/CCES2—2017《市域快速轨道交通设计规范》相关条款的D型车辆标准，主要参考北京大兴机场线的技术参数。经过1年运营，大兴机场线D型车辆的技术标准能够满足区域快线的功能需求，车辆运行状态良好。

3 大兴机场线车辆状态分析

北京轨道交通大兴机场线正式开通运营已有1年，车辆累计走行约40万km，截止目前车辆的运行状态良好，各项指标正常，关键系统部件未出现影响行车安全的重大故障。大兴机场线车辆供应商主要是青岛四方，2019年1月16日车辆到场，6月15日开始车辆上线动态调试，9月25日试运营。

磁各庄车辆段为提高车辆状态检测，根据车辆状态检测需求，车辆需对影响行车安全的牵引、制动、走行部、车门等系统进行车载状态监测。同时，对影响车辆服务质量的子系统，如车门系统、空调系统、乘客信息系统、公共广播系统等进行监控。另外，磁各庄车辆段配有轮对故障动态检测系统、受电弓及车顶状态动态检测系统、车底及车侧故障检测系统和LU移动式轮辋轮辐探伤系统等在线检测设备。

为完成《区域快线全自动驾驶车辆检修模式、在线检测设备应用和检修智能化设计》课题研究，2020年9月开始对车辆运行状态进行数据取样分析，从车载状态监控入手，重点是轮对、受电弓碳滑板、制动闸片等关键磨耗件，对车辆十大系统，121个部件进行检修需求分析，制定新的检修修程和检修周期，编制各修程的生产作业进度。

3.1 大兴机场线车辆轮对走行状态分析

3.1.1 大兴机场线车辆轮对技术规格及要求

根据车辆供应商提供的资料，同一列车各轮对的检修规程要求如下：

车轮直径原型860 mm，磨耗到限790 mm；

轮径差同一轮对≤1 mm；

同一转向架≤4 mm；

同一车辆≤4 mm；

同一列车≤40 mm；

轮缘高度26.5～33 mm；

轮缘厚度26～34 mm；

车轮径向跳动≤0.3 mm(镟修后0.1)。

3.1.2 车辆轮对运行状态分析

为提高车辆动态检测效率，在磁各庄车辆段出入段咽喉区设检测棚，主要进行轮对故障动态检测、受电弓及车顶状态动态检测、车底及车侧故障检测。2020年9月7日，选取43万km的轮对动态检测数据见表2。

从单列车辆轮对磨耗统计(表2)及测定轮对踏面形状与原型对比(图3)可见，轮对磨耗重点是产生踏面凹型，与动车组轮对磨耗特点相似[11]，万公里磨耗量较高速动车组较轻，本线车辆轮对总体状态较好，目前轮缘基本无磨耗，车轮轮径踏面磨耗剩余量最小约855.1 mm，万公里轮径磨耗量约为0.13 mm，考虑车轮镟修加工量，预计车轮可使用超450万km。

表2 单列车辆轮对磨耗统计 mm

图3 测定轮对踏面形状与原型对比

通过30次轮对测量统计(表3)分析，同一轮对的大小差值最大1.2 mm，经插入法计算，轮对走行35.8万km时，大小差达到标准值1 mm，考虑轮对磨耗的非线性特点，因此，建议车辆不落轮镟修周期可以控制在(30+5)万km，根据轮径变化量和轮缘变化量，制定镟修策略[12]。

表3 同一轮对30次测量统计 mm

3.2 制动闸片、碳滑板等磨耗部件状态分析

根据实际检修记录统计，大兴机场线车辆制动闸片万公里平均磨耗量约为0.45 mm，新闸片运行约28万km后磨耗到限[13]。受电弓碳滑板万公里磨耗量约为0.47 mm，新碳滑板运行约32万km磨耗到限[14]。

4 大兴机场线车辆检修标准

根据区域快线车辆特点，结合北京大兴机场线车辆运营状态，建议日常维护采用列检、月检两级管理模式，定期检修在参考中国国家铁路集团的有关规程基础上[15]，采用配件全寿命周期的大、架修维修管理模式。对于运营安全要求较高的牵引供电系统、制动系统、走行部采用专项修的管理模式结合状态数据进行维护。推广根据配件寿命采用同修程不同检修内容的均衡修作业方式[16]。

4.1 日常维护

4.1.1 列检

列检是保证车辆运行状态的主要手段，列检以检查为主，是在96 h以内进行的检修作业。在编组状态下、对主回路及辅助回路的电气设备、制动装置、一般电气、空调装置、司机室空调装置、车体及客室等进行外观、安装状态、性能检查，发现缺陷后进行维修。为便于车顶受电弓、空调装置的检查，列检库设置3层作业平台。为及时掌握车辆关键部件状态，及时进行状态修，出入段线设置轮对、受电弓、车体在线检测设备。在列检中要增加对制动闸片的日常检测，如有问题需及时更换。

4.1.2 月检

月检是日常检查中，增加对重点部件进行专项维护的修程。根据区域快线的运营特点，安全等级提高，推荐月检周期按每月检周期组织生产。月检以检查、检测、润滑、清洁为主。在编组状态下取下设备的罩盖等，对主回路及控制回路的电气设备，制动装置，行驶装置，一般电气、空气装置，车体及车厢内设备的各自的外观、安装状态及综合性能进行检查。如果有缺陷的情况下，进行更换或维修。另外，根据车辆的使用线区，使用状况定期地对各设备的过滤器类进行清扫。主要项目有车轮探伤、踏面修形、齿轮箱换油、轴承润滑、主要系统和部件的功能测试、蓄电池清洁等内容。月检库设有移动式轮辋轮辐探伤设备、移动式车轴探伤设备。

4.2 定期检修

4.2.1 定修

定修是根据车速的提升，转向架维护需求的专项维护。根据原型车CRH6城际动车组的修程设置情况及后续国铁动车组做出的一系列修程延长变更[17]，结合市域快线车辆主体设计寿命不低于30年，车辆平均年走行20～30万km，轴承、联轴节、齿轮箱、牵引电机等主要驱动件的全寿命维护特点及空气弹簧、橡胶节点油压减振器密封件等橡胶密封件全寿命维护的特点，定修维修周期宜设置在60万km，维修周期时间不宜超过1.9年。

4.2.2 A修

A修维修周期宜设置在120万km，维修周期时间不宜超过3.75年。主要针对转向架分解检修及车载其他各设备系统的现车修。主要作业内容包括入厂接车鉴定、解编、架车、转向架检修、车载设备检修、落车、编组、静调、称重、动调等。推广根据配件寿命采用同修程不同检修内容的均衡修作业方式，对制动、牵引、空调等系统进行状态检查和功能测试。

4.2.3 B修

B修维修周期宜设置在240万km，维修周期时间不宜超过7.5年。主要针对列车各设备系统的分解检修。主要作业内容包括：入厂接车鉴定，解编，架车，转向架检修，车辆设备分解与检修，车辆设备组装，落车，编组，静态调试，称重，动调试验，试运行等项目检修。

4.2.4 大修

大修主要针对列车各系统的全面检修[18]。维修周期宜设置在480万km，维修周期时间不宜超过15年。主要作业内容包括：整车清洗，入厂接车鉴定，解编，架车，转向架检修，车辆设备分解与检修，墙板、隔板、顶板拆解，保温材更换，车体结构检修，线缆、灯具更换，车辆设备组装，油漆及标记，落车，称重，保压，编组，静调试验，动调试验，试运行等项目检修。区域快线大修修程需进行车体检修，对车辆结构刚度、质量、车体外皮涂装要求很高，一般建议返厂修[19]。

北京大兴机场线检修修程见表4。

表4 大兴机场线车辆检修修程和检修周期

5 大兴机场线车辆架大修运维成本分析[20]

大兴机场线车辆年走行30万km，30年车辆全寿命周期走行900万km。根据2016年大兴机场线PPP项目特许协议成本估算：

三级修(60万km)车辆维护成本142.5万元；

四级修(120万km)车辆维护成本687.5万元；

五级修(240万km)车辆维护成本2 740万元。

按照T/CCES2—2017《市域快速轨道交通设计规范》，市域D型车车辆检修修程及检修周期计算：大兴机场线车辆30年需进行7次三级修、5次四级修、2次大修的车辆单列总费用最低为9 915万元。

按照大兴机场线检修修程和检修周期计算：全寿命进行6次架修、1次大修，全寿命高等级修维护成本的车辆单列总费用最低为6 865万元。仅大架修每列车全寿命节约运维成本约3 050万元。大兴机场线远期配属车辆20列计算，每年可节约大架修运维成本2 033.2万元。

6 结论及建议

(1)大兴机场线的建设经验证明，区域快线线路高标准建设，避免车辆速度的提高造成轮轨、弓网、基础制动等车辆状态的恶化。制定车辆检修修程的影响因素包括：

①定修考虑部件供应商(需招标优化)的检测、探伤需求，维修时间短，无需架车分解作业；

②A修考虑轴承维护需要，对齿轮箱轴承分解检查；

③B修考虑橡塑件的老化，垫片磨耗的更换，以及系统设备检修需求。

(2)区域快线配属车辆规模少的特点，给车辆运维成本的降低提供有利条件。

(3)建议区域快线在车辆招标过程中，对影响检修成本的关键部件适当延长免维护期的要求。

(4)通过大兴机场线车辆运维检修修程和检修周期的优化，为城市轨道交通区域快线的建设积累宝贵经验。

(5)根据区域快线车辆运维需求特点，建议车辆基地的建设应采用互联互通、资源共享，通过物联网大数据，实现网络化运维的原则，为车辆降低运维成本创造条件。

大兴机场线车辆状态及研究成果表明，大兴机场线的建设标准为车辆良好的运营状态提供了根本保证。通过北京轨道交通大兴机场线车辆运维标准的研究，在市域(郊)铁路、区域快线的规划建设领域，为今后车辆基地的建设、标准规范的制定、运维成本的控制等提供科学的数据支撑、理论基础和技术保障。