地铁市域快线工务智能巡检设备运用与探索

陈 飞

（成都地铁运营有限公司，四川成都 610051）

2020年全国轨道交通新增运营里程1 349.70 km，新增运营车站836座。截至2020年12月31日，内地共有44座城市开通城轨运营里程7 715.31 km，运营车站5 189座。2020年成都轨道交通先后开通5条地铁线路（运营里程187.5 km），线网累计开通13条（运营里程558 km），包括有轨电车1条（运营里程39 km）；第四期规划批复约176.6 km线路，远期（2035年）规划轨道交通线路1 389 km，市域铁路线路277 km。国家全面迈入轨道交通大发展阶段，成都地铁市域快线速度达140 km/h，包括17号线、18号线，后续还将开通速度达160 km/h的市域快线。

市域快线具有延伸远、区间长及运行速度快的特点，为工务设备养护带来全新挑战。随着客观条件的改变及线路设备高标准的要求，必须改变维保模式，投入现代化、智能化的巡检设备。

1 工程概况

18号线作为成都轨道交通的首条市域快线，连接火车南站与天府机场两大交通枢纽，线路全长约69.394 km，共设置13座车站，车辆段1座，拥有6个超过5 km的长大区间，平均站间距5.963 km。其中，天府新站至三岔站区间长达19.16 km，正线设计最大行车速度为140 km/h。

2 现有巡检模式

为了确保线路设备质量，根据修程要求，工务维保单位需对线路设备进行每日巡检，两次巡检间隔不超过48 h。巡检时必须以约2 km/h的速度全面查看线路，巡视内容包括钢轨、道岔、道床、轨枕、联结零件、排水设施、标志标牌等。

18号线平均每3 km设置区间风井、隧道斜井及疏散通道，作为施工作业进出通道，结合车站、区间进出通道布局情况，每名巡检人员单次作业巡检工作量约6～8 km。目前，正线需18人同时巡检作业。运营延时将严重影响巡检作业的顺利进行。

以兴隆站-天府新站-三岔站区间为例，兴隆站-天府新站区间距离为5.28 km、天府新站-三岔站区间距离为19.16 km（含一座矿山法施工隧道，长9.67 km）。两个区间共需7名巡检员同步开展作业，巡检员需从车站、隧道斜井、区间疏散通道等位置分散进出，巡视径路复杂，人员需求量大。天府新站-三岔区间穿越龙泉山脉，隧道斜井、区间疏散通道处于山区，从区间中部进出存在人身隐患，安全卡控难度大，可能出现紧急情况。

3 智能巡检机器人情况

传统人工步行巡检方式受线路客观条件限制及巡检人员业务技能、责任心等影响，人力投入较大、巡检效率不够高，可能出现漏巡、漏检问题，急需高效、高科技设备分担人工巡检作业。引入轨道智能巡检机器人，可以在一定限度释放劳动力，提高巡检效率及准确率[1-2]。

3.1 机器人基本情况

轨道智能巡检机器人采用锂电池供电，可以乘坐2人；外形尺寸1 750 mm×1 843 mm×1 120 mm，自重约285 kg；巡检机器人行车速度为0～15 km/h，续航里程不低于50 km，续航时间不少于3 h，适用线路最大坡度为40‰；具有电机制动、电磁刹车、手刹3种制动方式，常规制动距离小于30 m、紧急制动距离小于5 m（15 km/h，平直轨道）；检测设备防护等级为IP65，定位精度不超过2 m；设备不计轴，不会影响其他专业设备。

智能巡检机器人使用模式为机器调试（激光标定、设备连接、电子地图录入）→首次线路运行（数据采集）→线路建模→二次线路运行（边检边报）→病害离线处理、病害分析。

3.2 机器人试用情况

2021年1月，18号线智能巡检机器人开始设备调试，在18号线试车线、正线兴隆-天府新-三岔等区间进行超过20次调试及试跑，验证智能巡检机器人适用于18号线，具有长大区间的线路特点。

针对布置扣件松动（脱落）、轨距块缺失、螺栓松动、道床面异物、调距扣板缺失（断裂）等常见病害，对巡检机器人的在线检测与离线病害识别功能进行测试。

功能验证及验证结果如表1所示。

表1 功能验证及验证结果

由表1可知，巡检机器人能够较好地识别道床异物、弹条松动（脱落）等病害，精度较高，试验阶段现场布设各类病害19处，在线检出15处，检出率79%；离线检出检出19处，检出率100%。硬件方面，巡检机器人的运行速度、续航里程、荷载能力、爬坡能力、制动能力、检测范围等实际性能指标满足设计标准及使用需求。

4 巡检实施情况

在市域快线引入轨道智能巡检机器人，可以加强轨道设备风险管控，弥补人工作业不足，在提升作业效率、质量的同时推进维保作业的信息化、智能化，降低作业人员从区间进出轨行区发生人身安全隐患的概率。

巡检机器人上道作业前，完成施工方案编制及应急预案编制。设备操作需要2名负责人，施工负责人（1人）负责办理请销点手续，按照作业方案组织、指挥、监督作业过程，调度沟通；设备操作（1人）负责机器人上线后的操作控制及轨道数据采集。针对可能出现的平板电脑通信中断、电机自保护或故障、同步轮带断裂、电磁刹车无法释放、电池亏电或故障、脱轨等故障，提前进行预想并编制解决方案，同步梳理紧急情况下轨行区可以存放机器人设备区域，确保突发情况不影响次日行车。

18号线作业点时间基本为0：40—4：20，根据试用情况除去请销点、设备搬运时间、上道准备及适当预留时间等环节，机器人实际作业时间约2 h。机器人组装完成，通电开机，观察视觉模块激光线对齐情况，以5 km/h速度进行低速短距离（20 m）试跑，确认机器人通信、驱动、制动和数据采集功能正常后正式行驶，行驶速度不超过15 km/h，单次作业可以完成约28 km的线路巡检任务。结合作业点情况，在兴隆-三岔区间开展巡检作业，区间全长24.44 km。上下行作业各需1次作业点，由2人完成设备操作，与人工巡视相比，可以减少5人。

巡检时间节点梳理如表2所示。

表2 巡检时间节点梳理

试用巡检机器人时开展操作人员培训，确保工作人员熟悉机器人的组装、拆卸、操作、日常小故障处理，具备独立开展作业能力。

5 后续研究情况

5.1 全线巡检作业开展

结合2021年机器人使用情况对修程进行优化，考虑18号线线路总长情况及日常各专业作业对计划的需求，逐步推广巡检机器人使用。

（1）初期巡检方式为巡检机器人+人工巡检，每月对全线采取机器人覆盖1次，将全线划分为火车南-兴隆（23.952 km）、兴隆-三岔（24.398 km）、三岔-机场北（21.078 km）3个区段进行累计覆盖，需6个动车作业点（上下行各3个）。作业结束机器人返回车站库房，将电池带回充电，次日完成数据分析。当周有机器人巡检作业时，人工开展1次步行巡检，无机器人巡检情况下隔日开展巡视，人工巡检时对机器人巡检发现且当场无法处置的问题进行复核、整改，同步侧重智能巡检机器人无法覆盖的道岔、辅助线、联络线、疏散平台及以上部位。

（2）结合远期新线规划、建设、投用，进一步补充智能巡检机器人数量，力争达到50 km/台配置标准，机器人巡检由初期的每月1次加密为每2周1次，机器人巡检占比不低于50%。

（3）结合智能巡检机器人的运用，完善修程，优化步行巡检要求、标准，由每日1次（不超48 h）调整为每周1次，巡检侧重巡检机器人无法覆盖范围及上部土建结构设备，提高巡检覆盖范围、内容并注重巡检质量，人员力量更多投入故障处置、设备整修中。

（4）巡检作业开展过程中，提升巡检机器人作业安全卡控，完善作业指导书等内容，研究与探伤小车等巡检设备共用作业点及兼顾与其他作业联控，减少巡检机器人对作业区域要求。

5.2 巡检作业提升策略

持续优化、提升检测精确度，减少误报率，保证识别功能具有普遍性。研究道岔及有护轨地段钢轨等结构较复杂的轨道设备检测，提高检测全面性。积累经验、技术，为后续巡检机器人改进及车载式巡检系统打下基础。

6 结语

十四五是轨道交通大发展阶段，设备运维面临非常大的挑战与压力，应充分研究、运用智能化、机械化的作业工器具、手段，智能化检测、监测设备是下一阶段的研究方向与重点和解决问题、提升效率、提高质量的有效方式。