基于TRIZ理论的高铁站台门设计方案研究

摘 要：针对我国高铁多车型混跑模式下站台门对位难题，应用TRIZ理论构建技术矛盾，通过技术矛盾矩阵揭示的发明原理形成最终的设计方案。以高铁苏州站为例，提出一种升降式高铁站台门创新设计方案，该方案成功实现了站台门系统的适应性、经济性与安全性的兼容，为我国高铁公交化运营提供了技术支持。

关键词：TRIZ理论；高铁站台门；创新方案；适应性

中图分类号：U291 文献标识码：A Doi：10.3969/j.issn.1672-2272.202306091

Research on Platform Door Scheme of High-Speed Railway Based on TRIZ Theory

Cheng Siyu

（Mechanical Power Design and Research Institute，China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd， Wuhan 430063，China）

Abstract：Aiming at the difficult problem of platform door alignment in China's high-speed rail multi-model mixed operation mode， the TRIZ theory is applied to construct a technical contradiction pair， and the final design solution is formed through the invention principle revealed by the technical contradiction matrix. Taking Suzhou Station as an example， an innovative design scheme of elevated high-speed railway platform doors is proposed， which realizes the compatibility of platform door system adaptability， economy and safety， and provides technical support for the bus-oriented operation of high-speed railway in China.

Key Words：TRIZ Theory; High-Speed Rail Platform Doors; Innovative Solutions；Adapt Ability

0 引言

十四五期间，我国已累计有39条线路开通“高铁月票”，“公交化运营”已成为我国高铁发展的新趋势。传统高铁站台候车由于发车频率低、列车停站时间长，乘客通常在高铁停稳后再前往站台上车，因此站台门的安装并不常见。随着高铁公交化运营的推进，高铁发车频率增加，停站时间缩短，为保证高铁的运行效率，需要乘客站台候车，高铁候车由“车等人”变为“人等车”，给暴露在站台上的乘客带来了新的安全风险。为保护乘客的安全，加装站台门成为高铁公交化运营中至关重要的一环。然而，与城市轨道交通单一车型不同，我国高铁拥有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6、CRH380等15种动车组平台共计50余种列车车型，不同车型车门数量、位置、开度均不相同，如何使站台门开门位置与列车车门相对应，以保证乘客乘降效率，是在全国范围内推广高铁公交化运营所亟待解决的关键问题[1-2]。

1 基于TRIZ理论的问题分析及解决过程

TRIZ理论是由前苏联发明家G.S.Altshuller通过研究上百万件高水平专利总结出来的一套创新方法论，经过多年的发展和应用，已经成为全球范围内创新与问题解决的重要工具。TRIZ理论的核心思想是通过发现和利用普适的创新原理来解决问题，并提出了一系列与创新相关的原则、模式和规律，旨在帮助人们克服创新过程中的障碍和矛盾。

Altshuller发现，存在39个彼此之间相互矛盾的工程参数，即当一个参数提高时，另一个参数就会变差，他将这些冲突与冲突解决原理组成了一个由改善参数和恶化参数组成的矩阵，并揭示了相应的发明原理，借助TRIZ理论总结的40个发明原理和39个通用工程参数（表1和表2），以及技术矛盾矩阵（表3），就可以解决许多实际问题[3-4]。

因此本文拟借助TRIZ理论，解决当前高铁站台门设置方案存在的不足并提出创新方案。本文的研究思路如下：首先对我国当前高铁站台门的现状进行调研，分析存在的技术问题；其次，结合TRIZ理论中的39个通用工程参数，总结高铁站台门存在的技术矛盾对；随后通过技术矛盾矩阵得出解決问题的发明原理，并根据这些发明原理筛选出新的解决方案，如果发现新的问题，那么通过39个通用工程参数再次构建技术矛盾进行分析，直到不再出现新的问题；最后，生成可执行的方案。流程如图1所示。

2 高铁站台门分析及设计

2.1 问题描述及分析

国外如ICE、TGV、AVE、VHS等高速列车无多车型混跑及公交化运营的需求，所以没有相应站台门产品和相关经验可借鉴。

我国高铁的发展经历了“引进、吸收、消化、创新”4个过程，由于引进平台的差异和不同的客运需求，我国高铁拥有15种动车组平台共计50种车型，不同车型车门数量、位置、开度均不相同。如图2所示，城市轨道交通站台门设置方案并不适用于高铁站台。

为了解决多车型混跑情况下的门—车对位难题，目前高铁候车站台通常采用站台门退后站台边缘1 200mm安装的方式，如图3所示。乘客通过预留的通道穿过站台门进行上下车，这种方式虽然能够实现站台门与不同列车车型车门位置的兼容，但增大了站台宽度，进而增加了工程投资，通常增加100mm地面站台宽度需要增加站台投资约100万元。此外，对于如广深港高铁福田站、智能京张高铁八达岭长城站之类的地下高铁站，并不具备扩大站台的条件[5-6]。

运用TRIZ理论对高铁站台门目前出现的问题进行分析，将站台门“设计、建造、运营”各方面的因素都考虑在内，对高铁站台门提出新的设计方案。首先根据站台门兼容不同列车车型与站台投资作为一对矛盾点，明确设计目标是在保证站台门兼容多车型列车的同时，避免增大投资。将“兼容多车型列车”以及“增大投资”这两个互相冲突的矛盾点归纳到TRIZ理论中的39个通用工程参数进行分析，将“兼容多车型列车”归纳为改善参数 “NO.35适用性或多用性”，将“增大投资”归纳为恶化参数“NO.32物质损耗”。 因此从提高站台门兼容性的角度出发，构建的技术矛盾组为“NO.35适用性或多用性”与“NO.32物质损耗”。

2.2 方案创新

根据对当前高铁站台门存在的矛盾进行分析，得到改善和恶化参数，结合技术矛盾矩阵（表4），便可以得到解决当前技术矛盾的发明原理。

根据表4所示，推荐解决“NO.35适用性或多用性”与“NO.23物质损耗”之间的矛盾可以用到的发明原理为“NO.2抽取”“NO.10预先作用”“NO.13反向操作”和“NO.15動态化”，其原理释义如表5所示。

根据矛盾矩阵推荐的发明原理，结合头脑风暴与专业知识，优先选择“NO.15动态化”作为高铁站台门创新方案设计的指导原理。根据发明原理“NO.15动态化”的提示，将单个滑动门拆分成可组合式的套叠滑动门结构，相邻两组滑动门相错布置，取消常规布置工艺中的固定门、应急门单元，滑动门结构尺寸和立柱位置可根据工程需求调整，不需要较高的停车精度即可包容多种车型列车车门的开门位置，站台门也因此可以靠近站台边缘布置，缩短站台宽度，降低了站台工程投资，套叠滑动门效果，如图4所示。

在得到套叠滑动门的创新设计方案之后，对方案的可靠性进行验证。套叠滑动门通过套叠门的形式，增加站台门的开度，包含不同车型列车的开门区域，从而兼容更多的车型。当车型越多时，套叠门的数量就越多，站台门的机械结构就越复杂，门体也越厚，在站台宽度一定的情况下，套叠门设置的数量存在上限，兼容车型也存在上限，一般可兼容5～6种。且当套叠方案确定时，一旦新增停靠车型，新车型开门位置超出套叠滑动门覆盖范围，套叠门不再适用。

根据TRIZ理论中问题解决流程图，接下来需要对“站台门开度”与“站台门结构复杂”和“站台门开度”与“站台门厚度”这两对技术矛盾点进行TRIZ理论分析，从而找到解决矛盾的方法。将“站台门跨度”“站台门结构复杂”“站台门厚度”归纳到TRIZ中的39个通用工程参数进行分析，将“站台门开度”归纳为改善参数 “NO.3运动物体的长度”，将 “站台门结构复杂”及“站台门厚度”归纳为恶化参数 “NO.32易于制造”“NO.7运动物体的体积”，从提高站台门开度覆盖更多列车车门的角度出发，构建的技术矛盾对为“NO.3运动物体的长度”与“NO.32易于制造”以及“NO.3运动物体的长度”与“NO.7运动物体的体积”。

将上述参数带入技术矛盾矩阵，如表6所示。

根据上述技术矛盾矩阵提示，推荐解决“NO.3运动物体的长度”与“NO.7运动物体的体积”之间的矛盾可以用到的发明原理为“NO.4不对称性”“NO.7嵌套”“NO.17维数变化” “NO.35改变物理/化学状态”； 推荐解决“NO.3运动物体的长度” 与“NO.32易于制造” 之间的矛盾可以用到的发明原理为“NO.1分割”“NO.17维数变化”“NO.29气压或液压结构”。

根据矛盾矩阵推荐的发明原理， 优先选择“NO.7维数变化”作为指导站台门创新方案设计的发明原理，其释义如表7所示。

根据发明原理“NO.17维数变化”的提示，将站台门的开门方向由水平方向改为垂直方向，取消常规布置工艺中的固定门、应急门单元，站台门由一幅可在垂直方向上运动的宽大门体组成，无须套叠滑动门结构，结构简单，占地面积小，能兼容更多车型。当站台门开启时，乘客可从站台门体下方通行，升降式站台门效果如图5所示。

2.3 方案设计

升降式站台门设计关键在于对主体升降门单元尺寸进行设计，以苏州站第6站台为例，站台长度450m，共停靠CR400BF（8编组）、CR400BF（17编组）、CRH1B、CRH1B（1299）等17种不同车型列车，对各列车车门中心线位置进行统计可得列车中心线宽度集中在9.2～12m范围内。

为保证整侧站台的美观性、产品制造及实施的可行性、维护管理的便捷性，采用制造工艺较为成熟的10.5m开度门单元作为主要门单元，立柱宽度600mm对整侧站台进行设计，尽可能减少门体立柱对列车车门的阻挡，通过方案优化，整侧站台门参数如表8所示。

站台门立柱有6处位置与局部车型车门位置重合，分别为：CRH2A车型第8节车厢车门与立柱有300mm范围重合、CRH2B车型第3节车厢车门与立柱有330mm范围重合、CRH3A车型第7节车厢车门与立柱有250mm范围重合、CRH380BL车型第3节车厢车门与立柱有200mm范围重合、CRH380D车型第3节车厢车门与立柱有200mm范围重合、CRH400BF车型第7节车厢车门与立柱有250mm范围重合，剩余11种车型完全兼容，高铁苏州站站台门实物图如图6所示。

本创新设计方案的优势体现在：①站台门规格统一，可制造和实施性强，运营维护便捷；②兼容多种列车车型，结构简单；③站台门设置方案合理，立柱与列车车门重叠部分不影响乘客通行及疏散。

3 结语

在高铁站台门方案的设计过程中，应用TRIZ理论对问题进行分析，通过技术矛盾矩阵对问题进行求解，形成了最终解决方案。在方案的具体设计过程中，以高铁苏州站站门台为例，从“兼容性”“经济性”“可制造性”“实用性”等方面进行了创新设计，最终形成了高铁站台门的设计方案，使高铁站台门的设计更加合理。

参考文献：

[1]金庄庄.基于公交化运营的铁路客站规划与设计研究[D].北京：北京交通大学，2022.

[2]贾萍，刘德伟，杨志慧.全自动运行线路站台门就地控制盒电路改进方案设计[J].都市快轨交通，2022，35（5）：117-121.

[3]邢思思. TRIZ分析矩阵智能构建方法研究[D].北京：中国科学院大学（中国科学院文献情报中心），2022.

[4]王建锋，陈香香，段红艳.基于TRIZ理论的智能快递小车创新设计[J].内燃机与配件，2023（7）：23-25.

[5]张银龙.市域铁路智慧站台门系统关键技术[J].中国机械工程，2021，32（4）：475-480.

[6]胡振亚，罗威.轨道交通站台门轨旁安全设计[J].中国安全生产科学技术，2019，15（S1）：85-89.

（责任编辑：张双钰）

基金项目：湖北省创新方法推广应用基地服务能力建设项目（2020IM020800）

作者简介：程思宇（1995-），男，中铁第四勘察设计院集团有限公司助理工程师，研究方向：机械设备设计。