■ 王衛(wèi)東 顧世平 楊超 任盛偉
高速綜合檢測(cè)列車(chē)以高速動(dòng)車(chē)組為載體,加裝了軌道檢測(cè)、弓網(wǎng)檢測(cè)、輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)、通信檢測(cè)、信號(hào)檢測(cè)等精密測(cè)量設(shè)備,集成現(xiàn)代測(cè)量、時(shí)空定位同步、大容量數(shù)據(jù)交換、實(shí)時(shí)圖像識(shí)別和數(shù)據(jù)綜合處理等先進(jìn)技術(shù),在高速運(yùn)行中可對(duì)軌道、接觸網(wǎng)、通信、信號(hào)等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行等速檢測(cè),是提高鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)效率、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)維修、確保列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全的重要技術(shù)裝備。
高速綜合檢測(cè)列車(chē)作為一個(gè)國(guó)家鐵路科技實(shí)力的綜合體現(xiàn),目前世界上只有少數(shù)高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家有實(shí)力設(shè)計(jì)與制造,意大利、法國(guó)、英國(guó)和日本等花費(fèi)4~5年的研發(fā)和制造時(shí)間,而我國(guó)在沒(méi)有綜合檢測(cè)列車(chē)技術(shù)前提下,在較短時(shí)間內(nèi),設(shè)計(jì)并制造了多列具有世界先進(jìn)水平的高速綜合檢測(cè)列車(chē)。
日本、意大利、法國(guó)、英國(guó)等高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家為了滿足高速列車(chē)開(kāi)行需要,采用高速綜合檢測(cè)列車(chē)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行綜合檢測(cè)。德國(guó)和美國(guó)采用機(jī)車(chē)牽引方式,沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的高速綜合檢測(cè)列車(chē),對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測(cè)一般通過(guò)加掛綜合檢測(cè)車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
隨著高速鐵路的發(fā)展,日本先后研制了最高檢測(cè)速度275 km/h的“黃色醫(yī)生”和“East-I”、法國(guó)研制了最高檢測(cè)速度320 km/h的“IRIS320”、意大利研制了最高檢測(cè)速度220 km/h的“阿基米德”、英國(guó)研制了最高檢測(cè)速度200 km/h的“NMT”等高速綜合檢測(cè)列車(chē),并建立了地面數(shù)據(jù)分析中心。高速綜合檢測(cè)列車(chē)已成為高速鐵路安全檢測(cè)的重要手段。近年來(lái),意大利一直著力開(kāi)發(fā)300 km/h以上的高速綜合檢測(cè)列車(chē),以適應(yīng)高速鐵路檢測(cè)的需要。
由于基礎(chǔ)設(shè)施與移動(dòng)設(shè)備的匹配往往受列車(chē)運(yùn)行速度的影響,除了新線竣工驗(yàn)收要求試驗(yàn)速度大于設(shè)計(jì)速度10%以外,運(yùn)營(yíng)中的周期性檢測(cè)也越來(lái)越多地采用等速檢測(cè)??傮w而言,近年來(lái)國(guó)外高速綜合檢測(cè)列車(chē)和數(shù)據(jù)分析在技術(shù)上取得了很大發(fā)展,并在確保高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全、指導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修方面發(fā)揮了越來(lái)越大的作用。但是,要使這項(xiàng)技術(shù)真正達(dá)到成熟,各國(guó)還需結(jié)合運(yùn)用情況,在理論研究和應(yīng)用技術(shù)上取得突破,還有較長(zhǎng)的路要走。表1為各國(guó)檢測(cè)列車(chē)組成及功能比較。
高速綜合檢測(cè)列車(chē)在我國(guó)的發(fā)展經(jīng)歷了從各種專(zhuān)業(yè)檢測(cè)車(chē)到安全綜合檢測(cè)車(chē)、從安全綜合檢測(cè)車(chē)到高速綜合檢測(cè)列車(chē),檢測(cè)內(nèi)容從單一的專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)擴(kuò)展到多專(zhuān)業(yè)的綜合檢測(cè),檢測(cè)速度逐漸達(dá)到與列車(chē)運(yùn)行速度等速,檢測(cè)目的從僅保障運(yùn)營(yíng)安全發(fā)展到確保運(yùn)營(yíng)安全、指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修、動(dòng)態(tài)資產(chǎn)管理的新階段(見(jiàn)圖1)。
專(zhuān)業(yè)檢測(cè)車(chē)以單節(jié)無(wú)動(dòng)力鐵路客車(chē)為載體,針對(duì)單一基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)的需求,加裝軌道檢測(cè)、弓網(wǎng)檢測(cè)、動(dòng)力學(xué)檢測(cè)、通信或信號(hào)檢測(cè)等精密測(cè)量設(shè)備,與帶牽引機(jī)車(chē)的普通客車(chē)編組成列,可在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)軌道、接觸網(wǎng)、通信或信號(hào)等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)。專(zhuān)業(yè)檢測(cè)車(chē)只具備對(duì)某一類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)的能力,且目前牽引機(jī)車(chē)的速度不能超過(guò)200 km/h。
安全綜合檢測(cè)車(chē)以單節(jié)無(wú)動(dòng)力鐵路客車(chē)為載體,集成軌道幾何狀態(tài)檢測(cè)、弓網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)、連續(xù)輪軌力測(cè)量和線路環(huán)境監(jiān)視等設(shè)備,可對(duì)軌道、接觸網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行綜合檢測(cè),并配置統(tǒng)一的距離脈沖發(fā)送、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸和定位功能。為了提高基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)效率,中國(guó)鐵道科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱(chēng)鐵科院)于2000年就開(kāi)始設(shè)計(jì)并制造了我國(guó)首臺(tái)安全綜合檢測(cè)車(chē),2002年下線,在對(duì)軌道、接觸網(wǎng)的檢測(cè)中發(fā)揮了重要作用,外形及車(chē)內(nèi)儀表室見(jiàn)圖2。該車(chē)作為高速綜合檢測(cè)列車(chē)的雛形,具備了對(duì)某幾類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)的能力,但無(wú)法進(jìn)行全項(xiàng)目檢測(cè),同時(shí)受牽引機(jī)車(chē)運(yùn)行速度的限制,無(wú)法根據(jù)線路的設(shè)計(jì)速度進(jìn)行等速檢測(cè)。
表1 各國(guó)綜合檢測(cè)列車(chē)對(duì)比
圖1 高速綜合檢測(cè)列車(chē)發(fā)展歷程
圖2 安全綜合檢測(cè)車(chē)外形和車(chē)內(nèi)儀表室
高速綜合檢測(cè)列車(chē)需要加裝多種基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)設(shè)備,根據(jù)動(dòng)車(chē)組原型車(chē)的構(gòu)造和檢測(cè)設(shè)備的需求,對(duì)動(dòng)車(chē)組進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)及改造,集檢測(cè)、辦公、會(huì)議、生活等功能于一體,既裝有各種檢測(cè)設(shè)備及操作室,又設(shè)有會(huì)議車(chē)、生活車(chē)、臥鋪車(chē),需要對(duì)列車(chē)平面布置、車(chē)體、內(nèi)裝結(jié)構(gòu)及制動(dòng)、輔助供電、網(wǎng)絡(luò)等所有高速列車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)。
我國(guó)首列250 km/h高速綜合檢測(cè)列車(chē)——0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)生產(chǎn)制造歷時(shí)1年10個(gè)月,于2008年6月6日下線交付使用。該高速綜合檢測(cè)列車(chē)由鐵科院基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所(簡(jiǎn)稱(chēng)鐵科院基礎(chǔ)所)負(fù)責(zé)系統(tǒng)集成及綜合系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā),動(dòng)車(chē)組車(chē)體由中國(guó)北車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司設(shè)計(jì)制造。
0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)最高檢測(cè)速度250 km/h,最大牽引功率5 500 kW,由5動(dòng)3拖、2個(gè)動(dòng)力單元組成。車(chē)內(nèi)搭載軌道檢測(cè)、接觸網(wǎng)檢測(cè)、輪軌動(dòng)力學(xué)檢測(cè)、通信和信號(hào)檢測(cè)等系統(tǒng),同時(shí),還設(shè)置列車(chē)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、定位同步、環(huán)境視頻信息采集處理、多媒體顯示和數(shù)據(jù)綜合處理等系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息的集成、共享和綜合分析。
高速綜合檢測(cè)列車(chē)由通信信號(hào)檢測(cè)車(chē)、會(huì)議車(chē)、接觸網(wǎng)檢測(cè)車(chē)、數(shù)據(jù)綜合處理車(chē)、軌道檢測(cè)車(chē)、餐車(chē)、臥鋪車(chē)和信號(hào)檢測(cè)車(chē)8輛組成(見(jiàn)圖3)。車(chē)內(nèi)設(shè)置操作室、臥鋪間和會(huì)議室等設(shè)施,滿足檢測(cè)、辦公和生活的需要(見(jiàn)圖4)。
與世界其他國(guó)家目前投入運(yùn)用的綜合檢測(cè)列車(chē)相比,0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)具有功能齊全、集成度高等技術(shù)特點(diǎn),主要體現(xiàn)在三方面:(1)檢測(cè)項(xiàng)目多,涵蓋了軌道幾何,軸箱、構(gòu)架及車(chē)體加速度,輪軌力,接觸網(wǎng)幾何,弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)作用,接觸線磨耗和受流參數(shù),GSM-R和450 MHz場(chǎng)強(qiáng)覆蓋,軌道電路,應(yīng)答器信息,車(chē)載ATP工作狀態(tài)等各方面;(2)系統(tǒng)集成度高,采用光纖通信、慣性導(dǎo)航、寬帶網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等高新技術(shù),實(shí)現(xiàn)列車(chē)各檢測(cè)系統(tǒng)在同一坐標(biāo)系下精確定位、同步檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果可以進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià);(3)檢測(cè)技術(shù)先進(jìn),0號(hào)綜合檢測(cè)列車(chē)集成了連續(xù)式、非接觸式集流測(cè)力輪對(duì),毫米級(jí)精度的長(zhǎng)波長(zhǎng)軌道不平順實(shí)時(shí)在線檢測(cè)等最新技術(shù),綜合檢測(cè)技術(shù)填補(bǔ)了我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測(cè)技術(shù)的空白,綜合檢測(cè)能力達(dá)到世界一流水平。
2009年11月,鐵科院承擔(dān)了國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目——“最高試驗(yàn)速度400 km/h高速檢測(cè)列車(chē)關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備研制”,在中國(guó)北車(chē)唐山軌道客車(chē)有限公司CRH380型動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)了CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē),于2011年3月下線,隨即投入到京滬高速鐵路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試,承擔(dān)了基礎(chǔ)設(shè)施各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和分析工作,對(duì)京滬高速鐵路的順利開(kāi)通與安全運(yùn)營(yíng)發(fā)揮了重要作用。目前國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有檢測(cè)速度如此高、檢測(cè)項(xiàng)目如此齊全的綜合檢測(cè)列車(chē),該車(chē)的研發(fā)并投入使用也標(biāo)志著我國(guó)高速綜合檢測(cè)列車(chē)整體技術(shù)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)加裝了我國(guó)自主研制的軌道、接觸網(wǎng)、輪軌動(dòng)力學(xué)、通信、信號(hào)檢測(cè)和綜合系統(tǒng)設(shè)備,對(duì)車(chē)內(nèi)、車(chē)下、車(chē)頂?shù)沫h(huán)境及配置進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì),具備進(jìn)行高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)檢測(cè)的功能。列車(chē)持續(xù)檢測(cè)速度350 km/h,最高試驗(yàn)速度400 km/h,列車(chē)為6動(dòng)2拖8輛編組。
CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)由通信信號(hào)檢測(cè)車(chē)、弓網(wǎng)綜合檢測(cè)車(chē)、軌道動(dòng)力學(xué)檢測(cè)車(chē)、會(huì)議車(chē)、設(shè)備車(chē)、生活車(chē)、臥鋪車(chē)和信號(hào)檢測(cè)車(chē)8輛組成(見(jiàn)圖5)。車(chē)內(nèi)設(shè)置操作室、臥鋪間和會(huì)議室等設(shè)施,滿足檢測(cè)、辦公和生活的需要(見(jiàn)圖6)。
圖3 0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)編組示意圖
圖4 0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)車(chē)內(nèi)設(shè)施
CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)具有檢測(cè)速度高、功能齊全、集成度高等技術(shù)特點(diǎn),主要體現(xiàn)在四方面:(1)檢測(cè)速度最高,目前國(guó)際上還沒(méi)有檢測(cè)速度達(dá)350 km/h及以上的檢測(cè)列車(chē),CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)檢測(cè)速度最高可達(dá)400 km/h,且檢測(cè)精度不受檢測(cè)速度影響;(2)檢測(cè)項(xiàng)目齊全,在0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)檢測(cè)項(xiàng)目基礎(chǔ)上,新增加了轉(zhuǎn)向架載荷測(cè)試、ATP監(jiān)測(cè)、Igsmr接口監(jiān)測(cè)、Um無(wú)線環(huán)境檢測(cè)、EMC車(chē)載列控運(yùn)行環(huán)境電磁干擾監(jiān)測(cè)等檢測(cè)項(xiàng)目;(3)系統(tǒng)集成度高,采用光纖通信、慣性導(dǎo)航、寬帶網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)綜合處理等高新技術(shù),實(shí)現(xiàn)列車(chē)各檢測(cè)系統(tǒng)在同一坐標(biāo)系下精確定位、同步檢測(cè),動(dòng)態(tài)定位精度可達(dá)1 m,檢測(cè)結(jié)果可以進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià);(4)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)先,在0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē)的研發(fā)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)和再創(chuàng)新,滿足了高速運(yùn)行條件下的檢測(cè)需求,綜合檢測(cè)能力處于世界領(lǐng)先水平。
圖5 CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)編組示意圖
圖6 CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)車(chē)內(nèi)設(shè)施
高速綜合檢測(cè)列車(chē)作為對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的一項(xiàng)重要技術(shù)裝備,提高了高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)效率,指導(dǎo)了養(yǎng)護(hù)維修,確保了運(yùn)營(yíng)安全。鐵科院基礎(chǔ)所圍繞高速鐵路的檢測(cè)需求,創(chuàng)出了高速綜合檢測(cè)列車(chē)品牌,形成了2大系列產(chǎn)品:最高檢測(cè)速度250 km/h的高速綜合檢測(cè)列車(chē),可滿足最高運(yùn)營(yíng)速度250 km/h高速鐵路及既有提速干線的檢測(cè)需求,代表性產(chǎn)品為0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車(chē);最高檢測(cè)速度350 km/h高速綜合檢測(cè)列車(chē),可滿足運(yùn)營(yíng)速度300 km/h及以上高速鐵路的檢測(cè)需求,目前已經(jīng)生產(chǎn)了CRH2-150C、CRH380A-001和CRH380B-002高速綜合檢測(cè)列車(chē)。
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