鐵路軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)及創(chuàng)新管理

劉增杰

（中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 工程管理中心, 北京 100844）

0 引言

鐵路軌道是直接承受列車(chē)荷載、引導(dǎo)列車(chē)運(yùn)行的工程構(gòu)筑物, 是保障列車(chē)安全和平穩(wěn)舒適運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施, 同時(shí)也是鐵路中延展最長(zhǎng)、綜合養(yǎng)護(hù)維修工作量最大的結(jié)構(gòu)設(shè)備。因此, 鐵路軌道設(shè)備質(zhì)量極為重要。

鐵路建設(shè)中的軌道工程, 是將采購(gòu)的軌道部件產(chǎn)品和施工衍生的軌道構(gòu)件進(jìn)行組合, 鋪設(shè)于路基、橋梁、隧道等線下結(jié)構(gòu)物上形成軌道設(shè)備, 因此軌道工程是軌道設(shè)備質(zhì)量源頭控制管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來(lái), 軌道工程借助國(guó)內(nèi)外數(shù)字化、智能化建造技術(shù)的發(fā)展大勢(shì), 在機(jī)械化、自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上, 開(kāi)展了無(wú)砟軌道建造、軌道鋪設(shè)、工程線調(diào)度信息系統(tǒng)的智能化、信息化等數(shù)智化技術(shù)研究工作, 在保障軌道工程質(zhì)量、施工安全、工程進(jìn)度, 降低施工從業(yè)者勞動(dòng)強(qiáng)度, 改善施工作業(yè)環(huán)境, 減少施工成本, 提高施工效率等方面發(fā)揮了重要作用。但由于目前軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)仍處于發(fā)展和優(yōu)化完善階段, 繼續(xù)推動(dòng)軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)進(jìn)步及應(yīng)用創(chuàng)新很有必要。

1 必要性分析

推動(dòng)軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是國(guó)家、中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)鐵集團(tuán)）的總體要求, 是時(shí)代的需要。

1.1 是新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

交通運(yùn)輸部于2020年8月印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》[1］, 在主要任務(wù)中的智能鐵路方面提出：“提高智能建造能力, 提高鐵路工程建設(shè)機(jī)械化、信息化、智能化、綠色化水平, 開(kāi)展智能化建造研發(fā)應(yīng)用”。國(guó)鐵集團(tuán)同時(shí)也發(fā)布了《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》[2］, 提出“面向鐵路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)主戰(zhàn)場(chǎng), 強(qiáng)化現(xiàn)代工程建造技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用”。

軌道工程作為鐵路建設(shè)中的關(guān)鍵工程, 理所當(dāng)然要在鐵路建造技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用中沖鋒在前。國(guó)鐵集團(tuán)在2021年度鐵路建設(shè)工作會(huì)議[3］提出要“著力推進(jìn)智能建造”, 并專(zhuān)門(mén)部署了“推進(jìn)無(wú)砟軌道鋪設(shè)等智能建造及成套裝備技術(shù)研究, 加快智能工廠、智能施工裝備的研發(fā)應(yīng)用”等具體工作要求。

1.2 是減少軌道工程施工作業(yè)人員數(shù)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境的要求

減少軌道工程施工作業(yè)人員數(shù)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境是新時(shí)代的要求, 推進(jìn)軌道工程數(shù)智化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用是唯一出路。軌道工程建設(shè)中, 雖然部分無(wú)砟軌道混凝土預(yù)制部件可在工廠內(nèi)進(jìn)行, 但其中鋼筋綁扎、混凝土灌注及振搗等工序, 通常需要?jiǎng)趧?dòng)用工數(shù)量較多, 而且作業(yè)中的振搗震顫、振搗噪聲等對(duì)操作人員的身體健康極為不利。而道砟、軌枕、鋼軌鋪設(shè), 無(wú)砟軌道混凝土施工, 軌道精整精調(diào)等其他軌道工程工序, 均在露天或隧道內(nèi)進(jìn)行作業(yè), 現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)用工需求數(shù)量更多, 勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)環(huán)境更為不利。

當(dāng)前我國(guó)勞動(dòng)領(lǐng)域正在發(fā)生3個(gè)趨勢(shì)性的變化[4］, 一是在供給方面, 正在從無(wú)限供給走向有限供給；二是在需求方面, 由數(shù)量增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向質(zhì)量增長(zhǎng), 由以往的體力型正快速向技能型轉(zhuǎn)變；三是在就業(yè)形態(tài)方面, 一大批新生代的勞動(dòng)者投身到服務(wù)業(yè)等勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較低而收入又相對(duì)較高的行業(yè)中。習(xí)近平總書(shū)記也對(duì)勞動(dòng)領(lǐng)域這些問(wèn)題非常重視, 曾經(jīng)于2013年和2015年2次講話[5］中都提到“努力讓勞動(dòng)者實(shí)現(xiàn)體面勞動(dòng)”。因此, 減少軌道工程施工作業(yè)人員數(shù)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境是新時(shí)代的要求, 必須堅(jiān)定不移推進(jìn)軌道工程數(shù)智化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。

1.3 是大規(guī)模鐵路科學(xué)有序建設(shè)和鐵路高質(zhì)量發(fā)展的需要

大規(guī)模鐵路科學(xué)有序建設(shè)和鐵路高質(zhì)量發(fā)展也需要軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)的支撐?！缎聲r(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行實(shí)施綱要》明確提出, 到2035年, 全國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到20萬(wàn)km左右, 其中高鐵7萬(wàn)km左右。如何科學(xué)有序推進(jìn)鐵路建設(shè), 保障這個(gè)宏偉目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和艱巨任務(wù)的完成是鐵路建設(shè)工作者面臨的重要課題。

在大規(guī)模鐵路建設(shè)科學(xué)有序推進(jìn)過(guò)程中, 處理好進(jìn)度、質(zhì)量、安全三者的關(guān)系尤為重要。實(shí)踐證明, 以技術(shù)保工裝、以工裝保工藝、以工藝保質(zhì)量、以質(zhì)量保安全是處理好三者關(guān)系最為有力的法寶。近年來(lái)的軌道工程數(shù)智化技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用, 在保障鐵路建設(shè)項(xiàng)目特別是高鐵項(xiàng)目的快速高質(zhì)量推進(jìn)發(fā)揮了重要技術(shù)支撐作用。

2 既有成果總結(jié)與技術(shù)提升展望

總結(jié)既有成果, 從而進(jìn)一步提升軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)水平。近年來(lái), 國(guó)鐵集團(tuán)先后立項(xiàng)“京張京雄高鐵智能建造技術(shù)深化研究”和“CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道智能建造技術(shù)及成套裝備研究”等重大課題, 專(zhuān)門(mén)對(duì)無(wú)砟軌道智能化、信息化以及機(jī)械化、自動(dòng)化建造技術(shù)和裝備進(jìn)行應(yīng)用研究, 取得了眾多成果, 并先后在京張、京雄、鄭萬(wàn)（湖北段）、朝凌、黃黃、京唐等高速鐵路項(xiàng)目上開(kāi)展試用或應(yīng)用[6-7］。經(jīng)總結(jié)梳理認(rèn)為, 在部分工序復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大的分項(xiàng)分部工程適用性方面仍需進(jìn)一步研究, 在數(shù)智化設(shè)備的小型化、便利化方面有待改善。2022年國(guó)鐵集團(tuán)建設(shè)工作會(huì)議[8］再次強(qiáng)調(diào)了提升軌道工程智能化施工管理水平的具體要求。因此, 有必要對(duì)前期成果進(jìn)行總結(jié)分析, 為進(jìn)一步提升和深化軌道工程數(shù)智化技術(shù)的研究和應(yīng)用提供條件。

2.1 軌道工程BIM設(shè)計(jì)技術(shù)[9]

近期, 有關(guān)設(shè)計(jì)和科研單位依托在建高速鐵路項(xiàng)目, 開(kāi)展了軌道BIM設(shè)計(jì)技術(shù)研究, 開(kāi)發(fā)的軌道BIM設(shè)計(jì)軟件、軌道BIM模型庫(kù)等, 能同時(shí)自動(dòng)生成軌道施工鋪設(shè)數(shù)據(jù), 有效保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；構(gòu)建的軌道建造管控平臺(tái), 可實(shí)現(xiàn)施工全過(guò)程的信息化、智能化管控, 以及軌道施工精度、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、智能分析、超限預(yù)警等智能管控和數(shù)字資產(chǎn)管理, 已具備借鑒示范作用。

BIM設(shè)計(jì)是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展潮流和方向, 目前應(yīng)進(jìn)一步對(duì)軌道BIM設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié), 對(duì)不同鐵路等級(jí)、不同軌道結(jié)構(gòu)類(lèi)型的BIM模型族庫(kù)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充完善, 擴(kuò)大軌道工程BIM設(shè)計(jì)試用范圍。

2.2 無(wú)砟軌道數(shù)智化制造技術(shù)

（1）CRTS雙塊式軌枕。結(jié)合國(guó)鐵集團(tuán)科研課題“京張京雄高鐵智能建造技術(shù)深化研究”, 在京張高鐵懷來(lái)、鄭萬(wàn)鐵路南漳軌枕廠智能化制造生產(chǎn)技術(shù)研究探索基礎(chǔ)上, 黃黃鐵路蘄春軌枕廠實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵工序的智能化、自動(dòng)化, 全部工序的機(jī)械化以及全方位的信息化, 達(dá)到了有效提升軌枕生產(chǎn)質(zhì)量、提高工作效率的目的, 實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)車(chē)間操作的無(wú)人化, 大大降低了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了作業(yè)環(huán)境。

（2）CRTSⅢ型軌道板。以巢湖、蘇家屯、濮陽(yáng)和寶坻等軌道板廠為代表, 采用先進(jìn)的流水機(jī)組法技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn), 在智能化、信息化、自動(dòng)化和機(jī)械化技術(shù)應(yīng)用水平和效果上與雙塊式軌枕廠基本一致。

以上數(shù)智化制造技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。雖然前期投入成本較大, 但目前在軟硬件重復(fù)利用等方面已經(jīng)得到重大改善, 具備推廣應(yīng)用的條件。

2.3 無(wú)砟軌道智能化、機(jī)械化施工技術(shù)

（1）雙塊式無(wú)砟軌道。在京張、鄭萬(wàn)高鐵等項(xiàng)目開(kāi)展了底座板一體化成型、自動(dòng)分枕、軌排鋪裝的機(jī)械化, 以及軌排自動(dòng)精調(diào)智能化（含無(wú)砟道岔）施工技術(shù)試驗(yàn)研究。黃黃鐵路在建過(guò)程中, 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了深化試驗(yàn)研究, 實(shí)用性和適用性得到進(jìn)一步提升。

（2）Ⅲ型板式無(wú)砟軌道。分別在京雄城際鐵路北段和南段進(jìn)行了智能鋪板技術(shù)和工裝設(shè)備的探索研究。2021年, 結(jié)合國(guó)鐵集團(tuán)科研課題“CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道智能建造技術(shù)及成套裝備研究”, 在朝凌客運(yùn)專(zhuān)線組織進(jìn)行2個(gè)類(lèi)型智能鋪板設(shè)備的擴(kuò)大試用。近期, 有施工單位也加入了類(lèi)似技術(shù)裝備的研究。今后應(yīng)進(jìn)一步對(duì)設(shè)備的不同線下基礎(chǔ)適應(yīng)性和工效等方面進(jìn)行升級(jí)完善。

（3）梁面、隧道基底鑿毛機(jī)械化技術(shù)。利用大型機(jī)械設(shè)備自動(dòng)鑿毛和鑿出渣土自動(dòng)清洗回收, 完全消除了以前人工鑿毛時(shí)作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、作業(yè)環(huán)境惡劣, 以及環(huán)境污染等問(wèn)題。該項(xiàng)工裝工藝技術(shù)可降低環(huán)境污染、提高工效, 且綜合成本沒(méi)有增加, 完全具備推廣應(yīng)用的條件。

（4）無(wú)砟軌道線路的智能精調(diào)技術(shù)。近幾年, 一些建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工等單位依托部分高鐵項(xiàng)目, 開(kāi)展旨在降低無(wú)砟軌道精調(diào)工作量、減少扣件調(diào)整件為目標(biāo)的線路精測(cè)設(shè)備和精調(diào)技術(shù)的研發(fā), 取得了部分階段成果, 后續(xù)將繼續(xù)結(jié)合我國(guó)高鐵軌道工程實(shí)際情況不斷完善。

但是需清醒認(rèn)識(shí)到, 當(dāng)前在無(wú)砟軌道底座以及道床板（含岔區(qū)）鋼筋綁扎, 道床板（含岔區(qū)）混凝土灌注、搗固、抹面等方面的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)研究方面仍存在不足, 這些恰恰是無(wú)砟軌道施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員需求多、勞動(dòng)強(qiáng)度大的環(huán)節(jié), 也是今后甚至相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)需要技術(shù)突破的難點(diǎn), 需要下大力氣進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)。

2.4 工程線行車(chē)調(diào)度指揮信息化管理技術(shù)

工程線行車(chē)調(diào)度指揮信息化管理技術(shù)使列車(chē)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、調(diào)度命令、列車(chē)運(yùn)行圖、形象進(jìn)度、列車(chē)安全管理、施工防護(hù)、值班查詢(xún)、語(yǔ)音對(duì)講等功能實(shí)現(xiàn)模塊化管理, 能有效保障行車(chē)、作業(yè)人員和機(jī)械施工安全, 促進(jìn)管理創(chuàng)新、提高管理效率、增加經(jīng)濟(jì)效益。目前, 該技術(shù)系統(tǒng)在鐵路建設(shè)中自發(fā)應(yīng)用并不斷自我提升, 發(fā)揮作用明顯, 已得到普遍應(yīng)用。

3 把握好鐵路建設(shè)數(shù)智化建造技術(shù)創(chuàng)新管理方向

國(guó)鐵集團(tuán)2021年度鐵路建設(shè)工作會(huì)議[10］曾特別提到, 要堅(jiān)守質(zhì)量底線, 不斷夯實(shí)質(zhì)量安全管理基礎(chǔ), 以一流的鐵路建設(shè)管理、一流的鐵路建設(shè)技術(shù)、一流的鐵路工程質(zhì)量, 為鐵路高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)設(shè)施保障。因此, 從事鐵路建設(shè)的工作者要提高政治站位, 充分認(rèn)識(shí)鐵路技術(shù)創(chuàng)新在鐵路高質(zhì)量發(fā)展中的重要作用。

企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新主體, 也是創(chuàng)新直接受益者, 設(shè)計(jì)、施工及合作單位應(yīng)積極充分發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體作用；建設(shè)單位應(yīng)做好統(tǒng)籌協(xié)調(diào), 從施組開(kāi)始就為開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新提供條件, 并在信譽(yù)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行鼓勵(lì)；國(guó)鐵集團(tuán)建設(shè)管理部門(mén)和單位應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)創(chuàng)新指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié), 在建設(shè)單位考核、參建單位信譽(yù)評(píng)價(jià)方面也會(huì)按照相關(guān)制度和政策給予相應(yīng)考慮。

鐵路建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新要圍繞“安全、質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)保、投資”開(kāi)展, 按照國(guó)鐵集團(tuán)“大力推廣應(yīng)用先進(jìn)設(shè)備、技術(shù)、工藝, 合理降低建設(shè)成本”[3］等總體要求, 避免做表面工程, 克服形式主義, 扎實(shí)做好軌道工程建造技術(shù)創(chuàng)新工作。另外, 在深入開(kāi)展軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí), 也要繼續(xù)開(kāi)展機(jī)械化、自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā), 并充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)一線人員技術(shù)革新的積極性, 不能忽視現(xiàn)場(chǎng)“小改小革”的“大作用”。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)智能高鐵體系構(gòu)架已經(jīng)形成[11-12］, 國(guó)鐵集團(tuán)在《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》[13］中也提出了推動(dòng)智能鐵路1.0向2.0發(fā)展的總體目標(biāo)。后續(xù)要按照國(guó)家和國(guó)鐵集團(tuán)確定的鐵路創(chuàng)新總體目標(biāo)和方向, 發(fā)揮國(guó)鐵集團(tuán)的鐵路行業(yè)創(chuàng)新引領(lǐng)作用, 與鐵路設(shè)計(jì)、施工、制造企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)、院校、行業(yè)協(xié)會(huì)等共同推進(jìn)軌道工程數(shù)智化建造技術(shù)及其管理不斷創(chuàng)新。