天氣對(duì)高速鐵路的影響及信息化應(yīng)對(duì)措施分析

魯敏

（中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，北京100036）

1 引言

高速鐵路為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。我國(guó)幅員遼闊，高速鐵路遍布全國(guó)各地，各地的氣候條件各不相同，天氣對(duì)高速鐵路的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。

2 影響高速鐵路運(yùn)行的天氣因素

高速鐵路簡(jiǎn)稱“高鐵”，根據(jù)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2016 年）》：中國(guó)高速鐵路網(wǎng)由所有設(shè)計(jì)速度每小時(shí)250km 以上新線和部分經(jīng)改造后設(shè)計(jì)速度達(dá)標(biāo)每小時(shí)200km 以上的既有線鐵路共同組成[1]。

我國(guó)高速鐵路發(fā)展迅速，但發(fā)展的時(shí)間其實(shí)還不到10 年，在設(shè)計(jì)階段、線路選擇等多方面必須進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)和氣候可行性論證。我國(guó)在探索高鐵設(shè)計(jì)之路的初期選擇了不同的地質(zhì)、不同的氣候、不同的條件的幾條高速鐵路線來(lái)攻克，為后來(lái)大面積修建高速鐵路做好了鋪墊。目前，我國(guó)高鐵網(wǎng)已經(jīng)圓滿完成了“四橫四縱”，正在打造“八縱八橫”。

我國(guó)是世界上氣象災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。在全球氣候持續(xù)變暖的大背景下，各類極端天氣更加頻繁，氣象災(zāi)害造成的損失和影響不斷加重。防御氣象災(zāi)害已經(jīng)成為國(guó)家公共安全的重要組成部分。我國(guó)和西歐國(guó)家的氣候差異很大，在災(zāi)害天氣應(yīng)對(duì)方面真正能夠借鑒的國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并不多。

2.1 大風(fēng)對(duì)高鐵運(yùn)行的影響

實(shí)驗(yàn)表明，風(fēng)速越快，列車的動(dòng)力學(xué)性能就越差，對(duì)車輛運(yùn)行的影響也越大。大風(fēng)容易造成列車脫軌、傾覆，而實(shí)際中，因風(fēng)沙帶來(lái)的車窗玻璃破損、道床板結(jié)、鋼軌磨損增大、行車設(shè)備壽命減短等現(xiàn)象也十分普遍。冬季，大風(fēng)揚(yáng)雪還可能會(huì)影響瞭望距離，甚至掩埋軌道與道岔。

2.2 降雨對(duì)高鐵運(yùn)行的影響

強(qiáng)降雨影響司機(jī)的瞭望。強(qiáng)降雨也會(huì)對(duì)列車產(chǎn)生較大的沖擊，也增加了落石、塌方的可能性。

2.3 霧霾對(duì)高鐵運(yùn)行的影響

霧霾天能見(jiàn)度降低導(dǎo)致信號(hào)燈可見(jiàn)距離變短，這也都是迫使高鐵降速行駛的原因。

2.4 高溫對(duì)高鐵運(yùn)行的影響

為了調(diào)整鋼軌因熱脹冷縮產(chǎn)生的形變, 普速鐵路每隔1～2km 就會(huì)設(shè)計(jì)1 道軌縫。而高鐵采用的是跨區(qū)間無(wú)縫線路技術(shù)，該技術(shù)加強(qiáng)了軌道的鎖定力，將鋼軌的熱脹冷縮變化轉(zhuǎn)化為軌道的內(nèi)應(yīng)力。夏季溫度升高可能高造成鋼軌因熱脹冷縮發(fā)生軌道形變甚至是斷軌，在軌道施工時(shí)就需要在鎖定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鋼軌鎖定。

2.5 雷擊對(duì)高鐵運(yùn)行的影響

高鐵通過(guò)受電弓與接觸線的接觸從而獲得電力驅(qū)動(dòng)，雷電則通過(guò)影響高速鐵路的電力設(shè)備、電子設(shè)備和信號(hào)設(shè)備威脅行車安全。雷電易擊中高架的電氣化高速鐵路的高壓動(dòng)力輸電線路，造成供電中斷、列車失控。接觸網(wǎng)上面有一條防雷接地線，保護(hù)線路供電安全，但落雷的方向很難斷定。

2.6 冰雹、積雪和低溫對(duì)高鐵運(yùn)行的影響

一般小雪、中雪對(duì)高鐵的影響不大。北方是電熱道岔，線路上安裝有自動(dòng)融雪設(shè)備，下雪沒(méi)有影響。南方不是電熱道岔，冬季遇到積雪可能影響道岔動(dòng)作，需減速或停運(yùn)。接觸網(wǎng)覆冰會(huì)影響接觸網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。冰塊掉落會(huì)影響道岔的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。冰雹和大雪天氣，冰塊墜落到軌道上會(huì)引起道砟反彈，造成車輛和附近設(shè)備的損壞。

另外，災(zāi)害性天氣引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害、路橋塌陷、鐵路兩旁設(shè)施損毀倒塌，都可能影響高鐵運(yùn)行。多年凍土曾是修建青藏鐵路的主要難題之一，但是青藏鐵路通車后，它的退化卻又成為青藏鐵路（公路）安全運(yùn)行的最大隱患。

3 信息化對(duì)策

2015 年2 月1 日起實(shí)施的TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》是中國(guó)正式發(fā)布的首部高鐵規(guī)范。根據(jù)規(guī)范，高鐵在設(shè)計(jì)之初就要進(jìn)行一定的氣候可行性論證，可最大程度避開(kāi)氣象災(zāi)害的高發(fā)區(qū)。而且，高鐵開(kāi)通前的最后一個(gè)步驟是對(duì)所有的系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試。但是開(kāi)通前的聯(lián)調(diào)聯(lián)試不可能包含所有的天氣和工況，所以投運(yùn)之后難免會(huì)發(fā)生故障。關(guān)鍵是故障后的應(yīng)急措施。

目前，高鐵沿線都設(shè)有氣象監(jiān)測(cè)站，對(duì)溫度、風(fēng)、雨量、積雪、能見(jiàn)度、相對(duì)濕度、雷電及氣壓等天氣信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。氣象監(jiān)測(cè)站的信息化系統(tǒng)由N個(gè)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)組成，這些子系統(tǒng)各自通過(guò)傳感器探測(cè)、軟硬件控制擁有對(duì)某項(xiàng)天氣因素的監(jiān)測(cè)報(bào)警、預(yù)警功能，如在風(fēng)大的地區(qū)安裝風(fēng)速檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；而雨量監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)一般安裝在非高架橋地段。另外，隧道口入口、長(zhǎng)大路塹地段也必須安裝雨量監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)能提供當(dāng)?shù)氐膶?shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，能幫助高鐵專家們準(zhǔn)確鎖定軌道，從而避免因夏季高溫導(dǎo)致軌道變形而造成事故。此外，有些災(zāi)害信息采集站點(diǎn)還監(jiān)控火災(zāi)及異物入侵，防止車站發(fā)生火災(zāi)或者鐵軌上出現(xiàn)異物。所有這些信息實(shí)時(shí)反饋到高鐵調(diào)度中心，調(diào)度中心將根據(jù)應(yīng)急預(yù)案的要求進(jìn)行調(diào)度，保障人民的出行安全。

高鐵運(yùn)營(yíng)單位部門組織對(duì)專家在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝前對(duì)高鐵路基地段的天氣情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，并就系統(tǒng)功能、操作辦法、管理辦法、設(shè)備性能和維護(hù)要求對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用人員和維護(hù)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。

近年來(lái)，BIM 技術(shù)在高鐵建設(shè)過(guò)程中的勘察設(shè)計(jì)、施工建造、構(gòu)建生產(chǎn)階段都已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種應(yīng)用于工程勘察設(shè)計(jì)、施工建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、拆除及回收再利用全生命周期的數(shù)字化工具，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行信息的共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息做出正確的理解和高效應(yīng)對(duì)，為項(xiàng)目各參建方提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮著重要作用。通過(guò)BIM 技術(shù)結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖鈹?shù)據(jù)等信息，可以在動(dòng)態(tài)模擬出災(zāi)害天氣對(duì)高鐵的影響?？捎行?yīng)對(duì)災(zāi)害天氣對(duì)高鐵運(yùn)行的影響。

高鐵的信息化、數(shù)字化系統(tǒng)正向大集成、深度集成方向發(fā)展，并呈現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化態(tài)勢(shì)。為自動(dòng)化升級(jí)氣象監(jiān)測(cè)站的信息化系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

全球氣候變暖和極端氣候事件頻發(fā)正在嚴(yán)重影響著世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，阻礙了全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。我國(guó)是世界上高速鐵路投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、在建規(guī)模最大的國(guó)家。高速鐵路分布在不同地域，氣候條件相差懸殊，氣候變化導(dǎo)致極端天氣增加，對(duì)列車運(yùn)行安全造成的威脅也相應(yīng)增大。這將對(duì)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的服役壽命以及高鐵運(yùn)輸產(chǎn)生一定影響。任何一種交通設(shè)備都會(huì)存在自身的局限性，世界上沒(méi)有哪一種交通工具可以不受天氣的影響。科技的進(jìn)步，信息化等技術(shù)手段的廣泛應(yīng)用正持續(xù)發(fā)揮著為高鐵保駕護(hù)航的重大作用。