京張高鐵為“人”字添上大寫一橫

付建中

青龍橋，京張鐵路唯一仍在使用的百年老站。就在這里，新老兩條京張鐵路交匯：京張高鐵新的八達(dá)嶺隧道從地下4.5米處橫亙而過，詹天佑留下的“人”字被今天的新“詹天佑”們改成了“大”字。

全程174千米的京張高鐵于2016年3月開工建設(shè)；2019年6月12日，全線鋪軌完成；2019年10月5日，聯(lián)調(diào)聯(lián)試啟動(dòng)；2019年11月29日，沿線車站基本竣工；2019年12月30日，建成通車。鐵路最高設(shè)計(jì)時(shí)速350千米，全線設(shè)北京北、清河、沙河、昌平、八達(dá)嶺長(zhǎng)城、東花園北、懷來、下花園北、宣化北、張家口南10座車站。同步建設(shè)有9千米延慶支線，并在下花園北站接入53千米的崇禮支線，直達(dá)太子城奧運(yùn)村。

京張高鐵的開通運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著百年的京張鐵路迎來了“高鐵時(shí)代”。從城市風(fēng)光到遼闊塞外，從萬里長(zhǎng)城到冰雪世界，京張高鐵，一站一景，174千米是濃縮的萬里山河。

精益求精

京張高鐵線路并不僅僅是一條普通的高鐵線路，它還以“精品工程，智能京張”著稱。作為國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中“八縱八橫”高速鐵路主通道中“京蘭通道”和“京昆通道”的重要組成部分，京張高鐵也是2022年北京冬奧會(huì)的重要交通保障設(shè)施，對(duì)于推動(dòng)京津冀協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

其難點(diǎn)工程主要包括“一橋兩站三隧”—官?gòu)d水庫特大橋，八達(dá)嶺長(zhǎng)城站和清河站，八達(dá)嶺隧道、清華園隧道和正盤臺(tái)隧道。其中，八達(dá)嶺長(zhǎng)城站創(chuàng)造了四個(gè)“全國(guó)之最”和三個(gè)“首次”，即車站最大埋深102米，地下建筑面積3.6萬平方米，是目前國(guó)內(nèi)埋深最大的高鐵地下車站；車站主洞數(shù)量多、洞型復(fù)雜、交叉節(jié)點(diǎn)密集，是目前國(guó)內(nèi)最復(fù)雜的暗挖洞群車站；車站兩端渡線段單洞開挖跨度達(dá)32.7米，是目前國(guó)內(nèi)單拱跨度最大的暗挖鐵路隧道；旅客進(jìn)出站電梯提升高度62米，是目前國(guó)內(nèi)旅客提升高度最大的高鐵地下車站；首次采用疊層進(jìn)出站通道形式，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出站客流完全分離和進(jìn)出站口均衡布置；首次采用環(huán)形救援廊道設(shè)計(jì)，具備了緊急情況下快速無死角救援的條件；首次采用精準(zhǔn)微損傷控制爆破等先進(jìn)技術(shù)，消除了工程建設(shè)對(duì)文物和環(huán)境的不利影響。

對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的京張高鐵來說，隧道施工的好壞是決定工程質(zhì)量的重要因素之一。

京張高鐵全線設(shè)計(jì)隧道10條，總長(zhǎng)49千米。這些隧道中，八達(dá)嶺隧道為京張高鐵正線第一長(zhǎng)隧。它全長(zhǎng)12.01千米，單洞雙線，設(shè)4座斜井，因隧道地處不良地質(zhì)帶，隧道圍巖條件差，存在涌水、突泥等風(fēng)險(xiǎn)，屬于高風(fēng)險(xiǎn)隧道。不僅如此，隧道兩次下穿八達(dá)嶺長(zhǎng)城世界文化遺產(chǎn)核心區(qū)，一處并行水關(guān)長(zhǎng)城，共有兩處淺埋，一處下穿石佛寺村，最小埋深10米；一處淺埋下穿京張鐵路青龍橋車站，最小埋深僅4米多。與其相關(guān)的環(huán)境、文物保護(hù)要求極其嚴(yán)格，要求施工地表“零沉降”。另外，八達(dá)嶺長(zhǎng)城站的施工難點(diǎn)比較多，施工分為8個(gè)分通道，高峰期要達(dá)到13個(gè)工作面同時(shí)施工，交通指揮、運(yùn)輸、施工要做到互不干擾，難度很大。

穿越北京市核心區(qū)的清華園隧道也不簡(jiǎn)單。它全長(zhǎng)6.02千米，開挖直徑12.64米，是全線唯一采用盾構(gòu)法施工的隧道。清華園隧道也是目前國(guó)內(nèi)位于城區(qū)穿越地層最復(fù)雜、重要建筑物最多的單洞雙線大直徑盾構(gòu)高風(fēng)險(xiǎn)隧道，它要穿越7條主要城市道路和88條重要的市政管線，并與地鐵10號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、15號(hào)線長(zhǎng)距離并行下穿或交叉穿越，隧道和地鐵13號(hào)線的最小距離只有3.4米。地鐵變形控制指標(biāo)要求沉降不能超過3毫米。為嚴(yán)格控制沉降標(biāo)準(zhǔn)，清華園隧道建造過程中在盾構(gòu)機(jī)上搭載傳感器，對(duì)施工進(jìn)行智能管理，將隧道沉降控制到了驚人的0.8毫米。正因如此，清華園隧道被譽(yù)為“中國(guó)高鐵智能建造第一隧”。

智能化高鐵

如果說詹天佑主持設(shè)計(jì)、修建的京張鐵路是我國(guó)近代鐵路發(fā)展的里程碑，那么京張高鐵堪稱我國(guó)當(dāng)代鐵路的教科書。

在對(duì)京張高鐵的介紹中，我們最常見的就是“智能”這兩個(gè)字。京張高鐵的智能究竟體現(xiàn)在哪些方面？它能有多智能呢？

作為世界上首次全線采用智能技術(shù)建造的高鐵，京張高鐵匯集了當(dāng)今各種先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備設(shè)施，集信息化、自動(dòng)化、智能化于一身，充分展示了中國(guó)的科技智慧。通過信息的全面感知、安全傳輸、融合處理和科學(xué)決策，打造智能車站、智能列車、智能線路，實(shí)現(xiàn)旅客智能出行、鐵路智能運(yùn)輸，京張高鐵由此成為融精品與智能為一體、硬件與軟件相得益彰的典范之作，全面提升了我國(guó)高鐵安全生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)管理、客運(yùn)服務(wù)的現(xiàn)代化水平。

而今，全球已進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代技術(shù)的突破和融合發(fā)展，讓全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境和人們的日常生活發(fā)生了重大改變。這些新一代信息技術(shù)在促進(jìn)服務(wù)制造業(yè)升級(jí)、推動(dòng)智能交通發(fā)展、助力智慧城市建設(shè)中的作用越來越大，已滲透到各行各業(yè)。鐵路行業(yè)也概莫能外，智能化已經(jīng)成為世界鐵路未來發(fā)展的重要方向之一。

為此，我國(guó)鐵路已初步制定了智能高鐵發(fā)展戰(zhàn)略，并以智能京張、智能京雄、智能蒙華等重大工程建設(shè)為依托，將智能鐵路的系統(tǒng)性研究成果應(yīng)用到實(shí)際， 并不斷改進(jìn)和優(yōu)化。

在京張高鐵上，我國(guó)鐵路建設(shè)者實(shí)現(xiàn)了智能建造、智能裝備和智能運(yùn)營(yíng)，開啟了智能鐵路的先河。

智能建造涵蓋鐵路工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)全生命周期，以BIM（建筑信息模型）和GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)為核心，廣泛應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、北斗導(dǎo)航等新一代技術(shù)，與先進(jìn)的工程建造技術(shù)相融合，圍繞鐵路工程建設(shè)信息化建立統(tǒng)一開放生態(tài)圈，通過自動(dòng)感知、智能診斷、協(xié)同互動(dòng)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和智能決策等手段，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)及仿真、工廠化加工、精密測(cè)控、自動(dòng)化安裝、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和信息化管理等工程化應(yīng)用，形成工程建設(shè)質(zhì)量的全生命可追溯閉環(huán)管理體系。

為此，京張高速鐵路確立了“建設(shè)以BIM技術(shù)為核心、結(jié)合三維GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、傾斜攝影等新技術(shù)，以‘三站三隧（清河站、八達(dá)嶺長(zhǎng)城站、張家口南站，清華園隧道、八達(dá)嶺隧道和正盤臺(tái)隧道）為牽引，開展全線全專業(yè)BIM設(shè)計(jì)，探索鐵路工程全生命周期管理新模式”的目標(biāo)，形成了“智能京張”的智能管理新模式，達(dá)到提升作業(yè)協(xié)同效率、降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)、提高工程質(zhì)量和節(jié)省施工成本的目標(biāo)?？梢哉f，從藍(lán)圖到建成，京張高鐵的全生命周期都有大數(shù)據(jù)支撐，并存有“健康檔案”。同時(shí)，通過數(shù)字化管理，做到精細(xì)施工。

比如，在地形條件差和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，使用雷達(dá)和遙感技術(shù)自動(dòng)提取、記錄沿線地形、地質(zhì)、水文、氣象、地震等重要環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)勘察區(qū)域的自動(dòng)數(shù)據(jù)分類，為勘察設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)，為施工等提供數(shù)據(jù)依據(jù)。與此同時(shí)，自動(dòng)化智能勘察選線。綜合應(yīng)用線路設(shè)計(jì)、人工智能、最優(yōu)化、地理信息系統(tǒng)等理論方法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行鐵路三維空間線路搜索和結(jié)構(gòu)物協(xié)調(diào)布設(shè)，生成滿足各種約束條件且目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的線路方案，以代替人為勘察選線工作。在電力施工中，利用BIM技術(shù)的可視化特性，將主要工序制作可視化作業(yè)指導(dǎo)書，通過對(duì)施工流程、工藝工法、操作要點(diǎn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、安全注意事項(xiàng)等內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)與立體演示，可增進(jìn)施工人員對(duì)相關(guān)內(nèi)容的掌握，提高其業(yè)務(wù)水平，確保施工安全和質(zhì)量。

車輛再升級(jí)

京張高鐵采用的智能動(dòng)車組定位于“復(fù)興號(hào)”的智能型，以CR400BF型動(dòng)車組為基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計(jì)形成了“鷹隼”“旗魚”頭型方案和“龍鳳呈祥”“瑞雪迎春”兩種外觀涂裝方案，車組采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和最先進(jìn)的CTCS3-ATO列控系統(tǒng)，在智能化、安全舒適、綠色環(huán)保、綜合節(jié)能等方面實(shí)現(xiàn)全面升級(jí)。

為應(yīng)對(duì)高鐵運(yùn)行中的高寒和大風(fēng)沙等的考驗(yàn)，京張高鐵列車采用經(jīng)長(zhǎng)期驗(yàn)證的高寒技術(shù)，能適應(yīng)-40℃的高寒運(yùn)營(yíng)環(huán)境；為了適應(yīng)山區(qū)氣候寒冷且降雪較多的實(shí)際狀況，京張高鐵有自動(dòng)融雪功能；針對(duì)山區(qū)風(fēng)大、雨水多的特點(diǎn)，特意安裝了預(yù)警裝置，當(dāng)遇見大風(fēng)時(shí)，運(yùn)行中的動(dòng)車將根據(jù)風(fēng)速自行調(diào)節(jié)車速，一旦山體發(fā)生異常，動(dòng)車將被引導(dǎo)至安全的地方停靠。

動(dòng)車最怕的就是供電故障，普通動(dòng)車遇到這種情況，只能原地等待救援，而且還會(huì)影響到后續(xù)列車的行進(jìn)。京張高鐵智能動(dòng)車組增加了應(yīng)急自動(dòng)運(yùn)行功能，該功能可確保列車遇到供電故障后能夠啟用動(dòng)力蓄電池，以時(shí)速30千米走行20千米，最大程度地緩解原地停車的問題。此外，該智能型動(dòng)車組還設(shè)計(jì)有高加速功能，可以提高列車在大坡道的運(yùn)行能力。

進(jìn)站是智能型動(dòng)車組智能控制的關(guān)鍵。這條時(shí)速350千米的“鋼鐵長(zhǎng)龍”可以非常平穩(wěn)地?？康秸?，位置誤差始終控制在10厘米以內(nèi)，靠的就是我國(guó)首創(chuàng)的高鐵自動(dòng)駕駛系統(tǒng)200萬千米的行車測(cè)試以及上萬次的精準(zhǔn)停車實(shí)驗(yàn)。

自動(dòng)駕駛離不開對(duì)數(shù)據(jù)的采集。京張高鐵列車通過車載傳感器、雷達(dá)、天線等設(shè)備對(duì)環(huán)境信息（地理位置、線路信息等）和車輛狀態(tài)進(jìn)行采集與處理，并與動(dòng)車組技術(shù)融合，同時(shí)在滿足安全性、穩(wěn)定性和舒適性的前提下通過算法預(yù)設(shè)，結(jié)合線路限速要求等進(jìn)行決策判斷，最終實(shí)現(xiàn)車站自動(dòng)發(fā)車、區(qū)間自動(dòng)運(yùn)行、車站自動(dòng)停車、車門自動(dòng)打開、車門/站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制。

不僅如此，京張高鐵還可以實(shí)現(xiàn)一證通行、刷臉進(jìn)站。沿線高鐵站內(nèi)將配備各種智能機(jī)器人，它們像隨行小秘書一樣為旅客服務(wù)，既能幫旅客運(yùn)行李，又能實(shí)現(xiàn)站內(nèi)導(dǎo)航。只需掃描二維碼或者進(jìn)行人臉識(shí)別，機(jī)器人就會(huì)在站內(nèi)跟隨旅客行走。此外，乘坐該列車的旅客進(jìn)站乘車時(shí)無須出示身份證、車票，只要在12306客戶端通過實(shí)名刷臉認(rèn)證，就可以直接刷臉進(jìn)站。

智能服務(wù)方面，動(dòng)車組可以通過車載WiFi、車內(nèi)顯示查詢終端、智能交互終端設(shè)備，為旅客提供人性化、多樣化、自助化旅行服務(wù)。

后臺(tái)運(yùn)營(yíng)方面，車站環(huán)境舒適性監(jiān)控系統(tǒng)、能源管控系統(tǒng)等各類系統(tǒng)將保證車站的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，而高鐵周界入侵報(bào)警系統(tǒng)、地震預(yù)警系統(tǒng)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等將組成動(dòng)車組的智能調(diào)度指揮系統(tǒng)。

智能管理方面，運(yùn)用車載安全監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組狀態(tài)全面實(shí)時(shí)監(jiān)控、工作狀態(tài)自感知、運(yùn)行故障自診斷、導(dǎo)向安全自決策，實(shí)現(xiàn)車地信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

車站客運(yùn)人員手持的智能終端，不僅可以查詢客車到發(fā)、晚點(diǎn)車次、接續(xù)換乘等客車作業(yè)全部基本信息，還可以自動(dòng)生成或后臺(tái)自動(dòng)調(diào)整廣播、引導(dǎo)、檢票等信息，實(shí)現(xiàn)列車到發(fā)計(jì)劃的精確修正。更神奇的是，根據(jù)車站售票情況、天氣情況等信息，運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)還可以分析旅客到站時(shí)刻及到站乘車人數(shù)，對(duì)車站的進(jìn)出站客流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)合站內(nèi)擁擠度情況、列車到發(fā)時(shí)刻及運(yùn)輸旅客量，對(duì)車站的承載能力進(jìn)行預(yù)測(cè)，為客運(yùn)指揮提供支撐。

此外，列車上設(shè)置的2718個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)能全面感知列車運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，并會(huì)根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這套智能環(huán)境感知調(diào)節(jié)技術(shù)，可以從溫度調(diào)節(jié)、燈光調(diào)節(jié)、車內(nèi)噪聲控制、壓力波調(diào)節(jié)、變色車窗、資源配置優(yōu)化等方面實(shí)現(xiàn)乘車旅客感官舒適度的提升。

綠色加環(huán)保

除了保證乘客的舒適度和列車的高精準(zhǔn)度以外，京張高鐵還是綠色環(huán)保的高速鐵路。高鐵沿線廣泛采用降噪工程、綠色建筑，大量使用再生能源、光伏發(fā)電、新型節(jié)能環(huán)保光源等新技術(shù)新材料。

以官?gòu)d水庫特大橋?yàn)槔?。該橋是京張高速鐵路上的重點(diǎn)控制性工程之一，全長(zhǎng)9.08千米，主橋采用8孔110米簡(jiǎn)支拱形鋼桁梁跨越官?gòu)d水庫，為國(guó)內(nèi)首例適用于時(shí)速350千米有砟軌道高速鐵路的鋼桁梁橋。由于官?gòu)d水庫是北京重要的水源地之一，施工中對(duì)環(huán)保要求極高。最終，施工方采取鋼梁頂推架設(shè)方案，鋼梁在岸上像“搭積木”一樣拼裝好，再?gòu)陌哆呄蚝捻斖凭臀?，最大限度減少了水上施工工序，有效降低了施工對(duì)庫區(qū)水資源的污染。

在節(jié)能環(huán)保方面，京張高鐵智能型動(dòng)車組也有所提升，如噪聲更低，阻力更小，能耗更低。通過低阻力流線型車頭設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化以及輕量化設(shè)計(jì)，車輛的氣動(dòng)阻力有所減少，整車的綜合能耗相應(yīng)降低約7%。通過采用環(huán)保零部件，列車內(nèi)裝材料的可回收率達(dá)75%，其中可降解材料占比達(dá)50%以上。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提升密封性能，車內(nèi)外噪聲總體指標(biāo)降低1、2分貝。

夢(mèng)想再出發(fā)

作為一趟將在2022年服務(wù)于北京冬奧會(huì)的高鐵列車，京張高鐵動(dòng)車組將在冬奧會(huì)期間成為名副其實(shí)的“冬奧專列”。車上設(shè)置有媒體專用包廂，媒體工作者可以通過智能顯示屏實(shí)時(shí)觀看賽事直播，通過覆蓋全車的WiFi系統(tǒng)隨時(shí)發(fā)布賽事報(bào)道。同時(shí)，動(dòng)車上還設(shè)有興奮劑檢測(cè)區(qū)以及冰雪運(yùn)動(dòng)器材存放區(qū)。

京張鐵路、京張高鐵，兩條相隔百年的鐵路比鄰而行，相映成輝，歷史和現(xiàn)實(shí)在這里交匯，光榮與夢(mèng)想從這里延續(xù)。

交通強(qiáng)國(guó)，鐵路先行。截至2020年底，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程突破14.63萬千米，其中高鐵3.79萬千米，高居世界第一。我國(guó)已經(jīng)建成了世界上最現(xiàn)代化的鐵路網(wǎng)和最發(fā)達(dá)的高鐵網(wǎng)，并成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)行速度最高、在建規(guī)模最大的國(guó)家。