“更快、智能、綠色、經(jīng)濟”高速鐵路技術發(fā)展路徑

隨著高速鐵路的蓬勃發(fā)展，我國高速鐵路技術取得了長足的進步，逐步形成了涵蓋全面、以我為主、兼容并蓄、具有中國特色的高速鐵路技術體系，總體技術水平已步入世界先進行列，部分技術達到世界領先水平。為推動科技發(fā)展和科技競爭力提升，世界各國紛紛開展工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究工作，在總結(jié)我國鐵路科技創(chuàng)新經(jīng)驗的基礎上，通過開展技術預見研究，認為我國高鐵技術總體發(fā)展趨勢應集中在更快、智能、綠色、經(jīng)濟四個方面，提出實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的技術路徑和工作重點。

更快

未來，更快高鐵仍是我國鐵路發(fā)展的重要方向之一。高速鐵路運營速度的提升包括既有高速鐵路提升和新建高速鐵路提升兩種類型。一方面，我們需要通過持續(xù)深化技術創(chuàng)新，不斷提高新建高速鐵路的運營速度；另一方面，我國開通運營的大多數(shù)高速鐵路最高運營時速仍為200-300km，只有少量高速鐵路按時速350km運行，通過技術升級改造提升既有高速鐵路的運營速度也是我國高速鐵路未來發(fā)展的重點工作之一。

新建高速鐵路速度提升主要有三種途徑：

輪軌高鐵。廣義的高速鐵路包含使用磁懸浮技術的高速軌道運輸系統(tǒng)，目前我國運營的高速鐵路都是輪軌高鐵。根據(jù)研究試驗成果推斷，在目前條件下，輪軌高鐵的最高商業(yè)運行速度不宜超過400km/h。究其原因，一是環(huán)保節(jié)能的需要。就能耗而言，復興號動車組較CRH380系列動車組的人均百公里能耗降低了17%，二是旅客舒適度的需要。動車在400km/h時安全性指標仍然處于良好狀態(tài)，但舒適度指標下降較快。動車組產(chǎn)生的車內(nèi)噪聲與速度的對數(shù)呈線性相關，目前，我國尚未構(gòu)建完善的時速400km/h高速鐵路技術標準體系，因此，實現(xiàn)輪軌高鐵400km/h運行需解決的主要問題是標準制訂和發(fā)展節(jié)能降噪技術。

磁懸浮高鐵。磁懸浮分為常導磁懸浮和超導磁懸浮。我國已進行600km/h磁懸浮技術的研究并已生產(chǎn)樣車。日本正在建設中央新干線超導磁懸浮高鐵，設計速度505km/h。常導磁懸浮需重點解決四大技術：軌道技術、懸浮車輛技術、列車控制技術、牽引技術。車輛技術中氣動阻力研究是關鍵。超導磁懸浮分為低溫超導懸浮和高溫超導懸浮。低溫超導懸浮需解決的主要技術問題是：電動懸浮頂層設計、電動懸浮磁體技術、電動懸浮和導向技術、電動懸浮牽引和制動技術。高溫超導懸浮需解決的主要技術問題是：高溫超導懸浮車輛技術、高溫超導磁浮牽引技術、高溫超導懸浮列車總體技術、高溫超導懸浮安全技術。

低真空管道超高速列車。低真空管道超高速列車是高速磁懸浮技術與真空管道運行技術的結(jié)合，以解決空氣阻力大、噪音高、能耗高等問題。目前美國在進行研究和局部試驗工作，我國正在研究時速800-1000km/h低真空管道超高速技術，也即將展開實驗。需解決的主要技術問題是：低真空環(huán)境實現(xiàn)與維持技術、低真空管道設備總體布局、低真空橋隧及救援技術、低真空道岔及站場技術。

智能

世界經(jīng)濟的快速發(fā)展對高速鐵路的運營效率、服務品質(zhì)、安全水平提出了更高的要求，歐盟、德國、法國、英國、日本、韓國等相繼提出了高速鐵路數(shù)字化、智能化的發(fā)展戰(zhàn)略和實施路徑，圍繞智能高鐵的相關技術開展了系列創(chuàng)新實踐，智能化將成為世界高速鐵路發(fā)展的重大趨勢。

智能高鐵（Intelligent High-Speed Railway，IHSR）是廣泛應用新一代信息通信技術，綜合高效利用資源，實現(xiàn)高速鐵路移動裝備、固定基礎設施及內(nèi)外部環(huán)境間信息的全面感知、泛在互聯(lián)、融合處理、主動學習和科學決策，實現(xiàn)全生命周期一體化管理的新一代高速鐵路系統(tǒng)。智能高鐵包括智能建造、智能裝備、智能服務，需要解決的重點問題包括：基于BIM的智能建造標準體系，基于BIM的智能化施工，基于BIM的建設與運維一體化的全生命周期管理體系，無人智能機械施工、無人智慧工地，自適應譜系化智能動車組，全面感知的全自動駕駛，可儲能源的綠色無線供電技術等。

綠色

隨著世界各國環(huán)境保護、能源短缺等問題的日益顯現(xiàn)，發(fā)展綠色鐵路，降低鐵路能耗及污染排放量成為鐵路發(fā)展重點，對新建高速鐵路應從源頭把握，在設計、施工、運營、管理、維護等各個階段融入綠色發(fā)展理念；對既有高速鐵路應依靠鐵路技術進步，對既有設備進行更新改造，盡可能降低環(huán)境污染，減少能源消耗、提高沿線綠化水平。

綠色鐵路包括綠色通道、節(jié)能減排、減振降噪、節(jié)地、節(jié)材五個方面：

綠色通道。研究植被覆蓋和恢復技術，研究沙漠、石漠、干旱、高原、高寒地區(qū)的植物培育和種植養(yǎng)護技術；研究鐵路取棄土（石）場的植被快速恢復技術；融合傳統(tǒng)技術與現(xiàn)代技術，保護生態(tài)環(huán)境，把高鐵建成綠色長廊。

節(jié)能減排。推進新能源施工、運輸設備的使用，減少二氧化碳和有害氣體的排放。研究輕質(zhì)高強材料，設計制造新型動車組，降低能耗；廣泛使用光伏發(fā)電和地源熱泵技術；應用垃圾處理和污水處理新技術，減少污物排放。

減振降噪。高速鐵路噪聲源主要包括輪軌滾動噪聲、氣動噪聲以及牽引電機等設備噪聲。大量實驗研究表明，隨著動車運行速度的提高，對降噪技術的要求會更高，需研究新型軌下基礎、聲屏障和動車組，降低振動與噪音。

節(jié)地。研究雙層車站、雙層橋梁技術，減少用地；研究臨時用地高質(zhì)量復墾技術，避免土地荒蕪；研究平原地區(qū)地下低成本修路技術，充分利用地下空間。

節(jié)材。研究高強材料的應用，研究建筑垃圾的再利用，研究高耐久性材料，研究節(jié)水技術，以減少材料的使用。同時研究節(jié)水技術。

經(jīng)濟

高速鐵路是國民經(jīng)濟發(fā)展到一定階段與社會生產(chǎn)力相適應的產(chǎn)物。與普通鐵路相比，高速鐵路投資規(guī)模大、技術難度高、收益回報周期長、運營維護成本高，對任何國家及鐵路運營企業(yè)來說，其高昂的成本都是不可忽視的問題之一，必須加大高速鐵路經(jīng)濟性相關技術的研究力度，為推動高速鐵路持續(xù)健康發(fā)展，建成安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟的現(xiàn)代化綜合交通體系提供有力支撐。

提升高速鐵路經(jīng)濟性應重點從以下五方面著手：

合理確定建設時機。對于經(jīng)營性線路，何時建設應根據(jù)投資效益確定，在規(guī)劃階段和決策階段，可采用能力利用率衡量一個項目何時可以建設。

合理采用線路技術標準。綜合考慮地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、地理環(huán)境條件、運輸發(fā)展需求等因素，以確保安全為前提、投入產(chǎn)出最優(yōu)為目標，合理采用高速鐵路項目技術標準，使高速鐵路在滿足運營安全及旅客舒適度要求的基礎上，降低建設成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最優(yōu)。

科學確定項目工程實施措施。綜合考慮經(jīng)濟性及節(jié)能環(huán)保等各項指標，確定科學合理的項目施工措施及方案，降低建設投資。采用先進的數(shù)字化、智能化技術，加強對項目全過程的數(shù)字化、精細化管理，加強成本及質(zhì)量管控；科學組織施工，減少或避免資源浪費；積極推行新工藝、新材料、新機具等新的施工方法和手段，提高施工效率；積極采用新材料、新能源，減少能源消耗。

開展以“狀態(tài)修”為主的運營維護策略。探索基于傳感器、通信網(wǎng)絡等技術手段對高速鐵路基礎設施及移動裝備狀態(tài)進行實時監(jiān)測，應用大數(shù)據(jù)、智能化技術對數(shù)據(jù)進行深度分析，對設施設備的運營狀態(tài)進行故障診斷及趨勢預測，實現(xiàn)由修復性、預防性維修體系向預測性維修或狀態(tài)修轉(zhuǎn)變，減少過度維修，降低養(yǎng)護維修成本。

依靠科技進步持續(xù)提升運營效率。加強客流預測和分析，結(jié)合客戶信息，在客流預測分析基礎上，不斷優(yōu)化列車開行方案，實現(xiàn)運能與運量最佳匹配的列車開行方案；利用車-車通信、移動閉塞等技術，減小列車最小追蹤間隔，提升行車密度；利用遠程通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，將車站、調(diào)度、運行、維修等各類數(shù)據(jù)進行采集、分析，實現(xiàn)各業(yè)務系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)，對高速鐵路運行進行統(tǒng)一控制與管理，提高高速鐵路整體運營效率。