中国智能高铁发展
2019-01-14


中国智能高铁发展

中国工程院副院长、中国科协副主席   何华武



一、中国高铁发展的成就

截至2017年底,全国铁路路网运营总12.7万公里,其中高速铁路程突破2.5万公里,路网规模快速增长目前中国高铁占世界高铁的比例达到了66%,拥有动车组2900多标准组,每日开行5200余列,发送旅客17.1亿人次。移动装备方面,研制了具有自主知识产权的复兴号动车组,2017921日,京沪高铁复兴号动车组时速350公里运行;201888日,京津高铁复兴号动车组时速350公里运行,运行品质受到广泛好评。

高速铁路的快速发展,不仅促进了经济要素的快速流动,更将东部地区产业发展的脉搏延伸到中部、西部,日新月异地改变着中国,极大提振了国人的民族自尊心。

另外一方面,中国高铁的发展也取得了非常丰硕的创新成果。在超长无砟无缝线路方面,实现跨不同地貌单元、复杂地质、多个气候带高铁全线无砟轨道、超长无缝线路,高速列车运行高平顺、高稳定特性凸显。

高速大跨桥梁——武汉天兴洲长江公铁两用斜拉桥,主跨504米,在同类桥中拥有跨度、载荷、速度、宽度”4项世界第一;南京大胜关长江大桥是世界上唯一6线铁路钢拱桥;两桥分别荣获第27届、第29届国际桥梁大会乔治·理查德森大奖。在建的沪通、镇江五峰山长江公铁两用斜拉、悬索桥,首次主跨超1000米。    

城市及水下高速隧道——穿越石家庄市区的城市隧道,是世界上首座6线高铁隧道;穿越深圳市区的福田地下车站,是世界上首座速度最高的地下通过站;穿越珠江口10余公里长的水下隧道,是世界上首座运行速度最高的越江隧道。

综合交通客运枢纽站——广州南站、上海虹桥站等大型综合客运枢纽,实现集普铁、城际、高铁于一站,与地铁、轻轨、公交及航空港等,多种交通方式衔接与融合,功能完善、换乘便捷、集疏高效,现代客运特性凸显。站场空间格局、系统技术体现了当代客运枢纽的一流水平。在建的北京丰台客站,首次采用高速场、普速场重叠方案。

复杂环境多速度级成网运营经验——中国铁路网兼容性强是国际铁路一大亮点。高铁时速350公里与250公里兼容运行,时速250公里与普速铁路兼容运行;高速铁路、城际铁路、市域铁路兼容运行。不同地质条件、气候条件以及跨线、超长距离持续运行等运营经验十分宝贵。

面对生态环保严格要求,极端天气频发以及人民群众对出行和服务质量的需求。迫切需要未来高铁技术发展更安全、更绿色、更智能、更高效、更便捷。

二、中国智能高铁发展

我国已成为世界高铁大国,技术、装备、建设和运营已达到先进水平,部分处于领先水平,但与高铁强国的要求尚有差距,下一步研究重点是推进我国高铁向智能化方向升级。对于贯彻十九大交通强国战略,实现交通强国、铁路目标,经济和社会更好发展,持续保持全球高铁技术领跑优势,十分迫切也十分需要。我国2013年提出了数字化铁路发展重点和任务,日本2000年提出智能运输系统研发计划,法国2015年提出数字法铁项目,英国2015年提出了数字发展计划。

1、我国智能铁路规划总体框架可划分为五个层次:智能感知层、智能传输层、数据资源层、智能应用层、智能决策层。

系统基本构成主要包括一个平台、九大智能调度指挥系统构建基于人工智能的高铁智能调度智慧系统,实现智能动态调度、智能协同控制、智能故障诊断等功能,达到路网整体列车调度效率最优,提升系统应急决策和处置能力,提高运营效率和旅客满意度。智能安全保障方面,风雨雪等自动检测与报警;地震预警及自动应急处置;沿线非法入侵自动报警防范等。智能养护维修应用大数据、深度学习、故障预测与健康管理 PHM)、增强现实(AR)等先进技术,实现技术装备的全过程管理,提高动车组等技术装备维修的智能化水平,降低装备的全生命周期成本,提高运输效率和安全水平。智能工程建设以BIM+GIS技术为核心,综合应用北斗卫星定位、智能物联及移动互联等新一代信息技术,完成施工过程及试验现场数据的自动采集和信息互联,构建工程建设质量的全寿命、可追溯闭环管理体系和综合管理平台。

 2、低真空管道磁浮交通系统,更快速是技术发展方向。200743日,法国采用AGV V-150试验型高速列车达到574.8km/h,创造了轮轨高铁最高试验速度记录。201012月,我国在京沪高铁枣庄-蚌埠段,基于运营线路、运营列车场景下,最高试验速度达到486.1km/h,创造了中国轮轨高铁试验速度记录。

常导磁悬浮列车技术已在上海浦东机场线商业应用,全长约30km,最高运行速度430km/h,积累了大量运维经验;中车四方依托科技部重点研发计划先进轨道交通重点专项,正在研究时速600公里常导磁悬浮列车。低真空管道高温超导磁悬浮技术在西南交大做了开创性研究工作,2000年成功研制世界首辆高温超导磁悬浮车(世纪号),经过10余年的发展已完成真空管道高温超导磁浮交通原型系统的开发与测试,目前正积极建设低真空管道高温超导磁悬浮高速试验平台。中国工程院牵头组织相关方,正在开展 《低真空管(隧)道磁悬浮交通发展战略研究》、《大湾区广深港高速磁浮交通系统预可研》等重大课题研究。    

3、关于沪杭高速磁悬浮交通系统的思考。长三角经济圈是中国城市化程度最高、城镇分布最密集、经济发展水平最高的地区,也是国家重点发展的三大经济圈之一。目前,南京至上海间已形成京沪、沪宁高铁和既有沪宁普速铁路三条通道,通过能力基本适应;杭州至上海间,仅沪杭高铁和普速铁路两条通道,通过能力已较紧张,未来还需要建设一条国际先进的大能力通道,支撑经济圈发展。

沪杭高速磁悬浮项目五大优势:一是形成半小时交通圈进一步强化沪杭通车效应;二是确立长三角经济圈轨道交通世界领先地位,进一步提升区域影响;三推进区域经济增长,带动相关产业发展;四是提高人民生活水平,促进地区持续健康发展五是贯彻交通强国发展战略,巩固我国铁路领先优势。

沪杭高速磁悬浮前期工作已有较好基础。2003年完成沪杭磁浮适用性研究;2004年完成《磁浮交通沪杭预可行性研究报告》;2005年《上海市虹桥综合交通枢纽结构规划》开始编制;2006年批准了《沪杭磁浮交通工程项目建议书》初步完成可行性研究报告。车站引入条件方面,上海虹桥站、杭州东站已预留磁悬浮线路引入条件,为深化研究和将来工程实施奠定了较好基础。线路自虹桥站引出,向西沿A9- A30-A8 高速公路走廊向西南走行,沿沪杭高速公路北侧引入杭州东站,线路全长约160km。若采用低真空管(隧)道磁浮方案,大部分路段通过地下管(隧)道穿越连接沪杭,可降低大量拆迁与节省声屏障工程费用等。因此,宜适时修编《沪杭磁浮交通工程可行性研究》。

尚待解决的关键问题低真空管(隧)道磁悬浮高铁技术定位明确、创新点突出、应用前景看好,有一定研究基础,极可能研发形成竞争力强的全新交通方式,且对保持我国高铁技术领先优势具有战略意义。但该技术仍有大量关键问题尚待突破,须加大研发力度为下一步的项目开展工程实施提供进一步的支撑。