高铁新标准体系下的技术创新及产业升级-乔育锋


     高铁新标准体系下的技术创新及产业升级 乔育锋 摘要:随着中国经济的腾飞,中国高铁实现了从步入高铁时代到引领并制定高铁新标准时代完成了质的转变,从浅层次分析高铁改变并影响了人们的出行方式及生活方式,而深入研究会发现中国高铁对于国家经济的再一次崛起扮演者很重要的角色。高铁标准不只是单纯的某方面的技术革新,而是中国整体制造业及科技生产力的创新体现,新的技术创新将源源不断的进入高铁标准体系并带动别的产业发展,人工智能化及5G技术将在2020年后为高铁新标准注入新鲜血液,未来的中国高铁新标准通过人工智能化及5G技术催生新的高铁智能服务体系,而新的高铁智能服务体系将持续改变及影响人们现有的生活理念及经济结构,催生新的技术创新,激发新的产业升级。 关键词: 高铁新标准 技术创新 产业升级 人工智能化 及5G技术 高铁智能服务体系 一、 高铁及高新新标准体系定义 高速铁路广义的定义是指最高运行时速在200公里以上的铁路,而比较狭义的定义指通过改造原有线路,使营运速率达到每小时200公里以上,或者专门修建新的“高速新线”,使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统[1]。  什么是高铁新标准?高铁新标准就是中国特色下的高速铁路设计规范及服务标准,高速铁路设计规范是高铁行业技术标准体系,高铁新标准的实现体现在路基建设、高速动车、通讯调度、服务标准等很多方面。 二、 世界高铁发展及标准制定 高速有相对性,时代不同标准有异。由于铁路时速的发展,高铁的标准有过提高。而世界上主要的几个铁路发达国家对高铁及高铁标准有过不同的定义。 在二十世纪中期,欧洲主导的非政府铁路组织即国际铁路联盟(UIC),把旧线改造时速达到200公里、新建时速达到250~300公里的定为高速铁路;1985年联合国欧洲经济委员会(是官方组织)在日内瓦签署的《国际铁路干线协议》规定:新建客货运列车混用(简称客货共线)型高速铁路时速为250公里以上,新建客运列车专用(简称客运专线)型高速铁路时速为350公里以上。比较看,中国标准高于 最早的欧洲标准,而低于 后来的欧洲标准,属于中等标准,是发展中国家的高铁标准。 作为世界上最早开始发展高速铁路的国家,日本政府在1970年发布第71号法令,为制定全国新干线铁路发展的法律时,对高速铁路的定义是,凡一条铁路的主要区段,列车的最高运行速度达到200公里/小时或以上者,可以称为高速铁路。 美国联邦铁路管理局曾对高速铁路定义为最高营运速度高于145公里/小时(90 mph)的铁路,但从社会大众的角度,“高速铁路”一词在美国通常会被用来指营运速度高于160公里/小时的铁路服务,这是因为在当地除了阿西乐快线(最高速度240公里/小时)以外并没有其他营运速度高于128公里/小时(80mph)的铁路客运服务。 三、 中国高铁的发展建设 而在最近几年的现实发展建设过程中,各国一般采用三档法分类,东南亚国家如泰国、印尼采用普通铁路、中速铁路、高铁的三分法,而且他们采用的高铁标准是250公里以上,恰恰所采用的就是时下中国的高铁新标准。 中国起初阶段对高速铁路标准及相关技术参数没有明确的规定,如早期的秦沈客运专线虽然不能算是中国第一条真正意义上的高铁线,但其成为了中国高速铁路的技术和装备试验基地,为后来的中国各地修建的高速铁路累积了宝贵的经验。 2008年8月1日开通的时速350公里的京津城际铁路是中国第一条公认的、没有争议的高铁。 2014年1月1日起实施的《铁路安全管理条例》(附则)规定:高速铁路是指设计开行时速250公里以上(含预留),并且初期运营时速200公里以上的客运列车专线铁路(简称客运专线或客专)。这个定义有两个要点,设计时速250公里以上及客运专线。它有的表述不规范(只说“时速250公里以上”,应该是“及其以上”),容易引起误解。2015年2月1日起实施的《高速铁路设计规范2014》是中国正式发布的首部高铁规范,也规定高铁为客专。明文规定只能运行动车组列车,禁止传统列车上高铁。 《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)的发布,标志着成熟、先进、具有中国特色的高速铁路技术体系已经形成,将为中国高铁发展以及高铁“走出去”提供系统规范的成套建设标准支撑。2015年2月1日起实施的《高速铁路设计规范2014》是中国正式发布的首部高铁规范,明文规定只能运行动车组列车,禁止传统列车上高铁。《高速铁路设计规范2014》的总则和术语部分没有明确规定高铁的定义,只是在总则第二条说明“本规范适用于新建设计时速为250-350公里,运行动车组列车的标准规矩的客运专线铁路,设计时速分为250、300、350公里三级”。因为标题是高铁,那么其蕴含意思是 标准轨距的高铁是新建设计时速最低250公里的客运专线。因为这部规范面向世界、也涉及中国公司在海外的项目建设,不以高铁定义的中国标准为唯一标准,所以国家铁路局网站科普栏目专文“什么是高速铁路”对中国标准专门作出规定,适用于中国。中国国家铁路局网站科普栏目专文将我国高速铁路(即中国国高速铁路)的定义为:新建设计开行250公里/小时(含预留)及以上动车组列车,初期运营速度不小于200公里/小时的客运专线铁路。〕——要点是新建(排除既有线提速)、时速不低于250及客专性。 四、 中国高铁的技术创新及标准体系 (一)工程建造技术 路基:突破了地基处理、换填处理、路基填筑、抛石机淤、水泥搅拌桩、排水国结线下构筑物刚度均匀化技术难题,实现路基沉降变形收敛可控[2]。 无砟轨道:中国高铁采用无砟轨道(西银高铁例外,另外高铁站至列车存放所之间的路段没有讲究),快铁线用有砟轨道(兰新快铁一些路段例外),国外高铁轨道多样。中国相关科研设计单位在总结无砟轨道再创新成果的基础上,提出了CRTSII型板式无砟轨道结构,并已成功应用于成灌快铁线路、武汉生活圈城际铁路、盘营高速铁路中[3]。 隧道:突破艰险山区、复杂地质、江河水下修建隧道技术难题,通过SRAP加固方法、植筋加固桥面技术、炭纤维片修复补强桥梁混凝土结构技术及波形钢腹板组合箱梁减重技术实现高速列车隧道内时速350km安全运行和交会。 桥梁:中国新标准体系李的桥梁技术体系从四个方面突破难题为中国高铁新标准保驾护航,材料技术:到目前为止,中国已经实现能在国内生产混凝土、钢材、电缆、复合材料和智能材料。其中某些材料的生产技术也处于世界领先水平。勘察设计技术:勘察设计技术是桥梁工程发展的先决条件。中国幅员辽阔,地质和地形条件多种多样。这促进了桥梁类型的多样化发展,并带动了勘察设计技术的发展。因此,中国桥梁工程已在勘察技术、设计理论与方法、桥型与结构体系、关键结构、防灾减灾技术和桥梁信息技术方面取得了很大进步。尤其是无人机摄影技术的使用在勘察领域取得了很大的进展。施工技术:中国拥有不同施工条件下各类型桥梁的施工控制技术,随着自动化水平、生产效率和质量稳定性的不断提升,行业施工技术正发展迅速。营养技术:伴随着桥梁建设的迅猛发展,中国在桥梁管养、监测、检测和评估技术方面取得了很大进步。在管养方面,建立了以预防性养护为主、以纠正性养护为辅的两级方法。 牵引供电:我们国家相关科研单位围绕着安全、可靠、高效、节能、数字化、信息化等关键技术开展技术研究。包括:高速铁路供电综合监控技术;高速铁路牵引供电/配电自动化技术;牵引供电关键设备安全运行检测技术;轨道交通列车驾驶仿真培训技术;高铁弓-网系统运行安全检测与诊断系统(6C);世界首套组合式同相供电系统;世界首台高电压大容量卷铁心节能型牵引变压器;世界首套数字化牵引变电所;国内首套高铁供电系统可靠性分析评估系统;国内领先电力电子牵引变压器;世界先进高铁牵引供电故障预测与健康管理(PHM);世界先进高强高导纳米复合导线、复合材料接触网支持结构;列车优化控制与高性能牵引传动系统;列车优化控制与高性能牵引传动系统等等铁路牵引供电关键技术。采用微机保护原理应用、牵引变电所二次设备测试新技术、牵引变电所安全监控与综合自动化技术、牵引供电远动监控系统及PMIS牵引供电运营管理系统保障时速350km动车组重联双弓安全运行。 客运枢纽:建成内涵更加丰富、服务更加优质、布局更加合理、运行更加高效、功能更加完善的现代综合客运枢纽系统,一体衔接、综合服务、中转集散、内外辐射能力进一步增强,客运现代化水平显著提升,有效满足人们日益提升的出行需求及消费需求。 精密控制测量:高速铁路精密工程测量技术的研究 , 为建立我国高速铁路精密工程测量技术体系奠定基础 , 同时为我国高速铁路的大规模建设及时提供测量技术标准 。继京津城际铁路之后 , 武广和郑西等 350 km/h高速铁路已投入运营。这几条线路的实践证明 ,高速铁路精密工程测量标准及其技术体系经受住了勘察、设计 、施工到运营考验,验证了高速铁路精密工程测量技术标准的科学性、先进性、适用性和可靠性 。在建的京沪 、哈大 、京石 、石武等无砟轨道高速铁路及一批有砟轨道客运专线均按照此标准开展精密工程测量[4]。如新建高速铁路西安至宝鸡客运专线就运用了精密控制测量技术,如表1所示。 西安客运专线工程独立坐标系分带表 表1 编号 中央子午线(。') 投影面正常高(m) 投影面大地高(m) 分界里程范围 高程异常(m) 长度变形(mm/km) 1 108-27 400 365 DK500~DK560 -35 -4.0~+10.0 2 108-00 490 455 DK560~DK599 -35 -2.0~+9.0 3 107-30 580 545 DK599~DK638 -35 +1.0~+9.0 (二)采用中国系统的列车运行控制技术 伴随我国高速铁路的发展.列车运行控制系统已由以地面信号为主的机车信号、列车运行监控记录装置发展为以车载信号为主的具有超速防护功能的CTCS-2级和CTCS-3级列控系统。目前,在我国高速铁路上广泛应用了列车运行控制系统。 为保证运行安全,提出了机车信号作为行车凭证的要求。于是对通用式机车信号进行了技术改进,研制出新一代JT1-CZ2000型机车信号。当地面发送设备十分可靠并满足故障一安全时,JT1一CZ2000型机车信号可作为行车凭证使用。 中国系统—2003年,铁道部制定了我国的CTCS发展装备暂行技术标准。CTCS是中国列车运行控制系统(Chinese Train Control System)的英文字头。CTCS分为CTCS-0级、CTCS一1级、CTCS一2级、CTCS一3级和CTCS一4级五个等级。 中国铁路通过既有线提速和高速铁路新线建设的探索实践,系统掌握并创新了不同速度等级高速铁路的列控技术,相继研发了具有自主知识产权的适应时速200~250km高速铁路的CTCS一2级列控系统和适应时速300~350 km高速铁路运营需要的CTCS-3级列控系统。 (三)“复兴号” 电力动车组技术及系统 中国铁路建立了时速250km、350km和350km以上动车组技术体系,研制了座、卧、16辆长编组动车组系列产品,适应不同运营条件,掌握了动车组设计、制造关键技术。动车组类型:中国高铁线用高速动车组(为G字头,区别于一般动车组即D字头列车),起初是用C型(表示城际列车)的CRH(CRH2C和CRH3C),前面各种CRH都是跑快铁,后面各型多样;再后来用CRH380系列和中国标准动车组; 其中CRH380C型电力动车组是CRH380家族中最新的成员,是既哈大高铁专用的CRH380B高寒动车组后,又一款高寒动车组,也是国内首款16辆大编组高寒动车;“复兴号” 电力动车组(前称中国标准动车组,2017年6月25日改为现名)是由中国铁路总公司牵头组织研制,具有完全自主知识产权,达到世界先进水平的电力动车组的统称,也是世界上运营时速最高的高铁列车。它以动力分散式列车为主,采用交流传动的铝合金空心型材车体,英文代号为CR,列车水平高于CRH系列,三个级别为CR420/300/200,数字表示最高时速,其对应的最高营运时速为高速铁路(高铁)350、快速铁路(快铁)250、城际铁路(城铁)160公里/小时。 (四)系统集成与运营管理技术 中国铁路建立了集成技术标准和管理体系,把联调联试及试运行等技术要素与建设及运营有机衔接起来,实现了高速铁路各子系统的集成与优化。中国铁路研制应用了高速综合检测列车,对线路轨道、接触网、通信信号等固定设施进行动态综合检测,建设了北京、上海等6个动车组检修基地和一批运用所,运用先进的检修工艺、设备对动车组进行检修[5]。 (五)人工智能化的高铁新服务标准 铁路客运部门推行标准化活动,是以管理和组织工作为主,其工作重点应放在服务组织、作业和管理上。因此,客运部门的服务标准基本上分为三类,即工作标准、作业标准和管理标准这三个标准之间是互相联系、互相作用的。由于客运部门具有服务性强的特点,服务工作标准就是服务质量标准,工作标准是作业标准和管理标准制定、实施的主要依据和基础。 客运部门通过贯彻、实施作业标准和管理制度来保证工作标准的实现,通过实现工作标准来提高服务质量,达到推行服务标准化的目的。 中国铁路总公司、标准所、有关铁路局共同修订的《铁路旅客运输服务质量规范》(铁总运(2014)178号)自2015年1月1日起执行,该规范由高铁中型及以上车站服务质量规范高铁小型车站服务质量规范、普速大型车站服务质量规范、普速中型车站服务质量规范、普速小型车站服务质量规范、动车组列车服务质量规范、空调列车服务质量规范、非空调列车服务质量规范8个部分组成。其中列车部分制定了安全秩序、设备设施、服务备品、车辆整备、文明服务、应急处理、列车经营、行包快件、人员素质、基础管理等方面的服务质量要求。该规范的制定,体现了时代特色,是适应市场、参与竟争的需要,是树立“以人为本旅客至上”的服务理念,做到安全、准确、便利、优质地运输旅客及行包、快件,也是塑造铁路运输企业新形象的需要。 最新型的人脸识别技术、大数据储存及分析技术、新型支付系统、电子购票平台及便捷化验证检票功能都将大大的节约公共资源及提升客运服务的质量及便捷程度,如图表2所示。 智能服务系统与人工智能的有效结合关系表 (六)新标准体系下的5G智能高铁业务场景 大规模天线技术、高可靠低延时技术、大规模接入技术三大5G关键核心技术保证智能高铁四大应用场景的实现: 1超高速的场景。例如高速移动的列车需要传输自身的状态信息至控制中心以保证自身的运行正常。 2支持大规模的人群,在人口密集的地铁中,上万人同时参与的事件中,也能够流畅地进行对外通信。 3超可靠的实时连接,即使移动到覆盖面边缘的地方也能连接到网络。 4无处不在的物物通信,能够实现物品与物品之间的相互通信,即实现大规模的物联网。 五、中国高铁新标准体系带动的产业升级 首先,高速铁路的发展及其技术创新对相关制造业产品质量和技术含量形成了更高的要求,促使以制造业为主导的第二产业逐渐向技术密集型和资本密集型产业转型;其次,高速铁路的发展大大缩短了沿线城市的时间距离,对区域的发展产生了“时间—空间收敛“效应,“高铁经济带““高铁新区““高铁新城“应运而生,极大促进了沿线地区旅游、餐饮等服务业的发展;最后,高速铁路网的贯通链接了我国主要城市群,为劳动力和产业等要素的流动和城市的拓展提供了极大的便利,促进了城际、城乡间的产业布局优化,加快了城镇化的进程。 参考文献 (References) [1] 干佳薇.中国高速铁路的发展历程及展望[J]黑龙江:经济研究导刊,2014,235(17):1. [2] 吉一朋.路基处理技术及实践分析[J]北京:交通世界,2020,27:1-2. [3] 曲村.高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路[D]北京:北京交通大学,2013. [4] 安国栋. 高速铁路精密工程测量技术标准的研究与应用[J] 北京:铁道学报,2010,32(3):7. [5] 干佳薇.中国高速铁路的发展历程及展望[J]黑龙江:经济研究导刊,2014,235(17):2. 作者:乔育锋,出生年月1992-05-26,男,职务职称:石家庄站运转车间助理工程师,主要从事技术工作领域:铁路运输,通讯地址:石家庄市桥西区塔谈新村1-2-602, 邮政编码:050000, 联系电话:18332089833,电子邮箱:qyf2020m@163.com。 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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