京張高鐵智能化驚艷世界

嚴(yán) 冰 劉山山 楊 潔

6月12日上午,，在北京北站外的京張高鐵清華園隧道進口，隨著最后一組500米長鋼軌精準(zhǔn)落位,，京張高鐵歷時7個月緊張鋪設(shè),，完成了全線鋪軌，初露崢嶸,。

京張高鐵是京津冀協(xié)同發(fā)展的重要基礎(chǔ)工程,，是北京冬奧會重要交通保障設(shè)施，被譽為中國鐵路發(fā)展“集大成者”,、智能高鐵示范工程,。

智能系統(tǒng)提高效率

京張高鐵全長174公里,，起自北京北站,，途經(jīng)清河站、昌平站,、八達嶺長城站,、東花園北站、懷來站,、下花園北站,、宣化北站、張家口站,。從北京北站引出后,，京張高鐵就鉆進了清華園隧道。

“清華園隧道全長6公里多,，是目前國內(nèi)位于城市核心區(qū),，穿越地層最復(fù)雜、重要建筑物最多的國鐵單洞雙線大直徑盾構(gòu)高風(fēng)險隧道,?！表椖控?fù)責(zé)人趙海濤說，整個隧道穿過近90條城市管道線路,，施工過程必須保證精準(zhǔn)無誤,，否則就會影響城市生活。

清華園隧道是京張高鐵唯一采用盾構(gòu)法施工的隧道,，建造過程中,，盾構(gòu)機架在兩條鋼軌上，工人操作遙控裝置,，將零件平穩(wěn)運輸?shù)街付ǖ攸c進行拼裝,，整個系統(tǒng)全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，環(huán)環(huán)相扣,，嚴(yán)絲合縫,。借助盾構(gòu)機，整個隧道施工像外科手術(shù)一樣精準(zhǔn),，既保護了歷史遺跡,，又不打擾城市生活。

項目部副總工程師劉磊則擔(dān)負(fù)攻堅任務(wù),，他介紹說：“為使施工和管理更智慧,，使隧道在極端復(fù)雜的地下環(huán)境中自由穿越，我們投入力量開發(fā)可視化智慧施工系統(tǒng),?！?/p>

這一系統(tǒng)包括施工參數(shù),、過程監(jiān)測、地質(zhì)預(yù)測等,，實現(xiàn)全過程可視化動態(tài)管理。每一個盾構(gòu)機搭載了幾千個傳感器,，都具有感知,、修正和自動調(diào)節(jié)的功能，設(shè)備狀況,、地下工作情況等數(shù)據(jù),，都直接上傳到中鐵十四局集團的全國大盾構(gòu)數(shù)據(jù)指揮中心，盾構(gòu)專家24小時提供遠程監(jiān)控和技術(shù)服務(wù),。劉磊說,，智能檢測可以隨時對海量數(shù)據(jù)進行處理分析，使風(fēng)險始終處于可控狀態(tài),。

在鋪軌過程中,，面對鋪軌作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高、交叉作業(yè)面多,、30‰長大坡道給鋪軌施工帶來的巨大挑戰(zhàn),，京張城際鐵路有限公司不斷優(yōu)化方案和資源配置，創(chuàng)新施工工藝,，改造機械設(shè)備,，應(yīng)用智能機器人檢測，采用機械化,、自動化鋪軌機組和施工信息化等手段,，大幅提高了軌道精度和施工效率。中鐵三局還引進,、研發(fā)各種先進的設(shè)備和技術(shù),，實現(xiàn)了指揮中樞信息化和智能化，質(zhì)量追溯全生命周期智能化等,，為工程建設(shè)提供了科技支撐,。

京張高鐵全線軌道鋪通是京張高鐵建設(shè)施工的標(biāo)志性節(jié)點，后續(xù)將繼續(xù)通過科技手段,，全力推進軌道精調(diào),、“四電”(供電、通信,、信號,、電力)設(shè)備安裝及調(diào)試等，為下一步靜態(tài)驗收和聯(lián)調(diào)聯(lián)試奠定堅實基礎(chǔ),。

智能設(shè)備攻克難題

京張高鐵離不開工程師們設(shè)計出的“黑科技”裝備。如“多面手”“千里眼”和“順風(fēng)耳”一樣的多種設(shè)備頻頻亮相,，為京張高鐵的建設(shè)開啟了“科技大片”的既視感,。在建造、維護,、管理,、安全等流程上，創(chuàng)新的智能化土壤孕育了京張高鐵高科技基因,。

2019年3月2日,，在中鐵電氣化局京張高鐵站后“四電”工程施工生產(chǎn)推進會上，兩名工作人員將管材及所需零件送入接觸網(wǎng)腕臂自動預(yù)配平臺,，測量腕臂長度,，切割管材、分揀料頭,、轉(zhuǎn)移管材,，尋孔定位并套上零部件緊固，5分鐘一氣呵成,，自動完成作業(yè),。

“該預(yù)配平臺利用機器化減人，將原來12名操作人員配備要求降低到4人,，實現(xiàn)了‘分散加工集中干,、空中作業(yè)地上干、現(xiàn)場施工工廠干’等轉(zhuǎn)變,，極大地提升了接觸網(wǎng)腕臂預(yù)配平臺的安全,、精準(zhǔn)效能?！敝需F電氣化局四電工程電氣化項目部預(yù)配中心負(fù)責(zé)人陳曉說道,。如“多面手”一樣，接觸網(wǎng)腕臂自動預(yù)配平臺實現(xiàn)工廠化生產(chǎn),。它在滿負(fù)荷狀態(tài)下完成每天近200組腕臂預(yù)配,，預(yù)制出來的每一根腕臂的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差都控制在1毫米之內(nèi)。

東花園隧道位于河北張家口市,，在施工工程中,，及時檢測降水情況十分重要，工程師設(shè)計出如“千里眼”的系統(tǒng),，完美地化解了這一難題,。東花園隧道緊鄰康西草原、官廳水庫、野鴨湖國家濕地公園,，日最大涌水量達35.4萬立方米,，防滲水成為設(shè)計的重難點。中鐵十八局與西安交通大學(xué),、北京交通大學(xué)合作,，研發(fā)“自動控制降水與預(yù)警”系統(tǒng)與“深孔測斜”監(jiān)測項目，把“眼睛”安在深水基坑中,，聯(lián)合邊坡穩(wěn)定性安全監(jiān)控軟件,，實時監(jiān)控降水情況。

同樣位于張家口市的正盤臺隧道,，則運用像“順風(fēng)耳”一樣的裝備解決了安全問題,。該隧道全長近13公里,，屬單洞雙線隧道,，是崇禮鐵路最長隧道。隧道內(nèi)部信號常常無法連接,，給施工帶來了極大安全隱患,。鋪軌施工相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，他們開發(fā)了應(yīng)用智能工程運輸指揮系統(tǒng),，使用電子防護器,，研發(fā)了隧道內(nèi)工點與施工車輛以及施工車輛間的接近報警系統(tǒng)，解決了隧道鋪軌施工過程中信息不暢等問題,。

此外,，還有新型材料機器人噴涂防水，提高噴水效率,，解決噴涂厚度不均等問題,；AR輔助施工智能安全帽實時傳送施工推進現(xiàn)狀，搭建信息化溝通軌道,；在京張高鐵官廳水庫特大橋投入使用的集水槽安裝安全操作平臺,，完美貼合大橋梁體翼緣板的外部結(jié)構(gòu)，使得操作更加方便自如,，又很好地保護了水資源,。

智能運營驚喜可期

據(jù)中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司(鐵科院)專家介紹，自動駕駛車載設(shè)備收到計劃后,，根據(jù)動車組當(dāng)前的位置,，計算出控制動車組運行的控制速度曲線，自動控制動車組加速,、運行,、減速、停車、開車門等,。2018年6月至9月,，自動駕駛設(shè)備順利通過所有風(fēng)險測試，可確保行駛安全,。自此,，京張高鐵將可以實現(xiàn)有人值守的無人駕駛。

“這是世界首次,，在350公里的時速下模擬一個最好的司機,，用算法開出一條安全、節(jié)能,、高效的列車,。”中鐵設(shè)計京張高鐵信號設(shè)計負(fù)責(zé)人王東方說,。

在京張高鐵的智能化運營中,，最亮眼的莫過于列車的全自動駕駛設(shè)計。列車的自動駕駛系統(tǒng)基本能達到和地鐵一樣,，不同的是速度,。與地鐵相比，高鐵的速度更快,、線路更網(wǎng)絡(luò)化,、運行環(huán)境更復(fù)雜。地面調(diào)度中心先規(guī)劃準(zhǔn)確的運行計劃,，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至列車自動控制系統(tǒng)的地面設(shè)備,，再通過鐵路移動通信網(wǎng)，移送動車組上的自動駕駛車載設(shè)備,。

基于北斗衛(wèi)星和地理信息系統(tǒng)技術(shù),，京張高鐵為建設(shè)、運營,、調(diào)度,、維護、應(yīng)急全流程提供智能化服務(wù),。線路實時“體檢”系統(tǒng),，可以將全線每一個橋梁、車站,，每一處鋼軌通過傳感器連接至電腦,。零件是否老化，路基是否沉降,，照明是否損壞,，都能一目了然,。

“未來，京張高鐵10個車站將有同一個‘大腦’,?！敝需F設(shè)計京張高鐵智能工程化設(shè)計總體負(fù)責(zé)人李紅俠說。通過這個“大腦”,，工作人員在控制室就可以實現(xiàn)客站燈光,、溫度、濕度等設(shè)備管理,、應(yīng)急指揮等,。

智能運營為旅客通行提供了更人性化服務(wù)，智能機器人可以貼身導(dǎo)航并搬運行李,；通過電子客票,、刷臉進站等可簡化乘車流程；站內(nèi)導(dǎo)航與站外導(dǎo)航融合,，乘客出發(fā)時輸入車次,，即可導(dǎo)航至檢票口或候車廳。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轉(zhuǎn),，而高鐵周界入侵報警系統(tǒng),、地震預(yù)警系統(tǒng),、自然災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)等將組成動車組的智能調(diào)度指揮系統(tǒng)。

“京張高鐵智能動車組將采用可回收或降解的內(nèi)裝材料及廢水回收再利用設(shè)備,，使列車運營更綠色化,。”鐵科院機輛所副所長張波說,，同時還配備自動燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng),、降震減噪技術(shù)來提高動車組的舒適度。

為迎接北京冬奧會,，京張高鐵將設(shè)有首次直達比賽核心區(qū)的太子城站,，配備滑雪板存放處，打造了獨具特色的高鐵移動新聞中心——媒體車廂,，此車廂將實現(xiàn)高速互聯(lián)網(wǎng)覆蓋,，完成奧運賽事直播。

“我們是站在中國鐵路,、裝備制造,、綜合國力飛速發(fā)展的‘肩膀’上，謀劃中國高鐵的又一次飛躍,?！敝需F工程設(shè)計咨詢集團有限公司京張高鐵總體設(shè)計師王洪雨說。創(chuàng)新、技術(shù),、人才鍛造了今日的京張高鐵,，信息化、自動化,、智能化帶來了全球化視野,，把中國高鐵建設(shè)發(fā)展事業(yè)推到了世界前列。