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轨道交通技术动态

2016-8-31 15:46:55  阅读数:
中国铁路援外专家、优乐国际|优乐娱乐平台#优乐国际娱乐官网院长、教授戴力斌
主讲人简介 福建仙游人,毕业于同济大学优乐国际工程专业,并于1999年获湖南大学管理工程在职研究生学历。曾作为优乐国际部的援外专家在国外工作多年。荣获全国优秀教师并荣获一等功、全国高校校长风采奖、衡阳市首届专家院士奖、衡阳市重大科技成就奖等,著有专著《新哲理》。  
 
0背景
八纵八横  2016629日,国务院总理李克强主持召开的国务院常务会议上,原则通过了《中长期铁路网规划》(到2030年),会议提出建设“八纵八横”的高速铁路网络,7月,国家发布了新的《中长期铁路网规划》:2020年,路网规模达到15万公里,其中高铁3万公里;2025年路网规模达到17.5万公里,其中高铁3.8万公里;2030年,路网规模达到20万公里,其中高铁4.5万公里。
“八纵”是沿海通道、京沪通道、京港(台)通道、京哈京港澳通道、呼南通道、京昆通道、包()海通道、兰(西)广通道8条高速铁路通道。
“八横”是指,绥满通道、京兰通道、青银通道、陆桥通道、沿江通道、沪昆通道、夏渝通道、广昆通道8条高速铁路通道。
    非轨交通  立体交通衔接枢纽、无人机(大疆无人机)、网络约租车(滴滴出行、优步、易到等)、船、冲锋舟、两栖蛙人、冲浪板。
1高速铁路
    世界高速铁路发展现状
 
世界高速铁路情况统计表(国际铁路联盟公布)
  
23
Total
 
37200
25648.5
62848.5
 
 
由上图可知,目前全世界高铁运营总里程为37200公里,中国占比达51%;在建总里程25649公里,中国占比达71%
●我国高铁线路成就
京津城际铁路:200881日开通,全长118公里,中国首条时速350公里的高速铁路。
京广高速铁路:20121226日全线开通,全长2281公里,跨越温带、亚热带等多个气候带,穿越了长江、黄河、山区、平原等多种地理环境,是世界上最长的高速铁路。
京沪高速铁路:2011630日开通,全长1318公里,是世界一次建成里程最长的高速铁路。
哈大高速铁路:2012121日开通,全长921公里,是世界首条在高寒地区修建的高速铁路。
海南东环高速铁路:20101230日开通,全长308公里,是在潮湿温热的亚热带地区修建的高速铁路,是世界上最靠近赤道的高速铁路。
兰州至新疆高速铁路:20141226日开通,全长1776公里,穿越戈壁沙漠地区,通过四大风区(最大风速60/秒),是中国最西端高速铁路。
贵阳至广州高速铁路:20141226日全线贯通,全长857公里,穿越喀斯特地貌,是中国西南地区第一条高速铁路。
合肥至福州高速铁路:2015628日全线通车,全长808公里。途径中国七大自然风景区,被誉为“风景最美高铁”。
比较优势    
    相对安全(近地运行、趋安制动、专属通道)、全天候、节能环保、宽松(安全、舒适、便捷)。事故率(每百万公里的伤亡人数),铁路:公路:民航=1:24:0.8
造价:地铁2-6亿/km,高铁1-2亿/km,高速公路0.2-0.5亿/km
我国高铁优势:一先进、二安全、三性价比高(我国高铁每公里建设成本约为发达国家2/3,兼容UICIECISOENJIS等,利于推广和并轨。
我国高铁技术优势:1.列车技术先进;2.线路施工技术先进;3.能适应恶劣的建设环境;4.能适应多种气候条件下的运营环境;5.维修保养体系和技术先进;6.兼容多种标准。 
我国高铁可靠性优势:1.技术体系先进可靠;2.工程质量管理体系严格可靠;3.列车质量管理体系严格可靠;4.运营管理严谨可靠;5.自然灾害防控技术先进可靠。
我国高铁性价比优势:1.建设工期较短;2.工程造价较低;3.节约能源和建设用地;4.经济社会效益显著。
技术更新趋势
免传动——通过永磁铁直流牵引电机直接驱动高铁列车,取消了齿轮传动装置,提高能效。
免供电——用石墨烯超级电容作为动车电源,取消供电线路。目前中国中车株机公司研制的9500法拉、7500法拉等多款超级电容已运用于广州、宁波、武汉、淮安的有轨电车和无轨电车上。最新研制成功了3/12000法拉和2.8/30000法拉,前者在30秒内即可充满电,单次充电行驶里程可达6公里,适用于驱动在停靠站时充电的储能式城市有轨列车;后者可在1分钟内充满电,单次充电行驶里程可从目前的4—6公里提高到8—10公里,适用于驱动城市无轨电动公交车。随着技术进步,可用于高铁的石墨烯超级电容,将会被科学家研制出来。
免轮轨——美国科学家艾伦·马斯克提出的“超级环”方向发展。2013812日马斯克公布超级环设想,准备用7年时间,建成旧金山到洛杉矶准真空(气压100帕)管道运输。造价60亿美元(高铁684亿美元),时速480-1220km/h(高铁300km/h,耗时1026秒(高铁2小时38分、飞机1小时15分、汽车5小时30分),票价20美元(高铁105美元)。2016511日,“超级环”在美国内华达州沙漠地区成功进行了推进测试,在一条轨道上将一辆测试小车在两秒内加速到187公里/小时,迈出了从梦想到现实的第一步。相对美国的“超级环”中国也有自己的“超级高铁”,由我国高铁专家沈志云院士领衔的团队已经对真空管道运输研究了数年,在西南交大牵引动力国家重点实验室内建成了“载人高温超导磁悬浮环形实验线”,模拟高铁在真空中运行的状态,将进行测试,测试速度估计可达600公里/每小时,理论速度可达3000公里/小时。从某种程度上来说我国的进展要快于美国,美国的“超级环”还只是分项目迈出实验的第一步,而西南交大的项目则已进入整体系统实验阶段,在项目开发上走得更快。
未来“免传动、免供电、免轮轨”真正实现后,将大幅降低高铁的建设、运营成本,节约能源,提高速度,为人们出行带来更大的方便。
我国高铁技术创新路径
以原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合的技术创新路径。在工程建造领域,坚持以原始创新为主;在高速列车运行控制领域,坚持以集成创新为主;在高速列车制造领域,坚持以引进消化吸收再创新为主。
●高铁及轨道交通运营技术创新成果
1.城市轨道交通车辆运行品质轨旁检测系统(TPDS
TPDS项目功能包括:车轮踏面损伤检测、状态不良地铁车辆的检测、车辆超偏载的监测、监测信息管理。
2.钢轨超声导波检测与监测方法及应用
超声导波突出特点是单点激励、衰减小、传播距离远。通过系列实验得出以下结论:1.导波具备检测直轨中1%缺陷的能力。2.导波具备检测带焊缝直轨中5%缺陷的能力。3.列车通过对导波信号没有影响,导波具备在线检测能力。
 3.光纤传感技术在地铁监测中的应用
 1光纤分布式传感技术在地铁隧道变形监测中的应用研究;
 2光纤传感技术在钢轨应力监测中的应用研究;
 3光纤传感技术在地铁铁轨与底板相对位移监测中的应用研究;
 4光纤传感技术在地铁轻轨桥梁墩台与上部结构相对位移监测中的应用研究;
 5光纤传感技术在地铁隧道内火灾预警的应用研究;
 6地铁基础设施在线实时安全监控系统的研发。
 4.城市轨道交通减振降噪综合技术
 研究内容:1基于“列车轨道大地”模型的环境振动仿真研究。2轨道减振措施效果的试验研究。3城市轨道交通噪声的试验研究。4轨道减振技术研发。5高架桥线路的降噪技术研发。
5.城市轨道交通桥梁综合检测技术
包括:1城轨交通下穿既有建筑物检测和监测技术。2城轨交通桥梁结构施工过程检测及监测技术。3城轨交通常规桥梁预制结构施工质量检测技术。4城轨交通桥梁结构运营期服役状态检测技术。5城轨交通桥梁结构运营状态监测技术。
6.地铁接续线焊接的新方法
 研究内容及目标:1.研制一种专用于地铁接续线焊接的焊接材料,并开发相应的焊接工艺。2.既不要对钢轨造成影响,也要保证良好的导电特性。3.采用与钢轨成分相同的钢作为放热介质,保证了不往钢轨渗铜产生的脆断。4.介质与导线保证良好的结合,保证良好的导电特性。
7.基于通信技术的列车控制系统(CBTC系统)
CBTC系统具有可靠性高、控制策略灵活无缝以及具有可拓展的模块化结构等特点。
8.城市轨道交通网络综合运营调度指挥系统
城市轨道交通网络综合运营调度指挥系统主要涵盖建设管理、运营管理、维修管理和服务管理,实现对轨道交通全生命周期的智慧化、科学化管理。
9.现代有轨电车信号控制系统
    系统具有以下优点:1系统配置灵活,模块化设计,扩展性强,适应有轨电车项目多样化需求; 2分散控制与集中监控相结合;3自动控制、人工遥控控制、人工现地控制多级道岔控制模式保证系统各种条件下的灵活运用;4广泛采用业已应用的成熟技术,系统RAMS指标有保障;5采取冗余配置、自检互检、在线监测等手段,确保系统工作稳定可靠;6国产化程度较高,立足本地的技术服务和支持,具有良好的全生命周期成本。
10.城市轨道交通车辆检修管理系统
根据轨道交通车辆检修管理的实际需求,该系统应用功能模块一般可分为:检修计划管理、检修作业管理、故障管理、备品备件管理、工艺设备维护管理和技术管理。
11.全自动驾驶车辆制动控制系统
研究内容及目标:1探索出适应自动驾驶的制动功能和性能参数,以及网络和硬线接口技术方案。2对各种工况下的安全性进行研究,建立量化风险评估方法。3对电气控制模式和控制手段的可靠性进行研究,建立可靠性模型。4探索故障诊断、信息传输的方法,制定出救援方案。5制定出适合ATO的制动系统接口方案,建立制动参数变化对ATO精确停车的影响模型。
●我国高铁及轨道交通科研方向  
1.高速轮轨铁路技术指标达到同期国际水平,国产化率≥85%
2.高铁牵引传动与制动系统。
3.基于永磁电机的高速机车牵引传动系统。
4.高速列车设计制造一体化平台构建与典型车型研制。
5.高速列车共性基础及系统集成。
6.基于LTE通信的列控系统 
7.基于Vi-Fi及移动互联的旅客服务技术 
8.不设分相、远程监控的牵引供电系统,地震监控预警系统。  
9.基于大数据的固定、移动设备智能监测和预警技术。 
10.关键材料及部件可靠性。
11.全息感应。
    12.智能化。
2地下铁路
地铁  截止2015年底,全国共有27个城市开通地铁,通车总里程达到3552.8公里(含台湾、香港地区),目前全国有39个城市正在建设或规划建设地铁,预计到2020年全国地铁通车里程将达到6000公里。
2016年中国城市地铁通车里程排行榜
序号
城市
通车里程(公里)
开通线路(条)
车站数量(个)
1
上海
617
14
366
2
北京
554
18
334
3
广州
266
9
164
4
南京
225.4
6
121
5
香港
218.2
10
155
6
重庆
202
4
117
7
深圳
178.4
5
131
8
大连
146.49
4
74
9
天津
139.8
4
83
10
台北
131.1
5
117
11
武汉
125.42
4
96
12
成都
88.1
3
67
13
杭州
82
3
52
14
昆明
60
3
35
15
无锡
56.11
2
45
16
沈阳
54.96
2
43
17
西安
52.2
2
39
18
苏州
51.24
2
45
19
长沙
50.13
2
38
20
宁波
49.2
2
42
21
长春
47.85
2
48
22
高雄
42.7
2
37
23
郑州
41.4
1
30
24
南昌
28.8
1
24
25
哈尔滨
17.47
1
18
26
佛山
14.789
1
11
27
青岛
12
1
10
海底隧道  
已通车:
1.厦门翔安海底隧道:厦门市本岛翔安区,长6.05km,跨越海域宽约4200m,是我国大陆地区第一座海底隧道。
2.青岛胶州湾海底隧道:青岛市南区黄岛区。隧道全长约7800米,其中海底段隧道长约3950米。设双向六车道,设计车速80公里/小时。
3.我国香港特别行政区红海底隧道:九龙半岛香港岛,简称红隧、海隧或旧隧,是香港第一条过海行车隧道,于197282日通车,隧道全长1.86公里,耗资港币3亿2千万元。
规划或构想:
1.渤海海峡隧道:大连烟台,隧道全长123公里。隧道内将由动车执行运输任务,设计时速为250公里,运行速度能达220公里/小时。
2.台湾海峡隧道:平潭新竹,长度126公里,是世界上最长的海底隧道,隧道内将建设一条高速铁路,隧道建成后北京、上海到台湾可高铁直达。
3.中韩海底隧道:朝鲜半岛山东半岛。
4.琼州海峡隧道:雷州半岛海南岛。
3巴铁
“巴铁”:是城市大巴和地铁的创新结合,外形犹如一辆在公路上奔跑的宽体短型列车,车身总长度为58—62米,总高度4.5—4.7米,宽7.8米,分为四节,每节长12米,行驶时横跨两个车道,分上下两层,上层载客,下层镂空。镂空底层高度为2.1—2.2米,时速可达每小时60公里,平均时速为40公里,在行驶时如同公路上移动的隧道,小汽车在其下层两个车道通过,两者互不干扰。
优点:直接减少主要交通干道35%以上的交通拥堵;载客量大(1200-1400名乘客)是普通公交大巴的几十倍;建设施工周期短,为地铁的20%;综合造价低,为地铁造价的16%~20%;减少城市空气污染及碳排放。
不足:限高路段无法通行;镂空层无法通行大客车、大货车;交叉道路镂空层内小汽车无法选择方向;给镂空层内小汽车驾驶员造成较大心里压力,存在安全隐患。
4单轨铁路
世界上第一条诞生于1888年,是由法国人Charle Larligue设计的跨坐式单轨铁路线,在爱尔兰铺设的,线路长约15km,由蒸汽机车牵引,这条线路一直运行到192410月。1893年德国人Eugen Langen发明了悬挂式单轨列车。目前全世界单轨铁路主要以跨座式为主。
悬挂式:轨道在列车上方,由钢铁或水泥立柱支撑在空中。悬挂式单轨铁路只有德国3条线路和日本2条线路。德国的分别是乌帕塔尔线、多特蒙德线、杜塞尔多夫线,日本的是千叶港站县庁前站和千叶站千城台站。上海正计划建设一条用于观光的悬挂式“空中列车”。
跨座式:通过单根轨道来支撑、稳定和导向,车体骑跨在轨道梁上运行。跨座式单轨铁路相对悬挂式应用更为广泛,具不完全统计目前全球共有50多条跨坐式单轨铁路。美国、日本、中国等都应用于城市交通,其中中国重庆的轨道交通3号线全长55.5公里是目前全球最长的跨座式单轨交通线路。许多机场的航站楼摆渡车或者游乐场游览车也有应用跨座式单轨铁路。今年5月中车四方股份公司自主研制的我国首列永磁跨座式单轨列车正式下线。该车是基于永磁牵引的双轴转向架大运量跨座式单轨列车,可载客1448人,堪称“大力士”,车辆的最高运行时速为80公里,可以通过65‰的坡道和曲线半径为50米的线路,对复杂地形地质的适应性强,各项技术指标均达国际领先水平,具有“爬坡能力强、转弯半径小、载客量大、安全可靠、噪音低、节能环保”等突出优势。
5磁悬浮
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具,它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。
已经运营的磁悬浮路线:
  本:日本东部丘陵线(中低速)
中国上海:上海磁浮示范运营线(世界上第一段也是目前唯一投入商业运行的高速磁悬浮列车)
韩国仁川:仁川机场磁悬浮线(中低速)
中国长沙:长沙机场快线(中低速,国产自主技术)
6站房设备与服务拓展
利用BIM、宁波裸眼3D拼接桥技术和设备,做好立体绿化、屋顶绿化,绘制苔藓画增加艺术气息,加强设备维修,多设售票机,调节好灯光、空调,更多利用自然风、水做到节能、环保。
开通WifiLifi,注意保健,安装空气净化器、活水机、充电插座。仿真培训采用模块式、双语,分为MOOC APPPPT三种类型。
7一带一路相关问题
我国提出的“一带一路”战略,再次沟通了欧亚大陆,辐射大半个世界,得到了许多国家的赞同和支持。国家领导人的热忱推介中国高铁更为高铁走出奠定了良好的基础。但国际上暗流涌动,高铁走出去遇阻,变得困难。究其原因,一是我们的设备和材料还有一小部分不过硬;二是有个别国家刻意刁难,恶意竞争;三是施工方对国际招投标、UIC标准、对方国风俗习惯等不够了解;四是对方国员工没有接受相应的素质提高和技术训练;五是我们有些理念、习惯、机制未能取得共鸣。
建议:
1.全国攻关,让高铁关键设备和材料的可靠度达到相应的水平,暂时不能达标的,购买外国产品。比如,ω弹条的强度和耐疲劳存在缺陷,可以先进口英国的潘陀螺扣件。
新设备首先赠送、寄放到挂钩职业院校,教会老师使用。由老师教员工和推广。
2.求同存异。争取最多的国家和人民认同。以维护国家和人民利益为红线。经济改革上留充分空间给企业和单位;政治上留可容忍的适度空间给民众。
3.宽松企业、经济运行政策。允许一定招投标等营销费用。学习掌握和利用菲迪克条款等国际工程建设准则或惯例。加强海外人员的外语培训,并了解相关国家民族的习俗,予以尊重。
4.鼓励一部分职业院校开办多种方式的涉外培训,加强英语和阿拉伯语、越南语、泰语等小语种的学习。提高援外人员的工资标准。启动双语教材建设和双语高铁APP的开发与共享。国家支持,逐步将高铁的中国标准转化为国际标准。
(戴力斌列提纲,彭彬执笔、制PPT。感谢戴觅协助收集资料)

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