世界首条智能高铁：京张高铁

周伟

有砟轨道，即铺设在铁路钢轨和轨枕下的是小石子。图为京张智能动车组CR400BF-C（摄影/罗春晓）

全长174公里、设计时速350公里的京张高铁（北京至张家口），被誉为我国铁路发展“集大成者”。同时，它也是世界首条智能高速铁路，开启了智能铁路的先河，在世界铁路发展中具有里程碑意义。

▶ 有砟轨道、无砟轨道对比示意图

新八达岭隧道采用的是无砟轨道，即铺设在铁路钢轨和轨枕下的是由混凝土、沥青混合料等浇筑而成的整体

大型自动轨枕铺装机在作业（摄影/朱河）

京张高铁采用了建筑信息模拟技术，即通过软件和数字化技术建立起三维虚拟工程模型，建造与施工现场完全一致的工程数据库，模拟整个建造过程。这样就实现了原材料管理、运输、钢筋加工、混凝土搅拌、运输养护等全施工过程的信息化管理。

清华园隧道位于北京海淀区，是京张高铁的控制性工程（一個工程里最难的一个或几个项目，能对整个工程的建设进程产生重大影响），也是京张高铁线唯一采用盾构法（暗挖隧道的专用机械，在地面以下建造隧道的一种施工方法）施工的隧道。

清华园隧道开挖直径为12.64米，是目前北京市直径最大的盾构隧道。在6.02公里的长度中，它穿越了复杂的地层和众多重要的建（构）筑物——不仅与北京地铁10号线、12号线、15号线交叉穿越，长距离并行下穿地铁13号线，还穿越了北三环、北四环等7条主要城市道路、88条重要市政管线。

在清华园隧道的施工中，天佑号盾构机（盾构机工作原理详见《知识就是力量》2023年8月刊）功不可没。它如同一个巨型智能机器人，在隧道中实施着精准的“手术”。

为了保障施工安全，在127米长的天佑号盾构机上，安装有几千个传感器，并配有施工参数、过程监测、地质预测等功能模块，可以感知、修正方向，并将设备状态、地下工作情况等数据实时上传至盾构机数据指挥中心。这使清华园隧道的施工实现了全过程可视化、智能化动态管理。

京张高铁区间线路坡度较大，最大坡度达到了30‰，就是说1000米长的路面，抬升或下降了30米，这相当于10层楼的高度，给轨道铺设带来巨大困难。为此，施工人员采用各种先进设备和技术，通过智能化、机械化、自动化、信息化等手段，创新施工工艺、改造机械设备、应用智能检测。

京张高铁正线铺设的是有砟（zhǎ）轨道，而清华园隧道等采用的是无砟轨道板。无砟轨道板安装好后，由无砟轨道铺轨机牵引着钢轨准确地落在轨道板上。为了保障高速列车安全、平稳运行，工作人员在每公里线路采集、分析了3万个数据，使轨道精调误差值控制在0.5毫米以内——这差不多是5张普通打印纸的厚度，施工难度可想而知。

接触网是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的、供动车组受电弓（详见本期《将电作“血液”——高速列车牵引供电系统》）取流的高压输电线。使用接触网腕臂自动预配平台，原本需要12名操作人员才能完成的任务，现在只需要4人。接触网腕臂自动预配平台这个“多面手”，不仅工作效率高，而且技术精度高，它每天可以完成200组腕臂预配工作，技术标准误差在1毫米内。

东花园隧道位于河北张家口，隧道地下水位高，必须实时、自动监测降水情况。科研人员在相应位置安装水位传感器，就能实时监测降水井内水位变化，由无线网络完成降水信息的收集，并传送至服务器。当超过警戒水位时，该系统可自动控制水泵抽水；降低到安全水位时，可自动停止抽水。

科研人员还研发出“自动控制降水与预警”系统和“深孔测斜”检测项目，把“眼睛”安装在深水井基坑中，结合边坡稳定性安全监控软件，可实时监控降水情况。

在正盘台隧道（位于河北张家口）施工时，施工单位研发了“顺风耳”——智能工程运输指挥系统，使用电子防护器，实现隧道内施工点与施工车辆、施工车辆间的接近报警功能，解决了隧道轨道铺设过程中信息不畅问题，消除了隧道施工安全隐患。

自动驾驶系统是京张高铁智能化的重要标志，也是我国高铁自主创新的重大标志性成果。

工作人员为京张高铁进行接触网施工作业（摄影/胡斌）

列车自动驾驶技术虽然已经在地铁运营中使用，但在时速350公里的高铁上使用，需要网络线路感知系统更加强大。京张高铁采用了我国自主研发的北斗卫星导航系统。地面调度中心先制订运行计划，通过网络发送至列车自动控制系统的地面设备；收到运行计划的自动驾驶车载设备，根据动车组当前的位置，计算出列车运行的控制速度曲线，从而实现列车开起、加速、运行、减速、停车、到站车门开关等自动控制功能。

京张高铁装有2718个传感器，它们就像医生一样，随时为列车“体检”，保障运行安全。同时，它具有强大的适应能力，可以在40摄氏度的高温至零下40摄氏度的高寒环境下正常运行，能够在30‰的坡道上自如地牵引或制动。

此外，京张高铁创新性设置了具有双向充电功能的动力电池系统，即当接触网发生故障停电时，不依靠高压供电系统，列车也能够以30公里的时速行驶20公里。

京张高铁的智能化还体现在将监测报警数据接入铁路数据服务平台，可对沿线风、雨、雪、地震、滑坡和异物侵限进行综合检测、报警和处置。

京张高铁列车驾驶室 （摄影/罗春晓）

京张高铁开启了中国智能高铁的新篇章。未来，中国铁路将在数字化、网络化、智能化方向上继续开拓进取，并与世界各国分享智能高铁的成功经验。

（责任编辑 / 高琳    美术编辑 / 韦英章）