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京張高鐵為“人”字添上大寫一橫

2021-05-19 06:08付建中
百科知識 2021年9期
關鍵詞:車站高鐵列車

付建中

青龍橋,京張鐵路唯一仍在使用的百年老站。就在這里,新老兩條京張鐵路交匯:京張高鐵新的八達嶺隧道從地下4.5米處橫亙而過,詹天佑留下的“人”字被今天的新“詹天佑”們改成了“大”字。

全程174千米的京張高鐵于2016年3月開工建設;2019年6月12日,全線鋪軌完成;2019年10月5日,聯調聯試啟動;2019年11月29日,沿線車站基本竣工;2019年12月30日,建成通車。鐵路最高設計時速350千米,全線設北京北、清河、沙河、昌平、八達嶺長城、東花園北、懷來、下花園北、宣化北、張家口南10座車站。同步建設有9千米延慶支線,并在下花園北站接入53千米的崇禮支線,直達太子城奧運村。

京張高鐵的開通運營,標志著百年的京張鐵路迎來了“高鐵時代”。從城市風光到遼闊塞外,從萬里長城到冰雪世界,京張高鐵,一站一景,174千米是濃縮的萬里山河。

精益求精

京張高鐵線路并不僅僅是一條普通的高鐵線路,它還以“精品工程,智能京張”著稱。作為國家《中長期鐵路網規(guī)劃》中“八縱八橫”高速鐵路主通道中“京蘭通道”和“京昆通道”的重要組成部分,京張高鐵也是2022年北京冬奧會的重要交通保障設施,對于推動京津冀協(xié)同發(fā)展具有重要意義。

其難點工程主要包括“一橋兩站三隧”—官廳水庫特大橋,八達嶺長城站和清河站,八達嶺隧道、清華園隧道和正盤臺隧道。其中,八達嶺長城站創(chuàng)造了四個“全國之最”和三個“首次”,即車站最大埋深102米,地下建筑面積3.6萬平方米,是目前國內埋深最大的高鐵地下車站;車站主洞數量多、洞型復雜、交叉節(jié)點密集,是目前國內最復雜的暗挖洞群車站;車站兩端渡線段單洞開挖跨度達32.7米,是目前國內單拱跨度最大的暗挖鐵路隧道;旅客進出站電梯提升高度62米,是目前國內旅客提升高度最大的高鐵地下車站;首次采用疊層進出站通道形式,實現了進出站客流完全分離和進出站口均衡布置;首次采用環(huán)形救援廊道設計,具備了緊急情況下快速無死角救援的條件;首次采用精準微損傷控制爆破等先進技術,消除了工程建設對文物和環(huán)境的不利影響。

對于地質條件復雜的京張高鐵來說,隧道施工的好壞是決定工程質量的重要因素之一。

京張高鐵全線設計隧道10條,總長49千米。這些隧道中,八達嶺隧道為京張高鐵正線第一長隧。它全長12.01千米,單洞雙線,設4座斜井,因隧道地處不良地質帶,隧道圍巖條件差,存在涌水、突泥等風險,屬于高風險隧道。不僅如此,隧道兩次下穿八達嶺長城世界文化遺產核心區(qū),一處并行水關長城,共有兩處淺埋,一處下穿石佛寺村,最小埋深10米;一處淺埋下穿京張鐵路青龍橋車站,最小埋深僅4米多。與其相關的環(huán)境、文物保護要求極其嚴格,要求施工地表“零沉降”。另外,八達嶺長城站的施工難點比較多,施工分為8個分通道,高峰期要達到13個工作面同時施工,交通指揮、運輸、施工要做到互不干擾,難度很大。

穿越北京市核心區(qū)的清華園隧道也不簡單。它全長6.02千米,開挖直徑12.64米,是全線唯一采用盾構法施工的隧道。清華園隧道也是目前國內位于城區(qū)穿越地層最復雜、重要建筑物最多的單洞雙線大直徑盾構高風險隧道,它要穿越7條主要城市道路和88條重要的市政管線,并與地鐵10號、12號、13號、15號線長距離并行下穿或交叉穿越,隧道和地鐵13號線的最小距離只有3.4米。地鐵變形控制指標要求沉降不能超過3毫米。為嚴格控制沉降標準,清華園隧道建造過程中在盾構機上搭載傳感器,對施工進行智能管理,將隧道沉降控制到了驚人的0.8毫米。正因如此,清華園隧道被譽為“中國高鐵智能建造第一隧”。

智能化高鐵

如果說詹天佑主持設計、修建的京張鐵路是我國近代鐵路發(fā)展的里程碑,那么京張高鐵堪稱我國當代鐵路的教科書。

在對京張高鐵的介紹中,我們最常見的就是“智能”這兩個字。京張高鐵的智能究竟體現在哪些方面?它能有多智能呢?

作為世界上首次全線采用智能技術建造的高鐵,京張高鐵匯集了當今各種先進技術與設備設施,集信息化、自動化、智能化于一身,充分展示了中國的科技智慧。通過信息的全面感知、安全傳輸、融合處理和科學決策,打造智能車站、智能列車、智能線路,實現旅客智能出行、鐵路智能運輸,京張高鐵由此成為融精品與智能為一體、硬件與軟件相得益彰的典范之作,全面提升了我國高鐵安全生產、運營管理、客運服務的現代化水平。

而今,全球已進入數字化時代。移動互聯網、大數據、云計算、物聯網、人工智能等新一代技術的突破和融合發(fā)展,讓全球經濟環(huán)境和人們的日常生活發(fā)生了重大改變。這些新一代信息技術在促進服務制造業(yè)升級、推動智能交通發(fā)展、助力智慧城市建設中的作用越來越大,已滲透到各行各業(yè)。鐵路行業(yè)也概莫能外,智能化已經成為世界鐵路未來發(fā)展的重要方向之一。

為此,我國鐵路已初步制定了智能高鐵發(fā)展戰(zhàn)略,并以智能京張、智能京雄、智能蒙華等重大工程建設為依托,將智能鐵路的系統(tǒng)性研究成果應用到實際, 并不斷改進和優(yōu)化。

在京張高鐵上,我國鐵路建設者實現了智能建造、智能裝備和智能運營,開啟了智能鐵路的先河。

智能建造涵蓋鐵路工程設計、建設、運營全生命周期,以BIM(建筑信息模型)和GIS(地理信息系統(tǒng))技術為核心,廣泛應用移動互聯、云計算、大數據、物聯網、人工智能、北斗導航等新一代技術,與先進的工程建造技術相融合,圍繞鐵路工程建設信息化建立統(tǒng)一開放生態(tài)圈,通過自動感知、智能診斷、協(xié)同互動、主動學習和智能決策等手段,進行工程設計及仿真、工廠化加工、精密測控、自動化安裝、動態(tài)監(jiān)測和信息化管理等工程化應用,形成工程建設質量的全生命可追溯閉環(huán)管理體系。

為此,京張高速鐵路確立了“建設以BIM技術為核心、結合三維GIS、物聯網、云計算、傾斜攝影等新技術,以‘三站三隧(清河站、八達嶺長城站、張家口南站,清華園隧道、八達嶺隧道和正盤臺隧道)為牽引,開展全線全專業(yè)BIM設計,探索鐵路工程全生命周期管理新模式”的目標,形成了“智能京張”的智能管理新模式,達到提升作業(yè)協(xié)同效率、降低工程安全風險、提高工程質量和節(jié)省施工成本的目標??梢哉f,從藍圖到建成,京張高鐵的全生命周期都有大數據支撐,并存有“健康檔案”。同時,通過數字化管理,做到精細施工。

比如,在地形條件差和地質構造復雜的地區(qū),使用雷達和遙感技術自動提取、記錄沿線地形、地質、水文、氣象、地震等重要環(huán)境信息,實現對勘察區(qū)域的自動數據分類,為勘察設計提供基礎參考數據,為施工等提供數據依據。與此同時,自動化智能勘察選線。綜合應用線路設計、人工智能、最優(yōu)化、地理信息系統(tǒng)等理論方法,實現計算機自動進行鐵路三維空間線路搜索和結構物協(xié)調布設,生成滿足各種約束條件且目標函數最優(yōu)的線路方案,以代替人為勘察選線工作。在電力施工中,利用BIM技術的可視化特性,將主要工序制作可視化作業(yè)指導書,通過對施工流程、工藝工法、操作要點、質量標準、安全注意事項等內容進行動態(tài)與立體演示,可增進施工人員對相關內容的掌握,提高其業(yè)務水平,確保施工安全和質量。

車輛再升級

京張高鐵采用的智能動車組定位于“復興號”的智能型,以CR400BF型動車組為基礎,優(yōu)化設計形成了“鷹隼”“旗魚”頭型方案和“龍鳳呈祥”“瑞雪迎春”兩種外觀涂裝方案,車組采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)和最先進的CTCS3-ATO列控系統(tǒng),在智能化、安全舒適、綠色環(huán)保、綜合節(jié)能等方面實現全面升級。

為應對高鐵運行中的高寒和大風沙等的考驗,京張高鐵列車采用經長期驗證的高寒技術,能適應-40℃的高寒運營環(huán)境;為了適應山區(qū)氣候寒冷且降雪較多的實際狀況,京張高鐵有自動融雪功能;針對山區(qū)風大、雨水多的特點,特意安裝了預警裝置,當遇見大風時,運行中的動車將根據風速自行調節(jié)車速,一旦山體發(fā)生異常,動車將被引導至安全的地方???。

動車最怕的就是供電故障,普通動車遇到這種情況,只能原地等待救援,而且還會影響到后續(xù)列車的行進。京張高鐵智能動車組增加了應急自動運行功能,該功能可確保列車遇到供電故障后能夠啟用動力蓄電池,以時速30千米走行20千米,最大程度地緩解原地停車的問題。此外,該智能型動車組還設計有高加速功能,可以提高列車在大坡道的運行能力。

進站是智能型動車組智能控制的關鍵。這條時速350千米的“鋼鐵長龍”可以非常平穩(wěn)地??康秸荆恢谜`差始終控制在10厘米以內,靠的就是我國首創(chuàng)的高鐵自動駕駛系統(tǒng)200萬千米的行車測試以及上萬次的精準停車實驗。

自動駕駛離不開對數據的采集。京張高鐵列車通過車載傳感器、雷達、天線等設備對環(huán)境信息(地理位置、線路信息等)和車輛狀態(tài)進行采集與處理,并與動車組技術融合,同時在滿足安全性、穩(wěn)定性和舒適性的前提下通過算法預設,結合線路限速要求等進行決策判斷,最終實現車站自動發(fā)車、區(qū)間自動運行、車站自動停車、車門自動打開、車門/站臺門聯動控制。

不僅如此,京張高鐵還可以實現一證通行、刷臉進站。沿線高鐵站內將配備各種智能機器人,它們像隨行小秘書一樣為旅客服務,既能幫旅客運行李,又能實現站內導航。只需掃描二維碼或者進行人臉識別,機器人就會在站內跟隨旅客行走。此外,乘坐該列車的旅客進站乘車時無須出示身份證、車票,只要在12306客戶端通過實名刷臉認證,就可以直接刷臉進站。

智能服務方面,動車組可以通過車載WiFi、車內顯示查詢終端、智能交互終端設備,為旅客提供人性化、多樣化、自助化旅行服務。

后臺運營方面,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,而高鐵周界入侵報警系統(tǒng)、地震預警系統(tǒng)、自然災害監(jiān)測系統(tǒng)等將組成動車組的智能調度指揮系統(tǒng)。

智能管理方面,運用車載安全監(jiān)控系統(tǒng),可以實現動車組狀態(tài)全面實時監(jiān)控、工作狀態(tài)自感知、運行故障自診斷、導向安全自決策,實現車地信息實時傳輸等功能。

車站客運人員手持的智能終端,不僅可以查詢客車到發(fā)、晚點車次、接續(xù)換乘等客車作業(yè)全部基本信息,還可以自動生成或后臺自動調整廣播、引導、檢票等信息,實現列車到發(fā)計劃的精確修正。更神奇的是,根據車站售票情況、天氣情況等信息,運營系統(tǒng)還可以分析旅客到站時刻及到站乘車人數,對車站的進出站客流量進行預測,結合站內擁擠度情況、列車到發(fā)時刻及運輸旅客量,對車站的承載能力進行預測,為客運指揮提供支撐。

此外,列車上設置的2718個監(jiān)測點能全面感知列車運營狀態(tài),并會根據需要隨時進行調節(jié)。這套智能環(huán)境感知調節(jié)技術,可以從溫度調節(jié)、燈光調節(jié)、車內噪聲控制、壓力波調節(jié)、變色車窗、資源配置優(yōu)化等方面實現乘車旅客感官舒適度的提升。

綠色加環(huán)保

除了保證乘客的舒適度和列車的高精準度以外,京張高鐵還是綠色環(huán)保的高速鐵路。高鐵沿線廣泛采用降噪工程、綠色建筑,大量使用再生能源、光伏發(fā)電、新型節(jié)能環(huán)保光源等新技術新材料。

以官廳水庫特大橋為例。該橋是京張高速鐵路上的重點控制性工程之一,全長9.08千米,主橋采用8孔110米簡支拱形鋼桁梁跨越官廳水庫,為國內首例適用于時速350千米有砟軌道高速鐵路的鋼桁梁橋。由于官廳水庫是北京重要的水源地之一,施工中對環(huán)保要求極高。最終,施工方采取鋼梁頂推架設方案,鋼梁在岸上像“搭積木”一樣拼裝好,再從岸邊向湖心頂推就位,最大限度減少了水上施工工序,有效降低了施工對庫區(qū)水資源的污染。

在節(jié)能環(huán)保方面,京張高鐵智能型動車組也有所提升,如噪聲更低,阻力更小,能耗更低。通過低阻力流線型車頭設計、空氣動力學優(yōu)化以及輕量化設計,車輛的氣動阻力有所減少,整車的綜合能耗相應降低約7%。通過采用環(huán)保零部件,列車內裝材料的可回收率達75%,其中可降解材料占比達50%以上。通過優(yōu)化結構、提升密封性能,車內外噪聲總體指標降低1、2分貝。

夢想再出發(fā)

作為一趟將在2022年服務于北京冬奧會的高鐵列車,京張高鐵動車組將在冬奧會期間成為名副其實的“冬奧專列”。車上設置有媒體專用包廂,媒體工作者可以通過智能顯示屏實時觀看賽事直播,通過覆蓋全車的WiFi系統(tǒng)隨時發(fā)布賽事報道。同時,動車上還設有興奮劑檢測區(qū)以及冰雪運動器材存放區(qū)。

京張鐵路、京張高鐵,兩條相隔百年的鐵路比鄰而行,相映成輝,歷史和現實在這里交匯,光榮與夢想從這里延續(xù)。

交通強國,鐵路先行。截至2020年底,我國鐵路營業(yè)里程突破14.63萬千米,其中高鐵3.79萬千米,高居世界第一。我國已經建成了世界上最現代化的鐵路網和最發(fā)達的高鐵網,并成為世界上高速鐵路系統(tǒng)技術最全、集成能力最強、運營里程最長、運行速度最高、在建規(guī)模最大的國家。

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