馬建軍

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081)

2022年北京冬奧會(huì)是全球首次三賽區(qū)聯(lián)動(dòng)，以高速鐵路為主要運(yùn)輸方式的冬季奧運(yùn)盛會(huì)。2019年12月30日，京張高速鐵路(北京北—張家口，以下簡(jiǎn)稱“京張高鐵”)正式開通運(yùn)營(yíng)[1]，這是世界首條速度達(dá)到350 km/h的智能化高速鐵路。作為北京冬奧會(huì)關(guān)鍵配套工程之一，京張高鐵是支撐冬奧會(huì)舉辦的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，面臨著旅客需求多樣、線路條件復(fù)雜、安全保障要求高等重大挑戰(zhàn)[2]。研究重點(diǎn)面向北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)科技保障重大需求，聚焦旅客智能出行、高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全、人文冬奧服務(wù)三大目標(biāo)和任務(wù)，從智能票務(wù)、站車旅客服務(wù)、奧運(yùn)智能動(dòng)車組改造、運(yùn)營(yíng)安全保障、高速鐵路隧道與地下車站智能展示、高速鐵路視覺全方案設(shè)計(jì)6個(gè)方面，開展了專項(xiàng)攻關(guān)并形成了應(yīng)用示范，實(shí)現(xiàn)了從需求對(duì)接、技術(shù)研發(fā)到成果轉(zhuǎn)化、工程示范的無縫銜接，進(jìn)一步提升了京張高鐵智能化水平和冬奧科技保障能力。

1 京張高鐵智能化冬奧科技保障總體需求

為落實(shí)京張高鐵智能化冬奧科技保障重大任務(wù)，從旅客智能出行、運(yùn)營(yíng)安全保障、服務(wù)人文冬奧3個(gè)方面明確京張高鐵冬奧智能化服務(wù)需求。

（1）旅客智能出行。為滿足冬奧會(huì)票務(wù)國(guó)際化、高清觀賽、定制化奧運(yùn)動(dòng)車組服務(wù)等需求，需加快推進(jìn)鐵路客票系統(tǒng)國(guó)際化建設(shè)、高鐵客站智能化建設(shè)、復(fù)興號(hào)動(dòng)車組智能化提升，拓展國(guó)際化售票服務(wù)、優(yōu)化客運(yùn)集中管控平臺(tái)、提升復(fù)興號(hào)動(dòng)車組智能化設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)客運(yùn)產(chǎn)品升級(jí)、服務(wù)優(yōu)化和質(zhì)量提升，滿足冬奧期間國(guó)內(nèi)外旅客服務(wù)多元化需求。

（2）運(yùn)營(yíng)安全保障。冬奧會(huì)期間兩地辦賽，客流成分復(fù)雜，跨區(qū)域流動(dòng)性高，為解決運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)的異常行為識(shí)別、安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和站車應(yīng)急處置等需求，有必要構(gòu)建安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)、地震預(yù)警系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)、人員安全防護(hù)系統(tǒng)及智能綜合調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)全方位進(jìn)行判識(shí)預(yù)警，提升調(diào)度指揮智能化水平，提高京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全保障能力。

（3）服務(wù)人文冬奧。北京冬奧會(huì)突出展示中國(guó)奧林匹克的人文境界、人民情懷，以及宏闊的全球視野和人類大愛，是奧林匹克積極快樂的生活哲學(xué)和生命美學(xué)的完美體現(xiàn)和創(chuàng)新成果。為滿足冬奧列車涂裝創(chuàng)意設(shè)計(jì)、車內(nèi)導(dǎo)視符號(hào)系統(tǒng)和八達(dá)嶺等復(fù)雜站隧情況下的交互引導(dǎo)需求，有必要研究京張高鐵配套視覺方案，并為火車票樣設(shè)計(jì)提供創(chuàng)意，實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)主題、中國(guó)元素和京張文化深度融合，促進(jìn)全世界互相理解、團(tuán)結(jié)包容和相知相融。

2 京張高鐵智能化服務(wù)研究總體框架

從旅客智能出行、高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全、服務(wù)人文冬奧3個(gè)方面，按照需求分析、核心理論和關(guān)鍵技術(shù)研究、系統(tǒng)平臺(tái)研發(fā)和應(yīng)用示范4個(gè)步驟，開展了京張高鐵智能化服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范研究。京張高鐵智能化服務(wù)研究總體框架如圖1所示。

圖1 京張高鐵智能化服務(wù)研究總體框架Fig.1 Overall framework of intelligent service of Beijing-Zhangjiakou HSR

2.1 智能出行服務(wù)

（1）面向冬奧的京張高鐵智能票務(wù)關(guān)鍵技術(shù)。圍繞跨區(qū)域冬奧場(chǎng)景下的京張高鐵多模態(tài)票務(wù)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)問題[3]，在基于京張高鐵冬奧出行鏈識(shí)別的票制和服務(wù)協(xié)同設(shè)計(jì)、多元票制驗(yàn)檢票服務(wù)和雙語智能票務(wù)客服技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)重大突破，構(gòu)建京張高鐵冬奧國(guó)際化售票服務(wù)保障技術(shù)體系，完成中英文自動(dòng)售票機(jī)和多語言售票應(yīng)用軟件原型系統(tǒng)研制并應(yīng)用示范。

（2）面向冬奧的京張高鐵智能站車旅客服務(wù)技術(shù)。面向冬奧的站車一體化協(xié)同旅客服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)問題，全面建成融合應(yīng)用5G通信技術(shù)的京張高鐵旅客服務(wù)信息支撐平臺(tái)，構(gòu)建基于5G通信的列車多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)，圍繞面向京張高鐵旅客全行程智慧信息服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)問題[4]，研究站車應(yīng)急處置方案自動(dòng)生成模型與任務(wù)下發(fā)機(jī)制，在人員異常行為感知與預(yù)警技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)攻關(guān)，完成站臺(tái)門中央控制系統(tǒng)研發(fā)并應(yīng)用示范。

（3）復(fù)興號(hào)奧運(yùn)智能動(dòng)車組改造關(guān)鍵技術(shù)。面向冬奧需求的復(fù)雜困難線路工況下的動(dòng)車組安全運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)問題，突破動(dòng)車組車體輕量化設(shè)計(jì)、司機(jī)登車門布置、車載旅服系統(tǒng)裝車改造和冬奧服務(wù)設(shè)施優(yōu)化等技術(shù)，攻克長(zhǎng)大坡道困難工況下運(yùn)行技術(shù)、高寒防冰雪及低阻力耦合技術(shù)，以適應(yīng)困難工況下安全停放及可靠啟動(dòng)的要求，完成京張奧運(yùn)智能動(dòng)車組應(yīng)用示范。

（4）面向全生命周期的京張高鐵隧道與地下車站智能展示和控制技術(shù)。圍繞京張高鐵深埋站隧復(fù)雜空間虛擬交互導(dǎo)引和融合展示關(guān)鍵技術(shù)問題，研究基于BIM的全生命周期京張高鐵數(shù)字資產(chǎn)構(gòu)建技術(shù)；突破冬奧設(shè)施設(shè)備平賽感知協(xié)調(diào)、地下空間疏散模擬及虛擬交互導(dǎo)引技術(shù)；攻克應(yīng)用BIM，GIS，VR/AR/MR的多主題融合展示技術(shù)；完成基于BIM的京張高鐵隧道與地下車站全生命周期平臺(tái)研發(fā)并應(yīng)用示范。

2.2 智能安全保障

研發(fā)基于時(shí)空大數(shù)據(jù)分析的京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全保障關(guān)鍵技術(shù)[5]，圍繞復(fù)雜環(huán)境的高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全影響因素識(shí)別和分析關(guān)鍵技術(shù)問題，開展高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警基礎(chǔ)理論研究，揭示復(fù)雜時(shí)空多因素耦合條件下“站-車-線”安全協(xié)同的機(jī)理，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全保障體系，研究基于深度學(xué)習(xí)的外部環(huán)境安全分析、周界入侵、運(yùn)營(yíng)安全綜合預(yù)警、軌道-接觸網(wǎng)的安全關(guān)聯(lián)分析、全要素時(shí)空可視化等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)京張高鐵安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)并完成應(yīng)用示范[6]。

2.3 奧運(yùn)文化融合

開展面向冬奧的京張高鐵配套視覺全方案設(shè)計(jì)技術(shù)示范研究[7]，圍繞冬奧主題生成的京張高鐵視覺傳達(dá)與展示設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合冬奧特征，針對(duì)京張高鐵文化、中國(guó)文化和科技成就展示需求，研究設(shè)計(jì)美學(xué)與京張高鐵文化的對(duì)應(yīng)機(jī)制，建立檢索與展示應(yīng)用、京張高鐵專屬標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)和京張高鐵導(dǎo)視符號(hào)系統(tǒng)，完成契合冬奧整體視覺形象設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的京張高鐵車站空間、列車涂裝與列車空間整體創(chuàng)意設(shè)計(jì)技術(shù)方案并應(yīng)用示范。

3 京張高鐵冬奧科技保障應(yīng)用示范

3.1 智能出行服務(wù)示范

3.1.1 國(guó)際化售票服務(wù)

針對(duì)京張高鐵冬奧期間的運(yùn)營(yíng)需求，提供奧運(yùn)特色車票樣式設(shè)計(jì)及其票制協(xié)同方案、中英文雙語自動(dòng)售票機(jī)、多語言售票應(yīng)用軟件，以提升國(guó)際化售票交互體驗(yàn)，解決跨區(qū)域賽事人群多元出行需求與高速鐵路多模態(tài)票務(wù)服務(wù)協(xié)同問題。

（1）應(yīng)用示范方案。

①鐵路12306網(wǎng)站。冬奧期間設(shè)置鐵路12306網(wǎng)站(含手機(jī)APP)冬奧專區(qū)。冬奧注冊(cè)人員和持北京冬奧門票觀賽中外旅客可通過冬奧專區(qū)綁定相關(guān)信息免費(fèi)預(yù)訂京張高鐵冬奧相關(guān)車票。其中冬奧注冊(cè)人員采用身份注冊(cè)卡作為有效身份證件和電子客票載體，通過冬奧專區(qū)免費(fèi)領(lǐng)取一張指定區(qū)間、指定有效期內(nèi)用于往返各地場(chǎng)館的定期票；持北京冬奧門票觀賽旅客在鐵路12306官方網(wǎng)站填寫所持冬奧門票票號(hào)和賽事場(chǎng)次號(hào)信息免費(fèi)領(lǐng)取指定有效期內(nèi)一次往返觀賽場(chǎng)館的計(jì)次票。

②京張高鐵車站。冬奧期間，在清河站、延慶站和太子城站配置冬奧特色報(bào)銷憑證和行程信息提示專用票卷為旅客提供打印服務(wù)；設(shè)置冬奧票務(wù)專窗，為冬奧注冊(cè)人員和持票觀眾辦理預(yù)訂和取消預(yù)訂京張高鐵冬奧相關(guān)車票業(yè)務(wù)。中英文自動(dòng)售票機(jī)在上述3個(gè)車站每站選取2臺(tái)自動(dòng)售票機(jī)進(jìn)行試點(diǎn)，并在張家口、清河和八達(dá)嶺長(zhǎng)城站部署遠(yuǎn)程協(xié)助購(gòu)票。在太子城站部署測(cè)溫、刷臉一體化的“無接觸”出站檢票閘機(jī)，實(shí)現(xiàn)旅客無感出站。

③列車票務(wù)保障。冬奧期間京張高鐵分為智能型復(fù)興號(hào)、普通型復(fù)興號(hào)2種情況設(shè)置車廂，分別設(shè)置對(duì)應(yīng)票額投放規(guī)則。在列車席位權(quán)限設(shè)置方面，按照閉環(huán)冬奧注冊(cè)人員(奧運(yùn)閉環(huán))、非閉環(huán)冬奧注冊(cè)人員(奧運(yùn)非閉環(huán))、持冬奧門票觀賽旅客(奧運(yùn)觀賽)及普通購(gòu)票旅客使用群體進(jìn)行用途劃分，賦予不同人群訂座權(quán)限。

（2）成果及示范成效。

北京冬奧會(huì)開幕前夕，京張高鐵多模態(tài)票務(wù)應(yīng)用示范正式應(yīng)用，一系列成果得以成功應(yīng)用并取得了良好的示范成效。

①多元化票制與冬奧紀(jì)念票。創(chuàng)新票制票面設(shè)計(jì)，通過融合冬奧文化、百年京張、一站一景等理念，設(shè)計(jì)了適合冬奧會(huì)場(chǎng)景的冬奧特色紙質(zhì)車票和行程信息提示單，北京冬奧特色紀(jì)念車票如圖2所示。冬奧期間特色車票每日打印量在1 000 ~ 2 000張，線下累計(jì)打印6.8萬張冬奧特色紙質(zhì)報(bào)銷憑證及紀(jì)念票。

圖2 北京冬奧特色紀(jì)念車票Fig.2 Commemorative ticket for Beijing Winter Olympics

②中英文自動(dòng)售票機(jī)。中英文自動(dòng)售票機(jī)采用B/S與C/S相結(jié)合部署模式，通過翻譯動(dòng)態(tài)加載技術(shù)在中文操作界面基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)中英文動(dòng)態(tài)切換，支持VISA，MasterCard，JCB等國(guó)際卡支付，方便外籍旅客自助購(gòu)票。冬奧期間中英文自動(dòng)售票機(jī)每日服務(wù)人次達(dá)100余人。

③遠(yuǎn)程協(xié)助購(gòu)票。遠(yuǎn)程協(xié)助購(gòu)票是在自動(dòng)售票機(jī)上利用音視頻通話、信令控制、呼叫排隊(duì)、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)[8]，賦能遠(yuǎn)程協(xié)助場(chǎng)景。冬奧期間，將清河站、太子城站、延慶站的呼叫請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，保障重要車站的呼入得到快速響應(yīng)，同時(shí)國(guó)外旅客使用自動(dòng)售票機(jī)的英文操作界面時(shí)，其呼入請(qǐng)求優(yōu)先分派到英語溝通能力較好的工作人員，協(xié)助其完成購(gòu)票。張家口站從2019年12月31日至2022年3月14日，共接聽遠(yuǎn)程呼叫1 437次，2個(gè)月內(nèi)日均接聽1.58次。

④鐵路12306多語言售票APP。鐵路12306多語言售票APP在冬奧會(huì)期間全網(wǎng)使用，為京張高鐵提供多語言售票和冬奧專區(qū)服務(wù)保障功能。鐵路12306英文版售票量每日約1 000張，手機(jī)APP售票量占1/3左右，網(wǎng)站售票量占2/3左右。鐵路12306多語言售票APP支持語言包快速集成，后期可擴(kuò)展更多國(guó)家語言。

⑤無接觸出站。無接觸出站是結(jié)合冬奧期間防疫及各國(guó)不同膚色人群的需求，設(shè)計(jì)了面向口罩遮擋和多膚色人群的人臉識(shí)別技術(shù)升級(jí)，攻克了旅客配戴口罩、墨鏡及大客流快速通過等條件下的刷臉檢票難題。基于三維人臉建模，實(shí)現(xiàn)了戴口罩人臉數(shù)據(jù)的生成功能，用于針對(duì)口罩遮擋的多模態(tài)人臉識(shí)別算法開發(fā)，其中戴口罩人臉乘客試驗(yàn)通過率達(dá)90%以上。通過構(gòu)建多膚色人臉數(shù)據(jù)集，研究人臉膚色分類識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)了多膚色人臉識(shí)別過閘應(yīng)用，達(dá)到為全球旅客提供一致化服務(wù)的能力。冬奧期間，無接觸出站應(yīng)用日均刷臉出站達(dá)151人次，單人次通行時(shí)間小于3 s；戴口罩通過率從64%提升到84%；無口罩通過率從88%提升到94.5%。

⑥智能語音導(dǎo)航。研發(fā)了智能客服知識(shí)庫、智能語音導(dǎo)航系統(tǒng)，并在北京、上海鐵路12306客服中心應(yīng)用，首次在奧運(yùn)辦賽環(huán)節(jié)提供了英語、日語和俄語的鐵路票務(wù)客服熱線服務(wù)。冬奧期間客服日接通率穩(wěn)定在95.23%以上，自助服務(wù)解決率從45%提升至60%，智能語音導(dǎo)航業(yè)務(wù)覆蓋率達(dá)93.2%。目前正持續(xù)技術(shù)迭代，并可向其他鐵路客服中心推廣使用。

3.1.2 智能站車服務(wù)

圍繞面向冬奧的站車一體化協(xié)同旅客服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)問題，順應(yīng)5G帶來的技術(shù)變革潮流，適配提升旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)，攻克面向冬奧的站車旅客服務(wù)智能化成套關(guān)鍵技術(shù)，從而更好地保障旅客出行安全，提升旅客出行體驗(yàn)。

（1）應(yīng)用示范方案。

①旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)適配提升方案。針對(duì)旅客在冬奧會(huì)賽事期間的出行服務(wù)需求，圍繞平臺(tái)架構(gòu)、功能優(yōu)化、服務(wù)提升等方面，提出旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)適配提升方案，實(shí)現(xiàn)了基于中臺(tái)的總體架構(gòu)優(yōu)化、三維可視化應(yīng)急功能優(yōu)化、鐵路局一體化作業(yè)計(jì)劃編制管理功能優(yōu)化，以及中英文廣播與引導(dǎo)服務(wù)優(yōu)化。

②基于5G的列車多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)方案?；?G的列車多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)采用輕量化、移動(dòng)化、全I(xiàn)P技術(shù)[9]，通過車載Wi-Fi系統(tǒng)和旅客信息系統(tǒng)的5G上行傳輸通道實(shí)現(xiàn)高清4K視頻數(shù)據(jù)穩(wěn)定回傳，車載直播部分通過聚合算法獲取到地面系統(tǒng)傳輸?shù)囊曨l流后進(jìn)行緩存，由娛樂系統(tǒng)控制器控制播放，通過車廂控制器傳輸至各車廂電視機(jī)頂盒進(jìn)行視頻解碼播放，并將車內(nèi)設(shè)備狀態(tài)信息上報(bào)到地面，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控。基于5G的列車多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)5G高清轉(zhuǎn)播和智慧觀賽提供了技術(shù)支撐，為旅客提供列車電視直播、天氣信息及航班信息查看、手機(jī)投屏等功能，在長(zhǎng)時(shí)間、高速移動(dòng)的情況下，保障了節(jié)目傳輸?shù)姆€(wěn)定性，全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了350 km/h高速鐵路列車上的超高清直播演播。

（2）成果及示范成效。

①面向冬奧的旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)適配提升。自2021年12月開始，面向冬奧的管控平臺(tái)適配提升在京張高鐵上線應(yīng)用，其應(yīng)用示范效果良好。在清河站應(yīng)用三維可視化應(yīng)急功能，運(yùn)營(yíng)人員可以直觀地掌握車站內(nèi)客流量、重點(diǎn)場(chǎng)所等整體運(yùn)營(yíng)情況。在京張高鐵各站部署輕量級(jí)中英文語音播報(bào)、引導(dǎo)揭示服務(wù)，旅客在候車室、站臺(tái)、售票廳等場(chǎng)所可以接收到實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的廣播與引導(dǎo)信息。在京張高鐵各站段應(yīng)用鐵路局級(jí)調(diào)令集成平臺(tái)，客運(yùn)綜控人員無需對(duì)紙質(zhì)調(diào)令逐條核對(duì)，進(jìn)一步提升了工作效率，降低了錯(cuò)辦風(fēng)險(xiǎn)。

②基于5G的列車多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)方案。在北京冬奧賽事和開幕式相繼啟動(dòng)之際，基于5G的列車多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)首次在復(fù)興號(hào)CR400BF-C-5162京張智能動(dòng)車組上應(yīng)用并面向廣大乘客服務(wù)，讓觀眾體驗(yàn)了350 km/h列車上5G+4K的冬奧視覺盛宴。基于5G的列車多媒體奧運(yùn)信息服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一體化信息顯示效果、5G接入的4K電視直播等為旅客帶來了科技感超強(qiáng)的乘車體驗(yàn)，為旅客提供了冬奧會(huì)賽事直播服務(wù)，進(jìn)一步提高了中國(guó)鐵路客運(yùn)服務(wù)品質(zhì)，打造了客運(yùn)服務(wù)新業(yè)態(tài)和新模式。

③站臺(tái)門中央控制系統(tǒng)。為進(jìn)一步保障旅客登乘安全，在清河站、八達(dá)嶺長(zhǎng)城站和太子城站部署站臺(tái)門中央控制系統(tǒng)，站臺(tái)門開門時(shí)間在 2.5 ~ 5.5 s 范圍可調(diào)，關(guān)門時(shí)間在 3 ~ 6 s 范圍可調(diào)。

3.1.3 復(fù)興號(hào)智能動(dòng)車組

針對(duì)動(dòng)車組奧運(yùn)定制化服務(wù)特定需求，以及京張高鐵沿線環(huán)境氣候運(yùn)行工況復(fù)雜多變等條件，構(gòu)建了復(fù)興號(hào)奧運(yùn)智能動(dòng)車組頂層技術(shù)指標(biāo)；提出了動(dòng)車組服務(wù)設(shè)施優(yōu)化方案并提升列車服務(wù)品質(zhì)；通過攻克輕量化、高寒防冰雪及低阻力耦合、長(zhǎng)大坡道困難工況下運(yùn)行和制動(dòng)，以及基于故障預(yù)測(cè)與健康管理的智能運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)[6]，實(shí)現(xiàn)了復(fù)興號(hào)奧運(yùn)智能動(dòng)車組功能性能的改造提升，達(dá)到綠色節(jié)能、困難線路下的高可靠安全運(yùn)行，以及全生命周期內(nèi)的高服役性能和低運(yùn)維成本，研制了展現(xiàn)中國(guó)高鐵創(chuàng)新成就和奧運(yùn)人文關(guān)懷的京張高鐵智能動(dòng)車組。

（1）應(yīng)用示范方案。

圍繞奧運(yùn)定制化服務(wù)需求及京張高鐵沿線復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境，應(yīng)用示范方案從奧運(yùn)定制化服務(wù)設(shè)施、困難工況下行車技術(shù)、智能運(yùn)維等方面入手，實(shí)現(xiàn)智能京張高品質(zhì)服務(wù)、高品質(zhì)行車、高品質(zhì)運(yùn)維。

①奧運(yùn)定制化服務(wù)設(shè)施及輕量化設(shè)計(jì)。研究無障礙輪椅停放與滑雪器材存放功能轉(zhuǎn)換的服務(wù)設(shè)施和司機(jī)登車門布置方案，采用新型高強(qiáng)鋁合金、鎂合金、高性能碳纖維復(fù)合材料，通過部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)攻克京張智能化動(dòng)車組輕量化改造技術(shù)。

②困難工況下列車運(yùn)行技術(shù)。研究京張高速鐵路沿線的冰雪特性，探明列車氣動(dòng)阻力分布特性及影響規(guī)律，制定高寒動(dòng)車組防冰雪與低阻力耦合目標(biāo)的技術(shù)方案。針對(duì)京張高鐵多長(zhǎng)大坡道、高寒、多長(zhǎng)隧道、高海拔差和大溫差等線路特點(diǎn)，構(gòu)建列車運(yùn)行性能復(fù)合模型及長(zhǎng)大坡道制動(dòng)摩擦副熱負(fù)荷計(jì)算模型，提出針對(duì)京張高鐵30‰長(zhǎng)大坡道制動(dòng)系統(tǒng)限速運(yùn)行方案。

③基于故障預(yù)測(cè)與健康管理的智能運(yùn)維技術(shù)。研究了高壓系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)等七大關(guān)鍵系統(tǒng)及部件的故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)興號(hào)智能動(dòng)車組奧運(yùn)配置的全量傳感器數(shù)據(jù)采集，利用 4G/5G 傳輸技術(shù)將車載數(shù)據(jù)傳輸至地面，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警、故障分析、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、健康評(píng)估和運(yùn)維決策功能，保證動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)安全，提高檢修效率，降低運(yùn)維成本。

（2）成果及示范成效。

北京冬奧會(huì)舉辦期間及后冬奧時(shí)代，復(fù)興號(hào)奧運(yùn)智能動(dòng)車組在線路上正式運(yùn)營(yíng)，其多方面創(chuàng)新成就得以示范應(yīng)用。

①奧運(yùn)定制化服務(wù)設(shè)施應(yīng)用。冬奧期間，京張高鐵作為主要交通工具之一為運(yùn)動(dòng)員(包含殘障人士)、媒體工作者等相關(guān)人員提供服務(wù)。針對(duì)冬奧會(huì)特殊需求，攻克了無障礙輪椅停放與滑雪器材存放功能轉(zhuǎn)換的車廂改造技術(shù)方案并應(yīng)用；應(yīng)用車門改造技術(shù)方案，搭建了世界首個(gè)高鐵5G超高清演播室并應(yīng)用。

②智能動(dòng)車組綜合性能提升。高寒防冰雪及低阻力耦合技術(shù)，使動(dòng)車組滿足-40℃ ~ 40℃的高寒防冰雪運(yùn)用要求，并且比上一代列車氣動(dòng)阻力降低8.8%；輕量化技術(shù)，使列車質(zhì)量減少7 t左右(不含新增設(shè)備)；長(zhǎng)大坡道困難工況下運(yùn)行與制動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了30‰大坡道困難工況下動(dòng)車組的安全起停[6]；基于故障預(yù)測(cè)與健康管理的智能運(yùn)維技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、震動(dòng)等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)搭載健康管理和智能運(yùn)維系統(tǒng)，構(gòu)建了車、空、地一體化智能運(yùn)維體系。

3.1.4 隧道與地下車站全生命周期平臺(tái)

針對(duì)京張高鐵地下站隧冬奧會(huì)期間的智能展示服務(wù)需求，從BIM設(shè)計(jì)[10]、虛擬體驗(yàn)、應(yīng)急疏散和全生命周期平臺(tái)等方面構(gòu)建了京張高鐵地下站隧智能化技術(shù)服務(wù)體系，創(chuàng)建了基于BIM技術(shù)的站隧全生命周期數(shù)字模型，融合AR，VR等多項(xiàng)技術(shù)，研發(fā)智能展示系統(tǒng)，為冬奧會(huì)旅客提供虛擬體驗(yàn)和應(yīng)急救援服務(wù)；建成地下站隧全生命周期平臺(tái)，為建維一體化提供數(shù)字化管理工具。

（1）應(yīng)用示范方案。

①BIM空間位置校核方案。為實(shí)現(xiàn)BIM數(shù)字空間與物理空間的孿生映射表達(dá)，支撐虛擬體驗(yàn)、應(yīng)急疏散及全生命周期平臺(tái)的搭建，須在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行空間位置校核，構(gòu)建與實(shí)景環(huán)境相對(duì)坐標(biāo)保持一致的數(shù)字模型。在八達(dá)嶺確定了以站內(nèi)“綜合維修天窗時(shí)間”為主的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案，結(jié)合站內(nèi)綜合維修計(jì)劃，開展三維激光掃描。八達(dá)嶺地下站三維掃描如圖3所示。

圖3 八達(dá)嶺地下站三維掃描Fig.3 3D scanning of Badaling Station

②地下站隧全生命周期平臺(tái)部署方案。因平臺(tái)需要通過展示大屏進(jìn)行承載，為符合站內(nèi)“快進(jìn)快出”的旅客出行要求，選擇將展示大屏安裝在站廳層進(jìn)站扶梯下方區(qū)域。同時(shí)，為滿足冬奧會(huì)期間網(wǎng)絡(luò)安全保障需求，平臺(tái)采用單機(jī)部署的方式在現(xiàn)場(chǎng)開展示范應(yīng)用；為了避免大屏附近出現(xiàn)漏電及數(shù)據(jù)泄漏等站內(nèi)游客安全隱患，將服務(wù)器及大屏的走線做出絕緣措施，并將服務(wù)器放置于小型機(jī)柜中，使其處于物理隔絕狀態(tài)，進(jìn)一步保障現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)安全。地下站隧全生命周期平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)部署如圖4所示。

圖4 地下站隧全生命周期平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)部署Fig.4 Deployment of full life cycle platform of underground station and tunnel

（2）成果及示范成效。

基于BIM的京張高鐵地下站隧全生命周期平臺(tái)于2021年12月在京張高鐵八達(dá)嶺長(zhǎng)城站進(jìn)行部署，開展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用示范，一系列成果在冬奧會(huì)期間及后奧運(yùn)時(shí)代得以成功應(yīng)用，并取得了良好的示范效果。

①BIM設(shè)計(jì)成果。利用BIM技術(shù)建立京張高鐵三站三隧(清河、八達(dá)嶺、張家口站和清華園、八達(dá)嶺、正盤臺(tái)隧道)，康莊至八達(dá)嶺區(qū)間全生命周期模型，開展了協(xié)同設(shè)計(jì)、虛擬建造和竣工交付，保證各專業(yè)成果的統(tǒng)一和一致性。BIM設(shè)計(jì)成果如圖5所示。

圖5 BIM設(shè)計(jì)成果Fig.5 BIM design achievement

②虛擬體驗(yàn)?；贐IM數(shù)字模型，仿真現(xiàn)場(chǎng)功能空間布局，構(gòu)建了VR虛擬場(chǎng)景，為冬奧會(huì)旅客在八達(dá)嶺地下車站提供智能體驗(yàn)服務(wù)。VR虛擬場(chǎng)景如圖6所示。

圖6 VR虛擬場(chǎng)景Fig.6 Virtual scenario

③應(yīng)急疏散。依據(jù)《北京局集團(tuán)公司關(guān)于補(bǔ)充完善高速鐵路突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的通知》(京鐵辦〔2020〕414號(hào))，研發(fā)應(yīng)急疏散演練系統(tǒng)，仿真站臺(tái)、出站通道火災(zāi)及爆炸等6大疏散場(chǎng)景，提高了應(yīng)急指揮能力。應(yīng)急疏散場(chǎng)景如圖7所示。

圖7 應(yīng)急疏散場(chǎng)景Fig.7 Emergency evacuation scenario

④全生命周期平臺(tái)。全生命周期平臺(tái)主要涵蓋建設(shè)期一張圖管理和運(yùn)維期基于BIM的綜合維修，基于全生命周期BIM數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)建設(shè)期精準(zhǔn)管控與運(yùn)維期全專業(yè)可視化維修，實(shí)現(xiàn)工程價(jià)值遞延。一張圖建設(shè)管理如圖8所示，構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的建設(shè)管理系統(tǒng)，對(duì)京張高鐵進(jìn)行由“點(diǎn)”到“面”的系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)了“人機(jī)料法環(huán)”全要素精準(zhǔn)管控，形成面向竣工交付的建設(shè)數(shù)字資產(chǎn)，為京張高鐵全壽命周期管理奠定基礎(chǔ)?；贐IM的綜合維修如圖9所示，建成基礎(chǔ)設(shè)施綜合運(yùn)維系統(tǒng)，運(yùn)用BIM技術(shù)提升管線維修、房屋整修、線路檢修等的計(jì)劃編制能力和生產(chǎn)管理水平，實(shí)現(xiàn)了全專業(yè)可視化維修和全生命周期數(shù)據(jù)貫通。

圖8 一張圖建設(shè)管理Fig.8 Construction and management of one map

圖9 基于BIM的綜合維修Fig.9 Comprehensive maintenance based on BIM

3.2 智能安全保障應(yīng)用示范

針對(duì)京張高鐵運(yùn)輸要求高、影響因素多、運(yùn)營(yíng)環(huán)境復(fù)雜等眾多挑戰(zhàn)，匯集了沿線安全管理、設(shè)備安全、人員安全和外部環(huán)境等數(shù)據(jù)，運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、北斗等信息新技術(shù)，研發(fā)了“立足京張、面向全路”京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)和鐵路周界入侵智能識(shí)別系統(tǒng)。

3.2.1 應(yīng)用示范方案

（1）京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)。研究匯集風(fēng)險(xiǎn)隱患數(shù)據(jù)、安全監(jiān)督數(shù)據(jù)、工務(wù)安全數(shù)據(jù)、供電安全數(shù)據(jù)、周界入侵視頻、人員安全數(shù)據(jù)、沿線遙感數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，研發(fā)了覆蓋安全電子地圖、安全管理分析、工務(wù)安全分析、電務(wù)安全分析、供電安全分析、動(dòng)車安全分析、人員安全分析、車站安全分析、外部環(huán)境分析的京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)，構(gòu)建了京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)的模型庫和基礎(chǔ)算法庫，研究了運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警理論和“線路-列車-車站”耦合關(guān)系，突破了基于深度學(xué)習(xí)的外部環(huán)境遙感影像智能分析、軌道-接觸網(wǎng)動(dòng)檢數(shù)據(jù)傳輸和分析、多因素安全綜合預(yù)警分析、多模態(tài)時(shí)空信息與運(yùn)營(yíng)安全態(tài)勢(shì)關(guān)聯(lián)分析等關(guān)鍵技術(shù)，完成了功能測(cè)試、性能測(cè)試和安全測(cè)試。

（2）鐵路周界入侵智能識(shí)別系統(tǒng)。建立涵蓋不同環(huán)境因素、氣候條件、空間距離等多維的典型人員和異物入侵圖像標(biāo)注庫，研究全天候、全覆蓋、多目標(biāo)異常人員、異物實(shí)時(shí)高精度檢測(cè)模型，運(yùn)用圖像智能識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員入侵檢測(cè)，運(yùn)用雷達(dá)智能識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)異物侵限檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)京張高鐵周界重點(diǎn)區(qū)域非法人員入侵和異物侵限的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能識(shí)別、精準(zhǔn)定位、入侵報(bào)警，開展了京張高鐵運(yùn)行環(huán)境安全事故特點(diǎn)和規(guī)律挖掘。

3.2.2 成果及示范成效

（1）安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)效果。京張高鐵運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)在張家口工務(wù)段、北京供電段進(jìn)行示范運(yùn)行，平臺(tái)可以有效掌握鐵路沿線設(shè)備安全狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)安全薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)安全重點(diǎn)監(jiān)督，提高了京張高鐵沿線綜合預(yù)警能力和鐵路事故故障超前防范能力，確保高鐵列車安全萬無一失。京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)綜合預(yù)警頁面如圖10所示。

圖10 京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)綜合預(yù)警頁面Fig.10 Comprehensive warning of big data platform for safe operation of Beijing-Zhangjiakou HSR

（2）周界入侵智能識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效果。冬奧會(huì)以來，鐵路周界入侵智能識(shí)別系統(tǒng)在北京工務(wù)段、張家口工務(wù)段開展試運(yùn)行工作，增強(qiáng)了京張高鐵路周界安全保障能力。

3.3 奧運(yùn)文化融合應(yīng)用示范

通過融合奧運(yùn)主題、中國(guó)元素及京張高鐵文化，完成了高鐵動(dòng)靜態(tài)標(biāo)識(shí)、列車內(nèi)外涂裝和一站一景設(shè)計(jì)方案，為火車票樣設(shè)計(jì)提供創(chuàng)意。

3.3.1 應(yīng)用示范方案

將設(shè)計(jì)美學(xué)與冬奧文化、高鐵文化、地方文化有機(jī)結(jié)合并揭示其機(jī)理，建立蘊(yùn)含豐富文化和特色的多層級(jí)文化元素設(shè)計(jì)庫。制定面向冬奧的京張高鐵專屬標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)，創(chuàng)建流線引導(dǎo)導(dǎo)視符號(hào)系統(tǒng)以方便工作人員和旅客尋路，針對(duì)高鐵車站和車廂空間，結(jié)合不同使用場(chǎng)景，創(chuàng)新提出融合冬奧元素及京張文化的視覺設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建面向冬奧的京張高鐵配套視覺設(shè)計(jì)體系。站內(nèi)空間設(shè)計(jì)效果圖如圖11所示。

圖11 站內(nèi)空間設(shè)計(jì)效果圖Fig.11 Design drawing of station space

3.3.2 成果及示范成效

動(dòng)車組外觀采用“瑞雪迎春”涂裝方案，內(nèi)飾融合中國(guó)元素、奧運(yùn)元素、京張?jiān)?，營(yíng)造了具有中國(guó)文化的溫馨、貴氣、大方、典雅的車內(nèi)環(huán)境；車票票面也充分融合冬奧元素、京張歷史文化，具有收藏價(jià)值及紀(jì)念意義?！叭鹧┯骸倍瑠W列車如圖12所示。

圖12 “瑞雪迎春”冬奧列車Fig12 Beijing Winter Olympic train featuring snow and symbols of the spring

4 結(jié)論與展望

智能京張高鐵是推動(dòng)我國(guó)高速鐵路技術(shù)新一輪創(chuàng)新的標(biāo)志性工程，樹立了中國(guó)鐵路建設(shè)自主創(chuàng)新的典范和標(biāo)桿，圍繞北京冬奧會(huì)科技支撐重大需求，通過需求分析、理論技術(shù)研究、平臺(tái)研發(fā)和應(yīng)用示范，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了智能化提升。在2022年北京冬奧會(huì)和殘奧會(huì)期間，實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域賽事人群多元出行需求與高鐵多模態(tài)票務(wù)服務(wù)協(xié)同，提升了票務(wù)國(guó)際化和智能化服務(wù)水平；優(yōu)化了旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了站車一體化協(xié)同旅客服務(wù)；構(gòu)建了動(dòng)車組奧運(yùn)服務(wù)定制化設(shè)施與困難線路適應(yīng)性的頂層技術(shù)架構(gòu)，攻克了困難復(fù)雜多變線路條件下的冰雪與阻力耦合設(shè)計(jì)優(yōu)化等一系列關(guān)鍵技術(shù)，解決了京張高鐵沿線特定運(yùn)行工況下的定制化服務(wù)和運(yùn)行安全評(píng)估問題；提出了基于BIM 的全生命周期京張高鐵信息模型一致性表達(dá)與數(shù)字資產(chǎn)構(gòu)建技術(shù)體系，攻克了冬奧設(shè)施設(shè)備平賽感知協(xié)調(diào)和長(zhǎng)大站隧虛實(shí)交融、感知交互的高質(zhì)量體驗(yàn)服務(wù)等難題；研發(fā)了具備安全電子地圖、安全管理分析等功能的安全大數(shù)據(jù)平臺(tái)，構(gòu)建了京張高鐵運(yùn)營(yíng)安全保障體系創(chuàng)新；實(shí)現(xiàn)了京張高鐵奧運(yùn)文化融合創(chuàng)新。各成果應(yīng)用示范為冬奧會(huì)旅客提供了便捷、舒適、安全的京張高鐵智能出行服務(wù)，保障了“科技冬奧(2022)行動(dòng)計(jì)劃”順利實(shí)施，有力支撐了高質(zhì)量辦賽和高水平參賽，為舉辦一屆“精彩、非凡、卓越”的奧運(yùn)盛會(huì)作出了重要貢獻(xiàn)，也將進(jìn)一步提高中國(guó)高鐵在全球的品牌地位，引領(lǐng)低碳、環(huán)保、綠色的高鐵出行趨勢(shì)，促進(jìn)鐵路行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力“一帶一路”倡議的實(shí)施。