川觀新聞?dòng)浾?nbsp;寧寧 攝影 盧春陽(yáng)
8月28日，四川省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在成都舉行。會(huì)上，“高速鐵路線(xiàn)形最優(yōu)動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)原理、調(diào)控技術(shù)及工程應(yīng)用”項(xiàng)目成果榮獲四川省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。這是本次大會(huì)頒發(fā)的唯一特等獎(jiǎng)，也是時(shí)隔7年，再次頒發(fā)的首個(gè)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。
該項(xiàng)目主要完成單位包括西南交通大學(xué)、中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司、中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，主要完成人為以中國(guó)科學(xué)院院士、西南交大首席教授翟婉明為首的14人。
這一項(xiàng)目成果有何創(chuàng)新點(diǎn)，為何特等獎(jiǎng)?lì)C給了它？記者采訪了西南交通大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。
西南交通大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)
高鐵線(xiàn)形設(shè)計(jì)是保障高速行車(chē)安全平穩(wěn)的核心與難點(diǎn)所在
該項(xiàng)目是關(guān)于高鐵線(xiàn)形動(dòng)態(tài)性能的。所謂高鐵線(xiàn)形，即高鐵線(xiàn)路的空間形位、走向，是決定高速行車(chē)安全性和乘坐舒適性的根本要素。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，列車(chē)跑得快不快，除了與車(chē)本身的性能有關(guān)，還與線(xiàn)路息息相關(guān)?！熬€(xiàn)形是決定高鐵列車(chē)運(yùn)行速度上限的關(guān)鍵因素”。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員、西南交通大學(xué)軌道交通運(yùn)載系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任朱勝陽(yáng)說(shuō)，目前在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，高鐵列車(chē)能跑出時(shí)速300公里到350公里，未來(lái)速度能否繼續(xù)提高，線(xiàn)形設(shè)計(jì)是關(guān)鍵、前提，也是難點(diǎn)所在。
比如，高速鐵路在建造運(yùn)營(yíng)之前無(wú)法做行車(chē)實(shí)驗(yàn)，如果線(xiàn)形設(shè)計(jì)不合理、車(chē)線(xiàn)動(dòng)力性能不匹配，將導(dǎo)致突出的列車(chē)與線(xiàn)路動(dòng)態(tài)相互作用問(wèn)題，給未來(lái)高速行車(chē)帶來(lái)重大安全隱患。
“我國(guó)高鐵在設(shè)計(jì)之初沒(méi)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可依，面向行車(chē)安全平穩(wěn)性的高鐵線(xiàn)形設(shè)計(jì)方法更是一片空白?！敝靹訇?yáng)說(shuō)。
此外，我國(guó)高鐵橫跨東西南北，運(yùn)營(yíng)環(huán)境復(fù)雜多變，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降、上拱等復(fù)雜大變形問(wèn)題頻發(fā)，給在役高鐵線(xiàn)形精準(zhǔn)調(diào)控帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
二十年磨一劍，
實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)生多項(xiàng)創(chuàng)新成果
迎難而上，從2000年初起，在翟婉明院士的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)二十年磨一劍，開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，目的是要讓高鐵跑得既快又安全舒適。
團(tuán)隊(duì)介紹，該研究主要通過(guò)“理論創(chuàng)新—平臺(tái)研發(fā)—技術(shù)突破—工程應(yīng)用”的技術(shù)路線(xiàn)，系統(tǒng)開(kāi)展了高速鐵路線(xiàn)形最優(yōu)動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)原理、調(diào)控技術(shù)及工程應(yīng)用研究，形成了完整的技術(shù)體系。
首要?jiǎng)?chuàng)新成果是在國(guó)內(nèi)外首次提出了列車(chē)與線(xiàn)路動(dòng)態(tài)性能最佳匹配設(shè)計(jì)原理。
“這是研究的理論基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)在翟婉明院士的帶領(lǐng)下，基于車(chē)輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論，將高速列車(chē)與軌道作為一個(gè)整體大系統(tǒng)，綜合考察相互之間的作用與影響、匹配關(guān)系?！敝靹訇?yáng)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)了不同線(xiàn)路條件下車(chē)線(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)力性能一體化預(yù)測(cè)評(píng)估與最優(yōu)匹配設(shè)計(jì)。可以說(shuō)，這為現(xiàn)代高速列車(chē)與線(xiàn)路高品質(zhì)設(shè)計(jì)開(kāi)辟了全新路徑。
其次，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了高速鐵路線(xiàn)形最優(yōu)動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)方法。具體來(lái)說(shuō)，團(tuán)隊(duì)基于上述理論基礎(chǔ)，研發(fā)了集“仿真—預(yù)測(cè)—評(píng)估—優(yōu)化”于一體的高鐵線(xiàn)形動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)與安全評(píng)估系統(tǒng)。
西南交通大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)
一般來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度考察高速列車(chē)的牽引通過(guò)能力，不能從動(dòng)力學(xué)角度準(zhǔn)確評(píng)估高速行車(chē)安全性、舒適性。“通過(guò)這一系統(tǒng)，調(diào)整曲線(xiàn)、坡度等關(guān)鍵參數(shù)，可以模擬列車(chē)通過(guò)不同線(xiàn)路的動(dòng)態(tài)性能，從而實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足高安全性、高平穩(wěn)性行車(chē)要求的最優(yōu)線(xiàn)形設(shè)計(jì)。”朱勝陽(yáng)解釋。
比如，我們經(jīng)常在視頻中看到的畫(huà)面——在高速運(yùn)行的列車(chē)上立硬幣?！耙層矌挪坏?，這與高鐵線(xiàn)形設(shè)計(jì)密切相關(guān)，需要車(chē)軌系統(tǒng)匹配才能做到?！敝靹訇?yáng)說(shuō)，新的設(shè)計(jì)方法將行車(chē)安全性、乘車(chē)舒適性等前置目標(biāo)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，不僅是國(guó)際首創(chuàng)，還破解了中國(guó)高鐵建設(shè)之初無(wú)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可依的選線(xiàn)設(shè)計(jì)難題，支撐了高鐵平縱斷面線(xiàn)形設(shè)計(jì)從運(yùn)動(dòng)學(xué)到動(dòng)力學(xué)的技術(shù)變革。
還有一大創(chuàng)新之處在于，高鐵線(xiàn)路幾何狀態(tài)劣化后的線(xiàn)形調(diào)控?！霸诟咚倭熊?chē)動(dòng)荷載的長(zhǎng)期作用下，軌道會(huì)發(fā)生不均勻沉降，線(xiàn)路幾何狀態(tài)可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重惡化，從而導(dǎo)致列車(chē)限速?！眻F(tuán)隊(duì)成員說(shuō)，這不僅影響運(yùn)行時(shí)間、效率，還會(huì)危及行車(chē)安全性。
如何將速度恢復(fù)到設(shè)計(jì)速度？關(guān)鍵是要將惡化后的線(xiàn)形調(diào)整到合適的線(xiàn)形。
針對(duì)這一難題，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)創(chuàng)建了高鐵線(xiàn)形均衡調(diào)控與修復(fù)技術(shù)體系，由此確定出兼顧高速行車(chē)性能和工程調(diào)整量的最佳調(diào)控線(xiàn)形，克服了高鐵線(xiàn)路劣化后限速帶來(lái)的影響，提高了運(yùn)輸效益，保障了高速列車(chē)高品質(zhì)運(yùn)營(yíng)。
經(jīng)過(guò)本領(lǐng)域多名院士在內(nèi)的評(píng)價(jià)專(zhuān)家組評(píng)定，一致認(rèn)為項(xiàng)目技術(shù)成果“整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”，取得了重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
成果應(yīng)用到“0到1”標(biāo)志性高鐵工程，
正在不斷突破“禁區(qū)”
迄今為止，項(xiàng)目技術(shù)成果已全面應(yīng)用于我國(guó)各種類(lèi)型的高速鐵路工程，特別是首條建造標(biāo)準(zhǔn)最高的（京滬）高鐵、首條大跨度橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道的（昌贛）高鐵、首條從中國(guó)走向世界的（雅萬(wàn)）高鐵等 “從0到1”的標(biāo)志性工程。
談及多個(gè)“首創(chuàng)”“首條”“首次”，團(tuán)隊(duì)十分感慨。2009年，朱勝陽(yáng)加入團(tuán)隊(duì)，讓他印象深刻的是成果應(yīng)用在京滬高鐵上。
“當(dāng)時(shí)缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，受京滬高鐵公司委托，我們應(yīng)用項(xiàng)目技術(shù)對(duì)1000多公里線(xiàn)路原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行車(chē)線(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)力性能仿真評(píng)估，發(fā)現(xiàn)多處不滿(mǎn)足列車(chē)運(yùn)行安全、舒適性的區(qū)段，并提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，被實(shí)際工程采納。”朱勝陽(yáng)說(shuō)，這不僅滿(mǎn)足了高速行車(chē)要求，還節(jié)省了線(xiàn)路變更設(shè)計(jì)導(dǎo)致的巨額工程投資。
列車(chē)高速通過(guò)橋梁，看似簡(jiǎn)單卻不簡(jiǎn)單，尤其是通過(guò)大跨度橋梁。讓團(tuán)隊(duì)成員記憶猶新的，還有在首條大跨度橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道的昌贛高鐵：“當(dāng)時(shí)史無(wú)前例，是一件突破既有標(biāo)準(zhǔn)的事情?！?/p>
此前，大跨度高鐵橋梁鋪的都是有砟軌道，列車(chē)過(guò)橋通常需要限速。針對(duì)該問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了無(wú)砟軌道與大跨度橋梁空間大變形協(xié)調(diào)匹配與線(xiàn)形調(diào)控技術(shù)。
西南交通大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)
2019年，昌贛高鐵設(shè)計(jì)方找到團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)模擬計(jì)算和試驗(yàn)分析，提出了大跨度橋上鋪設(shè)無(wú)砟軌道長(zhǎng)波不平順?lè)旨?jí)控制標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)突破了我國(guó)高鐵大跨度橋梁鋪設(shè)無(wú)砟軌道的工程“禁區(qū)”，現(xiàn)已被納入高鐵設(shè)計(jì)規(guī)范，得到了廣泛應(yīng)用?！皬拇?，大家坐高鐵過(guò)橋可以不再限速了?！眻F(tuán)隊(duì)成員十分感慨。
目前，我國(guó)高鐵最快運(yùn)營(yíng)時(shí)速為350公里，國(guó)際上其他國(guó)家也在持續(xù)推進(jìn)、迎頭趕上?！爸袊?guó)高鐵要持續(xù)引領(lǐng)世界發(fā)展，不斷突破‘禁區(qū)’，探索更高速度的可能?！钡酝衩髟菏空f(shuō)。
這種可能或?qū)⒆兂涩F(xiàn)實(shí)。當(dāng)下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)全力攻克成渝中線(xiàn)高鐵技術(shù)難關(guān)。按計(jì)劃，這條中國(guó)首條預(yù)留時(shí)速400公里條件的高鐵將于2027年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。
“時(shí)速?gòu)默F(xiàn)有的350公里提高到400公里絕非易事，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)法驗(yàn)證，不是一蹴而就的?！碑?dāng)下，團(tuán)隊(duì)在翟婉明院士的帶領(lǐng)下一步一個(gè)腳印，穩(wěn)扎穩(wěn)打，持續(xù)攻關(guān)。
翟婉明院士希望，未來(lái)能把成果應(yīng)用到更多高鐵線(xiàn)路上，比如在更高的運(yùn)營(yíng)速度、更復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)條件中發(fā)揮作用，再接再厲，讓我國(guó)的高鐵跑得更快、更安全、更舒適。
視頻、圖片素材由西南交通大學(xué)提供
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四川高鐵工程，書(shū)寫(xiě)時(shí)代的速度！四川歡迎五湖四海的朋友們，更加有科技與時(shí)速的鐵路工程就是最有誠(chéng)意的儀式感！便捷朋友們更快更舒心的抵達(dá)
十年磨一劍，翟院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一步一個(gè)腳印，穩(wěn)扎穩(wěn)打，取得了重大項(xiàng)目成果，令人敬佩
中國(guó)速度！更快，更安全，更舒適！
列車(chē)跑得快不快，就靠你們團(tuán)隊(duì)帶，從0到1，多個(gè)“首創(chuàng)”“首條”“首次”，不斷突破“禁區(qū)”，二十年磨一劍，點(diǎn)贊！中國(guó)高鐵更快更安全！
高鐵能跑多快，不僅看車(chē)、看路，更看那條“看不見(jiàn)的軌道生命線(xiàn)”—線(xiàn)形。這項(xiàng)研究從源頭上保障未來(lái)高鐵的速度與安全！為中國(guó)鐵路的高科技點(diǎn)贊！
整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。