中國高鐵的“智慧名片”：京雄高鐵使用電子標簽智能運營管理

中國高鐵的“智慧名片”

“光谷”采光，建成長556米、寬15米的能量收集場;清水混凝土技術(shù)，打造192根三維曲線型“開花柱”;高鐵數(shù)字孿生，構(gòu)建全過程、全專業(yè)運用BIM(建筑信息模型)設(shè)計的智能數(shù)字模型;全封閉聲屏障，在高速鐵路上修建847.25米“隔音隧道”;超大光伏屋頂，鋪設(shè)4.2萬平方米光伏建材，年均發(fā)電量可達580萬千瓦時;5G信號全覆蓋，萬物互聯(lián)，未來已來。

這些亮點滿滿的智能化設(shè)計，都來自中國新近通車的智能高速鐵路——北京至雄安新區(qū)城際鐵路(以下簡稱京雄城際鐵路)。

2020年12月27日，京雄城際鐵路大興機場至雄安新區(qū)段開通運營，自此京雄城際鐵路實現(xiàn)全線貫通，雄安站同步投入使用。京雄城際鐵路全長91公里，最高設(shè)計時速350公里。如今，從雄安站出發(fā)，僅一頓早餐的工夫，便可到達大興機場。從雄安到北京，原本2小時的車程，只需要50分鐘便可直達。

高鐵是中國裝備制造的一張靚麗名片。作為國內(nèi)自主研發(fā)的智能高鐵，京雄城際鐵路以數(shù)字化和智能化為核心，圍繞“精品、智能、綠色、人文”的總目標進行建設(shè)，廣泛應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、建筑信息模型等前沿科技，智能化設(shè)計多達71項。

匠心設(shè)計打造精品京雄

“作為一名鐵路建設(shè)者，能夠參與雄安站建設(shè)是職業(yè)生涯之幸。我們要建設(shè)經(jīng)得起歷史檢驗的精品工程?！敝需F建工集團雄安站項目部黨支部書記王星運感慨道。

自2018年動工以來，京雄城際鐵路的建設(shè)工作者堅守匠心，創(chuàng)新建造技術(shù)，應(yīng)用全裝配式一體化等技術(shù)保證京雄城際的高效建設(shè);秉持科學(xué)設(shè)計理念，以雄安站為中心，構(gòu)建高度復(fù)合聚集的“站城一體化”開發(fā)模式。

不同于傳統(tǒng)鋼筋混凝土工程所使用的現(xiàn)澆體系，京雄城際鐵路首次在鐵路領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從基礎(chǔ)、橋墩、橋梁到橋面系的全裝配式一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工，有效提高了京雄城際鐵路的施工效率，切實達到節(jié)能減排、縮短工期和降低風(fēng)險的效果。

據(jù)中國鐵路設(shè)計集團有限公司副總工程師康學(xué)東介紹，這種裝配式一體化橋梁建造，不論是橋梁工程的樁基、墩身、墩帽、箱梁，還是橋面防護墻、電纜槽等，都是在工廠內(nèi)進行專業(yè)化設(shè)計、分段標準化預(yù)制，再運到現(xiàn)場拼裝而成。

由于工藝精度要求高，上百噸重的混凝土墩身預(yù)制，鋼筋定位誤差需要控制在2毫米之內(nèi)。為了實現(xiàn)“毫米級”拼裝精度，京雄高鐵的科研團隊自主研發(fā)了12套工裝設(shè)備，保證拼裝過程中的精準對位。這樣的橋梁建造技術(shù)被人們形象地稱為“像搭積木一樣建高鐵”。

橋梁裝配式一體化技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的成功實踐，為京雄城際鐵路建造打下了堅實基礎(chǔ)。而雄安客運站“站城一體化”的理念，則打造出“公共交通快速發(fā)展，城市樞紐高效建設(shè)”的雙贏局面。

雄安站是京雄城際鐵路規(guī)模最大的新建車站，建筑面積47.52萬平方米，站臺規(guī)模13臺23線。國鐵集團秉承站城一體化理念規(guī)劃設(shè)計雄安站，植入多樣性的復(fù)合功能和跨領(lǐng)域的公共空間，融入城市需求的集約配置，有效銜接城市空間和其他交通方式。

步入雄安站，靈活多樣的雙層立體候車布局吸引了很多旅客的注意?；诹Ⅲw布置、緊湊布局的原則，雄安站進站以地面層為主，高架層為輔，旅客可以根據(jù)需求自由選擇候車地點。同時，在地面層和站臺層之間設(shè)置出站夾層，實現(xiàn)旅客“進出分層，到發(fā)分離”，保證進出站的順暢無阻，提高換乘效率，為旅客節(jié)約更多時間和經(jīng)濟成本。

“‘站城一體’是雄安站的一大亮點，雄安站做到了樞紐區(qū)域與城市規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)開發(fā)有機融合，實現(xiàn)車站城市空間與樞紐、城軌、地下空間的有效銜接和融合?！毙郯舱菊鹃L杜小軍說。

全新的一體化設(shè)計理念，將雄安城際鐵路與雄安新區(qū)的建設(shè)融為一體。未來，雄安站將不僅僅是城市客運的交通樞紐，更是帶動雄安新區(qū)發(fā)展的城市觸媒點。

智能科技點亮智慧京雄

作為中國建設(shè)的又一條智能高鐵，京雄城際鐵路在多項關(guān)鍵技術(shù)上取得了新的突破，以一個智慧大腦為核心，從智能建造、智能裝備和智能運營三個方面描繪出智慧京雄的新藍圖。

在雄安站，京雄城際鐵路部署了一個智慧大腦。它可以將生產(chǎn)管控和服務(wù)信息自動采集到一個數(shù)據(jù)平臺，開展數(shù)據(jù)匯集和治理，建成京雄智能高鐵的大數(shù)據(jù)資源庫。同時支持開展跨專業(yè)、跨行業(yè)的多維智能分析，為智能診斷、智能預(yù)測、智能決策等提供技術(shù)支持。

“能夠隨時檢測到我們基礎(chǔ)設(shè)施的安全狀態(tài)。這種檢測就如同一個心臟病的病人帶了一個HOLTER(動態(tài)心電圖)一樣，不管是在醫(yī)院還是在家，醫(yī)院能夠隨時檢測他的病情。”康學(xué)東這樣形容“智慧大腦”。

在智能建造方面，京雄城際鐵路首次采用全線、全專業(yè)、全設(shè)計階段的BIM(建筑信息模型)應(yīng)用，實現(xiàn)設(shè)計、施工到運營三維數(shù)字化智能管理，創(chuàng)造出智能高鐵的“數(shù)字孿生”，即同時獲得一條實體高鐵和一條虛擬的數(shù)字化高鐵。

據(jù)中國鐵路設(shè)計集團有限公司總體設(shè)計師肖銳介紹，在初步設(shè)計階段，設(shè)計人員利用衛(wèi)星影像、航空攝影以及無人機數(shù)據(jù)，建立BIM高精度模型，對項目建成情況進行可視化展示。通過全線、全專業(yè)參數(shù)化建模，建設(shè)工人在施工之前就能模擬出整條鐵路，詳細了解到建設(shè)過程中的重點難點，每一個環(huán)節(jié)的問題都能夠得到完整追溯。

“比如一個螺絲釘壞了，維修人員可以查詢到這個釘是哪個廠家生產(chǎn)、如何安裝的，確保正確維護。一些重要設(shè)備和節(jié)點，安裝了感應(yīng)設(shè)備，可以就健康狀況自己發(fā)出警報?！敝袊F路設(shè)計集團有限公司京雄城際項目四電專業(yè)負責(zé)人任超解釋道。

依托BIM技術(shù)，京雄城際鐵路實現(xiàn)了智能梁場、鋼筋自動化加工和智能板廠等一系列成果，產(chǎn)品精度大幅提高。此外，京雄城際鐵路還將鐵路BIM模型融入雄安新區(qū)CIM(城市信息模型)平臺，為數(shù)字雄安的發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。

在智能裝備方面，京雄城際鐵路運用先進的列車控制系統(tǒng)，基于智能控制、故障診斷與預(yù)測等技術(shù)，實現(xiàn)新一代的智能化牽引供電和通訊體系，形成線路、通訊信號和牽引供電等基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期精細化管理。

目前，科研工作者投入智能化腕臂安裝車、自動化接觸網(wǎng)立桿車和吊弦標定設(shè)備等5種智能裝備，在雄安站南側(cè)建成全路首個下沉式牽引變電所，將全息感知、多維融合、重構(gòu)自愈和智慧運維特性融為一體。此外，在京雄城際鐵路BIM+GIS(地理信息系統(tǒng))的建設(shè)模式中，北斗系統(tǒng)的鐵路信號施工定測技術(shù)、信息化倉儲管理及質(zhì)量追蹤系統(tǒng)、移動通信GSM-R智能網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)等科創(chuàng)成果發(fā)揮著重要作用。

在智能運營方面，雄安智能高鐵車站能夠為旅客提供全過程出行服務(wù)，從雄安抵達大興機場，100米之內(nèi)就可以換登機牌。不論是精準定位還是路徑規(guī)劃，都能快速查詢。為了隨時掌握移動裝備的情況，車站還采用電子標簽管理，實現(xiàn)預(yù)測性維修。同時，針對行車中存在的設(shè)備故障隱患、行車事故和不可控的自然災(zāi)害等問題，車站啟用綜合視頻一體化、地震預(yù)警等智能技術(shù)，做到超前防范，提升高鐵防災(zāi)能力。

“這是一條超級‘聰明’的高速鐵路!”中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司首席研究員趙紅衛(wèi)感嘆，在短短91公里的高鐵線路上，京雄城際鐵路用71項智能技術(shù)向世人亮出中國高鐵新名片，為世界智能高鐵樹立了新標桿。

綠色科技助力生態(tài)京雄

京雄城際鐵路秉承了雄安新區(qū)“生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展”的理念，在設(shè)計中凝聚著諸多巧思，工程師們結(jié)合了最新的設(shè)計理念和技術(shù)，將綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展理念貫穿鐵路設(shè)計和施工的全過程。鐵路建設(shè)中如何把科技創(chuàng)新和綠色發(fā)展結(jié)合起來?京雄城際鐵路交出了滿分答卷。

首先，在設(shè)計理念方面，京雄城際鐵路在設(shè)計之初便結(jié)合生態(tài)和綠色理念，在站廳內(nèi)外將山水、園林、綠植等景觀要素有機融合，打造綠色的鐵路基建設(shè)施，構(gòu)建移動的綠洲長廊。這些綠色元素的加入提升了旅客出行體驗，過去長途出行中枯燥的心情也得到極大緩解。

除了在設(shè)計觀念上革新，京雄城際鐵路更是在技術(shù)和裝修上全面貫徹綠色環(huán)保理念，引入多項“硬核”技術(shù)來提升車站的節(jié)能減排效應(yīng)，同時減少鐵路修筑對周邊居住人員的噪聲污染。

雄安站的屋頂鋪設(shè)了4.2萬平方米的光伏建材，極大提高了節(jié)電效率。據(jù)計算，這些光伏建材的年均發(fā)電量可達580萬千瓦時，相當于減少二氧化碳排放4500噸，植樹12萬公頃。

雄安站在裝修上采用了一種“素顏混凝土”，即清水混凝土。這種特殊的混凝土改變了石頭、沙子、水泥等不同原料的配比，使完工后的建筑表面光滑平整，無須二度加工，呈現(xiàn)出自然的灰色。更重要的是它十分環(huán)保，沒有任何刺鼻的味道，給旅客帶來了自然舒適的候車體驗。

“這些清水混凝土立柱都是一次澆筑成型，邊角順直、弧度順滑、挺拔俊美?！敝需F建工集團雄安站項目部總工程師吳亞東介紹。為了達到目的，每道制造工序都進行了上百次實驗，其中材料配比的實驗更是進行了上千次，最終取得10多項專利，為整體設(shè)計帶來一股清新的自然之風(fēng)。

不僅是車站內(nèi)部很環(huán)保，列車所經(jīng)之處也注意細節(jié)設(shè)置，力爭將高鐵運行對環(huán)境的影響最小化。

呂國喜是霸州市北落店村村民，聽聞京雄城際鐵路將會經(jīng)過這里，他之前擔(dān)心列車每天疾馳而過，肯定會制造出大量噪音，影響日常生活。

當看到列車經(jīng)過時產(chǎn)生的噪音極小并且只集中在幾秒鐘時，呂國喜和其他村民松了一口氣，“你不注意，根本不知道高速列車已經(jīng)過去了呢!”

這一小小的改變歸功于全封閉聲屏障的應(yīng)用。京雄城際鐵路采用了世界首例時速350公里的高速鐵路橋梁全封閉聲屏障，它全長847.25米，可將噪音降至20分貝以下。康學(xué)東表示，全封閉聲屏障技術(shù)的運用是鐵路設(shè)計上一次大的突破。

雄安站的一層和三層是候車室，列車從二層經(jīng)過。當旅客在候車時，如何降低列車駛過所產(chǎn)生的“轟隆隆”噪音?鐵路設(shè)計的工程師早就考慮到了這一點。

雄安站在國內(nèi)首次采用裝配式站臺吸音墻板，這種墻板采用聲學(xué)設(shè)計，上面有很多55毫米的孔眼，夾層為玻璃絲綿?！斑@種墻板極大降低了列車通行時產(chǎn)生的噪聲，人們在候車時聽到列車經(jīng)過的響動，大概相當于一輛汽車駛過公路的聲音?！敝需F十二局雄安站房項目部副總工程師何錦輝說。

傳統(tǒng)文化滋養(yǎng)人文京雄

京雄城際鐵路努力打造“高顏值”車站，將本地文化融入造型設(shè)計、室內(nèi)裝修等方方面面，讓車站成為展現(xiàn)雄安地域文化的亮眼名片。

雄安站外觀采用“青蓮滴露”設(shè)計主題，呈水滴狀橢圓造型，橢圓形屋蓋輪廓如清泉源頭，似一瓣青蓮上的露珠。

設(shè)計師巧妙地將當?shù)氐摹八蔽幕谌胄郯舱镜脑煨驮O(shè)計?！扒迦搭^，風(fēng)吹漣漪”，中國鐵路設(shè)計集團有限公司首席專家、總建筑師周鐵征這樣解釋它的寓意：“車站毗鄰白洋淀，這樣設(shè)計就是力求與雄安新區(qū)的水文化相契合?！毙郯舱境尸F(xiàn)出的“青蓮滴露”造型，寓意“青蓮滴露、潤澤雄安”，體現(xiàn)了親近自然、可持續(xù)發(fā)展之意。

從雄安站到北京西，一站一景，處處別出心裁。康學(xué)東表示，固安東站設(shè)計主要以水波形大屋頂及樹狀廊柱為主體造型，充分體現(xiàn)了固安的“中國溫泉之鄉(xiāng)”“礦泉水之鄉(xiāng)”等生態(tài)文化;霸州北站設(shè)計主要采用“龍形”與“門”字相結(jié)合的方案，傳達出霸州“三關(guān)之鎖鑰、冀中之機樞”的歷史文化。

當列車駛離車站時，沿線的橋梁欄桿設(shè)計更是獨具美感。據(jù)康學(xué)東介紹，全線橋梁欄桿和人行道蓋板圖案采用荷花圖案，設(shè)計理念取自雄安新區(qū)白洋淀荷花的寓意?？绱髲V高速連續(xù)梁拱涂裝日景配色，內(nèi)拱圈采用冷色調(diào)，外拱圈采用暖色調(diào)，從高速公路上遙望鐵路橋，色彩絢麗豐富，呈現(xiàn)出彩虹效果，寓意多姿多彩的美好生活。

雄安站設(shè)立了多組幕墻組成的進站單元體。幕墻上顯示著中國傳統(tǒng)農(nóng)耕文化中的二十四節(jié)氣，寓意雄安新區(qū)四時更替、春秋代序、生生不息，蘊含著設(shè)計人員對雄安新區(qū)的美好祝愿。文化元素的加入使雄安站更添了幾分厚重的文化底蘊，潛移默化地為南來北往的旅客提供精神滋養(yǎng)，用文化的力量為他們洗去旅途的疲憊。

千年大計，交通先行。未來，雄安站將成為中國“八縱八橫”高鐵網(wǎng)的新樞紐，京雄城際鐵路將與京港高速鐵路、津雄城際鐵路、雄石城際鐵路、雄忻高速鐵路在雄安站交會，為京津冀地區(qū)長遠發(fā)展和雄安國家級新區(qū)建設(shè)注入新的活力。京雄城際鐵路必將成為“中國智造”的又一典范，不斷向世界展示中國發(fā)展的加速度和新時代下的新風(fēng)采。