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高铁发展态势

2015-6-23 9:40:17  阅读数:
中国铁路援外专家、湖南高速铁路职业技术学院院长、教授戴力斌
0引言    2011年7月23日甬温线特大事故后,人们对高铁的安全、设备稳定和行车速度产生了疑虑。Vmax虽从350km/h降至300km/h,编组也有削减,但人们对高铁的认识更加理性,热度不减反升。高铁成了人们出行的首选。
1历史    1825年英国修建了世界上第一条铁路;1903年10月27日,德国试验速度达210km/h;1955年3月28日,法国试验速度达331km/h;1964年10月1日,日本东海道新干线运行速度达210km/h;法国1996年5月18日试验速度达515.3km/h,2007年试验速度达578.4km/h。
中国1909年修建京张铁路;1994年广深准高速达到了120km/h,后向160km/h、200km/h运动。
我国客运列车速度表 速度:km/h         

     时间
1997年
1998年
2000年
2001年
2004年
2007年4月8日第6次大提速
平均速度
48-88
55.18
60.3
61.92
65.7
分类
最大速度
140
160
160
180
200
250

武广高铁2009年试验速度达到了394.2km/h;沪杭高铁2010年10月试验最高速达416.6km/h;京沪高铁2013年3月试验速度达486.1km/h;2014年1月16日,中国南车制造的CIT500型列车试验速度达到了605 km/h。
我院1985年询问英国BB有限公司中国铁路提速可能,得到肯定回答;1995年9月编印全国第一本《高速铁路》校本教材,并供MTR使用;1996年12月《高速铁路·线路》由中铁出版社正式出版;2012年1月编印的15本高速铁路系列教材,由中国铁道出版社出版。 2013年8月13日跟进学习超级环技术,12月出中文译本。
2比较优势    
    2.1 相对安全(近地运行、趋安制动、专属通道)、全天候、节能环保、宽松(安全、舒适、便捷)。事故率(每百万公里的伤亡人数),铁路:公路:民航=1:24:0.8。
2.2 造价:地铁2-6亿/km,高铁1-2亿/km,高速公路0.2-0.5亿/km。
2.3 有轨电车:造价0.5-0.9亿/km,城区≥150万人即可建。采用750V第三轨供电或1500V集中供电,50kg工字型标准钢轨,Vmax≤70km/h。
2.4我国高铁优势:一先进、二安全、三性价比高(国高铁每公里建设成本约为发达国家2/3,兼容UIC、IEC、ISO、EN、JIS等,利于推广和并轨。
2.4.1 我国高铁技术优势:1列车技术先进;2线路施工技术先进;3能适应恶劣的建设环境;4能适应多种气候条件下的运营环境;5维修保养体系和技术先进;6兼容多种标准。 
2.4.2 我国高铁可靠性优势:1技术体系先进可靠;2工程质量管理体系严格可靠;3列车质量管理体系严格可靠;4运营管理严谨可靠;5自然灾害防控技术先进可靠。
2.4.3 我国高铁性价比优势:1建设工期较短;2工程造价较低;3节约能源和建设用地;4经济社会效益显著。
3规模扩展
3.1世界高速铁路运营里程表

世界高速铁路运营里程表(国际铁路联盟公布2014年9月24日更新)
地区
国家
运营里程
建设中里程
计划中
合计(至2025年)
欧洲
奥地利
48
201
 
249
比利时
209
 
 
209
法国
2036
757
2407
5200
德国
1352
466
324
2142
意大利
923
125
221
1269
荷兰
120
 
 
120
波兰
 
 
712
712
葡萄牙
 
 
1006
1006
俄罗斯
 
 
3150
3150
西班牙
2515
1308
1702
5525
瑞典
 
 
750
750
瑞士
35
72
 
107
英国
113
 
543
656
欧洲合计
7351
2929
10815
21095
亚洲
中国
11132
7571
3777
22480
台湾
345
9
 
354
印度
 
 
495
495
日本
2664
779
179
3622
SAUDI ARABIA(麦地那)
 
550
 
550
韩国
412
247
49
708
土耳其
688
469
1210
2367
其他区域
亚洲合计
15241
9625
4999
31125
摩洛哥
 
200
480
680
巴西
 
 
511
511
美国
362
 
777
1139
其他国家合计
362
200
1768
2330
世界
世界合计
22954
12754
18841
54550
 
 
 
 
 
 
中国所占比例
48.50%
59.36%
20.05%
41.21%
 
 
 
 
 
 
中国高速铁路运营里程占全世界的48.50%;在建里程占世界的59.36%。

由表可见,据UIC统计,速度>250km/h的高速铁路,截止于2014年9月1日,已运营公里数中国为11132km,世界为22954km,占48.5%;在建公里数中国为7571km,世界为12754km,占59.36%;计划,中国为3777km,世界为18841km,占20.05%。预计至2025年中国高铁里程为22480km,世界为54550km,占41.21%,(而2011年世界高铁通车里程为17166km,中国为9790km,占57.0%)。最新统计数据显示截止2014年底,我国高速铁路运营里程达到1.6万公里,位居世界第一,超过其他国家的总和,预计到2015年底将达到1.8万公里。目前我国高铁在建1万公里,规划1万公里,到2020年高铁网络将覆盖全国90%以上的人口区域。
我国高铁近中期规划:五纵六横八连 。
五纵:1.哈沪线(哈尔滨——上海)、2.京沪线(北京——上海)、3.京港线(北京——九龙)、4.集昆线(集宁——昆明) 5.西湛线(西安——湛江) 
六横:1.沈兰线(沈阳——兰州)、2.青银线(青岛——银川) 3.盐西线(盐城——西宁)、4.沪蓉线(上海——成都)、5.沪昆线(上海——昆明)、6.沪南线(上海——南宁) 
八连:1.津唐线(天津——唐山)、2.开河线(开封——河口)、3.宁南线(南京——南通)、4.宁宁线(南京——宁波)、5.金温线(金华——温州)、6.汉福线(武汉——福州)7.南厦线(南平——厦门)、8.衡南线(衡阳——南宁) 
3.2 铁路走出去
  3.2.1 “一带一路”助力中国铁路“出海”。基础设施建设互联互通是“一带一路”战略的首要前提,因此“一带一路”大战略的的实施将给高铁走出国门,迈向世界带来大量的机会。不完全统计未来十年“一带一路”沿线国家规划的高铁投资额度在2400亿美元以上。高铁走出去已上升到国家战略高度,在国家领导人的大力推动下,与泰国、罗马尼亚、英国、巴西形成了在高铁领域上合作的意向,2014年10月14日李克强总理和俄罗斯总理梅德韦杰夫就修建莫斯科至喀山高铁达成共识,中国还将在非洲设立高速铁路研发中心,2015年5月8日到10日,习近平主席出席在莫斯科举行的纪念卫国战争胜利70周年庆典并访问俄罗斯时,中俄两国就修建莫斯科到喀山的高铁合作方面签署了协议,5月下旬李克强总理访问巴西和秘鲁时就推动建设横跨南美连接大西洋和太平洋的两洋铁路一事达成共识,并签署可行性研究合作文件。
3.2.2“亚投行”助力中国高铁向外发展。由我国发起设立的亚洲基础设施投资银行,其职责和目标在于为亚洲地区基础设施建设开发提供融资贷款服务,通过改善亚洲区内各国的基础设施,实现互联互通,带动亚洲区域内各国新一轮经济增长。亚投行的成立必将为中国高铁分享相关国家基础设施发展红利带来更多的机会。
3.2.3 促建欧亚(满洲里—伦敦)、中亚(乌鲁木齐—德国)、泛亚(昆明—新加坡)、中俄加美高铁。
3.2.4 中国分别向埃塞俄比亚、坦桑尼亚、莫桑比克、土耳其、澳大利亚、白俄罗斯、法国、巴西、菲律宾、印度、马其顿、新加坡、苏丹等国出口了机车车辆。其中,中国南车产品已经出口海外83个国家和地区,2013年该公司全年海外市场签约额达到22.3亿美元。
  3.2.5 近年来中国铁路海外工程项目增长迅速,截至2010年,中国铁路企业境外承揽的项目遍及世界50多个国家和地区,合同金额达260亿美元。最近几年中国铁路企业承接的海外业务更是飞速发展,2013年底仅中国铁建一家企业在在土耳其、尼日利亚、阿尔及利亚、白俄罗斯、沙特阿拉伯、安哥拉、越南等20多个国家和地区,就有50多个在手铁路项目,合同总金额超过270亿美元。今年6月该公司旗下的中国土木工程集团与尼日利亚联邦交通部签订了尼日利亚沿海铁路项目框架合同,总金额达131.22亿美元,刷新了中国对外承包工程单体合同额最高纪录。另外在非洲56个国家和地区当中,中国参与了坦桑尼亚、尼日利亚、赞比亚、尼日尔等13个国家的铁路建设。
4技术更新  
    技术更新大趋势:免传动、免供电、免轮轨(免传动——通过永磁牵引电机直接驱动高铁列车,取消了齿轮传动装置,提高能效;免供电——用石墨烯超级电容作为动车电源,取消供电线路;免轮轨——向艾伦·马斯克提出的“超级环”方向发展,采用气垫方式)。
4.1 高铁及轨道交通运营技术创新成果
  4.1.1 城轨装备安全评估与认证服务
  中铁检验认证中心(以下简称CRCC),具有开展城市轨道交通装备通用产品、通用应用和特定应用全面的安全评估和认证能力,专业覆盖了车辆系统、制动系统、牵引系统、车载网络、门系统、CBTC信号系统(包含联锁、ATP、ATS、ATO等)、轨道电路、应答器、车载信号等。CRCC多次承担了国内重要的评估和认证工作,包括上海市CBTC信号系统自主化和安全评估审核工作、重庆市跨座式单轨信号系统安全评估工作、国家示范性工程温州市域铁路车辆系统安全评估工作等。
   4.1.2 城轨试验线综合试验服务
   城市轨道交通试验线具有进行城轨列车型式试验、信号系统联调试验以及运行系统综合联调试验的能力,可为实现城市轨道交通装备国产化进行产品安全测试与认证提供服务,具体包括:
   1城轨车辆5000公里走行试验;
   2车辆动力学试验;
   3牵引性能试验;
   4制动试验;
   5逆变器性能试验;
   6引电机功率因数试验、供电电压波动试验、受电弓(受流器)性能试验、逆变机组试验;
   7通信、信号试验。
   4.1.3 基础设施第三方检测服务
   基础设施检测分为联调联试及日常检测两部分。联调联试是指在铁路工程完成静态验收,确认达到联调联试条件后,采用检测列车、试验列车和相关检测设备,对铁路各系统的工作状态、性能、功能和系统间匹配关系进行综合测试、调整、优化和验证,使各系统和整体系统性能、功能均达到设计要求,满足以设计速度开通运营的要求。日常检测是指对开通运营后的铁路定期进行基础设施检测,保障运营安全,用科学的检测手段和分析方法指导线路的养护维修,充分掌握基础设施的状态,并预测基础设施的变化趋势。
  4.1.4 城市轨道交通车辆运行品质轨旁检测系统(TPDS)
  TPDS项目功能包括:车轮踏面损伤检测、状态不良地铁车辆的检测、车辆超偏载的监测、监测信息管理。
  4.1.5 钢轨超声导波检测与监测方法及应用
超声导波突出特点是单点激励、衰减小、传播距离远。通过系列实验得出以下结论:1.导波具备检测直轨中1%缺陷的能力。2.导波具备检测带焊缝直轨中5%缺陷的能力。3.列车通过对导波信号没有影响,导波具备在线检测能力。
  4.1.6 光纤传感技术在地铁监测中的应用
      1光纤分布式传感技术在地铁隧道变形监测中的应用研究;
 2光纤传感技术在钢轨应力监测中的应用研究;
 3光纤传感技术在地铁铁轨与底板相对位移监测中的应用研究;
 4光纤传感技术在地铁轻轨桥梁墩台与上部结构相对位移监测中的应用研究;
 5光纤传感技术在地铁隧道内火灾预警的应用研究;
 6地铁基础设施在线实时安全监控系统的研发。
  4.1.7 城市轨道交通减振降噪综合技术
  研究内容:1.基于“列车—轨道—大地”模型的环境振动仿真研究。2.轨道减振措施效果的试验研究。3.城市轨道交通噪声的试验研究。4.轨道减振技术研发。5.高架桥线路的降噪技术研发。
  4.1.8 城市轨道交通桥梁综合检测技术
  包括:1.城轨交通下穿既有建筑物检测和监测技术。2. 城轨交通桥梁结构施工过程检测及监测技术。3.城轨交通常规桥梁预制结构施工质量检测技术。4.城轨交通桥梁结构运营期服役状态检测技术。5.城轨交通桥梁结构运营状态监测技术。
  4.1.9 地铁接续线焊接的新方法
  研究内容及目标:1.研制一种专用于地铁接续线焊接的焊接材料,并开发相应的焊接工艺。2.既不要对钢轨造成影响,也要保证良好的导电特性。3.采用与钢轨成分相同的钢作为放热介质,保证了不往钢轨渗铜产生的脆断。4.介质与导线保证良好的结合,保证良好的导电特性。
  4.1.10 基于通信技术的列车控制系统(CBTC系统)
  CBTC系统具有可靠性高、控制策略灵活无缝以及具有可拓展的模块化结构等特点。
  4.1.11 城市轨道交通网络综合运营调度指挥系统
  城市轨道交通网络综合运营调度指挥系统主要涵盖建设管理、运营管理、维修管理和服务管理,实现对轨道交通全生命周期的智慧化、科学化管理。
  4.1.12 现代有轨电车信号控制系统
      系统具有以下优点:1.系统配置灵活,模块化设计,扩展性强,适应有轨电车项目多样化需求; 2.分散控制与集中监控相结合;3.自动控制、人工遥控控制、人工现地控制多级道岔控制模式保证系统各种条件下的灵活运用;4.广泛采用业已应用的成熟技术,系统RAMS指标有保障;5.采取冗余配置、自检互检、在线监测等手段,确保系统工作稳定可靠;6.国产化程度较高,立足本地的技术服务和支持,具有良好的全生命周期成本。
  4.1.13 城市轨道交通车辆检修管理系统
  根据轨道交通车辆检修管理的实际需求,该系统应用功能模块一般可分为:检修计划管理、检修作业管理、故障管理、备品备件管理、工艺设备维护管理和技术管理。
  4.1.14 全自动驾驶车辆制动控制系统
      研究内容及目标:1.探索出适应自动驾驶的制动功能和性能参数,以及网络和硬线接口技术方案。2.对各种工况下的安全性进行研究,建立量化风险评估方法。3.对电气控制模式和控制手段的可靠性进行研究,建立可靠性模型。4.探索故障诊断、信息传输的方法,制定出救援方案。5.制定出适合ATO的制动系统接口方案,建立制动参数变化对ATO精确停车的影响模型。
  4.1.15 能馈式牵引供电装置。
  4.1.16 地铁综合节能控制管理系统研究
  现在每天一个地铁站的耗电量就达到9500kw.h,这其中耗能最大的是冷机和空调系统。“地铁综合节能控制管理系统”,可实现对站场各主要能耗监测控制点的智能化、网络化控制管理,达到能耗节约的最终目的。
  4.1.17 国产化城市轨道交通TETRA专用无线通信系统
  研究内容及目标:1.TETRA中心交换设备。2.TETRA基站。3.调度子系统。4.网管子系统。5.移动终端设备。
    4.2 我国高铁及轨道交通科研方向  
  4.2.1 100%低地板轻轨车。
  4.2.2 高速轮轨铁路技术指标达到同期国际水平,国产化 率≥85%。
  4.2.3 高铁牵引传动与制动系统。
  4.2.4 重载铁路轨道结构检测与强化。
      4.2.5 基于永磁电机的高速机车牵引传动系统。
      4.2.6 基于需求驱动的高速列车谱系。
      4.2.7 高速列车设计制造一体化平台构建与典型车型研制。
      4.2.8 气动作用下高速列车响应特性研究。
      4.2.9 高速列车弓网关系的研究。
      4.2.10 高速列车运行性能综合影响因素研究。
      4.2.11 高速列车共性基础及系统集成。
      4.2.12 基于LTE通信的列控系统 。
4.2.13 基于Vi-Fi及移动互联的旅客服务技术 。
      4.2.14 不设分相、远程监控的牵引供电系统,地震监控预警系统。  
4.2.15基于大数据的固定、移动设备智能监测和预警技术。 
      4.2.16 关键材料及部件可靠性。
      4.2.17 转向架。
      4.2.18 车体。
      4.2.19 CTCS-3列控。
      4.2.20全息感应。
      4.2.21 智能化。
  4.2.22 500km/h转向架。
      4.2.23 轴重≥30T装备。
  2014年1月11日,中国北车齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司设计制造的世界最大轴重和牵引吨位最大、自重最轻、配置最高的44吨轴重不锈钢样板矿石车正式下线。该车轴重为44吨,列车编组为240辆,载重高达139.5吨,牵引吨位高达3.8万吨,自重仅20.5吨,为世界最大轴重和牵引吨位最大、自重最轻、配置最高矿石车,它的出厂标致着我国铁路货车装备研发和生产达到全球领先地位。
      4.2.24 9500F石墨烯超级电容单体。
      2013年12月20日,宁波墨西科技有限公司建成的世界上第一条量产石墨烯生产线正式投产,将石墨烯价格从5000元/克,降到3元/克。石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料,被称为21世纪的神奇材料,是集全世界最薄、最硬、导电性最好、导热能力最强于一体的新材料,其导电性能优于金、银和铜,强度是不锈钢的100倍,电子迁移率是商用硅的100倍。石墨烯将在电子技术、航空航天、新能源电池等领域引领新的技术革命,科学家预言其将彻底改变21世纪。
4.3桥隧检测与加固、线路变形监测与修正重要性凸显。
4.4 美国科学家马斯克2013年8月12日公布超级环设想,准备用7年时间,建成旧金山到洛杉矶准真空(气压100帕)管道运输。造价60亿美元(高铁684亿美元),时速480-1220km/h(高铁264km/h),耗时10分26秒(高铁2小时38分、飞机1小时15分、汽车5小时30分),票价20美元(高铁105美元)。
5系统跟进    
5.1 安全、管理、舒适度、服务(开通wifi、示意图、网页查询、开通手机信号)、交通级配等。
5.2 关注高铁及磁悬浮轨道交通电磁辐射对人的影响程度、含职工旅客自身安全和健康在内的大安全问题、石墨烯超级电容在轨道交通的应用。
5.3 中国铁路耗资60亿在武汉建成高铁训练段(段长:吴思强,130-1802-4238),对高铁动车组司机等17个主要工种进行岗前资格培训,并对高铁调度员和高铁管理及技术人员培训。在各高校也安排了全方位的高铁科研、管道运输科研、磁悬浮研究等。
(2014-11-15日在粤港铁路高级班上的讲课提纲,2015-5-27日补充)
(感谢胡云龙、彭彬、戴觅、陈昭稳协助收集资料)