四川推荐国家科学技术奖励项目公示科学技术发展研究院.docx
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四川推荐国家科学技术奖励项目公示科学技术发展研究院
四川省推荐2016年国家科学技术奖励项目公示
技术发明奖
序号：
123-3002
项目名称：
高速铁路轨道平顺状态多维诊断及高平顺性保持技术
推荐单位意见：
高平顺性的轨道结构是高速列车平稳、安全运行的根本保证，也是高速铁路区别于普速铁路的主要标志，在建设与运营维护中始终需要达到并保持着毫米级甚至亚毫米级的精度。
受线路基础地质条件、气候环境、列车荷载作用的影响，轨道结构不可避免的会出现几何偏差、层间差异、动态变形等不平顺，存在着轨道几何测控精度偏低、基础层间变形协调不佳、线路结构动力冲击过大等三大技术难题。
该项目发明了高速铁路轨道几何精密测量与快速精调、特殊区段多层结构变形监测与协调控制、线路动态平顺检测与轨道低动力保持技术，突破了我国高速铁路线路结构平顺性诊断与控制技术瓶颈，打破了日、德等高速铁路发达国家的技术垄断，形成了具有我国自主知识产权的成套理论与技术体系，推动了铁道工程测量、线路结构技术的发展和行业的技术进步。
取得了授权发明专利11项、实用新型专利5项、软件著作权4项，出版论著3部、发表论文近百篇（SCI/EI收录50余篇），培养硕/博士研究生70余名。
相关成果获省部级科技进步一等奖3项。
发明成果整体技术在多条高铁线路上成功应用，据高铁相关建设、设计、制造、运营等单位提供的应用证明统计，取得逾10亿元的重大经济效益，在我国数千公里高铁建设以及近两万公里的高铁安全运营中发挥着重大支撑作用，也为“一带一路”和高铁“走出去”国家战略的实施奠定了基础，市场应用前景广阔。
该项目完成人王平等6位同志在项目实施中做出了突出贡献，情况属实。
推荐该项目为国家技术发明奖一等奖。
项目简介：
本项目所属学科领域为交通运输工程、土木建筑工程及测绘科学技术等。
线路不平顺是激励高速铁路轮轨系统振动及列车蛇行失稳的根本原因，也是恶化线路结构稳定性、降低服役性能的诱因，严重时将导致列车脱轨。
主要包括铺装误差及形位偏差所形成的轨道几何不平顺、路基沉降或梁端变位所映射出的层间差异不平顺、轮轨冲击及刚度不均匀所诱发的线路动态不平顺等。
线路平顺性的要求随运营速度呈几何指数增长，因而具有持久稳定的高平顺性线路结构是高速铁路区别于普速铁路的主要标志。
我国目前已开通运营高速铁路近19000公里，跨越着不同地貌单元、不同气候带、不同地质条件，线路结构高平顺性的实现和保持面临着其他高速铁路发达国家不曾遇到的技术难题。
为满足我国高速铁路大规模建设与运营安全保障的重大需求，团队历经10余年技术研发，形成了由线及点、自下而上、静动结合的高速铁路轨道平顺状态多维诊断和高平顺性长期保持的技术体系，取得了以下主要发明成果：
【发明点一】发明了高速铁路轨道几何精密测量与快速精调技术
针对传统铁路轨道几何测控误差大的难题，提出了高铁轨道几何测量控制网建立原则、误差控制和精调标准制定的理论依据，发明了单点形式轨道控制CPⅢ网建网、无砟轨道标准框精密标定、基于轨迹偏差的轨道快速精调等技术，获得发明专利3项，实现了高铁轨道几何状态的亚毫米级精度控制，形成了《高速铁路工程测量规范》。
【发明点二】发明了特殊区段多层结构变形监测与协调控制技术
针对无砟轨道与基础层间变形差异显著的难题，揭示了高铁线路特殊区段基础不均匀变形与轨面不平顺间的映射关系，提出了路基及过渡段、桥梁墩台工后沉降与差异沉降的限值，开发了基础不均匀变形的检测与监测技术，发明了梁端伸挠装置、桩板及桩网路基新型结构，获得发明专利4项，实现了线下基础均匀连续变形和层间变形映射隔阻，保障了线路结构持久稳定与多层协调。
【发明点三】发明了线路动态平顺检测与轨道低动力保持技术
针对线路结构动力冲击过大的难题，揭示了轨道结构在环境和高速列车荷载耦合作用下的动态变形特性，提出了无缝线路、无砟轨道、高速道岔结构的低动力优化方法，开发了轨道动刚度宽频测试装置，发明了钢轨新型减振护套、整体道床无砟轨道、桥上无缝线路结构、轮载过渡前移及缩短的高速道岔，获得发明专利4项，实现了轨道结构的低动力承载和缓变形，提升了轨道结构的高平顺性保持能力。
获授权发明专利11项、实用新型专利5项、软件著作权4项，出版论著3部、发表论文近百篇（SCI/EI收录50余篇），培养硕/博士研究生70余名。
相关成果获省部级科技进步一等奖3项。
突破了我国高速铁路线路结构平顺性诊断与控制技术的瓶颈。
成果在多条高铁线路上成功应用，据高铁相关建设、设计、制造、运营等单位提供的应用证明统计，取得逾10亿元的重大经济效益。
客观评价：
一、与国内外相关技术的比较
本项发明成果成功解决高速铁路轨道平顺状态多维诊断的难题，大幅提升了轨道高平顺性长久保持能力，高速铁路轨道平顺状态诊断与能力保持技术指标的先进性如下：
以应用本项目整体技术的沪昆高速铁路为例，DK206+643.04～DK556+750.95区间采用单点形式轨道控制CPⅢ网的方法，CPIII控制点数量从11200个减少到5600个，作业效率从1300~1500m/d提高到2500~2600m/d；线下基础采用新型路基桩板结构，并对线下基础平顺性进行了长期监测工作，使得路基工后沉降控制在1.2cm以内，基础平顺状态稳定性提高了近2倍；中国自主研发的高速道岔与德国引进技术道岔相比，采用轮轨系统低动力设计后，瞬时轮重减载率峰值从0.86降为0.78，竖向平稳性指标从2.25降为2.12，横向平稳性指标从2.07降为1.92。
轨道不平顺所引起的轮轨动力响应和行车安全性、平稳性或乘车舒适性的影响均随行车速度的提高而显著增大，因而我国建造及运营维护中的轨道平顺性控制指标均高于国外同等级高速铁路，如表1所示。
表1技术指标先进性与国外高铁的比较（mm）
主要成果
对比点
沪昆高铁
（中国350km/h）
东海道新干线
（日本270km/h）
曼海姆-斯图加特线
（德国280km/h）
平顺状态诊断
技术指标
（验收标准）
轨道高低
2
5
4
轨道方向
2
3
4
轨道轨距
1
2
3
轨道水平
2
2
2
轨道扭曲
2
3
3
高平顺性保持
技术指标
（养护标准）
轨道高低
4
10
6
轨道方向
4
7
5
轨道轨距
2
6
4
轨道水平
4
5
4
轨道扭曲
3
4
4
二、国家相关部门正式作出的技术鉴定结论
四川省组织的“高速铁路精密工程测量成套技术”鉴定会的鉴定意见（附件2-1）：
研究成果具有自主知识产权，构建了我国高速铁路精密工程测量技术体系，填补了我国高速铁路精密工程测量技术空白，成果总体技术达到国际先进水平，其中在轨道控制网与轨道基准网建网理论与技术、研制的轨道板精调标准框检测台及其校准技术等方面，达到了国际领先水平。
四川省组织的“高速铁路路基设计理论体系及其关键技术的应用”鉴定会的鉴定意见（附件2-2）：
该课题研究了路基动力学理论与动力试验技术、路基设计参数和路基新结构等关键技术，构建了高速铁路路基设计理论体系，为高速铁路路基的设计施工和长期动力稳定性能评估提供了技术支撑，并在武广、郑西等客运专线中得到了应用，达到了国际先进水平。
四川省组织的“高速铁路道岔设计关键技术理论研究及工程应用”鉴定会的鉴定意见（附件2-3）：
该课题基于道岔轮轨多点接触关系，首次建立了高速道岔动力学设计理论，解决了长期困扰我国的无缝道岔转换卡阻技术难题，首次建立了理论仿真与实车动测试验相结合的高速道岔行车安全性、平稳性评估系统，缩短了高速道岔研制周期。
填补了国内空白，总体达到了国际先进水平，其中动力学设计理论处于国际领先水平，是理论研究与工程实践相结合的成功典范。
三、国内外重要科技奖励
1）相关课题“高速铁路道岔设计关键技术理论研究与工程应用”获2009年度四川省科技进步奖一等奖（附件2-4）；
2）相关课题“高速铁路轨道设计理论体系及在关键结构技术中的应用”获2011年度教育部科技进步奖一等奖（附件2-5）；
3）相关课题“高速铁路精密工程测量成套技术”获2013年度四川省科技进步奖一等奖（附件2-6）；
4）相关课题“高速铁路路基设计及其关键技术”获2012年度教育部科技进步奖二等奖（附件2-7）。
四、国内外同行公开发表的学术性评价意见
中国铁路总公司总工程师何华武院士在其论文《时速250km级18号道岔设计理论与试验研究》中引用项目完成人王平的论文，认为该理论可用于指导高速道岔的结构设计，能够有效降低结构不平顺幅值（附件2-8）；
美国UIUC的Saat教授在其综述论文《Overviewofissuesandresearchrelatedtospecialtrackworkforsharedhigh-speed-railpassengerandheavy-axle-loadfreightoperations》中多次引用项目完成人王平的论文，肯定其所提出的有效控制道岔转辙器几何不平顺发展的尖轨减磨设计（附件2-9）。
五、其它评价
教育部科技发展中心官方网站在2009年8月26日发表了题为“西南交通大学三项自主创新成果服务我国高速铁路建设”的报道，报道指出：
西南交通大学适应铁路大发展的新趋势和新要求，依托大交通的学科优势，自主研发的“高速道岔系列”、“铁路精密工程测量控制网技术体系及标准”等三项科技成果，为铁路第六次提速和高速铁路建设提供了必要的技术支撑，为国家节约直接建设资金上亿元（附件2-10）；
项目完成人王平的相关专著《高速铁路道岔设计理论与实践》获得2013年中国图书“三个一百”原创出版工程奖（附件2-11）；
项目完成人王平的代表性论文《高速铁路道岔设计关键技术》入选中国精品科技期刊顶尖学术论文平台F5000（附件2-12）；
项目完成人刘成龙的代表性论文《高速铁路CPIII交会网必要测量精度的仿真计算》入选中国精品科技期刊顶尖学术论文平台F5000（附件2-13）。
推广应用情况：
本项发明技术成果在铁道第三勘察设计院集团有限公司、中铁山桥集团有限公司、中铁宝桥集团有限公司、中铁十一局集团有限公司五公司、南昌铁路局、成绵乐铁路客运专线有限责任公司、四川西南交大铁路发展有限公司等多家单位得到了广泛的应用，在高速铁路线路工程建设的设计、施工及养护维修等环节均发挥了重大作用，保障了高速铁路的运营安全性和和平稳性要求，见附件3-1~3-8和表2。
项目整体技术已在投入运营的武广高速铁路（应用时间：
2008年2月-2009年10月）、沪昆高速铁路（应用时间：
2010年6月-2015年11月）、成绵乐客运专线（应用时间：
2011年9月-2015年11月）中获得了成功应用（应用时间超过3年）。
表2主要应用单位情况
应用单位名称
应用技术
应用的起止时间
应用单位联系人/电话
应用情况
南昌铁路局
发明点1
2009.01-2015.11
高速铁路线路几何控制测量，节约直接投资约3043万元
中铁十一局集团有限公司五公司
发明点1
2008.06-2015.11
高速铁路控制测量的效率控制，节约投资约2840万元
铁道第三勘察设计院集团有限公司
发明点1、3
2009.01-2015.11
无砟轨道精调标准框标定、无缝线路，节约投资约1389万元
四川西南交大铁路发展有限公司
发明点1、2
2008.01-2015.11
高速铁路地基沉降检测技术，CPⅢ建网与复测产生效益约12480万元
中铁山桥集团有限公司
发明点3
2006.01-2015.11
高速铁路道岔设计关键技术理论与应用研究，产生效益约33306万元
中铁宝桥集团有限公司效益证明
发明点3
2006.01-2015.11
高速铁路道岔设计关键技术理论与应用研究，产生效益约25668.4万元
成绵乐客专公司
发明点1、2、3
2010.08-2015.11
整体应用，节约投资约3200万元
主要知识产权证明目录
知识产权类别
知识产权具体名称
国家
（地区）
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
发明专利有效状态
发明专利
动刚度的测试方法及系统
中国
ZL201210472392.2
2015年11月4日
1833890
西南交通大学
王平、肖杰灵、赵才友、徐浩、陈嵘、徐井芒
有效专利
发明专利
一种单点形式建立轨道控制CPⅢ网的方法
中国
ZL201310224519.3
2015年4月22日
1641838
西南交通大学
杨雪峰、刘成龙
有效专利
发明专利
铁路无碴轨道桥梁梁端伸挠装置
中国
ZL200710175542.2
2010年12月8日
711329
中铁二院工程集团有限责任公司
刘名君、朱颖、唐向东、郭一民、曾玲
有效专利
发明专利
一种桥上无缝线路稳定性加强构造
中国
ZL201310273082.2
2015年7月8日
1719631
西南交通大学
王平、肖杰灵、魏贤奎、陈嵘、徐井芒
有效专利
发明专利
一种高速铁路结构物沉降监测装置及监测方法
中国
ZL201110060874.2
2012年11月21日
1082375
西南交通大学
苏谦、张文超、白皓、黄俊杰、廖超、赵伟、王武斌、宋苗苗
有效专利
发明专利
一种基于轨迹偏差的高铁无砟轨道快速精调方法
中国
ZL201110418953.6
2014年7月16日
1443063
江西日月明铁道设备开发有限公司
陶捷、朱洪涛
有效专利
发明专利
无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基及其构筑方法
中国
ZL200710050181.9
2010年04月14日
607751
中铁二院工程集团有限责任公司
魏永幸、蒋关鲁、朱颖、李海光、肖宏、孙利琴
有效专利
实用新型
一种直接测量轨道中线的装置
中国
ZL201320615461.0
2014年04月02日
3484872
江西日月明铁道设备开发有限公司
陶捷、朱洪涛
有效专利
实用新型
一种无砟轨道构造
中国
ZL201020153015.9
2010年11月24日
1602984
中铁二院工程集团有限责任公司、中国中铁股份有限公司
朱颖、颜华、刘辉、潘自立、李保友、周立新、钱振地、刘学毅、熊维、傅丽霖、杨荣山、张志勤、陆明、杨明辉
有效专利
软件著作权
道岔几何形位精调软件
中国
登记号：
2011SR031667
2010年12月8日
0295341
西南交通大学
/
有效专利
主要完成人情况表
姓名
王平
排名
1
行政职务
系主任
技术职称
教授
工作单位
西南交通大学
完成单位
西南交通大学
对本项目技术创造性贡献：
主持发明了高速铁路线路工程轨道动刚度的测试系统与铁路线路稳定性加强构造等，为轨道平顺性状态诊断、基础结构变形限值要求、结构低动力保持等第1、2、3项主要技术发明做出了创造性贡献。
代表性发明专利【动刚度的测试方法及系统，ZL201210472392.2】，【一种桥上无缝线路稳定性加强构造，ZL201310273082.2】，【铁路道岔横向冲击测试装置，ZL201110024029.X】等。
姓名
朱颖
排名
2
行政职务
总经理
技术职称
教授级高工
工作单位
中铁二院工程集团有限责任公司
完成单位
中铁二院工程集团有限责任公司
对本项目技术创造性贡献：
发明了铁路无碴轨道桥梁梁端伸挠装置、无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基及其构筑方法等，为高速铁路新型路基结构及梁端协调技术、无砟轨道平顺性控制技术等第2、3项主要技术发明做出了创造性贡献。
代表性发明专利【铁路无碴轨道桥梁梁端伸挠装置，ZL200710175542.2】，【一种铁路钢轨用的减振降噪护套，ZL201110023977.1】、【无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基及其构筑方法，ZL200710050181.9】等。
姓名
刘成龙
排名
3
行政职务
院长助理
技术职称
教授
工作单位
西南交通大学
完成单位
西南交通大学
对本项目技术创造性贡献：
发明了一种单点形式建立轨道控制CPⅢ网的方法、轨道板标准框标定装置等，为高速铁路轨道几何精密测量技术、高速铁路无砟轨道标准框精密标定技术等第1项主要技术发明做出了创造性贡献。
代表性发明专利【一种单点形式建立轨道控制CPⅢ网的方法，ZL201310224519.3】，【轨道板标准框标定装置，ZL201210046912.3】等。
姓名
陶捷
排名
4
行政职务
董事长
技术职称
教授级高工
工作单位
江西日月明测控科技股份有限公司
完成单位
江西日月明测控科技股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
发明了一种基于轨迹偏差的高铁无砟轨道快速精调方法，为高速铁路几何形位快速调整技术等第1项主要技术发明做出了创造性贡献。
代表性发明专利【一种基于轨迹偏差的高铁无砟轨道快速精调方法，ZL201110418953.6】等。
姓名
苏谦
排名
5
行政职务
副院长
技术职称
教授
工作单位
西南交通大学
完成单位
西南交通大学
对本项目技术创造性贡献：
发明了一种高速铁路现场动荷载加载技术和结构物沉降长期监测技术及高速铁路路基结构性能现场静动力试验装置，解决了特殊土地区路基不均匀沉降、沉降量过大以及弱稳定性等技术难题等第2项主要技术发明做出了创造性贡献。
代表发明专利【一种高速铁路动荷载现场模拟试验系统，ZL200910058226.6】，【一种高速铁路结构物沉降监测装置及监测方法，ZL201110060874.2】等
姓名
陈嵘
排名
6
行政职务
无
技术职称
副教授
工作单位
西南交通大学
完成单位
西南交通大学
对本项目技术创造性贡献：
与第一完成人合作发明了高速铁路线路动刚度的测试方法及系统、桥上无缝线路稳定性加强构造等，为高速铁路轨道几何精调、动态平顺检测与低动力保持技术等第1、3项主要技术发明做出了创造性贡献。
代表性发明专利【动刚度的测试方法及系统，ZL201210472392.2】，【一种桥上无缝线路稳定性加强构造，ZL201310273082.2】等。
完成人合作关系说明：
国家“九五”期间已经将修建高速铁路提上议事日程，本项目所有完成人均意识到了轨道高平顺性对高速铁路建设与运营安全的重要性。
本项目第一完成人于从2000年开始从事支撑高速列车走行的轨道平顺性方面的基础理论研究工作；于2002年与第二完成人合作开展铁路基础结构平顺性设计优化方面研究；于2003年与第三、四、五完成人开始合作开展轨道不平顺检测与调整、基础结构稳定性等方面的研究工作；于2006年开始与第6完成人合作进行轨道低动力保持技术方面的研究工作。
在此期间，第二完成人作为其单位高速铁路线路设计方面的负责人与第三完成人也合作进行了相关的研究合作。
由此而形成了高速铁路轨道平顺性诊断与控制方面紧密合作的研究团队，具体的合作关系如图附4-1所示。
附图4-1项目完成人关系图
2002年1月至2008年12月，第一完成人与第二完成人合作开展了高速铁路道岔设计关键技术理论及工程应用研究，基于道岔轮轨多点接触关系，建立了高速道岔动力分析理论，并设计出适合我国高速道岔的顶面轮廓和弹性均匀的岔区轨道刚度；研发了适应大伸缩量的转换锁闭机构等。
研究成果获得2009年度四川省科技进步奖一等奖；
2002年1月至2009年12月，第一完成人与第二完成人合作开展了遂渝线无砟轨道综合试验段关键技术试验研究，进行了无砟轨道设计理论及方法研究、结构设计研究、实尺模型试验及实车综合实验等，为我国无砟轨道的技术应用提供了支撑。
研究成果获得2008年度铁道学会科技进步奖特等奖；
2002年1月至2012年12月，第一完成人与第二完成人合作开展了高速铁路铁路轨道减振降噪措施研究，提出了轨道减振降噪动力设计原则，研发了吸音钢轨、铁路钢轨用的减振降噪护套等产品，并开展了室内力锤试验及现场试车动测试验。
研究成果授权发明专利“一种铁路钢轨用的减振降噪护套”，发表论文“减振型扣件理论研制和室内试验研究”；
2003年1月至2012年12月，第一完成人与第三完成人合作开展高速道岔区轨道几何形位测量与控制研究，提出了利用轨道高程和平面的绝对偏差值来计算轨道高低和方向平顺性控制指标的新方法,并通过与用三维坐标计算的精确结果的对比验证了该方法的正确性。
研究成果获得软件著作权“道岔几何形位精调软件”；
2003年1月至2012年12月，第一完成人与第四完成人合作研究轨检小车对道岔几何状态进行测量的相关技术，建立其数学模型，确定了测量方法，并选择合适的工点应用轨检小车和所提测量方法对高速铁路轨道结构进行精测，以验证和完善测量测量方法，研究成果完成原铁道部项目“客运专线无砟轨道道岔精调测量技术的研究”；
2003年1月至2012年12月，第一完成人与第五完成人合作建立了包含车辆、钢轨、轨枕、弹性垫板、道床和路基为一体的路基/轨道/车辆空间时变耦合动力系统分析模型，形成了高速铁路路基动力学设计理论体系，开展了无砟轨道路基基床结构的优化设计和研究工作，并研发了路基原位动力试验系统。
研究成果获得2012年度教育部科技进步奖二等奖；
2006年1月至2012年12月，第一完成人与第六完成人合作开展高速铁路道岔平顺性控制理论与关键技术研究，深入研究了车轮踏面与高速道岔的静态轮轨接触几何关系，提出了道岔轮轨关系动力参数评估法；对在不同控制标准控制下轨道不平顺谱范围进行详细分析，提出了我国高速铁路无砟轨道道岔几何尺寸静态验收标准建议值，保证高速列车过岔的平稳性、安全性和舒适性。
研究成果获得2011年度教育部科技进步奖一等奖，2012年度铁道学会科技进步一等奖，发表论文“DevelopmentandApplicationofWheel-setLateralDisplacementTestSysteminHighSpeedRailwayTurnoutZone”、“无砟轨道高低和方向不平顺计算方法研究”，授权发明专利“动刚度的测试方法及系统”“一种桥上无缝线路稳定性加强构造”“铁路道岔横向冲击测试装置”。
2005年1月至2010年12月，第二完成人与第三完成人合作开展了高速铁路铁路工程测量标准的研究，结合我国高速铁路建设特点和现代测绘技术的发展，提出了“三网合一”的测量要求，开展了涵盖高速铁路工程勘察设计、施工、竣工验收等各阶段的测量标准研究，并结合京津、武广、郑西、哈大、合武、石太等高速铁路工程测量经验，形成具有自主知识产权的高速铁路工程测量技术标准。
相关研究成果获得工艺规范“高速铁路工程测量规范”。
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