交通运输行业中高速铁路技术体系.docx
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交通运输行业中高速铁路技术体系
中国高速铁路技术体系
――局总工程师关宝岩在局党委中心组学习扩大会上的发言提纲
第一部分自主创新和系统集成
自主创新的基本思路：
高速是铁路现代化的重要标志，自1964年日本东海道新干线开通以来，目前，世界上投入运营的高速铁路总长约达6300公里，拥有高速铁路的国家主要有德国、日本、法国、西班牙、意大利、比利时、英国、瑞典、丹麦、韩国等，其中德国、日本、法国高速铁路里程已分别达到815、2300、1580公里；正在修建高速铁路的有10个国家和地区，累计约为2660公里；同时，国外铁路既有线通过改造达到时速200公里及以上的营业里程有约2万公里。
中国高速铁路技术的自主创新
为全面贯彻落实科学发展观，实现铁路跨越式发展，铁道部党组坚持自主创新，要求充分利用我国铁路多年来积累的技术储备，依靠国内企业，发挥国内专家、学者和广大技术人员的聪明才智，认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果，尤其是国外铁路高速客运的成功经验，加强包括原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新在内的全面自主创新，建立具有中国特色和世界一流水平的铁路技术体系。
“十一五”期间，中国铁路要在技术创新上取得大的突破，实现大的跨越。
通过自主创新，建立包括工务工程、牵引供电、通信信号、动车组、运营调度、客运服务等在内的中国铁路高速铁路技术体系。
（1）工务工程：
以原始创新为主，依靠自己的力量，建立我国高速铁路和客运专线工务工程的技术体系。
（2）牵引供电和通信信号：
通过博采众长，建立我国高速铁路和客运专线牵引供电系统、通信信号系统的技术平台。
关键设备和主要配件正在逐步实现国产化。
（3）动车组：
通过“引进先进技术、联合设计生产，打造中国品牌”，完成了具有中国品牌动车组系列CRH产品的开发，第一批国内制造的时速200～250公里的CRH2动车组已经下线，时速300公里的CHR3动车组将于2008年下线。
（4）运营调度和客运服务系统：
坚持原始创新，借鉴国外高速铁路运营调度和客运服务的先进理念和成熟经验，结合中国铁路的实际，建立有中国特色的高速铁路和客运专线运营调度、客运服务系统。
即有线改造技术上可行
改经过五次大面积提速、长期试验研究和积极消化吸收国外先进技术，以及京秦和广深线技术改造，我国铁路已经具有时速200km既有线提速改造的技术储备，编制了《既有线提速200km/h技术条件（试行）》。
特别是通过胶新线货车提速120km/h试验、遂渝线提速200km/h综合试验、京秦线提速200km/h列车交会试验，对既有线提速提供了技术支撑。
技术上可行
国内首次批量生产的时速200km动车组将按期投入运用，开展了《线桥设备评估和改造技术的研究》、《200km/h动车组列控系统技术研究》等60多项相关配套的关键技术研究，能够解决提速200km/h的关键技术，保证提速200km/h的顺利实施。
经济上合理
无论从铁路自身经营效益方面看，还是从国民经济效益方面看，既有线实施200km/h提速在经济上都是合理的。
旅客列车和货物列车分别提速，可压缩列车追踪间隔时间；区间运行时分减少，高等级旅客列车增多，有利于组织列车群发。
这些因素综合起来，明显提高了线路通过能力。
在对GDP贡献方面，货物在途时间节省，旅客旅行时间节省，外部环境成本节省，以及推迟、缓建其他交通项目所产生的社会经济效益是非常明显的。
安全上可控
采用行车安全综合监测系统等先进的安全检测系统，监测、整治与维修好设备，为提速提供安全保障手段；通过完善《技规》、《行规》、《站细》、《段细》等规章制度，加强人员培训，保证提速顺利实施。
客运专线（高速铁路）各子系统间既自成体系、又相互关联，既有硬件接口、又有软件联系，对整体性和系统性的要求非常高。
为确保客运专线技术体系的完整性和各子系统之间紧密衔接，必须采取系统集成的模式，统一协调管理客运专线建设。
系统集成既是德、法、日三个高速铁路原创国采用的模式，也是意大利、荷兰、韩国等成功建设高速铁路的国家普遍采取的方法。
中国客运专线（高速铁路）系统集成的目标：
通过集中人力资源、管理资源、设计资源、施工资源，使高速铁路系统在技术上实现优化配置，达到一流工程质量、一流装备水平、一流运营管理的目标。
中国客运专线（高速铁路）是对世界铁路最前沿、最尖端的技术平台进行系统集成。
既有线提速200km/h技术体系适用范围
既有线提速200km/h技术体系，适用于客货列车共线运行、旅客列车最高运行速度200km/h、货物列车最高运行速度120km/h，以及25t轴重的双层集装箱列车的既有线提速改造工程。
第二部分工务工程
经过多年的技术攻关和试验研究，中国铁路依靠自己的力量，借鉴国外高速铁路的先进技术和成熟经验，制定了时速300公里及以上高速铁路、时速200～250公里客运专线的设计规范；完成了大量的地质勘探、线路设计、工程试验和主要站场等设计，特别是为了控制工后沉降、节约土地，大量采用高架线，以桥代路；进行了软土地段路基及桥梁沉降控制、特大桥和长大隧道等关键技术的科研试验；对国内外先进的无碴轨道、扣件和高速道岔技术进行系统集成并实现国产化；建立我国高速铁路和客运专线工务工程的技术体系。
正线平纵断面
速度二百公里线路改建地段夹直线及圆曲线最小长度为0.7Vmax，困难条件下为0.5Vmax；既有线保留地段，困难条件下可为0.4Vmax。
区间直线地段线间距不小于4.4m，曲线地段的线间距按有关规定进行加宽。
路基础工程
京沪高速铁路昆山段修建了800m长的软土地区路桥试验段
昆山试验段主要用于验证“京沪暂规”和路基、桥梁设计、施工参数，以及相关工程定额。
试验成果优化了路、桥设计参数。
轨道工程
无碴轨道、扣件和高速道岔：
借鉴德国博格、佛莱德尔、旭普林和日本板式无碴轨道技术与成熟经验，充分利用国内对无碴轨道研究的成果，进行系统集成，形成具有自主知识产权的CRTSⅠ、CRTSⅡ、CRTSⅢ和CRTSⅣ型无碴轨道技术体系。
实现扣件和高速道岔相关技术的消化、吸收和国产化。
京津城际轨道交通工程采用CRTSⅠ型无碴轨道；武广客运专线采用CRTSⅡ型无碴轨道；郑西客运专线采用CRTSⅢ型无碴轨道
钢轨、道岔及轮轨关系
Ø60kg/m钢轨，铺设跨区间无缝线路。
ØⅢ型预应力混凝土轨枕，
每公里配置1667根。
Ø扣件与轨枕类型配套使
用。
Ø有碴轨道采用一级道碴。
Ø旅客列车运行速度大于160km/h的区段，正线采用直向过岔速度200km/h可动心轨道岔。
桥梁工程
Ø桥梁上部结构优先采用预应力混凝土结构
Ø桥梁主要承重结构满足100年使用寿命的要求
Ø在适宜的条件下，优先采用连续结构
武广客运专线天兴洲公铁两用长江大桥
正桥全长：
4657.1m
上层公路：
6车道、宽27m，下层铁路：
4线，2线300km/h客运专线、2线一级干线
主塔：
采用钢筋混凝土结构，承台以上高度为188.5m，3×16根斜拉索
主梁：
三片主桁，桁宽2×15m
主跨504m,为世界斜拉桥桥梁跨度之首；
世界上第一座按4线铁路修建的公铁两用斜拉桥；
世界上荷载量最大的公铁两用桥，可以同时承载2万吨的荷载。
京沪高速铁路南京大胜关长江大桥
6线铁路桥：
双线350km/h高速铁路、双线普通铁路和双线城市轻轨
主桥采用多跨连续梁桁拱结构，三片主桁
主桥跨径为108＋192＋336＋336＋192＋108＝1272m。
站场工程
北京南站 新武汉站 新广州站
第三部分牵引供电
高速铁路牵引供电的特点
Ø满足高速运行的弓网关系；
Ø满足可靠稳定的供电要求；
Ø满足免维护、少检修、抵御自然环境侵害的要求；
Ø动车组自动过分相；
Ø供电能力适应高速度、高密度、大功率；
Ø具有综合一体化远程监控能力。
接触网系统
影响高速弓网关系的重要因素：
Ø接触网采用简单链形悬挂，H形钢柱，绝缘爬距1400mm。
Ø接触导线：
150mm2铜合金，张力不小于25kN。
Ø承力索：
120mm2铜合金，张力不小于20kN。
Ø最高运行速度：
低于70％的接触悬挂波动传播速度。
自动过分相
无列车状态;列车靠近;进入中间断电区、在线检测;开关断路器（Ｂ）「断开」;开关断路器（Ａ）「闭合」;开关断路器（Ａ）「断开」
牵引供电系统技术创新
Ø采用国内外先进牵引供电技术，进行系统集成；
Ø培育高速铁路牵引供电设计、施工、装备制造系统供应商；
Ø形成统一的客运专线技术标准体系；
Ø构建具有自主知识产权的客运专线牵引供电系统技术平台。
第四部分通信信号
国外典型的高速铁路列控系统
德国LZB系统：
采用轨道环线电缆传送列控信息，其中：
地面对列车的呼叫码为83.5bit编码序列，传输速率为1200bit/s；列车对地面的呼应答码为41bit编码序列，传输速率为600bit/s。
日本DS-ATC系统：
采用有绝缘的数字轨道电路传送列控信息，使用500～3000Hz的频率，以60～300bit/s的速度，反复传输40～60bit的数据。
法国UM2000+TVM430系统：
采用无绝缘数字轨道电路传送列控信息（分级控制），传输数据量27bit/帧，有效信息21bit/帧，校验位6bit/帧，帧周期大于1.5s。
德国LZB、日本DS-ATC和法国UM2000+TVM430三种高速列控系统均采用大量专有技术，技术平台不开放。
欧洲ETCS系统：
为实现欧洲铁路互联互通，欧盟组织确定了适用于高速铁路列控的标准体系，技术平台开放，欧洲正在建设和规划的高速铁路均采用ETCS列控系统；基于GSM-R无线传输方式的ETCS2系统，技术先进，并已投入商业运营，是未来高速列车控制系统的发展方向。
我国客运专线（高速铁路）列控系统
列控系统技术平台的确立必须做到：
有利于路网完整统一、有利于调度集中统一管理。
我国300km/h及以上高速客运专线确定CTCS3列控系统作为全路统一技术平台体系，并兼容CTCS2列控系统实现动车组上下线运行。
CTCS3系统采用GSM-R无线通信传输列控信息，主要由车载ATP、无线闭塞中心RBC、微机联锁、调度集中CTC、应答器、ZPW2000轨道电路构成，我们将建立符合中国国情路情的、世界一流水平的高速铁路CTCS3列控技术体系。
CTCS2列控系统主要用于200～250km/h客货混运客运专线（含既有线提速线路），主要设备包括：
车载ATP、列控中心、微机联锁、调度集中CTC、应答器、ZPW2000轨道电路，并已基本实现国产化,拟在时速200公里提速线路上应用。
CTCS2列控系统采用轨道电路加点式应答器作为信息传输手段，实现列车运行的安全控制，GSM-R用于无线通信。
通过在时速300公里和200公里跨线列车上装备CTCS2和CTCS3车载系统，实现高速列车的跨线运行。
CTCS2运行示意图:
CTCS2列控系统通过ZPW2000轨道电路发送行车许可，列控车载设备根据轨道电路信息码，并结合应答器信息控制列车安全行车。
CTCS3系统设备结构:
CTCS3在CTCS2基础上，地面增加了无线闭塞中心RBC，车载ATP集成了CTCS2模块，增加了无线接收模块。
CTCS3高速动车组运行示意图
CTCS3列控系统基于GSM-R无线通信传输列控信息，其中的CTCS2功能是通过轨道电路信息码传输列控信息实现，点式应答器信息共用。
CTCS3列控系统中的RBC通过联锁和轨道电路获得前方列车位置信息，并通过无线方式传送给后续列车，后续列车的车载设备控制列车安全运行。
高速动车组下到200～250km/h客运专线的列控方式
装备CTCS3车载ATP设备的高速动车组在300km/h及以上客运专线上按照CTCS3方式运行，当进入200-250km/h铁路，通过执行点应答器时列控车载设备自动切换到CTCS2控制方式，按照CTCS2方式运行
装备CTCS2车载的动车组上到300km/h客运专线
300km/h客运专线列控系统地面设备兼容CTCS2，当装备CTCS2列控车载设备的既有动车组进入300km/h客运专线时，列控车载设备仍控制既有动车组按照CTCS2方式运行。
列车控制系统关键技术
列控地面子系统（无线闭塞中心）
列车控制系统关键技术
列控地面子系统（无源应答器）
功能：
无源应答器提供的信息主要包括线路的坡度、闭塞分区或轨道电路长度、载频、线路固定限速等信息。
设置位置：
区间根据需要在闭塞分区的分界处设置，其应用原则是：
一处丢失，不影响正常运用。
列车控制系统关键技术
列控地面子系统（有源应答器,电子单元LEU）
功能：
接收车站列控中心的信息，并向列车传送。
LEU的作用相当于功率放大器。
有源应答器提供的信息主要包括进路信息和临时限速信息。
1个LEU控制4台应答器。
设置位置：
车站的4架进站信号机处各设1个有源应答器。
列车控制系统关键技术
调度集中CTC考虑建立全路统一调度指挥网
我国客运专线（高速铁路）通信系统
客运专线通信系统以传输及接入、电话交换、数据网、GSM-R专用移动通信等设备为基础，建立调度、会议电视、救援指挥、动力环境监控和同步时钟分配等通信系统，将有线和无线通信有机结合，实现话音、数据、图像、列控的多种功能。
通信信号系统的集成创新
根据我国铁路通信信号各子系统的现状，不同的子系统采用不同的集成创新途径。
ZPW2000轨道电路、列控地面的应答器设备等已实现了国产化；
CTCS3中的列控车载设备、列控地面设备的无线闭塞中心将结合国内外技术实施集成创新；
联锁系统设备、调度集中系统（CTC），通过联合设计，进行集成创新；
实现GSM-R核心网、智能网的互联互通，实现通信网各种业务综合集成的创新。
第五部分动车组
高速动车组发展趋势
国外先进的高速动车组已普遍采用了轻量化铝合金车体、高可靠性无摇枕转向架、大功率交直交牵引传动、微机控制的电空联合制动、基于计算机和网络技术的列车控制和旅客信息系统等。
由于动力分散动车组与动力集中动车组比较在高速运用条件下有明显的优点，原采用动力集中技术的国家在开发时速300公里及以上高速动车组时，也选择了动力分散的技术。
动力分散是高速动车组的发展趋势。
动力分散动车组优点:
牵引功率大；轴重小；启动加速性能好；可靠性高；列车利用率高；编组灵活
动力分散动车组是当今世界高速动车组技术发展的方向
按照国务院提出的“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的要求，铁道部确定了“先进、成熟、经济、适用、可靠”的技术方针，成功引进了世界一流的动车组技术。
目前，国产化工作进展顺利。
引进技术的内容和范围
在全面系统引进动车组设计和制造技术的前提下，重点引进动车组总成、车体、转向架、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、牵引控制系统、列车网络控制系统、制动系统等九大关键技术。
除九大关键技术外，确定了十项主要配套技术引进项目，包括：
空调系统、集便装置、车门、车窗、座椅、风挡、钩缓装置、受流装置、辅助供电系统和车内装饰材料等。
九大关键技术引进的意义
在动车组成本中占有50％以上；
是动车组的核心技术和技术先进性的标志，是衡量技术引进和国产化成功与否的关键；
是建立具有技术提升能力平台、提高国内企业自主创新能力、打造中国品牌的重要基础。
中国铁路高速2型动车组CRH2
速度等级为时速200/300公里
CRH2动车组速度提升的主要设计变化：
动车组由4动4拖（总牵引功率4800kW）改为6动2拖（总牵引功率7200kW）
中国铁路高速3型动车组CRH3
速度等级为时速300公里
四种动车组在平直道的加速性能表
技术引进的阶段性成果
实现了动车组在国内批量生产，关键技术、主要技术和配件的国产化，形成了以四方股份和长客股份为龙头、遍布全国12个省市、涉及120多个企业和冶金、电子、电气、化工等行业的产业链。
建立了可持续提升的CRH动车组开发技术平台，进行了动车组由时速200公里向时速300公里提升的再创新。
第六部分运营调度
高速铁路运营调度系统与既有铁路调度系统比较，具有以下特点：
调度区段长、范围大，时空概念发生变化；
以高速干线点到点调度为主，同时兼顾网络；
运营调度的核心地位更显突出，综合性强、计划严格、效率高。
我国客运专线（高速铁路）运营调度系统将以国内企业为主体，引进国外高速铁路运营调度系统建设、运营的先进理念和成熟经验，依靠国内企业应用开发和系统集成力量，联合设计，自主创新，创建拥有自主知识产权的运营调度技术体系，实现客运专线运营调度现代化。
中国铁路客运专线运营调度系统必须基于全国路网进行优化，同时，时速300公里及以上的高速客运专线与时速200～250公里客货混运客运专线及既有线提速改造线路必须兼容。
运营调度系统的建设坚持路网完整性和调度集中统一指挥，确保各客运专线间、客运专线与既有线间运营调度的有机协调；坚持统筹规划、分步实施。
运营调度系统必须满足高速列车按3分钟追踪间隔运行时调度指挥的需要。
运营调度系统集成的主要内容包括：
计划编制、运行管理、车辆管理、供电管理、旅客服务、综合维修等功能。
运输计划是运营调度各项工作的基础和主线。
计划编制功能主要是依据计划编制规则要求，提供计算机编制列车运行图及相关计划的功能和手段，具备牵引计算、合理性检查和模拟仿真等功能。
基本计划以线路数据、动车组参数、信号系统参数、车站参数等数据为依据，结合客流分析与列车开行方案进行编制。
基本计划包括：
基本列车运行计划、基本动车组交路计划、基本车辆分配计划、基本乘务计划等。
第七部分客运服务
高速铁路客运服务系统的特点：
客流大，旅客上下车频繁，服务档次要求高；
系统交易量大，控制信息复杂，业务数据处理难度高。
我国高速铁路客运服务系统建设的基本思路是：
在借鉴国外高速铁路客运服务理念、成熟经验、先进技术和系统集成方法的基础上，结合中国铁路的实际情况，依靠自主创新，自主开发，建立具有自主知识产权的、国际领先水平的客运服务系统。
客运服务系统建设的基本原则是：
Ø统一基础平台
Ø统一应用软件
Ø统一技术标准
Ø统一规划管理
客运服务系统创新点
Ø原始创新
Ø用开放系统技术构建超大型票务系统
Ø自主构建超大型交易处理平台
Ø自主构建安全交易信息安全防护体系
Ø集成创新
系统集成方案设计中的整体优化和局部技术创新。
第八部分运用维修
高速铁路的综合维修采用综合检测列车、钢轨探伤车和轨道状态确认车，实现对轨道几何状态、接触网及受流状态、通信信号设备工况、钢轨表面及内部伤损、轨道部件状态、线路限界侵入等的定期检测和临时检测，向调度指挥中心（综合维修系统）、地面维修部门发送信息，并作为制定维修计划和安排综合维修天窗的主要依据。
一、综合维修
中国高速铁路综合维修体系：
借鉴国外经验，结合中国客运专线（高速铁路）的具体情况，建立包括各专业的综合维修体系。
高速综合检测列车：
充分利用我国已开发出的高速动车组，结合国外先进的综合检测技术和设备，通过系统集成，开发我国300km/h高速综合检测列车。
目前已完成了集成方案的制定。
综合维修体系
初期建立四个综合维修中心
将来根据路网发展建设其它维修中心
高速综合检测列车
综合检测列车是实施定期检测、综合检测和高速检测的重要手段。
实现对轨道、接触网、通信信号等基础设施的综合检测。
检测速度200km/h以上的综合检测车
综合检测列车主要装备：
录象装置、架线间隔测定装置、ATC测定装置、列车无线设备测定装置及测定台；轴重横压测定轴、轴箱测定加速度计；轨道高低变位和车辆摇动测定装置、线路状态监视装置、轮重横压数据处理装置和录象装置；架线磨耗偏位高低测定装置、集电状态监视装置、受电弓观测装置；电力测定台、数据处理装置、供电回路测定装置、车次号地面设备测定装置。
大型养路机械设备
采用技贸结合方式，引进三枕捣固综合作业车、正线和道岔综合作业捣固车、高精度连续式捣固车、高效清筛机、路基处理车、线路大修列车、96头钢轨打磨车等大型养路机械设备的制造技术，实现国产化。
通过对引进技术的消化吸收再创新，研制开发了道岔清筛机、移动式焊轨车和大容量的物料运输车等大型养路机械设备，实现了与国产化设备配套。
针对铁路客运专线和高速铁路的发展，以及路网快速扩充和第六次提速后对运营维修大型养路机械设备的需求，“十一五”期间，将继续坚持引进技术国产化和自主创新相结合方针，推动线路维修向机械化、自动化方向发展。
D09-32型捣固车；SPZ200型配碴整形车WD320型动力稳定车
二、动车组运用检修
Ø建立四大动车组检修基地；
Ø在能力和规模上立足干线，辐射周边地区；
Ø由铁道部统一管理，面向全路，服务全路
2006年建成6个动车运用所
北京、北京西、沈阳、青岛、上海南、广州东
动车运用所布局的基本原则
检修集中、运用分散；一次规划，分步实施，盘活存量、远近结合，逐步到位
2010年新增13个动车运用所
哈尔滨、大连、济南、西安、郑州、南京、成都、汉口、杭州、长沙、南昌、福州、新深圳
动车运用所布局的基本原则
检修集中、运用分散；一次规划，分步实施，盘活存量、远近结合，逐步到位
三、培训基地
武汉培训基地是综合型的培养高速铁路各层次专业人才的培训基地，是在充分学习借鉴国外成熟经验和培训模式的基础上，结合中国高速铁路运营管理的特点，规划建设的世界一流的培训基地。
培训的主要对象：
Ø运营管理与调度：
下分策划人员、调度人员和站车服务人员三个层次。
Ø动车组检修与运用：
下分管理与技术人员、检修人员、司机和随车机师四个层次。
Ø综合维护：
包括供电、线路和通信信号系统，下分管理技术和维护人员两个层次。
培训基地应具备理论、模拟、实作和远程培训等功能。
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