高速铁路运营与维护

第1章高速铁路概况 1964年，日本在铁路建设上取得突破性进展，建成了世界上**条高速铁路——东海道新干线，运营时速达到210公里，高速铁路应运而生。随后，以日本、法国、德国为代表的一些国家重新拾起对铁路建设的重视，以大幅提高列车运行速度为目标，掀起了新一轮的建设高潮。中国高速铁路建设经历近百年，实现了从追赶到领跑的跨越，已取得举世瞩目的巨大成就，截至2022年12月，中国高速铁路运营总里程突破4.2万公里，成为世界上高速铁路运营规模*大、运营速度*快的国家，在促进社会经济快速和持续发展中发挥了重要的作用。当前，中国高速铁路已经由大规模设计建造阶段转入了长期、安全、稳定的运营维护阶段，面临诸多新难题、新挑战，亟待建立运营维护标准体系。 1.1高速铁路简介 1.1.1高速铁路的定义 高速铁路简称高铁，顾名思义，就是指设计标准等级高、可供列车安全高速行驶的铁路系统。高速是一个相对的概念，也是不断发展的。一般来说，铁路等级的划分如图1-1所示。目前公认的定义由国际铁路联盟（UIC）规定：新线250km/h以上，既有线改造200km/h以上的铁路称为高速铁路。 1.1.2高速铁路的构成 高速铁路系统由六个子系统构成，分别是基础设施系统、动车组系统、通信与信号系统、牵引供电系统、运营调度系统及旅客服务系统，这六大系统在高速铁路的运营中各自发挥重要作用。 1.基础设施系统 高速铁路线路是实现高速的基础，高速铁路要求线路的空间曲线平滑，即平纵断面尽可能平缓。与此同时，要求路基、轨道、桥梁具有高稳定性、高精度和小残余变形，要求建立严格的线路状态监测和保障轨道持久高平顺的科学管理系统。 2.动车组系统 动车组是运送旅客的动力设备，高速铁路的动车组基本均为机车车辆一体化，按列车动力轮对的分布和驱动设备的设置分为动力集中式和动力分散式，目前世界上的动车组基本都在向动力分散式发展。与常规铁路相比，高速列车组需要性能良好的转向架、制动系统、低噪声及优良的空调设施等。 3.通信与信号系统 高速铁路通信与信号系统，主要是由信号与控制系统和通信系统组成的。通信系统的主要功能有三方面：①能够完成指挥列车运行的各种调度命令信息及时、准确地传输，为列车的高速、安全运行保驾护航；②为旅客提供各种服务的通信；③为设备维修及运营管理提供通信条件，能够满足维修人员沿线作业时的信息需求。 高速铁路的信号与控制系统，是高速列车安全、高密度运行的基本保证，世界各国发展高速铁路都非常重视行车安全及其相关支持系统的研发。高速铁路的信号与控制系统是集微机控制与数据传输于一体的综合控制与管理系统，是当代铁路适应高速运营、控制与管理而采用的*新综合性高技术，统称为先进列车控制系统（Advanced　Train　Control　System）。高速铁路的信号与控制设备，采用以电子器件或微电子器件为主的集中管理、以分散控制为主的集散式控制方式，分为行车指挥自动化与列车运行自动化两部分。 4.牵引供电系统 牵引供电系统能够为高速铁路列车运行提供稳定、高质量的电流。与常速列车相比，高速列车电力牵引具有牵引供电更大、所受阻力更大、受电弓移动速度快、电流易发生波动等特点。牵引供电系统由牵引供变电系统、接触网系统、SCADA系统、检测系统等构成。 5.运营调度系统 高速铁路运营调度系统是集计算机、通信、网络等现代化技术为一体的现代化综合系统。对列车运行计划及基础设置维修计划进行审批和管理，指挥列车运行，是完成高速铁路运输组织特别是日常运营的根本保证，也为完成运输生成提供有力保障。运营调度系统主要由七部分组成：运输计划管理系统、列车管理系统、综合维修管理系统、车站作业管理系统、调度指挥管理系统、安全监控系统、系统运行维护体系。 6.旅客服务系统 旅客服务系统的主要功能是处理与旅客服务相关的事件，主要包括发售车票、信息采集、信息发布、日常投诉、紧急救助、旅客疏散、旅客赔付等工作；另外，还有统计分析功能，为管理层提供决策依据。旅客服务系统由订/售票系统、决策支持系统、自动检票系统、旅客信息服务系统等构成。 1.1.3高速铁路的特点 高速铁路具有速度快、安全性好、舒适度高、客运量大、正点率高、能耗低等诸多优点，因此高速铁路受到世界各国的重视。 1.速度快 速度是高速铁路技术水平*主要的标志，各国都在不断提高列车的运行速度。世界各国高速铁路的*高运行速度见表1-1。如果做进一步改善，运行速度可达到350～400km/h。 2.安全性好 高速铁路由于在相对封闭的环境中自动化运行，又有一系列完善的安全保障系统，因此其安全程度是相当高的。有资料表明，各国交通运输中，铁路、公路、民航运输的事故率（每百万人公里的伤亡人数）之比大致为1∶24∶0.8。如果采用先进的ATC列车速度控制系统，可以自动控制列车运行速度、调整列车运行间隔，按照允许行车速度的要求，自动使列车制动减速或停车，其安全程度十分可靠。 3.舒适度高 高速铁路列车的走行性能好，运行平稳，减振、隔声效果好，车内布置整洁干净，工作、生活设施齐全，座位宽敞舒适。乘坐高速列车旅行几乎无不便之感，无异于愉快的享受。 4.客运量大 依据2021年交通运输行业发展统计公报，2021年铁路全年完成旅客发送量26.12亿人，比上年增长18.5%，完成旅客周转量9567.81亿人公里，增长15.7%。 5.正点率高 高速铁路采用自动化控制，可以全天候运营，除非发生地震等其他自然灾害。高速铁路系统由于设备的可靠性和运输组织水平的高效性，可以保证旅客列车极高的正点率。西班牙规定高速列车晚点超过5min就要退还旅客的全额车票费；日本规定到发超过1min就算晚点，晚点超过2h就要退还旅客的加快费。1997年东海道新干线列车平均晚点只有0.3min，高速列车极高的准时性深得旅客信赖。 6.能耗低 研究表明，若以普通铁路每人公里消耗能源为1单位，则公共汽车为1.5，小汽车为8.8，飞机为9.8，而高速铁路仅为1.3。高速列车利用电力牵引，不消耗宝贵的石油等液体燃料，可利用多种形式的能源，是全球可持续发展下的一种重要的交通方式，对人口众多、能源紧缺的中国来说，意义更加重大。 7.污染轻 高速铁路没有粉尘、煤烟和其他废气污染，噪声比公路要小5～10dB。 8.占地少 与四车道的高速公路相比，高速铁路的用地只有高速公路的一半。 9.效益高 高速铁路投入运行以来，倍受旅客青睐，如果强化管理，其经济效益也将十分可观。日本东海道新干线开通后仅7年就收回了全部建设资金，自1985年以后，每年纯利润约20000亿日元。德国ICE城市间高速列车每年纯利润约5.4亿欧元，法国TGV每年纯利润约2.9亿欧元。 中国正处在工业化和城镇化加快发展时期，高速铁路给沿线城市带来的高速交通优势，将使城市资源重新得到评估、定位和布局，实现周边城市在高铁中心城市的辐射带动下同步发展。 由于高速铁路通车，运力资源得到有效整合，既有铁路运力得以释放，缓解了长期以来运能紧张的矛盾，加快了人流、物流、资金流、信息流等生产要素的流通。因此，高速铁路沿线城市重新受到国内外投资商的青睐，纷纷前来考察项目，投资办厂。一些“资源枯竭型”城市的开发价值也被再次评估，重新焕发出发展活力。 例如，武广高速铁路开通后，长沙成为长株潭“一小时经济圈”的中心城市，利用高速铁路带来的人流、物流、信息流，湖南省已承接多项产业转程项目，并为此推行涉及税收、工商、财政、人力等方面的优惠新政。 郑州高速铁路客运站附近的区位优势，吸引企业竞相进驻。国内500强企业、跨国公司等战略投资者在这里大力培育核心骨干企业，促进支柱主导产业的形成。 京沪高速铁路于2011年7月开通运营，经过近三年的运营，已于2014年首次实现盈利。 大量数据表明，高速铁路沿线已经成为中国经济发展*活跃的地区。可以预见，高速铁路在支撑区域协调发展、优化资源配置和产业布局、构建高效综合运输体系、降低社会物流成本、促进城镇一体化进程和经济可持续发展等方面将发挥巨大的作用。 1.2世界高速铁路发展与规划 高速铁路作为现代工业文明的崭新成果，发端于日本，发展于欧洲，兴盛于中国。在未来，高速铁路仍然是不可或缺的交通工具。 1.2.1世界高速铁路发展概况 高速铁路作为一种具有安全可靠、技术含量高、快捷舒适、运载量大、低碳环保、正点率高等特征的运输方式，已经成为世界交通业发展的重要趋势，引领人类走向新时代，世界高速铁路以中国CRH（CRH是China　Railways　High-speed的缩写，含义是中国高速列车）、日本新干线、法国TGV和德国ICE为世界高速铁路技术、运营管理的代表，建立自主知识产权，成为当今世界上四个*强的高速铁路技术保有国。就全球而言，高速铁路的发展先后经历了三次建设高潮。 （1）**次高潮： 20世纪60年代至80年代末期。日本、法国、德国和意大利等发达国家纷纷铺设了各自的高速铁路线路。1964年10月，世界**条真正意义上的高速铁路日本东海道新干线东京—大阪正式通车，标志着世界高速铁路新纪元的到来。在此期间比较有代表性的高速铁路线路还有法国的东南线和大西洋线、德国汉诺威—维尔茨堡高速新线及意大利罗马—佛罗伦萨线。世界高速铁路总里程约达3198km。日本、法国、德国、意大利等国家共同推动了高速铁路的快速发展。 （2）第二次高潮： 20世纪80年代末期至90年代中期。由于日本等国家高速铁路建设巨大成就的示范效应，世界各国对高速铁路投入了极大关注并付诸实践。1991年瑞典开通X2000“摆式列车”，解决了瑞典境内多数轨道曲线半径小于600m的问题，并把列车速度提高到200km/h；1992年西班牙引进法、德两国技术建成471km长的马德里—塞维利亚高速铁路；1994年英吉利海峡隧道通过高速铁路国际连接线把法国与英国连接在一起；1997年11月，从巴黎开出的“欧洲之星”列车，又将法国、比利时、荷兰和德国相连接。在这一时期，意大利、法国、德国及日本对高速铁路的发展进行了全面规划。这次高速铁路的建设高潮，不仅是铁路企业提高效益的需要，而且反映出各国扩展运输网及能源、环境的要求。 （3）第三次高潮： 20世纪90年代中期至今，波及亚洲、欧洲、北美洲及大洋洲，可谓世界交通运输业的一场革命。俄罗斯、韩国、澳大利亚、英国、荷兰、中国等国家先后开始建设高速铁路。为配合欧洲高速铁路网建设，东欧与中欧的捷克、匈牙利、波兰、奥地利、希腊及罗马尼亚等国家也对其干线铁路进行全面提速改造。此外，美国、加拿大、印度、土耳其等国家也开始对高速铁路给予关注。 目前，全世界已通车运营的250km/h及以上的高速铁路主要分布在日本、法国、德国、西班牙、意大利、韩国、英国、俄罗斯、比利时、荷兰、瑞典、土耳其、中国等国家。日本已投入运营的新干线高速铁路里程为3041公里，平均运营时速达243公里；法国已投入运营的TGV高速铁路里程为2142公里，平均运营时速达277公里；德国已投入运营的ICE高速铁路里程为1718公里，平均运营时速达232公里。中国高速铁路的旅行速度也走到了世界前列，如“复兴”号高铁时速可达350公里，近年中国南车集团新研制的新一代高铁——CIT500型高铁，其试验速度已经达到605km/h，这也打破了法国保持的574.8km/h的世界纪录，成为目前速度*快的高铁。 1.2.2日本、欧洲高速铁路 1964年10月1日，日本东