犹如一道道白色闪电,高速铁路列车载着中国民族工业崛起的希望,载着中国铁路科学发展的梦想,载着旅客安全平稳、舒适愉悦的旅途体验,载着现代文明、传统文化和人文精神,穿山脉、跨河流、披星月、越寒暑,向着目的地飞驰而去。
短短几年时间,中国高速铁路从无到有、从技术引进消化吸收再创新到具有完全知识产权的自主创新,走过了一条科学实验、联合攻关、技术积累、整体突破的长期科研创新发展之路。截至2012年12月26日,随着世界运营里程最长高铁——京广高速铁路全线开通运营,中国高速铁路营运里程突破9000公里,基本形成了覆盖全国主要横纵干线的高速铁路运营网络。
当你坐在高速运行的列车上,透过明亮宽敞的车窗,闲适地欣赏着窗外流逝的美景之时;当你看着车内每小时300公里的速度提示,却平稳得几乎感觉不到速度的存在之时;当你坐在安静宽敞整洁的车厢里,或读书、或聊天、或上网、或闭目养神,享受着安全、平稳、舒适的旅途生活之时,是否想到过为中国高速铁路建设付出艰辛劳动的铁路科技、设计、施工、管理工作者?是否想到过为确保高速铁路安全运行,铁路系统采取了一系列怎样的安全保障措施、为此付出了何等的艰辛?
保证高速铁路列车开通运营最根本、最核心的问题是安全。
检验高速铁路安全运营保障体系是否可靠的重要基础是科技手段。
运用科技手段完成科学检验任务、实现严格检测目标的主体是铁路科技人员。
在中国高速铁路安全保障大军中,便有这样一支特殊的科技 “特种部队”。之所以 “特殊”,是因为他们承担着一项 “特殊”的任务——对每一条高铁开通运营前各子系统技术参数的正确性,各子系统之间的协调匹配性,整体系统的功能完备性、安全可靠性、平稳舒适性、可控稳定性和客运服务的便捷性等进行全面的、系统的、动态的和整体性的综合测试,并根据测试结果对高速铁路系统状态提出验证报告和调整、优化处理意见;对高速运行条件下可能出现的问题进行预判评估,提出解决方案。他们把这项特殊任务,叫做确保高速铁路投入安全可靠稳定运营之前的最后一个技术保障手段——“联调联试”。
之所以 “特殊”,是因为这样一个在列车高速运行条件下对各子系统进行检测、调整、优化、验证的 “联调联试”过程,并不是采用普通速度铁路检测的传统做法和一般意义上的检验方法,而是需要借助于现代科技理论、科技方法和科技设备,由一批具备现代科技知识的专业人才,在长期科学实验、创新积累的过程中总结提炼出一套符合中国高速铁路建设实际的技术标准,在此标准的支撑之下,才能完成这项高科技系统工程生产任务。
之所以 “特殊”,还因为只有经过他们 “联调联试”严格测试、调整、优化、验证合格的高速铁路,才能从建设者和生产者手中 “毕业”,正式投入开通运营。
这支特殊的科技 “特种部队”,就是高速铁路系统试验国家工程实验室团队。
在高速铁路列车安全可靠、平稳舒适的运营中, “联调联试”究竟承载着怎样的使命、发挥着怎样的作用?在中国高铁 “联调联试”道路上,又曾经历过怎样的探索、奋斗、艰难、创新?让我们走进中国铁道科学研究院,一起揭开 “联调联试”的神秘面纱。
“联调联试”是确保高速铁路安全可靠稳定运行的最后一个技术保障手段。不经过 “联调联试”对高速铁路的标准验证和安全检验,高速铁路就不能开通运营
在北京市东郊,著名的 “798”艺术区附近,有一个社会上鲜为人知、却在铁路系统内赫赫有名的环行试验基地。在这环状的铁路线路上,静静地卧着一列车体是黄颜色的动车组列车。
这列高速动车,从外形上看,除去颜色不同,与铁路线路上运营的高速列车没什么两样。可正是由于它不同寻常的颜色,看上去就格外醒目。奇怪的是,它为什么不像其他高速列车一样是白色而被涂成了黄色?是 “798”艺术区的个性感染了它,还是另外有什么特殊含义?
登上列车、走进车厢内,你会发现,车内的结构、设施与普通高速列车完全不一样,8节编组的车厢里没有一个乘客座椅,除去2节供工作人员集中讨论和休息的车厢外,其余6节车厢都是测试工作间,每节车厢里都井然有序地固定摆放着各式各样的仪器设备。
“这是铁道部专门配属给中国铁道科学研究院的一列特殊高速列车——高速综合检测列车。”铁科院检测中心副主任王卫东自豪地告诉我们, “黄色,是区别于普通客运高速列车的职业色,也是国际同类产品的基本色,它醒目、亮眼,象征着执法的严肃和认证的权威。车内的设备都是我们自己研制的,在高速铁路系统功能和各子系统间匹配关系的动态检测上,起到了关键作用。如果 ‘联调联试’没有它,高铁安全运营检测就像是人没有了 ‘眼睛’。”
“联调联试”?看到记者疑惑的眼神,铁科院科研处处长、高速铁路系统试验国家工程实验室技术主管王澜研究员告诉我们,就好比一个产品生产出来后,要对它是否达到了设计标准和质量要求进行检验一样, “联调联试”是对高速铁路这个综合产品进行实际运营标准和质量的检验。不同的是,对一般产品的质量检验往往是静态的、检验标准相对单一;而高速铁路是由许多本身就很复杂的子系统组成,对它的 “质量检验”也就更为复杂、更为严格:不但要有静态指标,还要有动态指标;不但要考虑动态情况下各子系统动、静态标准的一致性要求,更要考虑各子系统之间在高速运行条件下的匹配关系;不但要对整个系统技术参数和功能进行科学验证,还要对检测中发现的不完善、不完备的问题进行调整、优化、预判和提出相关解决方案。
这就是 “联调联试”的基本任务。检测人员要借助于高速列车动态检测车和其他相关设备,连续几个月在线路上实车运行,并反复测试、调整、优化完善。
如此说来,一条高速铁路建好后是否能够达到开通运营的标准,是要由“联调联试”结果 “说了算”。
这是何等艰巨的任务,又是何等重大的责任!
相对于高速铁路,以往普通速度铁路建设过程中没有 “联调联试”概念。因为普速铁路速度较低,线路和列车只需在静止状态下进行检测验收,只要检测过的各项静态指标符合设计要求,线路就可以进入临时管理开通试运营阶段,从低速开始,逐渐提高速度,最终达到设计运行速度。线路和列车等设施在试运营中出现的不完善问题,可以在不少于一年的临管试运营过程中加以调整和解决,然后再投入正式运营。因此不需要进行动态检测。
高速铁路的出现,打破了既有普速线路传统静态检测的模式。一方面,由于速度的提升,使得铁路线路、信号、通信、车辆、供电、客运服务等各子系统一系列技术标准发生了重大变化,使得这些子系统之间的相互关系变得更为复杂;许多普速状态下不需考虑和出现不了的问题,在高速状态下就成为必须考虑和可能出现的问题。另一方面,由于中国高速铁路建设的要求,开通时的运行速度必须达到设计速度,没有从低速到高速的临时管理过渡期,这就不但要考虑高速铁路静态情况下的设计标准验证问题,还要考虑高速运行条件下各项技术指标的静、动态一致性和各子系统之间相互关系的匹配问题,整个系统运行的安全性、可靠性、稳定性、舒适性等问题。因此,必须进行动态检测、动态调试和交付使用前试运营阶段的复测复试再优化,以确保高速列车的运行安全可靠。
比如,高速铁路的轨道结构系统、高速列车系统与普速铁路的轨道结构系统、普速列车系统,无论从设计理论、方法、技术标准还是形态、结构以及旅客乘坐的直接感受上,都有明显不同。因此,在高速铁路系统检测调试上,不但要检测轨道结构系统和高速列车在静态条件下是否达到了各自的设计标准,更要检测高速列车以每小时250公里、特别是300公里以上速度通过轨道时有没有明显的颠簸、摇晃,是不是平稳、平顺,产生的振动、噪音是不是在允许和可控范围内;通过有砟轨道时,表面道砟在强烈的列车风的作用下如何防止道砟飞溅,轨道结构的动力性能对行车安全的影响如何;动车组列车直、侧向高速通过道岔的安全性、平稳性、舒适性问题等等。这些看似简单的问题,每一项都涉及十分复杂的专业理论和技术能力支撑问题。
技术人员把列车运行条件下的技术检测叫做 “动态测试”,它是 “联调联试”的基础部分;把动态测试时列车轮子与轨道结构之间的匹配关系叫做 “轮轨关系”,涉及非常复杂的轮轨动力学专业理论。这样的 “关系”还有很多,比如机车与接触网的 “弓网关系”、动车和调度间的 “无线列调关系”等,每一种 “关系”的测试、调整都要有专业理论和科学试验结果的支撑,每一种“关系”都要实现整体系统功能的要求。“动态测试”一方面把两个不同的子系统联系了起来,进行 “匹配关系”的测试;另一方面在检测中对发现的问题从设计上、技术上和方法上进行调整、完善和优化,并为相关技术标准、施工规范、验收标准等的制定提供基础数据和科学依据,从而保证高速铁路整个系统的功能可靠和运行安全——这就是 “联调联试”的核心理念。
这样的 “联调联试”,是中国创造。之所以是 “创造”,就在于它是一个没有借鉴、没有标准、没有经验,完全依靠自主研发、实践、创新取得的一整套技术手段的检测技术标准体系;是一个涉及铁路各个系统、各个专业、各个环节的综合性、系统化、实时型测试工程;是一种多维的、立体的、相互交叉又协同共进的作业方式。既是中国铁路建设史上的一个标志性创举,也为世界高速铁路建设和运营管理树起了一座示范性丰碑。
“‘联调联试’碰到的最大难题就是测试标准问题。”铁科院常务副院长、高速铁路系统试验国家工程实验室主任康熊研究员说, “要保证高速列车运行中安全可靠、不出问题,在测试中测什么?怎样测?标准是什么?怎么评价中国高铁行、还是不行?这一切均无现成答案!而这些问题如果不回答、不解决,中国高速铁路就只能是个实现不了的梦想!”
为了实现这个梦想,为了圆这个中国科技创新之梦,几代铁路科研人员为此付出十分艰辛的努力。 “但是我们成功了。”王澜,这个见证了中国高速铁路事业发展全过程的铁路科学家激动地告诉记者。
康熊介绍说,中国高速铁路的建设和顺利开通运营,绝不是一觉醒来梦已成真的幻想,也不是拿来主义不用付出的恩赐,而是包括铁科院研究人员在内的铁路科技工作者常年科学研究、技术积累、实践检验的结晶。高速铁路的设计、施工、制造、运用、调试和运营管理,都凝结着科技人员的智慧和心血。“联调联试”标准的形成过程也是如此。
记者了解到,高速铁路 “联调联试”的雏形,形成于铁路6次既有线大提速期间。从第一次大提速到第六次大提速十年间,铁路既有线客车运行时速从120公里飞跃到250公里,速度的每一次提升,都是以科技手段为支撑、以综合试验为基础、以动态测试为方法、以 “联调联试”结果为保障,凝聚着铁科院广大科技人员的摸索探索、科学实验与实践总结的成果。
“这其中,综合试验是最具有探索价值、最具有挑战压力的,也是最有成果和效果的。”康熊如是说。
这是因为,试验本身就是解决和验证理论思考和技术思路的科学载体;综合试验,则是把一个大系统中各个子系统需要解决的技术问题、各子系统之间相互作用的关系问题和大系统的整体功能问题,放在一个相互关联的实验条件和技术平台上,进行的完整性、系统性、深入性的研究探索,寻找发现规律,回答现实问题,建立互动机制,提供科学依据。
铁科院的科技工作者们,正是带着圆梦的期望和共同的理想,沿着这样一条技术思路,找到了列车快速运行条件下动态测试的参数体系和变化规律,为高铁列车动态测试标准的建立积累了宝贵经验,提供了科学决策依据。
第六次大提速中,康熊率领的综合试验团队先后转战胶济、京哈、京沪、陇海等既有线提速线路,对如何确保时速200至250公里列车运行安全所涉及的线路状况、轨道结构、轮轨关系、控制系统、通信信号状态以及相互关系,做了详尽细致的检测和分析研究,累计检测5万多公里,获取了大量有价值的科学数据,取得了满意的试验成果,为第六次大提速成功提供了坚实可靠的技术保障。同时, “联调联试”概念、技术标准体系和测试方法也在理论探索、技术思路、科学实验和现场实践的一体化创新中基本成型。
“联调联试”基本成型,无疑是科技创新的成果,应该获得应得的褒奖。
然而,他们并没有满足于初步的成果,也没有沉溺于成功的喜悦,甚至没来得及休整,就以脚踏实地的先行探索和不懈追求的科学精神,向着更高的目标进发,为中国高速铁路的诞生蓄积着力量。
其实,自从2005年京津城际铁路——这条世界首条运营时速350公里的高铁刚刚破土动工时,铁科院就成立了 “联调联试”领导小组。他们深刻地意识到,中国高速铁路腾飞的世界之梦,就要在自己的努力之下圆在这条标志性的铁路之上。
他们深感历史使命的光荣,也深感历史责任的重大。他们横下一条心,再次发力了。
提前进入,力往哪儿使?6次大提速 “联调联试”方案,解决的是既有线开行高速列车的安全可靠性保障问题,为高速铁路新线建设更高速度的开通运行测试提供了基础,却并不是保证。
新线路、新车型、新速度,带来的是必须解决的新标准、新方法和新挑战。
他们深入分析了构成京津城际铁路各子系统的技术特点,根据这条线路的特殊性,审慎研究测试内容,精心编制测试方案,反复征求各方面意见,五易其稿,最终确定了工务工程、牵引供电、通信信号、高速列车、运营调度和客运服务六大系统的 “联调联试”方案,测试参数达2000余项,力求通过这次测试,形成中国高速铁路 “联调联试”技术平台和评价体系。
把6次既有线提速积累基本形成的“联调联试”技术标准体系和测试方法,通过京津城际铁路的应用和完善,形成中国高速铁路 “联调联试”技术平台和评价体系,无疑又是一次新的技术突破、理念升华和方法创新。
创新,始终是解决难题、推动事业发展的根本所在。
经过多年实践,他们认识到,建立一套科学完备、准确无误的 “联调联试”标准体系,是确保高速铁路安全可靠运行的核心。其中,取得真实可靠的测试数据非常重要,建立协调高效的测试组织模式非常重要。
要取得真实可靠的测试数据,必须创新检测工具和检测手段。以往都是各子系统单独检查取得数据后进行处理和汇总分析,这样的检测方式误差大、效率低,相关性数据处理和综合分析复杂。为满足高铁检测需要,在铁道部的支持下,经过一年苦战,铁科院自主研制出0号高速综合检测列车,对各子系统运行状态和相互关系等进行实时检测和综合数据处理,极大地提高了检测数据的准确性、可靠性和有效性,提高了综合数据分析处理的能力和效率,在投入京津城际铁路 “联调联试”中立下了赫赫战功。
0号,意味着中国高速铁路追求的最高目标:0误差、0缺陷、0故障。
要达成各系统、各专业在调试中的协调配合、高效统一,必须创新组织模式。他们打破研究所界限,抽调260多名各专业科研人员组成了一支特殊的科技 “特种部队”——中国铁道科学研究院高速铁路开通运营 “联调联试”项目部。在项目部的直接指挥和带领下,无论什么专业,面对多少接口,所有人都要围绕 “联调联试”大纲和测试要求,落实岗位责任,确保测试目标0误差、0缺陷、0故障地实现。
有了这支队伍,有了 “联调联试”内容方法的创新完善,在120公里新建高速铁路线,就有了260多人、250多个日日夜夜反复检测、反复调试的科学试验,就有了京津城际铁路的 “世界名片”效应,就有了中国高速铁路 “联调联试”技术平台和评价体系的诞生。
至此,中国铁道科学研究院,用几代科研人员的默默付出、用千百万个科学数据,确保了 “中国速度”在神州大地的华彩亮相。
从此,这支部队开始征战东西、转战南北、驰骋海外,用他们的智慧与追求,用他们的精神与奉献,用他们的技术与能力,用他们的辛勤与汗水,完善着 “联调联试”的方法手段,充实着“联调联试”的技术体系,丰富着 “联调联试”的科学内涵,保障着高速铁路的可靠安全。特别是:
——在上千公里的武广高速铁路测试中,突破了外国专家认定的隧道内行车时速不能超过250公里的樊篱,通过“联调联试”中增加隧道内列车空气动力学试验内容,重点解决了高铁列车在隧道内以300公里以上时速运行的安全技术测试标准,证明了国产高速列车以每小时350公里的速度在隧道内交会运行的可行性,创造了隧道内行车时速的世界新纪录。同时,也进一步完善了“联调联试”技术体系,涵盖了国外高速铁路调试的全部内容,在测试手段和试验方法上均有所创新。
——在举世瞩目的京沪高速铁路测试中,经过为期长达7个多月的 “联调联试”,开行试验列车4000余列次,累计试验里程60余万公里;开行高速列车1500多列次,运行试验总里程达200万公里。共完成400多个子项、4000多个参数项测试,全面检验和验证了我国高速铁路系统技术,开创了高速铁路 “联调联试”多项第一,标志着中国高速铁路 “联调联试”技术体系和技术平台走向成熟,成为高速铁路安全运营保障体系中不可或缺的技术支柱性依靠。
——走出国门。在沙特麦加轻轨项目测试中,针对这条铁路设计运量大、室外温度高、同类工程工期短的特点,运用国内高铁 “联调联试”经验,把我国高速铁路 “联调联试”技术成功地应用到了国外设计标准的轻轨铁路开通运行的技术检测调试上,在最短时间内完成了检测调试任务,确保轻轨安全按期开通运营,赢得了国际同行的肯定和赞叹。
从试剑京津、决战武广、亮剑京沪直到京广开通,当一条条高铁在华夏大地交织成网的时候, “联调联试”无论是作为一个任务要求、一个项目过程,还是一种技术体系、一种工程方法,或是一套应用理论、一套标准规范,都完成了并将继续完成历史赋予它的、它自身承载的重大使命。这支特殊的科技“特种部队”,无论是作为一个项目团队,还是一个科研部门,或是一个施工机构,都在长期科学试验、技术探索和应用实践的过程中、在一次次 “联调联试”的创新过程中、在铁路科学发展的宏大事业中实现着梦想、展现着价值。
这,是不是它的本质内涵?
“在铁道部集中统一指挥下,铁科院发挥综合技术优势,多系统参与,‘联调联试’走出一条全方位、科学合理、快速高效的创新之路。”对此,铁科院党委书记王君历称之为 “中国特色”。
“联调联试”的创新发展过程,不仅成熟了自身技术体系,也对高速铁路技术理论的丰富和发展作出了巨大贡献
有人讲, “联调联试”说白了,就是一个 “取得数据——比对标准——调整参数——完善功能——符合要求”的循环过程,技术上没有那么复杂。
果真如此吗?那么,按照这个说法,就带来了一系列的问题:
数据从哪儿取得、怎样取得?标准如何确定、怎样确定?参数如何调整、怎样调整?功能如何完善、怎样完善?要求谁来提出、是否科学?
“其实,凡是从事过这项工作的人都知道,这实在不是一件简单的事儿。”铁科院首席研究员、高速铁路工程实验室系统试验部姚建伟研究员平静地说,“怎样取得数据,如何确定标准,恰恰是高速运行状态下最基础、最复杂又是最困难、最具挑战的工作。”
这似乎又回到了 “联调联试”的源点问题。
大家都应该知道,中国之所以能够建成高速铁路,是因为经过科技人员长期艰苦的科学研究、综合试验、实践总结和不断创新,形成了一整套专业理论支撑之下的技术标准体系,按照这样的技术标准体系设计、施工、制造,就建成了高速铁路,造出了高速列车。这不难理解,没有问题。
然而,这个技术标准体系,只是一个 “静态”标准,按照 “静态”标准建设制造出来的固定、移动设备,在实际运行中能否达到这个标准,需要在 “动态”中得到检验;在高速运行条件下,各种固定、移动设备之间的匹配关系是否科学合理、不出问题,整体系统功能是否高效可靠,也需要在 “动态”中得到检验。检验的结果,不仅要达到静态设计标准与动态检验标准的一致,还要达到确保高速铁路一旦开通,就要按照设计速度安全运营的刚性要求。这就是“联调联试”的基本内容和要求,也容易理解,不成问题。
问题是, “静态”有标准, “动态”没有标准。 “动态”必须取得符合实际的科学标准才能实现动态测试的目标要求。
这同样需要科技人员沿着科学研究、综合试验、实践总结和不断创新的规律去获得。不同的是,这样的获得过程由于时间要求紧,没有参照、没有借鉴、没有经验,一切都要靠自己摸索探索,使得这个获得过程就来得尤为艰巨、困难、有压力和具有挑战性。
摸索探索本身就是创新。
“动态”标准形成的过程就是一个观念创新、理论创新、技术创新和方法创新的过程。
康熊解释说,测试标准问题,既包括了 “动态”下的检测、监测哪些参数、数据值是多少就算是 “达标”的问题,也包括了 “静态”指标与 “动态”指标的对比分析和相互关系问题;既担心万一漏测了怎么办,也担心数据值标准的确定是不是合理。这非常复杂,也非常难。在大量综合试验的基础上,才能整理、提炼出一套可行可信有价值的测试数据,形成体系性 “动态”标准。也只有建立了这样科学合理的标准体系,才能够有效地开展真正意义上的“联调联试”,回答高速条件下到底无线通讯行不行、轨道结构行不行、空气动力学行不行、弓网关系行不行等一系列技术判定问题。
高速铁路系统试验国家工程实验室机车车辆实验部李谷研究员介绍说,标准集成首先要解决好信息采集问题,也就是怎样取得测试数据,这也是非常困难、需要思路和方法创新的。比如,确保列车运行的安全性就是不脱轨,平稳性就是没有明显的振动和摇晃,专业上叫做 “轮轨动力学响应”,测试上叫做 “轮轨相互作用关系检验”。怎么检验?就是要实时监测轮对和轨道上有没有影响安全的显性和隐性的缺陷。什么样就是缺陷?怎样发现和判定缺陷?这就是数据采集和标准确定问题。
记者了解到,解决这样一个非常具体却又极为重要的技术问题,需要从时速400公里高速运行下的车轮上实时采集足够多的数据,实时自动汇总后进行实时分析。400公里时速意味着列车一秒钟要在钢轨上跑100多米!研究人员的做法是,在每一个轮对上有序地贴上100多片应力片,通过对轮对上的应力分布检测轮轨力的办法,不仅创造性地解决了轮轨关系的安全平稳性数据采集测试和评价标准问题,而且发明了世界首创的轨道线路评价技术、轮对贴片磁性加压装置和贴片位置独立加温装置3项国家专利。在检测车技术上,他们自己研发的成套精密仪器不仅可以准确地采集到数据,还能精确地同步定位轮对在轨道上的位置,在第一时间将问题区段的详细地理坐标发给相关单位,前后误差不超过5米。
摸索、探索,试验、积累,实践、创新。
从6次既有线大提速到秦沈客运专线修建,从京津城际铁路第一条时速300公里以上高速铁路到采用了大量新工艺、新设备的武广高铁,从世界上一次建成里程最长、标准最高的京沪高铁,到运营里程最长的京广高铁,二十年如一日的艰苦历程,团结如一人的奋斗精神,造就了铁科院确保高速列车 “动起来”之后安全运行的 “动态”标准体系。这上千项 “动态”标准的标准体系与既有 “静态”标准体系一起,构成了一个庞大而可靠的高速铁路 “联调联试” “标准库”。正是有了这个标准库,才带动了高速铁路检测手段、检测技术、评价技术和专业技术的不断进步与提升,成就了 “联调联试”技术体系和技术平台的完整和成熟。
在测试手段方面,继0号检测车之后,铁科院不断改进设备性能、提高检测车检测速度,设计制造了最高时速达400公里的 “2号车”,遍布检测车体内外的1000多个传感器,如 “猫头鹰的眼睛、狗的鼻子”一般,敏锐而忠实地把测试系统的几千个数据源源不断传入工作间高速运转的计算机,进行同步数据处理。
在检测技术方面,通过高速摄像和高速激光扫描技术研究高速车轮的运动状态,测试系统通过高速车轮自动采集,自动存储,自动处理数据;通过高速动车组时速380公里隧道内交会试验,创造性地建立了高速铁路隧道空气动力学测试系统,解决了长大隧道全长范围内空气动力学测试难点,实现车上车下与隧道各个测点同步、无线、远程测试技术的突破;从车、线、桥耦合系统动力学的角度,通过对高速动车组试验数据应用速度—频率分析方法,更深入地揭示了动车组的动力学响应与线、桥之间的关系,对动车组和线、桥的参数设计以及动力学性能的故障诊断分析具有指导意义,同时也为完善车、线、桥耦合系统动力学的理论提供了科学依据;在高速铁路试验中对接触网高强高导接触线、4种大张力区段进行综合性能试验,为建立我国高铁接触网技术体系打下基础;在16节编组高速动车组上试验双弓受流性能,并进行同步实时测量,在高速动车组受电弓上实施主动控制模式运行,最高试验速度达每小时420公里。
在地面测试系统建构方面,广泛应用激光测试、雷达测试、微波测试等先进技术;运用先进的无线网络数据采集与处理系统,将采集的测试数据通过GSM传输进行远程数据的读取和处理。
在 “联调联试”组织形式方面,摸索建立了与高速铁路公司、铁路局密切合作、互联互通的责任分工机制,一起编制试验大纲、实施方案,报铁道部批准后执行,以确保 “联调联试”工作按大纲、按计划地有序高效进行;建立“联调联试”指挥部,按照系统工程的方法,重点解决了专业与专业、系统与系统、车上与地面、整体与局部的接口匹配和有效衔接问题,确保试验过程井然有序、不散不乱、精干高效;做好试验过程中的计划优化、数据分析、资料整理、问题反馈和完善整改,为 “联调联试”形成结果报告和技术积累提供基础保证。
在 “联调联试”内容体系方面,总结出影响安全运营的12大项重要指标和车上测试335个、地面测试285个安全控制关键技术参数,重点解决了轮轨关系、弓网关系、流固耦合关系、列控关系和环保、防灾、客服等方面的技术测试和调整优化难题,取得了突破性成果:
——通过对列车轮子与轨道之间的“轮轨关系”静、动态标准的验证调试,保证列车运行的安全、平稳、舒适。轮轨关系,就是要保证火车轮子在轨道上跑得快而平稳、安全,不脱轨、不晃车、不颠簸,要求车轮不能有瑕疵,线路不能有瑕疵,车轮和线路的接触不能有瑕疵。
在毫米级的工艺标准下,为了放大看清每一段轨道的状态,检测车上装有一对每秒钟可处理480帧图像的高精度激光相机,在运行过程中不间断地给轨道拍照,轨道是否有瑕疵、轨距是否匀称、两边轨道高低是否符合标准等全都逃不过激光相机的 “眼睛”。
除此之外,工作人员还创造性地采取了 “以车测轨”的方法检测轨道,通过监控列车是否摇晃、震动等,来评估轨道状况。既掌握了高速条件下列车和轨道之间的动力性能关系,也掌握了无砟轨道的动力特性及其受力变形规律,两种方法相结合,犹如上了一道轨道安全的 “双保险”。
——通过对车顶上 “受电弓”和给列车供电的 “接触网”之间的 “弓网关系”检测调试,保证列车运行的安全、平稳、舒适。高速不仅考验着车底的轮与轨,还考验着车顶的弓与网。高铁靠电力驱动,车顶上伸出的受电弓紧紧“抓住”上方的接触网,源源不断地汲取电力。一旦受电弓 “松手”或者弓网接触不良,列车就可能因 “没电”而停车甚至造成安全隐患。
“联调联试”中,安装在基线的4个高分辨率行扫描摄像机不停地对弓网情况 “摄像”,而车上的传感器则及时将弓网之间的受力、受电等情况传回计算机,掌握了弓网受流性能和接触网波动规律,预先掌控弓网磨损的情况,防止出现电火花等危险现象。动静结合,实时监控。
——通过对列车高速通过隧道时产生的强烈风阻对固定、移动设备影响的“流固耦合关系”的检测调试,保证列车运行的安全、平稳、舒适。普速状态下,空气阻力对列车和固定设施的影响很小,不会影响到列车运行的安全。而在高速状态下,列车受到的空气摩擦犹如要穿过一堵堵厚厚的砖墙,尤其在狭窄隧道内,两列动车交会时将猛烈压缩空气,车体承受的压力在瞬间达到极值,有可能造成车体严重摇晃甚至倾覆。
为了评估隧道内空气压力,工作人员在隧道内外和车上、轨上安装了密密麻麻的传感器,全面监控列车阻力、车体表面压力、瞬变压力等,掌握了空气动力压力随车速、车型的变化规律,根据变化规律评估风险,从而合理确定隧道内行车速度,保障旅客安全。
——通过对地面行车调度与车上驾驶司机无线列车控制系统的 “列控关系”的检测调试,保证列车运行的安全、平稳、舒适。进入高铁司机室,无线通话机不时传来地面调度中心调度员的声音,司机可以随时随地与调度员通话。司机面前的显示屏上,清晰地显示着实时路况和行车指令,前方何处弯道、何处减速都一目了然。我国高速动车组列车采用的CTCS-3列车控制系统,就像给列车装上了 “千里眼” “顺风耳”,确保高速行驶的列车在任何状况下 “想停能停下,想开能开动”。
由于CTCS-3系统的创造性运用,中国高铁才一路安全地跑出世界瞩目的“中国速度”。正是在武广高铁的 “联调联试”和综合试验中,测试人员通过严谨而周密的试验和测试,验证了CTCS-3系统的安全性和稳定性,为高铁发展插上了腾飞的翅膀。
高铁列车遇到障碍物会不会自动停车?遇到突发地震、火灾会怎么样?“联调联试”中,试验人员会按照厚厚的 “作业书”要求,采用试验仿真和线路试验相结合的方法,模拟包括常见故障在内的300多个场景、470多个案例的行车情况,全面检测列控系统在各种情况下的可靠性及安全性。
——通过对环保要求、客服系统和防灾安全监控系统的测试,保证列车运行的安全、平稳、舒适。高速列车运行中会产生很大的噪声和振动,解决不好就会影响旅客的乘坐舒适度,也会干扰沿线居民的正常生活;自动售票机的方便程度、购票时间长短、旅客检票时闸机通过效率、旅客候车和乘降组织方式等,直接关系到旅客出行乘坐的便捷程度;当设备出现故障、遇到自然灾害等情况时,如何组织旅客疏散和应急救援等,也检验着铁路系统服务的意识和能力。 “联调联试”中,对这些问题和可能出现的情况,都按照 “以人为本”“服务旅客” “让人民群众满意”的宗旨,进行了严格测试、调整或场景模拟演练,完善了标准,强化了防护保障措施。
10年 “联调联试”南征北战,这支 “特种部队”在全面检验和验证了我国高速铁路系统技术的同时,也创新发展了高速铁路 “联调联试”技术平台和技术体系,为深化高速铁路应用研究和发展研究积累了经验,为高速铁路基础理论的丰富和发展作出了巨大贡献。
(《人民铁道》 2013/01/16)