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1、高速铁路动力类型:电力牵引。
2、高速铁路简称高铁,是指基础设施设计速度标准高、可供火车在轨道上安全高速行驶的铁路,列车运营速度在200km/h以上。
3、高铁在不同国家、不同时代以及不同的科研学术领域有不同规定。中国国家铁路局将中国高铁定义为设计开行时速250公里以上(含预留)、初期运营时速200公里以上的客运列车专线铁路,并颁布了相应的《高速铁路设计规范》文件。中国国家发改委将中国高铁定义为时速250公里及以上标准的新线或既有线铁路,并颁布了相应的《中长期铁路网规划》文件,将部分时速200公里的轨道线路纳入中国高速铁路网范畴。
(来源:文章屋网 )
毕水兴高铁2019年7月底完成施工,调试1个月后,8月底可投入运营。高速铁路,简称高铁,是指设计标准等级高、可供列车安全高速行驶的铁路系统。其概念并不局限于轨道,更不是指列车。高铁在不同国家、不同时代以及不同的科研学术领域有不同规定。
中国国家铁路局将中国高铁定义为设计开行时速250公里以上(含预留)、初期运营时速200公里以上的客运专线铁路,并颁布了相应的《高速铁路设计规范》文件。
中国国家发改委将中国高铁定义为时速250公里及以上标准的新线或既有线铁路,并颁布了相应的《中长期铁路网规划》文件,将部分时速200公里的轨道线路纳入中国高速铁路网范畴。“高铁”同时被民间和中国铁路总公司旗下的火车票系统(12306官方网站)代指中国高速动车组旅客列车(G字头车次),实为错误用语。
(来源:文章屋网 )
可以。但只要有人前来用餐,乘客必须让座。餐车是提供消费的场所,是公共资源;没有消费活动却占据餐车座位,不仅可能影响他人前来就餐,也对餐车的正常经营产生影响。列车上的餐车,主要是解决旅客的用餐问题,同时也是提升铁路服务品质、车内环境和旅客旅行的舒适度重要场所。
高铁:高速铁路,简称高铁,是指设计标准等级高、可供列车安全高速行驶的铁路系统。其概念并不局限于轨道,更不是指列车。
高铁在不同国家、不同时代以及不同的科研学术领域有不同规定。中国国家铁路局颁布的《高速铁路设计规范》文件中将高铁定义为新建设计时速为250公里(含)至350公里(含),运行动车组列车的标准轨距的客运专线铁路。中国国家发改委将中国高铁定义为时速250公里及以上标准的新线或既有线铁路,并颁布了相应的《中长期铁路网规划》文件,将部分时速200公里的轨道线路纳入中国高速铁路网范畴。
(来源:文章屋网 )
中国分高速铁路,快速铁路,普通铁路三级,高铁级高于国铁一级,用于快铁和骨干普铁。
中国高速铁路一般采用无砟轨道和高速动车组。
高速铁路在不同国家不同时代有不同规定。中国国家铁路局的定义为:新建设计开行250公里/小时(含预留)及以上动车组列车,初期运营速度不小于200公里/小时的客运专线铁路。
特点:新建的,时速不低于250及客专性。
研究结论:从工程投资和经济效益角度分析,250~300km/h速度目标值略优,但是考虑本线在哈国的意义,及从功能定位分析、时间目标值适应性、技术先进性和与区域经济发展的适应性分析,建议采用350km/h速度方案。
关键词:高速铁路;哈撒斯坦;速度目标值
Option of Speed Target Value of the Astana---Alma-Ata of Kazakhstan high-speed Railway
LiuBin YinGuodong
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142,China)
Abstract: Research purposes: The analysis of the time target value of high-speed railway, construction cost, environmental requirements, regional economy and the adaptability of speed, the technical feasibility, the development of Kazakhstan railway technology, are made for the purpose of determining the reasonable speed target value of the Astana---Alma-Ata of Kazakhstan high-speed Railway.
Research conclusions: From the analysis of construction cost and economic benefits, the speed target value of 250~300km/h is little better, but the line in Kazakhstan is very important, and the analysis of the time target value of adaptability, advanced technology and the adaptability of regional economy, the 350km/h speed scheme is suggested..
Keywords: High-speed railway; Kazakhstan; the target value of speed
中图分类号:X731 文献标识码: A
1.高速铁路采用1520mm和1435mm轨距分析
1.1高速铁路运行高安全性和高平顺性
在世界各国高速铁路300km/h~350km/h高速铁路多采用1435mm的标准轨距,而且技术成熟。宽轨距1520mm在动态使轮轨作用关系变化很大,轮轨作用直接效果决定是否可以实现高安全性和高平顺性。
轮轨作用关系实际上属于非线弹性作用,宽轨距的荷载分布、减载率和轮距等都会对车辆实际运行状态以及脱轨状态等分析产生很大影响,仅凭借所谓动力仿真分析,难以解决实际运行存在的诸多问题。
轨距与车辆荷载分布变化对超高计算、欠超高、过超高舒适度限值的确定都产生影响,因为这些都是确定超高和舒适度的重要参数,研究宽轨距相关计算也是亟待解决的问题;
目前,俄罗斯宽轨高速铁路运行速度仅达到200km/h~250km/h,相关技术标准规范也仅限为200km/h。即使理论上动力仿真计算证明可以运行300km/h~350km/h,为安全运行也需要实际运行参数及相关资料,至少应进行实际轮轨作用动力谱试验,以满足高速运行安全性和平顺性的基本要求,鉴于此轨道就不同轨距进行技术和经济比较。
1.2高速铁路轨距与国家路网构成
高速铁路在国家路网构成中居于客运主干线地位,主要承担国内各大、中城市间的快速客运通道作用,兼顾沿线城市的旅客运输任务。具备国家铁路网客货运、高低速铁路线互连互通的条件。同时,在国家或地区间的国际铁路通道中,也应具有衔接各国或地区间陆路互连互通的功能。
1.3高速铁路轨距是制约国际铁路运输的主要因素
国际之间的快速旅客运输,铁路所占份额比较小,处于次要地位。
首先,最主要的原因是陆地相邻国家存在高速铁路轨距不一致,这导致陆地上的铁路难以互连互通。
其次,各国铁路轨距标准众多,存在差异,这为国际铁路运输带来了很大不方便。比如印度的轨距最长,中国的轨距中等,南美洲一些国家轨距最窄。中国与俄罗斯的铁路轨距不相同,这导致中俄两国的高速铁路列车难以相通,这为两国之间的铁路运输带来较大不便。
在世界范围内修建的国际高速铁路,必须解决高速铁路轨距不统一这个难题,才能做到国际之间的快速旅客运输的快捷便利、互连互通。
2.哈萨克斯坦高速铁路轨距选择与路网功能的适应性分析
2.1既有哈萨克斯坦铁路网轨距
哈萨克斯坦国内的既有铁路采用的是1520mm轨距。
2.2建高速铁路在国家铁路网的地位和作用
新建高速铁路作为贯穿哈萨克斯坦南北的重要客运通道,主要承担阿斯塔纳与阿拉木图两大城市间的快速客运通道作用,同时兼顾沿线城市的旅客运输任务。从国家铁路路网上来讲,本线具备与国家铁路网客运、高低速铁路线互连互通的功能较好。
2.3新建高速铁路在国际铁路通道中的定位和作用
新建高速铁路在世界洲际、国家或地区间的国际铁路通道中,应具有联接邻国、衔接各地区或各大洲国际铁路通道的定位,承担国际间旅客快速运输通道作用。同时,具备世界洲际陆路国际铁路通道互连互通的功能。
新建阿斯塔纳至阿拉木图高速铁路是亚欧大陆桥国际铁路通道(中国-哈萨克斯坦-俄罗斯-欧洲)的重要组成部分,该通道研究年度客、货物运输增长潜力巨大。
因此,新建高速铁路的轨距选择既要考虑国家铁路网客货运、高低速铁路线的互连互通,又须兼顾世界洲际陆路国际铁路通道的便捷畅通。
综上分析,一方面,从哈萨克斯坦本国既有铁路线网的角度看,选用1520mm轨距对实现本国铁路网内运输的互联互通更有利,有利于对既有铁路维护、救援设备的利用,也为与独联体国家铁路相互衔接提供了有利条件;从长期看,可以在未来实现连接到俄罗斯的高速铁路网(1520mm的轨距)。
另一方面,新建阿斯塔纳至阿拉木图高速铁路是新亚欧大陆桥国际铁路通道(中国―哈萨克斯坦―俄罗斯―白俄罗斯―波兰―德国,西至荷兰鹿特丹港)最为便捷的通道。从未来与欧洲及中国高速铁路网发展联网运输的角度看,就像目前欧洲高速铁路网那样,选用1435mm轨距则更具有前瞻性。
3.1520mm与1435mm轨距的技术经济比选
3.1 1520mm与1435mm轨距技术分析
最小曲线半径
见下表:
表1 1435mm轨距 最小曲线半径表(m)
表2 1520mm轨距 最小曲线半径表(m)
线间距
在采用相同的设计速度、相同的动车组(或车体宽度相同)条件下,1435mm轨距和1520mm轨距铁路的线间距相同。
本项目参考CRH动车组的技术参数,不同设计速度条件下的线间距见下表:
表3 线间距表(不同速度)
轨道
不同轨距标准的有砟、无砟轨道技术比选详见表4。
表4 不同轨距轨道结构比选
比较项目 1435mm轨距 1520mm轨距
轨道结构 有砟轨道 客专用钢轨;扣件间距600mm;轨枕1667根/km;特级道砟;道床顶面宽3.6m,厚0.35,道床边坡1:1.75。 客专用钢轨;扣件间距600mm;轨枕1667根/km;特级道砟;道床顶面宽3.85m,厚0.35,道床边坡1:1.5。
无砟轨道 客专用钢轨;扣件间距650mm;板式无砟轨道。 客专用钢轨;扣件间距650mm;板式无砟轨道,钢筋混凝土数量比准轨结构增加约5%。
设计和施工技术 技术成熟 无相关经验,成套技术的研究开发和试验验证需要一定时间。
道岔
中国与国际高速铁路采用道岔的对照分析,见下表。
表5 UIC侧向允许速度100km/h及以上道岔数据表
表6 俄罗斯主要高速道岔技术参数表
俄罗斯目前已有侧向通过满足120Km/h,直向通过速度满足200Km/h的高速道岔,而且随着莫斯科至圣彼得堡高速铁路的开通,俄罗斯的高速铁路道岔直向通过速度最高已经达到250km/h。
中国道岔号码的定义同UIC,均用道岔辙岔角的正切值表示。我国标准道岔号码高于UIC,但从道岔侧向速度来说中国和UIC标准的高速铁路是一致的。
直向通过速度满足300km/h以上的的1435mm轨距道岔目前在中国及国际高铁的运用中,技术比较成熟,直向通过速度满足350km/h的1435mm轨距道岔在中国各高速铁路上已经普遍采用。
1520mm轨距目前尚无满足直向通过速度满足大于250km/h的高速道岔,如果采用直向通过速度350km/h的宽轨高速道岔,需考虑一定的研发周期、研发费用及实验上道时间。
桥梁
相同设计速度、相同动车组条件下,1435mm与1520mm轨距的线路的线间距相同,桥梁的结构尺寸相同。
路基
-路基面形状
有砟轨道路基面形状为三角形,由路基面中心向两侧设置不小于4%的横向排水坡。曲线加宽时,路基面仍应保持三角形。
无砟轨道支承层(或底座)底部范围内路基面水平设置,支承层(或底座)外侧路基面两侧设置不小于4%的横向排水坡。
-路基面宽度
表7 1435mm轨距路基面标准宽度(中国标准)
表7 1520mm轨距路基面标准宽度
说明:采用1520mm轨距时,线路中心至接触网力臂净距3.3m,力臂0.35m,基础0.9m。(无砟及有砟相同)
路基面宽度=(3.3+0.35+(0.9-0.35)/2+0.05+0.72)×2=9.4m
1520mm轨距对1435mm轨距区间土方增加约3.5%,地基处理增加约2.5%,边坡防护工程数量基本相同。
基础设施维修机械
高速铁路基础设施维修需利用大型养路机械(如钢轨打磨列车、道岔打磨车、钢轨探伤车等)、接触网作业车、轨道车等轨行车辆,这些轨行车辆在国际上均有成熟的产品。基础设施维修用轨行车辆能够适应不同轨距(1520mm和1435mm)的线路条件。
动车组研发
设计速度满足300km/h以上的的1435mm轨距动车组目前在国际高铁的运用中技术比较成熟,速度满足350km/h的1435mm轨距动车组在中国各高速铁路上已经普遍采用。
1520mm轨距目前尚无速度大于250km/h的高速动车组,如果采用速度350km/h的宽轨动车组,需考虑一定的研发周期、研发费用及实验上道时间。主要技术难点在于转向架的研发、运营试验等。宽轨1520mm与准轨1435mm轨距转向架优缺点分析见表8。
表8 宽轨1520mm与准轨1435mm轨距转向架优缺点分析表
从上表可以看出,宽轨1520mm与准轨1435mm轨距的转向架各有优缺点,主要在于:与既有还是规划线网的互联互通适应范围、发展趋势以及运营维护经验两大方面。宽轨1520mm与准轨1435mm轨距转向架在技术层面上的差异不大。
站后配套工程
1520mm轨距对站后配套工程影响较小,相同设计速度下,不同轨距标准的站后工程投资基本相同。
3.2高速铁路1520mm轨距与1435mm轨距经济比选
不同线路走向方案、不同设计速度条件下的不同轨距标准的经济经测算,线路采用I方案,设计速度350km/h时,1520mm轨距方案静态投资较1435mm轨距方案静态投资增加约2%。测算费用中不含1520mm轨距高速道岔和动车组的研发、试验费用。
6.轨距SWOT分析
表9 1435mm轨距SWOT分析表
表10 1520mm轨距SWOT分析表
7.轨距的综合比选
采用1520mm轨距的高速铁路目前仅俄罗斯、芬兰有运行速度250km/h的既有线提速铁路,运营了一年多,实际运营、维护等经验相比1435mm轨距的高铁来说不够成熟。如果采用更高的速度目标值,所面临的主要问题是需要研制1520mm轨距的道岔、动车组转向架和其他技术装备等,即需要建立全面的技术标准体系,而这些都是需要时间和费用来完成的,风险性相对较大。
通过对线型、线间距、轨道、道岔、基础设施维修、动车组等几个方面进行的技术分析以及对1435mm和1520mm两种轨距的经济比较,可以看出:在建设与维护的经济性方面,1435mm轨距高速铁路的建设与维护上的周期、成本等方面优势明显。1520mm轨距与之相比,技术体系并不十分完善、但也可实现,主要是研发的周期相对较长,研发成本以及批量较少,会间接导致产品价格较高,其成熟、可靠性等方面有待于时间进一步检验。
8.结论
轨距的选择问题,不是简单的技术问题,更多的是技术政策的倾向性,需由政府部门来最终决策。无论是采用1435mm还是1520mm轨距,都能适合并满足本工程的需求。相比来说,采用1435mm轨距无论从建设工期、后期的运营维护成本以及技术的成熟性等方面的优势更加明显。
本次研究推荐采用1435mm轨距。
参考文献:
[1] TB10621-2009 高速铁路设计规范(试行)[S]
【关键词】:高速铁路;路基沉降;测量控制
中图分类号: TF351 文献标识码: A 文章编号:
一.引言
为了确保高速铁路在建设过程中控制路基沉降工作的顺利展开,正确掌握路基沉降预测模型以及观测工作的基本要求是必要的条件。而在实际的工作当中必须要严格依照路基沉降观测的基本规范要求,建立适当的高速铁路路基沉降预测模型。将高速铁路路基沉降值控制在允许范围之内,从而有效的完成建设高速铁路的任务。
二.高速铁路路基发生沉降的原因以及控制的必要性
改革开放以来,随着国内交通运输事业的快速发展,高速铁路作为一种高速运行的交通运输工具,并在国家经济建设当中扮演越来越重要的角色。进入到新世纪后,全国各地掀起了建设高速铁路的浪潮,郑西高铁、武广高铁等一批国家重点建设的项目相继得以完工。而其中路基沉降控制的好坏直接直接影响着整个高速铁路建设的质量。所以,在建设高速铁路的过程当中,必须要合理科学的采用各项路基沉降观测标准与技术,只有提出合理科学的技术管理方法,才可以从根本上确保高速铁路建设的质量,进而保证在项目交付使用后路基的刚度、强度以及稳定性。
三.高速铁路路基沉降测量控制要求
做好观测高速铁路路基沉降工作是保证控制高速铁路沉降工作顺利展开的前提条件,为开展现场路基沉降控制工作提供了重要资料与数据。所以,在测量过程中,地质探测人员以及工程技术人员必须要采用科学的方法与技术来实施观测前的准备、观测中实施步骤、观测后总结与分析数据结论。
1. 观测高速铁路路基沉降相关设备的要求。在实际观测高速铁路沉降中要求要有极高的准确度,从而确保高速铁路路基在不断加强负荷的状况下,准确测出数据。我国高速铁路建设技术标准中明确的指出来:观测沉降的误差值不应该大于变形值的0.05~0.1倍,所以在进行观测沉降的时候,一定要使用精密水准仪。因为通常的水准仪都会受到温差与环境的影响,导致结果中误差值相对比较大,所以在进行测量时一定要使用受此影响相对较小的精密水准仪。就算是受到高速铁路施工现场条件的限制,也应该采用第一标尺来进行观测。
2.观测沉降时间的基本要求。在对高速铁路路基进行初次观测时必须要严格按制定的观测时间来实施,不然就会导致所得数据不是原始的数据,进而使观测的沉降没有任何实际意义。在其他各阶段中应该依次来进行复检,依据具体的施工情况来按时进行,严厉杜绝补测甚至是不测等弄虚作假的行为,从而保证观测沉降数据的真实性与精确性,并且在高速铁路路基设计和施工当中发挥应有作用。
3.对路基沉降观测人员职业素质的要求。在高速铁路路基的设计和施工当中,沉降观测人员应该要经过系统专业的理论学习,并定期参加由国家各级地质管理部门所组织的业务培训,进而不断提高施工人员的职业素质。具体在高速铁路路基沉降观测当中,现场的技术人员应该要灵活、因地制宜的运用理论知识,并根据现场观测情况准确运用误差原理来进行分析,从而找出相对应的解决方法。快捷、专业、准时的完成观测任务是一名合格沉降观测人员必备的职业素质。
4.理论要联系实际并采取适宜的观测方法与标准。依据高速铁路建设地区水文、地质、环境、气候、湿度、温度等条件的不同情况,应该选择使用的沉降观测精密程度也不尽相同。在没有特殊的质量与技术要求的高速铁路工程项目中,使用二级观测水平的观测方法就能基本上满足技术需求。
5.实际观测的具体要求。在进行高速铁路路基沉降观测之前,要事先核查观测仪器是否齐全,仔细检查需要长期使用的仪器,并且查看仪器的各类指标是否符合标准要求。在沉降观测的过程当中,各方面人员应该互相配合,经常协调沟通,做到不少测不漏测,从而为高速铁路路基提供有效的观测数据。
6.对沉降观测地点的要求。沉降观测是一项非常严谨的任务,对观测点地点有着很高要求,除了应考虑准确反映实际的沉降情况,同时也要考虑到观测的方便。一般选择观测地点在地势较平坦的位置,并且地貌的纵向与横向之间相互对称,它们之间的最佳保持距离应该在20m的范围内。
四.路基沉降预测模型的应用
当前高速铁路对路基沉降量的预测方法分为两大类:其中一类是通过对路基土的室内试验获取路基土的参数,与此同时还要选择恰当的计算模型来计算高速铁路路基的沉降量;而另外一类则是通过处理实测的沉降数据,并且分析获得沉降量的一般规律,进而来预测高速铁路路基的沉降量。依据实测资料推测最终沉降量,总结归纳有四种测量方法:曲线法、灰色系统法、BP神经网络法以及遗传算法。
1.曲线拟合法。通过分析实测时间与资料的关系,为时间与沉降曲线建立合适的函数方程,再依据建立好的函数来推算在未来的某个时刻沉降量的大小。高速铁路工程通常使用的拟合曲线法主要有:指数曲线、双曲线法、时间对数法、成长曲线法、三点法、抛物线法以及沉降速率法等。
2.灰色系统理论。它是由我国的著名学者邓聚龙教授在1982年创立的一门新兴的学科,通过生成与开发“部分”已知消息,提取出有价值的信息,实现有效控制与正确描述系统的运律。灰色系统预测是处理原始的数据、建立灰色模型,掌握并发现系统的发展规律,对系统的未来状态做出科学的定量预测。通过对原始数据的序列进行一定的变换,定义合适的序列算子与序列灰导对算子作用后的序列,然后建立GM模型的近似微分方程,经过检验精度后,就能够进行预测了。GM模型也是最经常使用的预测模型,因为有诸多的外界因素干扰系统,所以一般对GM模型进行一定修正,从而取得更佳预测效果。
3.人工神经网络。它是对自然或人脑神经网络的若干基特性进行模拟与抽象,是一种非线性的动力系统,具有大规模分布信息的存储以及并行处理能力,具有良好的组织性、适应性以及很强的联想、学习、抗干扰、容错能力。这种方法在处理非线性的问题上,具有它自身的独特优越性。在岩土工程当中沉降预测神经网络建模法主要包括两种,其中一种是把各种影响因素与沉降的关系用神经网络隐式来进行表达,由已知的外界影响因素来推断此时的沉降量,也就是BP网络。而另外一种方法则不考虑沉降量的各种影响因素,而建立当前沉降与过去各沉降的历史值之间的神经网络模型,也就是Elman模型。
4.遗传算法。它主要是有着高度随机、并行、自动搜索的一种新型计算方法。与常规的优化方法来比较,遗传算法没有直接与模型参数打交道,而是通过处理代表参数的编码。遗传算法在整个施工过程当中,同时控制着一个解群,而不是局限在一个点上,这样就大大增强了搜索的效率,并防止陷入到局部极值;在进行求解的时候,不需要计算目标函数微分,所以对约束条件以及目标函数没有十分苛刻的要求,这种方法在处理高度非线性问题方面和传统方法相比,有着十分显著的优势。
五.结束语
从上述讨论可知,为了确保高速铁路建设中路基沉降测量控制工作的顺利展开,正确掌握高速铁路路基沉降预测模型以及观测工作的控制要求是不可或缺的必要条件。在实际的工作当中应该严格的遵守高速铁路路基沉降观测的基本规范与要求,建立恰当的高速铁路路基沉降预测模型,从而保证高速铁路路基沉降量在允许值的范围内,圆满有效的完成高速铁路建设的任务。
【参考文献】:
[1]王志飞.铁路客运专线施工综合及关键技术[M].2005.
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【关键词】高速铁路;风险;管理
高速铁路运营安全风险分析及管理就是采用安全系统工程相关技术和方法,识别高速铁路运营存在的风险事件,通过风险分析确定风险等级,从而采取控制措施对高风险等级事件进行控制和持续监测的过程。高速铁路实施运营安全风险管理是将安全关口前移、变事后处理为事先预防的重要安全管理手段。
1 风险分析及管理的基本原理
高速铁路运营安全风险,是对风险事件(潜在的事故)发生的可能性及事故后果严重性的测度,是高速铁路运营系统安全程度的度量。其整体风险可描述为由一系列风险事件场景、可能性和严重性所组成的3元素的集合,如公式(1)所示:
R = { (Si,Pri,Ci)| i=1,2,?n
(1)式中:Si为第i个风险事件场景,包括风险事件的类别、原因、影响范围、控制措施等;Pri=Pr (Si)为第i 个事件场景发生可能性(频率或概率);Ci= C(Si)表示第i个事件可能导致危害的严重性。
从公式(1)可以看出,高速铁路运营系统的风险水平取决于风险集合中每个风险事件的风险水平Ri ,而某个风险事件的风险水平R i 则是该风险事件发生频率及其可能导致危害严重性的函数,因此高速铁路运营安全风险分析就是对其所有风险事件进行识别,结合必要的安全系统工程的方法原理和技术,确定每个风险事件发生频率和后果,进而确定其风险水平的过程。
2 风险分析及管理的主要内容和基本流程
任何系统的风险因素不仅取决于自身,其所处的环境和人为因素都是必不可少的影响因素,将“人-机-环境”综合考虑是进行高速铁路系统风险分析和管理的必要手段。因此,进行高速铁路系统风险分析和管理,首先需要明确高速铁路系统的环境信息。高速铁路运营安全风险分析及管理的主要内容包括风险识别、风险分析、风险评价、设置风险控制措施及持续的监督和检查。GB/T 24353 2009 / ISO 31000 2009《风险管理 原则与实施指南》对风险分析及管理的基本流程进行了定义.
2.1 风险识别
风险识别是根据设定的分析范围、结合相关科学方法和手段,识别出系统的所有风险事件。为保证风险识别的有效和完整,通常需要结合必要的风险识别方法来进行,适合高速铁路运营安全的风险识别方法包括头脑风暴法、检查表法、预先危险性分析法(PHA)、危险及可操作性分析法(HAZOP)、结构化What-if检查表分析法(SWIFT)等。
2.2 风险分析
由公式(1)可以看出,某个场景下风险事件的风险水平度量由2个因素决定,即该风险事件发生的频率及其导致的后果的严重性。因此,高速铁路运营安全风险分析就是对识别出的风险事件的发生频率和后果进行分析的过程。根据结果的形式不同,风险分析分为定性分析和定量分析。定性分析通常在数据资料不够充分时比较适用,主要凭分析者的经验,凭分析对象过去和现在的延续状况及最新的信息资料,对分析对象的性质、特点、发展变化规律作出判断。因此在分析过程中,各专业系统专家的经验判断、各专业系统累积的事故及故障数据都可以作为重要的信息来源,定性风险分析得出的风险水平的描述是主观的、粗略的。如对铁路运营安全风险的频率定性分析结果通常为高、中、低等定性的描述;后果定性分析结果通常为特别严重、严重、一般、轻微等;具体定性描述根据实际需要而定。
2.3 风险评价
风险评价就是将风险分析结果与预先设定的风险准则相比较,以决定风险是否可以接受的过程,风险评价结果是决定风险事件是否需要进一步采取措施的依据。风险准则的制定应考虑操作的可行性、数据的可获取性等多方面因素。常见的风险评价采用风险矩阵的形式,目前国际铁路运营安全风险评价多参照EN 50126: 1999《铁路应用:可靠性、可用性、可维护性和安全性(RAMS)的规定和说明》提出的风险矩阵形式.(详见表1)
风险发生的频率 风险等级
偶尔 可以容忍 不期望 不期望 不可容忍
极少 可忽略 可以容忍 不期望 不期望
不太可能 可忽略 可忽略 可以容忍 可以容忍
不可能 可忽略 可忽略 可忽略 可忽略
无关紧要 不重要 严重 灾难
危险后果的严重等级
表1 典型铁路运营安全风险评价矩阵
风险矩阵就是将风险的2个要素――风险事件发生的频率和导致的后果的严重性,分别作为横轴和纵轴组成二维矩阵,横轴和纵轴交叉的不同组合定义为风险等级(见表1)。风险等级包括不可容忍、不期望、可以容忍和可忽略4个等级。对于不可容忍的风险必须采用控制措施以降低其风险等级,对于可忽略的风险当前可不必采取进一步措施。
2.4 控制措施
风险控制是风险管理过程的重要环节,在对高速铁路运营系统设置风险控制措施过程中,可应用以下原理或原则,以达到优化利用系统资源尽可能提高其总体风险水平的目的。
(1)高风险事件优先处理原则――木桶效应。木桶效应原理是由美国管理学家彼得提出的。其基本思想是:由多块木板构成的水桶,价值在于其盛水量的多少,但决定水桶盛水量多少的关键因素不是其最长的板块,而是其最短的板块。把水桶代表铁路系统,各个木板代表构成铁路系统的相关部分,水桶的装水量代表铁路系统安全水平。由木桶效应可以看出,构成铁路系统的风险事件的最高风险决定了铁路系统安全水平。基于这一思想,高速铁路运营安全风险控制措施的设置应优先考虑高风险事件,将有限的安全管理资源优先投入到对系统“短板”的加高,可以实现系统安全水平的最大化。
(2)控制措施的优先级――消除、预防、降低、减轻。“安全第一、预防为主”是我国安全生产法的基本方针,也是现代安全管理“变事后处理为事先预防”的重要理念。风险控制措施的设置应首先考虑消除其成因,以达到系统本质化安全;对无法消除的情况,应采取预防性措施预防风险事件发生;事故发生有其客观必然性,绝对零风险是不存在的,如地震的发生是不可避免的,对这类风险事件可以预先设置降低后果(如地震预警)或减轻其严重性(应急救援等)的措施。
(3)控制措施类型。高速铁路系统运营安全风险控制措施根据工程实施阶段分为3类:一是源头控制措施,包括设计优化、设计质量控制和产品准入控制等以实现系统本质安全;二是施工和安装阶段控制措施,包括采用更优的替代材料或设备、实施软件管理及人机工程学设计和制造来提高系统的使用安全等;三是运营阶段控制措施,包括检测、监测和养护维修等手段确认系统安全状态,通过人员能力培训等方法提高职工技能以降低系统风险事件发生的频率,通过设置安全防护措施
及应急演练等方法降低风险事件发生后造成后果的严重性。
2.5 监督和检查
监督和检查是风险持续管理的重要环节,包括定期和不定期检查及监测等。随着高速铁路系统的运营,基础设施及车辆等状态处于动态变化中,持续的检查和监测是保证风险水平处于可接受状态的重要手段,是风险闭环管理的不可缺少的环节。
由美国次贷危机引发的金融危机的影响正在不断加大,我国目前也在不断出台各种政策最大化减小危机的影响,而扩大内需、增加固定投资成为中国经济增长的主要动力。
铁道部总工程师何华武认为,铁路投资对经济拉动作用明显,比如铁路基建对钢材、水泥有巨大的需求,铁路机车车辆制造不仅需要大量的钢材,还会带动电子电器行业、橡胶、玻璃、铝等有色行业的发展。更为重要的是解决就业问题。
10月21日,国务院总理主持召开国务院常务会议,核准了包括铁路、公路、机场、核电站、抽水蓄能电站等一批基础设施建设项目,同时决定加快南水北调中、东线一期工程建设进度。这一系列刺激经济的措施,铁路投资被认为是拉动内需的“火车头”。
加快铁路发展势在必行
目前我国人均占有铁路里程仅有6厘米。从1980年末至2002年末的22年,中国铁路营业里程净增2.21万公里,年递增1.68%;但同是这22年,中国经济持续稳健发展,GDP年递增16.06%左右,可以看出,中国铁路与经济社会发展相比,严重滞后。
审视中国铁路网现状,铁路运输能力远远不适应国民经济和社会发展的需求,路网整体运输能力严重不足,主要干线、部分地区限制型运输矛盾突出,季节性运能十分紧张,而且还在不断加剧。尽管铁路采用强力措施,运输密度为世界之最,但“一票难求”、“一车难求”现象依然随处可见。
从铁路自身看,在7.2万公里营业里程中,双线只有2.4万公里,大部分线路均为单线,通过能力小;线路曲线半径、信号设施等主要技术标准偏低,行车速度受制;基础设施耐久性不足,养护、维修工作量大;电气化铁路仅1.8万公里,电牵设备可靠性不高,距离少维修、免维修的要求尚有较大差距;机车车辆装备水平不高,信息化体系不完整,不适应铁路现代化的要求。
各国统计资料表明,各种运输方式完成相等的换算周转量消耗的能源,民航最多,公路次之,铁路最少,单位运输量平均能耗之比约为30:20:1。按照科学发展观、构建和谐社会和资源节约型社会的要求,加快铁路发展,缓解“瓶颈制约”的矛盾,是形势的需要,历史的必然。
在第十届中国科协年会上何华武介绍,近30年来,我国铁路建设突飞猛进,截至2007年底,我国铁路营业里程达7.8万公里,居世界第三位。我国铁路以占世界铁路6%的营业里程,完成了世界铁路24%的换算周转量,并创造了旅客周转量、货物发送量、换算周转量、铁路运输密度四个世界第一。
但是,相对于经济增长的速度,目前我国铁路网还很不完善,运输能力还远不能适应经济社会发展和全面建设小康社会目标的要求,仍制约着国民经济发展。
何华武说:“在春运、暑运、节假日运输等时段,铁路供需矛盾更加突出,连接主要经济区域的铁路通道单一,一旦发生自然灾害和突况,势必造成运输秩序混乱,继而对经济社会生活造成严重影响。”
因此,提高铁路抗灾能力,最根本的是要加快铁路建设,尤其要加快建设铁路客运专线,在各大经济区域间尽快实现客货分线运输或多条铁路运输。
我们具备高速铁路建设的实力
从我国铁路的客运需求看,我国人口基数大,客运需求增长潜力巨大。城镇化率的提高,城镇人口的增加,同城化、一体化,将带来客运需求快速增长;区域经济发展的差异,地区人口、资源、生产力布局的不平衡,导致人员流动广泛;生活条件的快速改善,生活水平的逐渐提高,产生大量的假日旅游、休闲旅游和探亲访友等客流。
从货运需求看,未来15年,我国GDP将保持较快速度增长,各种物资的需求会大幅度增加,对运输的需求将持续上升。由于我国资源分布和工业布局不平衡,能源消费以煤炭为主,未来大宗原材料物资运输仍将是运输的主流,必须依靠成本低、效率高、环保好的铁路来完成。初步测算,到2020年,全国铁路旅客、货物运输需求将分别达40亿人次、40亿吨,年均增长速度分别为8%、4%。铁路作为交通运输的主要方式,必须提供与市场需求相适应的运输能力。
铁路客流的特点是量大、集中、行程较长,基本国情及客流特点决定了我国应主要发展大容量、环保型、适应性强的公共交通体系,高速铁路就是这样的公共交通体系中的佼佼者。在我国,发展高速铁路是交通运输领域贯彻可持续发展战略、优化交通运输结构的重要手段,是铁路高层次、大幅度扩大运输能力及提升运输质量的重要途径。中国的综合国力、创新能力也具备了又好又快建设高速铁路的实力。
高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。参考国际铁路联盟定义,我国新建客运专线列车最高运行时速300公里及以上,客货混线以客为主,列车最高运行时速250公里及以上,改建铁路列车最高运行时速200公里及以上,可称为高速铁路。今年7月1日,开始进入试运行阶段,2008年8月1日全线正式运营的京津城际铁路是我国第一条具有自主知识产权、国际一流水平的高速铁路,标志着我国高速铁路技术已达到国际先进水平。
京津城际铁路攻克了轨道结构、桥梁建造、沉降控制等技术难关,取得了多项自主创新成果。京津城际铁路的建成,标志着具有中国特色和世界先进水平的高速铁路技术标准体系已经形成,为今后高速铁路的建设打下了雄厚的基础。
今年4月,世界上一次建成线路最长、标准最高的高速铁路――京沪高速铁路全面开工建设。何华武表示,高速铁路是当代高新技术的集成,也是庞大复杂的系统,近年来我们国家已经完成了四百多项核心科研,攻克了一系列技术难题,但目前京沪高速铁路还面临着四项技术挑战。一个是技术框架和技术变型技术;二是工程材料与结构外形技术;三是减振降噪和环保节能技术;第四是运营安全保障技术。
京沪高速铁路建成之后,北京到上海的时间只需要5个小时。据初步研究预测,哑铃效应可使沿线地区GDP增长率提高19%-21%。
中国特色的客运专线技术标准体系
前五年铁路的发展,实际上是我国国家铁路的一部创新发展史,全面突破了高速铁路建设和运营管理的一些关键重大的技术。动车组开运以来的一年足以证明,中国铁路已经跨进高速的时代。反过来说,时速250公里的铁路里程已经是1019公里了。
事实证明,中国铁路在勘察、设计、公路工程、通信工程、牵引信号、运载装备、系统集成等等攻克了一系列技术难题,取得了重大成果。到目前为止,初步建立了具有中国特色的客运专线技术标准体系。客运专线实际上300―350公里京津高速铁路,标准是很高的,具备了300公里等级的技术储备,这些都为京沪高速铁路的建设提供了有力的技术支撑。可以肯定地说,建设京沪高速铁路,通过深入研究,进一步地深化研究、实验验证,完善我们的高速铁路技术体系,形成具有中国自主知识产权的高速铁路技术体系一定能够成功。
而由于我国路网覆盖的超长性,我们路网密度的单薄性,客运需求的多样性,因为我们人多,而且人口、资源、环境制约着我们,我们的铁路作为交通工具来说,它有非常好的、不可比拟的优势。但是由于我们高层和低层多元性的需求,还有线路标准的统一性、调度指挥的集中性、地质条件的差异性、分线城网的复杂性,根据这些路况研究的技术体系、技术标准,乃至你的各个系统的集成,充分体现了中国的特色。
何华武说,将来建成的京沪高铁装备技术会处于领先地位,其中运行速度、环保技术、旅客舒适度等方面处于世界领先地位,继续承接中国特色。
以铁路拉动经济发展
按照国家原先批准的铁道部“十一五规划”,计划于2006-2010年间投入1.25万亿元人民币进行铁路基本建设。以“新建线路”、“客运分离”、“线路改造”为主体思想,将铁路营运里程从2005年的7万公里提高到2010年底的10万公里。2010年前新建7000公里客运专线,2020年前建成12000公里客运专线,实现主干线的客货运分离。今次,国务院批复的铁路投资额上升到2万亿元,其中在建项目的投资规模已超过1.2万亿。铁路是关系国计民生的大战略工程,通过加大财政资金的投入,可以更好地吸引社会资本参与,拉动内需。
大规模加大铁路建设规模的投入,不仅可以加快完善铁路路网,改善全国的交通运输状况,还会对能源、钢铁、水泥、机械、有色金属、电子电器、橡胶、玻璃、铝等有色金属诸多行业起到有力的推进作用。更重要的是高速铁路建成后,将大大缩短旅程时间,充分带动区域间的的人员流、资源流、资金流,推动经济发展。进而还为扩大就业,提供大量的新岗位。这被认为是拉动整个经济增长的最重要亮点。何华武说,据他测算,在铁路建设上每投入1元人民币,其拉动的GDP大概在5.7元左右。“如果说1998年亚洲金融危机国家采取的是以公路基建投资为主拉动内需,那这一次会以铁路投资为主。”“铁路建设还将直接提供150多万个就业机会,这并不包括铁路系统的职工。”据介绍,1998年为应对亚洲金融危机,国家实施了积极的财政政策,推动高速公路建设进入了快速发展时期,年均通车里程超过4000公里,年均完成投资1400亿元,并带动了许多相关产业的发展,有效避免了经济衰退的威胁。
关键词:高速铁路 视频数字化 系统设计 探讨
中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)12-0225-01
目前,在对高速铁路建设施工监控管理过程中,铁路局各工务设备管理单位主要采取人工定点监控和徒步检查,这种施工监控方式人力成本大、效率低和监控覆盖面窄,且难以保证信息的及时性、准确性和有效性。
高速铁路建设视频数字化监控管理体系是数字化技术在工程建设管理领域的应用,通过视频数字化监控管理系统可以对施工进行全过程的监控记录,能够实现监管全部数字化、资源共享化和最终实现档案无纸化。视频数字化监控管理系统为工务设备管理单位施工监控提供了新的解决思路。
1 高速铁路建设视频数字化监控管理系统构建
1.1 构建高速铁路视频数字化监控管理系统的总体目标
构建高速铁路视频数字化监控管理系统的总体目标是构建统一的视频监控网络和平台,通过远程视频监控实现对重点工程施工进度、安全防护措施、施工路材路料等的检查,加强施工现场的监控管理,减少施工现场的检查时间,降低管理成本,提高现场施工监控效率;并且起到对施工安全进行监测分析、风险评估和预测报警的功能。
1.2 高速铁路视频数字化监控管理系统总体方案架构
1.2.1 视频数字化监控管理系统的构成
视频数字化监控管理系统基于IP网络的分布式远程施工监控指挥调度控制平台系统,主要由前端施工现场监控系统、SDH专线网络传输和监控中心管理终端三部分构成。通过工程监控中心实时监控工程现场设施及设备的安全状况、施工进度、施工安全和质量隐患等重要情况,为排除施工安全隐患、采取紧急应急预案、实施动态监控现场施工情况提供有力的技术保障手段,同时也为突发事件事后的取证工作提供影像依据。
1.2.2 系统结构设计
视频数字化监控管理系统采用四层次结构设计,分别是数据层、逻辑层、表现层与用户层,数据层实现对信息系统所有信息与数据的集中、有序管理,包括基础文档数据、CIS二维与三维地理信息系统、监测数据、视频录像等;逻辑层是系统的基础核心,包括各功能模块、数据存访接口、数据安全机制、用户认证与权限控制等;表现层是通过B/S模式IE浏览器、PDA短信、DLP监控大屏、三维仿真等表现形式将信息展现给用户的手段;用户层定义了涉及本管理系统使用的用户群体。
1.2.3 系统流程实现
视频数字化监控管理系统要能够满足高速铁路施工现场安全监控的需要,包括明确监控目的,确实监控内容和项目,设定监控频率,进行监控数据分析和预警维护一系列业务流程。
1.2.4 网络安全设计
整个网络系统的安全防护体系要求由防火墙、入侵检测系统、防病毒系统等构成实现对用户网络访问行为、网络管理行为的监控和管理。
2 实现高速铁路建设视频数字化监控管理系统的关键技术
2.1 自动化监测技术
自动化监测的核心是实现数据的自动化采集和处理,其所需的主要设备由传感器、数据采集系统和信息管理软件。其具有远程、自动化、连续监测等优点,应用于高速铁路建设视频数字化监控管理系统的自动监测系统应具有数据采集、交换、处理和反馈四个方面的功能。
2.2 GIS平台技术
地理信息系统(GIS,Geographical Information System)是在计算机软硬件支持下,描述客观世界的各种数据,按其地理坐标或空间数据输入计算机,并在其中存储更新、查询检索、量测运算、分析处理、综合运用、显示制图和输出的一种技术系统。其具有强大的数据管理功能、大空间范围高分辩率的空间分析功能、各种数据的导入导出功能和多样化的信息表达功能。
2.3 智能视频技术
智能视频技术已广泛应用到各个领域,其从监控摄像头开始,包括运动对象提取、对象描述、对象跟踪、对象识别、对象分析,最后进行预警或报警。
3 高速铁路建设视频数字化监控管理系统系统组成及实现方式
高速铁路建设视频数字化监控管理系统主要由现场前端监控系统、网络传输系统和安全监控中心三大部分组成。
3.1 施工现场监控系统
监控前端部分主要是负责现场视频信号的收集和各种监控设备的控制,包括:摄像机、编解码器、网络视频服务器等主要设备组成。其中网络视频服务器是整个系统中心的核心设备,实现网络化、数字化处理工作,它完成模拟视频监视信号的数字采集,影像压缩,监控数据处理,网络的传输等功能。
3.2 网络与传输链路
使用有线与无线相结合的方式构造数据传输网络,将视频数据传输到施工现场的管理设备间,施工现场与设备单位监控中心则通过专线进行连接。主要由网络通信设备及通迅营运商提供链路。采用以太网三层交换技术,核心配置拥有三层交换技术的核心交换机,接入各施工现场管理设备间,通过租用电讯运营商SDH链路与中心核心交换机连接。
3.3 设备管理单位监控指挥中心