京张智能高铁：跨越百年驶向冬奥

  北京冬奥会即将启幕，京张高铁作为服务冬奥会重要交通服务保障设施，便捷串联起冬奥会三大赛区，保障奥运赛事顺利举办。

  京张高铁没开通之前，中铁设计京张高铁项目太子城站站房负责人蒋洁菲到张家口出差，坐绿皮车走老铁路线要四个小时，“感觉时间特别紧张，也特别奔波”。蒋洁菲口中的老铁路是于1909年通车的京张铁路，由詹天佑主持设计修建，开创了中国人自主建设干线铁路的壮举。

  步入新世纪，随着经济发展与西部大开发，老京张铁路已不足以满足运量需求，北京至张家口急需一条新的快速铁路客运通道。2008年，京张高铁预可行性研究启动，随着京津冀协同发展和北京冬奥会举办，京张铁路迈向高铁时代进程大大提速。

  2019年底，全长174公里的京张高铁开通运营，这是我国首条建成投用的智能高铁。开通首日，蒋洁菲乘车进行体验，“半天就实现了往返，回北京还能赶上吃午饭，太方便了。”

  老京张铁路上最早运行的是马莱型蒸汽机车，通过燃烧煤炭加热水产生水蒸气驱动车轮运行。京张铁路需要马力大的火车，当时只能从国外引进。后来在一代代中国工程师不懈努力下，陆续出现了内燃机车、电力机车等更先进的火车，特别自主设计制造了具有世界领先水平的复兴号高铁列车。

  国铁集团依托我国自主研制的时速350公里复兴号，为北京冬奥会量身打造了“瑞雪迎春”智能复兴号高速动车组。2022年1月6日，首趟北京冬奥列车从清河站上线发车。

  中车长客股份公司制造的冬奥列车身披“瑞雪迎春”涂装，以冰雪蓝为基调，配以飞舞的白色飘带点缀雪花、滑雪剪影等运动元素，彰显冬奥主题。车头采用仿生学设计，模仿鹰隼造型，使列车空气动力性能大幅度的提高。列车能耐高寒、扛风沙，可在-40℃~40℃区间运行。

  列车围绕服务冬奥会进行了优化设计，车厢顶部采用放射性蓝色灯光，契合冬奥冰雪主题。1、4、8号车厢设置滑雪器材存放柜，可存放滑雪板等器材，并配有锁确保安全。5号车厢设置了媒体工作区，提供12个办公桌及国际通用插座、可推拉小桌板等设施。

  在智能服务、智能运维等基础上，奥运版复兴号智能动车组在世界上首次实现时速350公里无人驾驶，具备车站自动发车、区间自动运行、到站自动停车、车门自动控制等智能行车功能，提高了运行正点率和旅客舒适度。列车还融合动力电池及辅助驾驶技术，实现智能应急走行，在接触网断电等紧急状况下，列车能通过自身动力行驶到最近车站。

  奥运版“复兴号”全车设置2700余个监测点，实现对温度、震动等数据的监测。同时搭载了车载监控及故障预测与健康管理系统，智能运维体系实时诊断车辆状态，保障列车安全。

  5G超高清演播室搬上了冬奥列车，在世界上首次实现时速350公里高速列车上5G超高清赛事直播，具备6个频道4K直播能力，且实现超高清信号长时间稳定传输，为北京冬奥会提供高品质服务保障。

  国铁集团总计安排冬奥列车40对，在开幕式和闭幕式人员集中时段还将增开保障专列。按照冬奥列车运行图，清河站至延庆、太子城、崇礼站分别26分钟、50分钟、65分钟可达。

  100多年前，京张铁路最陡峭的路段位于八达岭至南口间，俗称关沟段，火车在当时技术条件下无法爬上陡坡。詹天佑设计了人字形线路降低了坡度，再使用首尾两台大功率机车前拉后推驱动，火车方能翻山越岭。100多年后，复兴号智能高铁列车一眨眼功夫便呼啸而过，轻松穿越八达岭长城。

  “高速动车组要想跑起来，一定要通过受电弓从接触网上获取电。电厂发出的电输送至牵引变电所，变电所再为高铁供电。”中铁设计京张高铁智能系统模块设计负责人李红侠说，京张高铁沿线个变电所采用智能化供电系统，实现了无人值守。机器人“上岗”巡检，基于大数据进行健康诊断，实时监测供电情况。

  李红侠介绍，京张高铁的智能化贯穿于铁路设计、建造、电力保障、行车调度指挥、维修养护、天气监控等各个环节。

  复兴号智能动车组配备一套检测功能，而京张高铁地面也有一套综合系统，全线每一座桥梁、每一个车站、每一处钢轨通过传感器连接管理系统，所有数据回传，实现实时“体检”，零件是否老化，路基是否沉降，照片有没有损坏，在电脑上都能一目了然。“京张高铁列车无论走到哪里，都能和指挥中心的‘家’实时互动，随时报平安。”李红侠说。

  以前铁路客站的旅客服务、生产运行、应急指挥等平台，采取分期分批建设，各自独立运行，没办法实现协同联动。李红侠说，京张高铁智能客服系统将所有功能集成在一个平台上，成为车站的“大脑”，实现统一调度、统一应急指挥等，借助智能化手段保障京张高铁安全运营。

  京张高铁养护维修也实现了智能化，沿线设两个综合维修车间，车站旁设养护维修区域，负责智能装备状态的监测和维修。“以前桥梁哪个地方损坏了，隧道哪个地方要维护，靠人拿小锤子去敲击，一点一点排除一些故障，恢复通车要数小时或半天时间。现在实现了数据采集和大数据分析，为高铁养护提供了良好条件，相当于诊断病情的手段更高了。比如，接触网哪个点出了问题，我们会很快分析出故障状况和影响区域，给旅客出行造成的影响就会小很多。”李红侠说。

  此外，京张高铁全线还设置了自然灾害监测系统，实时监测大风、雨雪等恶劣天气，辅助列车无人驾驶，做出减速、停车等判断，保障冬奥会期间京张高铁安全平稳运行。

  “以往举办奥运会，高铁站距赛区较远，需要二三十分钟或更长时间才能把所有运动员拉到核心区域，我们这次设计时让高铁站直接‘开进’核心区。”蒋洁菲说。

  太子城站位于京张高铁崇礼支线，是直达冬奥赛场的高铁站。车站采用双驱弧线造型曲线形式与周围山势相呼应，双曲屋面直接落地，建筑造型与旁边的环境自然融合，最好能够降低对旁边的环境的影响。

  不论在冬奥会期间还是滑雪季，太子城室外均是一片银装素裹的世界。设计师据此提出了北实南虚+双曲造型与旁边的环境相协作的被动式节能设计新方法，车站北侧为大面积石面墙体，冬季可抵御寒风进入室内大厅。南侧为开窗面，冬季大量引入阳光，双曲屋面内部空间呈拱形，形成吹拔效应，将室内热空气带走，极大节约了空调能耗。

  太子城站采暖首次采用了超低温空气源二氧化碳热泵智能系统，实现无人值守及全寿命周期绿色低碳设计理念。蒋洁菲说，冬季室外零下25摄氏度，室内能达到零上25摄氏度。从室外进入站房，仿佛从冰天雪地进入了温馨舒适的木屋。

  经调查，赛后很多冬奥高铁站便荒废了。太子城站是一座潮汐型车站，赛时高峰小时发送量达6000人，但到了赛后客流量只有600人。怎么样才能解决奥运期间不同身份旅客无交叉上下车，又兼顾赛后利用，成为设计师面临的挑战。

  蒋洁菲说：“我们落实‘节俭办奥’理念，创新性提出站房立体分层布局+赛时赛后分层转换的客运流线设计模式，增强了空间弹性，车站建筑面积虽然只有12000平方米，却能满足赛时功能需求，同时避免赛后出现大规模空间浪费。”

  太子城站通过地下一层、地上一层及地上一层夹层三部分的分区流线设计，完美解决了冬奥期间普通旅客、媒体及注册的人员、运动员及贵宾三种人流无交叉进出站问题。同时站房与市政枢纽连通，实现高铁车站与奥运赛场之间便捷抵达。

  赛后，车站实现进出站流线无缝转换，一层作为普通旅客进出站使用，一层夹层作为重要会议贵宾进出站使用。地下一层可作为商业使用，也可进行滑雪器具展售及商业开发。

  车站还引入了能源智能管理系统，平时降低照明亮度，列车即将进站时灯的亮度和室内温度逐渐调节提升。室外夜景照明也采取分层控制，冬季旅游旺季时客流较大，周末开启高亮度夜景照明；而平时开启50%的灯即可，既达到照度要求又节约了能源。

  一百多年前，第一条完全靠中国人自己的力量设计建成了时速35公里的京张铁路；一百多年后，时速350公里、集中国高铁技术大成的京张智能高铁开通运营。从自主修建铁路到建造智能精品工程，新老京张铁路跨越百年因冬奥相逢。

  前期研究用了7年时间，实地踏勘线路走向开展了无数次，设计图纸堆起来有几层楼高……为找到建设京张高铁的最佳方案，新一代中国铁路工程师传承自力更生、自强不息的“京张精神”，续写了中国铁路自主创新的辉煌。

  当年为了修建京张铁路，拆除了一段长城，现在到青龙桥老站还能看到被加固的长城断壁。修建京张高铁时，工程师不追求建造地标建筑，而是将车站放于埋深达126米的地下，以减少对世界文化遗产八达岭景区环境的干扰；官厅水库特大桥横跨一级水源地官厅水库，在桥面设计中采用雨水集中收集装置，将雨水排放至水源保护区外，避免桥面污水流入水库污染水源。

  过往修建铁路对城市规划的割裂作用相当大，老京张铁路包括五道口在内的几个平交道口成为令人头疼的交通堵点。如今线路设计更加人性化，京张高铁从北京北站出发后钻入地下隧道穿越城区，既保护了历史遗迹，也不影响城市生活。

  清河高铁站采用站城融合设计思想，工程师将高铁、地铁、高速公路、公交车、私家车等一并考虑，方便各种交通工具衔接换乘及旅客出行，成为对人友好的交通枢纽。

  在高质量发展时代背景下，高速度不再成为追求的目标，新时代铁路工程师不仅建造了一条高智慧、高质量的铁路，更追求绿色、人文、对环境友好等更高目标，这大概就是“新京张精神”。