智能化建造,让中国最有骨气的铁路变成了这样(组图)

如果你还记得小学时的课本，有一条铁路相信你一定可以喊出名字——京张铁路。课本上有一句话令人难以忘怀：一家外国报纸声称“能在南口以北修筑铁路的中国工程师还没有出世呢。”

　　然而改变发生在1905年，京张高铁总工程师詹天佑利用四年多时间，带队建造了这条资金完全自筹、工程师全部为华人、完全自主运营的干线铁路，堪称我国最有骨气的铁路。

　　

　　1909年京张铁路开通的庆典场面

　　如今，随着京张高铁通车，这条铁路也在迈向智能化——不仅因为它是“世界上第一条时速350公里的智能化高速铁路”，也因为建造过程的智能化。

　　一百多年来，这条铁路线上都发生了什么？

　　一、从京张铁路到京张高铁，一直是顶流

　　京张铁路连接北京丰台，经居庸关、沙城、宣化至河北张家口，全长约201公里，于1909年建成。走到如今，基于现在的铁路技术再回头看京张铁路，自然很多人觉得没有什么，但是在当时京张铁路可是实打实的行业第一网红铁路。

　　京张铁路能这么具有鲜明的时代烙印，第一点就是它完全由国人自主设计、自主勘察、自主施工，不动用一丝一毫的国外工程师。

　　同时建设有一个著名的站点—青龙桥站，它是从南口到八达岭的折返点，詹天佑经过反复勘测比较才选中。在这里，如果采用常规的螺旋式线路，火车很难爬上去，因为地势险峻，而且坡度很陡，平均坡度甚至达到了千分之30，那时机车的动力根本不够。

　　

　　为解决坡度大、机车牵引力不足这个突出的矛盾，詹天佑创造性地采用了两台机车调头相互推挽的办法，在南口车站，北上的列车在这里采用双机牵引，也就是用两个火车头一个拉一个推。过青龙桥之后，列车转向东北，过了“人”字形坡道的岔道口，原来推送的车头变成拉车，反之亦然。这条“人”字形方案也开始一通而红，响彻国内外，成为百年来一代又一代人的记忆。

　　

　　“人”字形方案示意图

　　而随着时代的发展进步，京张铁路在运行了100多年后逐渐不能满足人们的需要。从河北张家口到北京不过200公里，需要足足5个小时才能到达，即使最快也要3个多小时。张家口的老百姓们急切呼吁建造属于张家口的高铁。

　　于是，转机发生在2015年，北京携手张家口获得2022年第24届冬奥会主办权，这对于京张高铁的正式开工建设，起到了有力的推动作用。2019年底，京张高铁全线通车，从此张家口市正式进入“首都一小时经济圈”。

　　

　　2020年12月5日，河北张家口，复兴号智能动车组驶入太子城站

　　二、BIM技术、北斗系统…开启智能化建设之路

　　和其他高铁相比，京张高铁在全球首次全程采用建筑信息模拟技术，即BIM技术。

　　BIM技术最大的优点是“得而复现”，首先通过软件和数字化技术建立三维虚拟工程模型，构建与现场情况完全一致的工程信息库，模拟整个工程的建造过程，实时监控工程的进展，实现从现场原材料管理、钢筋加工、混凝土拌制、运输养护到内业资料整理的全套信息化服务。

　　在隧道盾构施工中会遇到很多无法预知的难题，有没有一种更实时和智慧的方法？答案是肯定的。

　　京张高铁采用了隧道可视化智慧施工模式，几千个传感器安装在盾构机上，可实现感知、修正和自动调节功能，监控设备状况、地下工作情况，并将实时数据上传到盾构数据指挥中心，专家们24小时提供远程监控和技术服务。搭载的智能检测系统可以随时分析处理海量数据，使风险可控。

　　

　　国产“天佑号”盾构机

　　在清华园隧道段采用的“天佑号”盾构机智能化和自动化程度高，施工速度快，相当于一台智能机器人，使得隧道施工如同外科手术一样精准，比传统施工方法效率提高8到10倍，3个月就可掘进1公里。

　　同时，京张高铁和我国自主研发的另一大国家重器“北斗系统”联袂而来，双手汇聚之下将智能化发挥到了极致。基于北斗+GIS，京张高铁部署铁路统一的北斗应用服务平台，基于铁路高精度地图，提供时空位置服务。

　　以北斗地基增强网络和北斗隧道信号覆盖系统为支撑，在京张铁规划和部署了地基增强基站，扩大信号强度，为全线提供高精度定位服务，实现了隧道内北斗模拟信号全覆盖。在运营上，通过北斗终端定位，信息回传铁路局生产调度指挥中心，实现人员区域标记、位置监视及防护辅助等功能，也大大提高了作业人员管理质量。

　　三、世界最深高铁站，用精准微爆破保护长城

　　时间回到2007年，当时京张高铁建设方案刚刚立项。历经百年的风霜，京张高铁途经之处可谓承载着极为珍贵的历史烙印。和大家想的技术困难相比，如何平衡历史保护和高铁建设，却成为了最大的问题。

　　比如在修建长达12.01km的新八达岭隧道时，除了地质条件差，隧道围岩存在涌水、突泥、坍塌等风险，更要命的是八达岭隧道有一处下穿石佛寺，最小埋深只有10米。另一处下穿老京张铁路青龙桥车站，最小埋深只有4米。要在这段线路中做到施工地表零沉降，保护古长城，让高铁与历史古迹和谐共存在当时是让社会极为关注的事情。

　　为了不扰动历史古迹，首先要做的就是控制地面沉降和降低施工难度，在下穿长城和复杂洞群之处，工程师采用了电子雷管微损伤精准控制爆破技术，逐孔起爆。

　　传统爆破技术震感较强，爆破的时候车窗玻璃都会有所振动，而电子雷管微损伤精准微爆破技术的震速只有0.2厘米每秒，只相当于一辆汽车经过的状态，震感就相当于在长城上跺了一下脚。工程施工产生的弱振动，很明显对文物不会产生破坏。而青龙桥车站，由于最小埋深仅4米，所以工程师采用了非爆破开挖。

　　

　　八达岭长城站隧道施工现场

　　另外，通过采用上面提到的“天佑”盾构机，建成了世界上最大埋深、规模最大的地下车站，而地面只留一个垛口似的站房入口，力求“形隐于山”，令站口与山体融为一体，最大化地尊重了长城原本的样子，充分展现了人与自然和谐共处的核心理念。

　　结语

　　2020年12月30日9时许，京张高铁首发列车G8811次智能动车组从青龙桥站地下4米处疾驰而过，在当年詹天佑设计的“人”字线上端画上了流动的一横，百年京张实现由“人”变“大”的立体交汇。

　　这是中国首条智能化高速铁路与中国人自建的第一条干线铁路，在八达岭下的历史性“交汇”，京张的百年变化与蜕变尽在其中。

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