中国铁路发展的态势-2012.ppt

,中国铁路发展的态势 轨道交通国家实验室(筹),西南交通大学牵引动力国家重点实验室教授 沈志云 2012年6月27日 太原铁路局干部培训班,内容 一 陷入低谷 二 回归高潮 三 攀登高峰,一 陷入低谷,1 中国铁路进入历史上少有的 快速发展时期 2 两个不该发生的巨大打击 3 低谷2011,1 中国铁路进入历史上少有的 快速发展时期,2004年1月7日，当届政府换届不到一年，国务院首先审议通过 «中长期铁路网规划»。 2008年10月， 当届政府换届仅半年，国务院又对规划做了调整 主要内容： 铁路总里程2020年达到12万公里。 时速200公里及以上的客运专线，2020年达到1.6万公里。 客运方面实行6次大提速，特别是第2007年的第7次，最高时速达到200公里 开始修建高速铁路，规模空前。 货运方面，开行2万吨重载列车，试行双层集装箱运输，大秦线达到每年4亿吨 开始改变我国长期来铁路不适应经济、社会快速发展的 态势。,城镇人口激增诱发大量客流,全年客运量17亿人,总人口13.7亿人,2010年,GDP5.5万亿美元,运营线9万公里,高速公路7.4万公里,城镇人口6.8亿人,高速铁路8358公里 （新建仅4674公里）,高速公路从1988年起步，由于多方融资和收过 路费，发展很快，达到7.4万公里，增长 速度接近GDP的增长斜率。 高速铁路造价与高速公路接近，但在速度、 运量、环保等方面优越很多，然而， 却大大滞后于民航和高速公路， 陷入了美国交通模式。,全国总人口,铁路全年客运量,铁路运营线总里程,城镇人口增长曲线,GDP,GDP,高速公路,高速铁路,货物运输缺口大，2010年达到13亿吨,铁路货运缺口流入公路，导致物流成本畸高，占GDP 的18%，比其他国家高出一倍,导至物价上升，还是老百姓埋单。 从国家全局考虑，急待提升铁路货运能力。实行客货分流， 建设客运专线，刻不容缓。,全国人口增长曲线,铁路运营里程,GDP,GDP,实际完成货运量,GDP诱发货运量,高速铁路,缺口,）,全年客运量17亿人,总人口13.7亿人,GDP5.5万亿美元,诱发货运量50亿吨,铁路里程9万公里,完成货运量37亿吨 高速公路7.4万公里 城镇人口6.8亿人,高速铁路8358公里,2010 年 ：,有人主张建货运专线，这不解决客运问题。 有人主张修普速客专，运量不足，对土地 和投资都是一种浪费，不上高技术，安全 无法保证。所以，建 高铁网 是： 正确的，有远见的！,规划修建高速铁路网是最佳选择,全国总人口,全国城镇总人口,GDP,铁路运营总里程,GDP诱发货运量,完成货运量,高速公路,高速铁路,全年客运量,陡增,缺口,1949 1978 2003,GDP,2004到2010执行规划的七年中 中国高铁的快速发展,建成时速200公里及以上高速铁路8358公里 时速300-350公里铁路2197公里 时速250-300公里铁路2477公里 时速200-250公里铁路3679公里（既有线提速） 引进和研制和谐号高速列车1000多列 时速200-250公里CRH1，CRH2，CRH3，CRH5系列（最初引进） 时速300-350公里CRH300系列（自主研发，具有自主知识产权） 时速350-380公里CRH380系列（新一代自主研发） 研制成功新的调度运营系统CTCS2，CTCS3，电子售票等 成功运行，未出大事故。723事故不一定是CTCS2设计上的问题。,新建高速铁路4674公里,2007-2010中国高铁安全运营业绩,2007-2010的四年中中国高铁： 安全运行 3亿 多公里， 输送旅客 6亿 多人次， 最高时速 350 公里 除一起路外撞人事故外 无人身事故 （2008/1/23日，在胶剂线200公里时速的D59次撞了违法施工人员，死18人） （2008/4/28日，普通快车脱轨事故，死72人伤416人，不属高速列车事故） 其中CRH380参与的商业运营业绩： 安全运行 1亿 多公里， 输送旅客 2亿 多人次， 最高时速 380 公里 无人身事故,如此业绩 世界少有,无法否定 的事实 ！,如此业绩 世界少有,无法否定 的事实！,2 两个不该发生的巨大打击,一 刘张落马绝对不应该贪污,理应开除党籍 但属于个人问题，不应当因此否定快速发展 1，快速发展是国家战略，不是刘张个人行为。 铁路网规划， 应对经济危机，加强基建投资， 国务院政策引进消化吸收再创新。 引进先进技术，联合设计制造，打造中国品牌。 2，能快速发展的一个原因是有高速列车国家技术创新体系： 主体企业现代化， 凝聚全国科技力量支撑主体， 理论上有突破建立了新学科，高速列车大系统 动力学。 一切经过试验 联调联试，科研试验，跟踪试验。,高速列车国家技术创新体系,轨道交通国家实验室（筹） （挂靠西南交通大学）,牵引动力国家重点实验室（西南交通大学）,变流技术国家工程研究中心（株洲研究所）,运输安全与控制国家重点实验室（北京交通大学）,铁路自动化国家工程研究中心（西南交通大学）,铁路检测技术国家重点实验室（铁道科学研究院）,铁道部、教育部、各省市重点实验室及专业研究所（120个）,技术创新主体：现代制造业、建设业和运输部门 唐山、长春、四方3个主机厂，30个配套厂，500个企业组成产业链，均有研发部,高速铁路建造技术国家工程研究中心（中南大学）,系统集成国家工程实验室（北车长春）,机车和动车组牵引与控制国家重点实验室（铁道科学研究院）,国家实验室，全国已建6个 筹建9个,新建：清华大学高速列车技术研究中心，浙江大学高速铁路研究所等,高速列车基础性研究 高速列车信息化技术,凝聚全国科技力量为主体服务,轨道交通运行控制系统国家工程实验室（北京交大）,陆地交通灾害防治技术国家工程实验室（西南交大）,系统集成国家工程实验室（南车四方）,2 两个不该发生的巨大打击,二 723惨案完全可以防止的列车追尾事故 国家调查组的结论：通信信号设备故障后未 导向安全，改站控后未采取有效措施防止追尾 线路技术状态正常，未发现问题， 动车技术状态正常，未发现问题， 碰撞时速99公里，不属高速范围。 （事故后一周，印度也发生追尾，时速仅30公里） 改站控到追尾有1.5小时，有50几个低级错误 造成追尾，任何一个环节均可阻止事故发生。,3 低谷2011,2011年初旧部长双规，新部长降速。京沪及350公里 级别高速铁路除京津及沪杭外均降到时速300公里。 723以后 三亿多条微博围攻高速铁路.迫于舆论压力， 温家宝总理于8月10日召开国务院常务会议，做出“三全”决定： 1，全路组织安全大检查。 2，全面降低高速铁路的运营速度。 时速350公里降至300公里； 300公里降至250公里； 250公里降至200公里； 200公里降至160公里： 3，全部在建及拟建高速铁路项目重新组织安全评估。,3 低谷2011,2011下半年723以后，高速铁路信誉降至最低 银行停止发放贷款，99%在建工程停工，职工、农民工 工资难以发放。 国外高铁项目全部中止。 全面降速后，埋头抓管理，以确保不出人身事故。 其他规划、科技进步、继续发展等均免谈。 年末申请贷款2000亿元，才勉强渡过年关。 我只好到处呼喊：“退一步，进两步”！,二 回归高潮,第一缕春风2012年2月16日人民日报10版 头条大新闻：高铁今年将突破1万公里！ 2011年高速铁路（200km/h以上）通车8358公里 2012年新通车里程6366公里，其中高速铁路3500公里 高速铁路将达到11858公里。 高铁“四纵”干线全部贯通！ 蒙煤外运的集宁-包头第二双线通车，年运量1亿吨。 其他通车新线：湘桂铁路扩容，龙岩厦门 通化灌水，阜阳六安 玉溪蒙自，哈密罗布泊,中国高速铁路网规划,既有线提速：时速200 250公里达8000余公里 2012年建成客运专线41条，里程1.3万公里； 时速250公里23条、5096公里 时速350公里18条，8045公里 2020年高速铁路总里程： 1.6万公里,四纵四横高速铁路网 覆盖90%的人口 联通所有50万及以上 人口的城市,宜昌,2012年通车高铁线路1万公里,二 回归高潮,第一缕春风2012年2月16日人民日报10版 头条大新闻：高铁今年将突破1万公里！ 第二大喜信科技部制定«高速列车技术发 展十二五专项规划» 目标继续提高列车速度，实现高速列车谱系化、 智能化。 973项目500公里时速高速列车技术安全保障体系。 进行500km/h线路试验和600km/h台架试验 研究300-400km/h商业运营的基本规律。 2011计划项目以高速列车大系统动力学为突破口 研究300-400km/h商业运营的安全保障体系,二 回归高潮,第一缕春风2012年2月16日人民日报10版头条大新闻： 高铁今年将突破1万公里！ 第二大喜信科技部制定«高速列车技术发展十二五专项规划» 高铁利好的信息： 制定高速列车技术条件最高速度要考虑350-380km/h! 科学通报发表沈志云文章并以高速列车为封面。 最近院士大会上刘延东国务委员报告三次提及高铁。 国家重点专项列入了“先进轨道交通” 最近杨洁篪外长还在讲：中国现在能拿得出手的还只有高速铁路技术。 银行贷款恢复，有35个在建高铁项目恢复施工。 国家规划没有变，国家优先发展高铁的战略没有变，注意安全前提下实现高速度的决策没有变，中国又回到快速发展高铁的时期,二 回归高潮,当前最紧迫的工作： 制定«铁路安全条例»，确保铁路施工和动车制造质量， 杜绝人身事故 扎扎实实完成新建3500公里高铁，顺利投入商业运营 切实进行动车组的再设计和再制造，推行全寿命管理 的RAMS体制，不断提高质量，保证安全。 切实做好向孟加拉国出口20列（60辆）高速列车任务， 为“走出去”开路 十八大前后，铁道部正面临改制和换届 希望中国铁路一路平安，保持“回归高潮”的态势！,三 攀登高峰,胡锦涛同志在两院院士大会上提出，创新发展 要抢占世界技术发展的制高点。高铁制高点： 完善国家技术创新体系，实现一体化 创造大系统动力学新理论，引领高铁发展 发展尖端试验技术，探索未知规律 制定超高速技术标准，填补世界空白 信息化控制，实现列车运行实时安全监控 采用低气压管道技术，实现时速400公里以上 轮轨列车的商业运营,1. 完善国家技术创新体系,胡锦涛主席在院士大会还强调：建设创新型国家必须建设国家 技术创新体系。帅先建成的国家技术创新体系就是政产学 研用相结合的高速列车国家技术创新体系。 要把这个体系建设成领先世界高速铁路发展的实体： 主体企业进一步现代化，使成为国际著名高速列车制造厂 最高层次的支撑机构：轨道交通国家实验室，要成为世界 一流的国际联合实验室。成为2011计划重点建设的项目。 在国家实验室引领下，充实提高12个国家级研究单位： 国际重点实验室、国家工程实验室，国家工程研究中心,2. 创造大系统动力学新理论,创建新学科高速列车大系统动力学 全新的科学理念几十年世界发展高铁总结出 来的理念，必须按系统论的 规律全面考虑所有相关因素 可靠的科学依据大系统动力学才能给出各种 速度下技术标准的理论根据 和高铁技术的科学基础。 计算的科学工具系统的仿真计算、全局优化 和控制规律均有赖于大系统 动力学的发展。,高速列车,轮轨关系,轨道线路,流固耦合关系,接触网,受电弓,弓网关系,地表稠密大气,地表稠密大气,接触网,高速列车大系统的组成,列车系统,轮轨关系,流固耦合关系,接触网,轨道线路,气 流,纵向：气动阻力 垂向：升力、降力 侧向：微气压波、侧风 环保：气动噪声,弓网关系,垂向：接触压力 纵向：接触网输入 横向：引发刮弓,垂向：支撑力 纵向：牵引力 横向：脱轨力,平面曲线：离心力 纵坡：垂向加速度 随机不平顺：轨道谱,稳定性：线性、非线性 平稳性：垂、横向响应 安全性：脱轨安全,结构: 复式、单式 弛度：纵向拉力 不平顺度：刚度、导线 表面不平顺,气压：地表为1atm 气流：风速、风向 流场：隧道、开敞,高速列车大系统的相互耦合,列车系统,轮轨关系,流固耦合关系,接触网,轨道线路,气 流,纵向：气动阻力 垂向：升力、降力 侧向：微气压波 环保：气动噪声,弓网关系,垂向：接触压力 纵向：接触网输入 横向：引发刮弓,垂向：支撑力 纵向：牵引力 横向：脱轨力,平面曲线：离心力 纵坡：垂向加速度 随机不平顺：轨道谱,稳定性：线性、非线性 平稳性：垂、横向响应 安全性：脱轨安全,结构:复式、单式 弛度：纵向拉力 不平顺度：刚度、导线 表面,气压：地表为1atm 气流：风速、风向 流场：隧道、开敞,高速列车大系统 的初变量：V,共同初变量列车运行速度,V,1 列车运行阻力: 气动阻力V2 2 通过曲线的离心力 V2/R 3 气动噪声V78 4 微气压波 5 动态响应V（低于失稳临界速度） 6 轮轨接触力学 7 弓网系统动力学 8 运行控制：CTCS2,CTCS3,均与运行速度 相关,V,高速列车大系统动力学,气动噪声,系统优化的目标函数：服役安全可靠度,垂向平稳性指标 Vertical ride index 横向平稳性指标 Lateral ride index 垂向/横向平稳性指标 离心加速度允许值 启动/制动时允许加速度 噪声水平 Noise 空气温度湿度调节要求 Air conditioning 人机工程 Man-Machine engineering 脱轨系数 Derailment coefficient Q/V 减载率 Load reduction 跳轨时间 Jump time above rails 材料失效 Material fracture 微动失效 Fretting fracture 地震及恶劣气候 Earthquake or bad weather 轨道上的异物 Foreign body on track 司机误操作 Miss operation of the driver 列车控制指挥失误 Miss train control,Comprehensive Ride Quality 综合舒适度 Derailment Security Domain 脱轨安全域,High-Speed Train System Reliability 高速列车服役 安全可靠度 （安全量化指标）,服役质量,服役安全,即：服役质量及安全的量化指标：,RAMS系统,高速列车大系统动力学的仿真计算,机车车辆模型,轨道模型,接触网模型,气流,环境,服役动态响应,时变 参数 计算 模型,噪音,轮轨关系,弓网关系,轨道谱,不平顺,振动,疲劳,系统建模,系统输入,服役仿真计算,服役可靠度,脱轨,结构失效模型,材料失效模型,仿真计算,流固耦合 计算模型,确定速度目标值以后 按服役可靠度制定相关技术标准,高速列车大系统 系统动力学仿真 输入系统结构、参数及 与速度等级相关的激扰,按系统响应计算服役可靠度,技 术 标 准 体 系,速度目标值 200km/ h 250km/ h 300km/ h 350km/ h,（调整结构、参数，控制激扰）,6大标准体系 勘测设计、基础工程 装备制造、通信信号 系统集成、运营管理,运营安全的 技术保障体系,目标速度决定技术标准,分级别的技术标准体系： 一般铁路：120km/h以下 提速铁路：120-200km/h （1G）第一代高速铁路：250km/h，含200-300km/h （2G）第二代高速铁路：300km/h，含250-350km/h （3G）第三代高速铁路：350km/h，含300-400km/h,不同级别的标准体系，对应不同档次的目标速度！ 科学思路 ：在高速列车·大系统动力学分析指导下制 定对应一定目标速度的六大系统的技术标准，全面 落实这些标准，就能实现目标速度下的安全运行。,工程科学理论的基础是试验 1，基础性试验 如：材料强度试验、金相试验、磨损试验等 2，零部件试验 材料在实际尺度及实际工况下的试验 如：前述超长寿命试验，弓网试验，风洞试验， 波磨试验，脱轨试验等 3，整车试验 整车静态试验（参数测定，强度，气密性，环境等) 整车滚动试验（无激扰输入，测试稳定性） 整车滚动振动试验（模拟运行工况） 4，线路试验 联调联试（新线开通前的准备） 科研型试验（非运营工况下的专项试验） 跟踪试验（考察运营工况下参数时变规律）,3. 发展尖端试验技术,600公里时速动车滚动振动试验台,国內唯一具有运行模拟功能的只有牵引动力国家重点实验室的 机车车辆整车滚动振动试验台 特点： 非线性失稳临界速度-国际上首次得到 全参数曲线通过性能模拟-国內外唯一具有此功能 反演轨道谱-国际上首次开发 全尺寸轮轨滚动接触力学试验-国际开创性试验 三维多点可控加载疲劳试验-国內唯一能做此试验 为此获得1999年国家科技进步一等奖,创造机车车辆线路运行的动态环境,滚动模拟前进速度，450km/h最高600kph。 振动模拟轨道垂向横向不平顺随机激扰,滚 振 结 合，分 别 激 振,真车模型的非线性横向稳定性试验,一位轮对,稳定和不稳定极限环-VA为线性失稳临界速度, VG为非线性失稳临界速度,整车非线性失稳临界速度的测定,轮轨粘着试验 1,轮轨粘着试验台的组成,轴重4.4吨，表面喷水工况下不同 速度时的粘着曲线,爬轨脱轨试验情况,轮缘,钢轨,500公里时速研究型试验列车,目的： 1，探讨300-600公 里时速下高速列 车大系统的科学 规律。 2，确保300-400公 里时速下的商业 运营安全和质量 3，完成国家973项 目的试验部分。,坚持300km/h以上跟踪试验,京津、武广、京沪三条线上实行3年跟踪试验 获取时变参数的时变规律及其影响 研究易损零件故障发生规律及改进途径 研究故障状态下列车大系统性能的变化 为合理维修规程提供原始数据 实时安全监控可行性研究,4.制定超高速技术标准，填补世界空白, 国际铁路联盟UIC制定的技术标准最高速度只到 300km/h， 300km/h以上的技术标准空缺。 制定标准上话语权的斗争是实际上的国家斗争。 只有中国拥有最高达到350-380km/h商业运营 的业绩，也就是拥有制定这一速度段技术 标准最大的话语权。 制定技术标准的条件： 1，进行大量基础性研究 2，应用高速列车大系统动力学 3，商业运营中积累的原始数据,5. 实现列车运行实时安全监控,高速列车运行安全个性化、全寿命、实时 监控中心设想（已在国家实验室启动建设） 目标：对投入运营的每一列车的每一次运行，实时给出数量化的“服役安全 可靠度”指标，配合调度中心，进行实时安全评估和监控。 内容： a）自感知终端。 能感知运行外部环境，如暴雪、大风、滑坡、路基沉降等； （高速列车） 能感知实时运动状态，如位置、速度、加速度响应等； 能感知关键部件的信息，如疲劳、发热、脱落等。 b）无线传输系统。克服高速移动、频繁切换、带状覆盖、电磁干扰等 困难，将终端信息实时准确传到监控中心。 c）实时监控中心。采用超大容量数据库储存和发送海量数据；采用云计算， （与调度中心平行） 对该次运行的动态数据建模，进行模拟仿真；实时计算该列车 服役可靠度，对结果分类处理，实时显示状态，提供调度中心， 发出在途预警和指导行车，保证行驶安全。还为维修基地提供 信息，为高速列车全过程工程科学提供原始数据。,6. 低真空管道中的高速交通, 最有现实意义的是在此低真空管道中，先采用轮 轨技术，将和谐号动车组提速到 400600km/h 下一步再采用磁浮技术，将速度提高到 6001000km/h 第一步的主要任务是解决真空管道及抽气工程的 技术问题,轮轨高速列车方案设想 开行和谐号动车组,4000-5000,. .,京沪全线 设隔音墙,上部加盖,全密封600km/h 和谐号动车组,整体无砟道床,线间距可缩小至正常铁路值 或用统一的5米,在接近30m2的管内空间由真空泵站保持0.100.2 atm的低真空。,密封耐压的轻型结构,本方案的优点,1，有切实的可行性 ¤ 技术上可行，多为成熟技术 ¤ 经济上与现有高速铁路相比，成本增加不多 2，能实现400600km/h的超高速运营， 国内交通接近航空速度 3，能与既有线联网，融入全国高速铁路网之中 只要解决好进出真空管道的问题，即能达此目的 4，是和谐号动车组研发的继续 在研发400公里平台上继续提高速度 5，是真空管道技术的基础，为更高速度做准备 为下一步开发6001000公里磁浮车开辟道路,谢谢,