新裝備 新材料 新工藝

　　探尋福廈高鐵背后的科技密碼

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　　數(shù)字孿生模型實現(xiàn)鐵路圖紙的立體化，“昆侖號”等新裝備推動橋梁快速鋪架，智能施工推進智慧交通建設(shè)……我國首條跨海高鐵福廈高鐵近期正式開通運行，一批新裝備、新材料、新工藝在實踐中得到運用、成熟、優(yōu)化。

　　歷經(jīng)6年多建設(shè)，我國首條設(shè)計時速350公里的跨海高鐵——福州至廈門至漳州高鐵（以下簡稱“福廈高鐵”）正式開通運行。開通滿兩個月（9月28日至11月28日），福廈高鐵憑借便捷的出行和秀美的風(fēng)景贏得了萬千旅客的青睞，共開行旅客列車6000余趟，發(fā)送旅客超1000萬人次，旅客列車日均客座率達七成以上。

　　據(jù)介紹，福廈高鐵正線擁有84座橋梁、29座隧道，橋隧比高達85.1%，集結(jié)了多座世界級跨海橋梁。

　　高難度、新場景、新挑戰(zhàn)，福廈高鐵成為新裝備、新材料、新工藝的應(yīng)用平臺，一批新技術(shù)在實踐中得到運用、成熟、優(yōu)化。近日，記者來到一線，探尋福廈高鐵穿山跨海背后的科技密碼。

　　立體圖紙，智繪“山海”藍圖

　　在福建，峰巒疊嶂、水網(wǎng)交錯、山水阻隔，福廈高鐵應(yīng)如何選線？

　　“為應(yīng)對挑戰(zhàn)，福廈高鐵全線路全專業(yè)采用建筑信息模型技術(shù)設(shè)計。”東南沿海鐵路福建有限責(zé)任公司副總經(jīng)理林依飛介紹。

　　何為建筑信息模型技術(shù)？中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司（以下簡稱“鐵四院”）福廈高鐵建筑信息模型設(shè)計負(fù)責(zé)人孫澤昌介紹，傳統(tǒng)的線路設(shè)計主要依靠人工勘察獲取原始資料，再依托設(shè)計師經(jīng)驗進行選線。而福廈高鐵利用了我國自主研發(fā)的三維鐵路選線系統(tǒng)，將空天地一體化技術(shù)測繪成果錄入系統(tǒng)，再結(jié)合收集的環(huán)境敏感區(qū)等信息，由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則推薦經(jīng)濟安全的線路，大幅減少了人工現(xiàn)場勘察的工作量。

　　借助建筑信息模型直觀形象的特點，設(shè)計團隊構(gòu)建了超過3500平方公里的數(shù)字地面模型、13類共計489個標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建模型，實現(xiàn)了全線303公里橋梁、路基、隧道、站場、接觸網(wǎng)與軌道、立交道路的模型構(gòu)建，提供了77處立交道路與7處站場概念模型的構(gòu)建。

　　“簡單來說，就是設(shè)計團隊利用電腦技術(shù)在虛擬世界里建造了一條福廈高鐵的‘孿生兄弟’。”孫澤昌說，這一數(shù)字孿生模型不光外形長得像，連里面的“血管”和“神經(jīng)”都能夠分層展現(xiàn)，甚至可以將每一顆螺絲都精確呈現(xiàn)。

　　數(shù)字孿生模型實現(xiàn)了鐵路圖紙的立體化，讓設(shè)計變得更加科學(xué)、精準(zhǔn)。以跨海大橋的設(shè)計為例，通過數(shù)字孿生模型，跨海大橋哪些位置經(jīng)受的風(fēng)阻大、哪個位置易受地震影響，在系統(tǒng)里一目了然。設(shè)計人員可根據(jù)系統(tǒng)提示，有針對性地對跨海大橋的關(guān)鍵部位進行加固強化，提升大橋的抗震防風(fēng)性能。

　　“福廈高鐵構(gòu)建的數(shù)字孿生鐵路，讓建筑信息模型從設(shè)計向建造、運維階段傳遞，為后續(xù)智慧運維奠定了基礎(chǔ)。”林依飛說。

　　大國重器，鋪架海上長龍

　　2017年，福廈高鐵的設(shè)計圖紙最終確定。線路需先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣，架設(shè)3座跨海大橋。特別是湄洲灣跨海大橋，采用了40米箱梁設(shè)計，一共327榀。為什么不采用傳統(tǒng)的32米箱梁設(shè)計？

　　“同樣的里程，每榀箱梁越長，連接點越少，所需橋墩數(shù)量越少，橋墩總體占用水域面積越小。以湄洲灣跨海大橋為例，海域施工長度為10.08公里，采用40米箱梁可減少橋墩65個，水域占用面積減少20%，通航能力大幅提高。”林依飛說，不僅如此，采用40米箱梁還減少了大橋箱梁段的接縫數(shù)量，可保證高鐵以350公里時速過橋不減速。

　　然而，全新的設(shè)計也帶來了新的施工挑戰(zhàn)。40米箱梁長40米，重1000噸。這個重量，普通的運輸車載不下，火車頭拖不動，起重機吊不起。茫茫大海，如何將327榀箱梁運到海上、架設(shè)到橋墩上？

　　啟用新裝備！這是從建設(shè)方到設(shè)計團隊再到施工單位的一致想法。2016年冬天，中鐵十一局集團漢江重工有限公司與中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司（以下簡稱“鐵五院”）成立聯(lián)合研發(fā)小組，啟動了千噸級架橋機的研制工作，設(shè)備取名“昆侖號”。

　　為讓“昆侖號”能經(jīng)受各種考驗，研發(fā)團隊為它加裝了滿身“黑科技”：它全身“鋼筋鐵骨”，采用高強度鋼板作為主梁結(jié)構(gòu)；它擁有“千里眼”，與北斗“握手”，在荒無人煙的地區(qū)也能精準(zhǔn)定位；它配備“雷達探測”激光矩陣傳感器系統(tǒng)，可在全黑隧道內(nèi)精準(zhǔn)施工，行走時自動糾偏，遇到隧道內(nèi)巨大溶洞時還能就地架橋。

　　為提升整機結(jié)構(gòu)強度，漢江重工武漢研發(fā)中心與寶武集團鄂城鋼鐵有限公司聯(lián)合研發(fā)新材料；為保證“昆侖號”靈活行走，委托福建漳州龍溪軸承廠完成關(guān)節(jié)軸承制造，軸承既能承受上百噸的拉力，又能在千噸壓力下自如轉(zhuǎn)動……“這就是重大工程的吸引力，讓我們有可能凝聚各行各業(yè)的優(yōu)秀伙伴，共同研發(fā)攻關(guān)。”鐵五院副總工程師梁志新說。

　　2020年6月初，“昆侖號”運抵湄洲灣跨海大橋建設(shè)現(xiàn)場。僅用216天，“昆侖號”就完成了橋梁的鋪架任務(wù)。得益于在福廈高鐵的成功運用，“昆侖號”順利打開市場。截至目前，“昆侖號”系列產(chǎn)品已在杭衢、滬蘇湖、南玉等10余條高速鐵路工程建設(shè)中應(yīng)用。

　　智能施工，發(fā)揮標(biāo)桿作用

　　福廈高鐵是我國高鐵中橋梁結(jié)構(gòu)最多樣復(fù)雜的高鐵線路。“這對工程建設(shè)提出了極高要求。”林依飛說，建設(shè)方充分發(fā)揮重大項目的標(biāo)桿作用，為后續(xù)跨海高鐵建設(shè)探索經(jīng)驗。

　　以國內(nèi)首座跨海高速鐵路橋——泉州灣跨海大橋為例，其需要適應(yīng)高鹽高濕的海洋大氣環(huán)境。現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)顯示，每24小時每平方米鋼板表面就能沉淀0.566毫克鹽粒子，是標(biāo)準(zhǔn)的強腐蝕海洋大氣環(huán)境。

　　為此，鐵四院聯(lián)合鞍鋼集團鋼鐵研究院等單位，基于鋼材化學(xué)成分設(shè)計比選、力學(xué)及工藝驗證試驗、海洋環(huán)境現(xiàn)場掛片曝曬試驗等長期技術(shù)攻關(guān)，成功研制了鎳系耐海洋大氣腐蝕鋼及配套高強螺栓等。

　　“通過‘以銹制銹’，實現(xiàn)全壽命期的長效防腐。”鐵四院泉州灣跨海大橋設(shè)計負(fù)責(zé)人曾甲華說，這次升級推動了耐候鋼橋技術(shù)的發(fā)展。

　　除了新材料、新工藝，福廈高鐵還為許多智能施工裝備提供了試驗舞臺。

　　先看新建廈門北站。建設(shè)過程中，這里摒棄了傳統(tǒng)人工墻面抹平，改用自動收面機器人，施工速度提升2倍；引進鋼結(jié)構(gòu)自動焊接機器人替代人工焊接，焊接時長大大縮短，焊接質(zhì)量提升2倍……

　　“這是智能施工設(shè)備在高鐵站房領(lǐng)域的首次大規(guī)模應(yīng)用。”中鐵建設(shè)廈門北站項目總工程師潘峰潭說，通過智能化施工，在新建廈門北站規(guī)模比既有老站增加34%的同時，工期縮短了18%，關(guān)鍵施工節(jié)點均提前半個月以上完成。

　　再看福廈高鐵接觸網(wǎng)。中國鐵建電氣化局在湄洲灣特大橋首次啟用由自動立桿設(shè)備、自動腕臂機器人、恒張力放線車、檢測機器人等組成的全新“四電”智能裝備，僅需七八個操作人員，就可以完成以往幾十、上百人的工作量。

　　“福廈高鐵是繼京張高鐵、京雄城際后，我國建成投用的又一智能高鐵，標(biāo)志著中國高鐵在智能化領(lǐng)域的探索又向前邁進了一步，為智慧型交通建設(shè)注入了新動能。”國鐵集團科技和信息化部運輸技術(shù)處處長譚立剛說。（記者 李心萍）

　　《人民日報》（2023年12月06日第10版）