趙立冬

摘 要：高鐵以它快捷的速度和低廉的價格，強烈沖擊了航空運輸。從影響高鐵速度的主要因素來看，高鐵有廣闊的發(fā)展前景。高鐵線路的科學(xué)化建造為高鐵的高速度提供了最基本的條件，最新設(shè)計的高速“動車組”能使高鐵達(dá)到更高的速度，采用最新智能化技術(shù)的交通信號系統(tǒng)保證了高鐵安全運行。展望高鐵的未來，大有可為。

關(guān)鍵詞：高鐵；速度；發(fā)展前景

中圖分類號：U238 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0178-02

隨著時代的不斷進(jìn)步，新技術(shù)，新設(shè)備也不斷出現(xiàn)。各行各業(yè)在信息時代的背景下也呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。作為衡量社會發(fā)展水平之一的鐵路系統(tǒng)同樣以迅猛的姿態(tài)前進(jìn)著。從最早的綠皮火車到后來的高速動車，再到以2008年8月開通的北京到天津的城際高速列車為標(biāo)志的高鐵時代，貨運和客運的速度參數(shù)越來越塊，運輸系統(tǒng)效率越來越高。這些都是以速度的提高為前提的。速度是客觀世界中最進(jìn)本的物理量，通常人們習(xí)慣將速度以兩個角度來定義和概括，即標(biāo)量和矢量。前者是人們對速度這一概念最初的定義，概括來說就是物體在單位時間內(nèi)移動了多長的距離，這種定義只強調(diào)了速度的大小，不研究物理實體的運動方向。后者是人們對速度這一概念更為深度的定義，具體來說為速度是位移與位移時間的比值，這種定義即研究了物理實體速度的大小，又描述了物理實體位移的方向，總結(jié)概括了一個物理實體相對于另一個物理實體為參照物而發(fā)生的位移變化，這種概念才是人們在現(xiàn)實世界中對速度最準(zhǔn)確的定義。舉例來說，哈爾濱到北京高鐵并不是說火車實際的速度有多快，而是說哈爾濱到北京這一路程高鐵能用的相對時間能夠降低到多少。目前，我國鐵路系統(tǒng)中高鐵的速度是最快的，高鐵也已經(jīng)成為人們現(xiàn)實意義中的陸地飛行器，高速也是人們及其鐵路系統(tǒng)最為關(guān)心的問題。

世界鐵路史中，高鐵的出現(xiàn)有著劃時代的意義，因為高鐵出現(xiàn)以后，將鐵路系統(tǒng)的運行速度提高了不止一個數(shù)量級，鐵路系統(tǒng)發(fā)生了翻天覆地的變化，同時也帶動了社會各個部門的高速發(fā)展，促進(jìn)了社會經(jīng)濟的大發(fā)展。追溯高鐵修建歷史，1964年日本東海道新干線開通，當(dāng)時該新干線的速度可達(dá)每小時210千米。此后，瑞典、法國、韓國、德國、英國、西班牙以及意大利先后都開展了高鐵修建項目。我國高鐵修建項目起步較晚，但發(fā)展速度卻是最快的，因為我們的高鐵技術(shù)是站在巨人的肩膀上起步的，我們借鑒了大量發(fā)達(dá)國家的高鐵技術(shù)，引進(jìn)了很多先進(jìn)的高鐵設(shè)備，同時為了趕超發(fā)達(dá)國家的高鐵技術(shù)，我們積極地進(jìn)行了大量的科研工作，自主創(chuàng)新，現(xiàn)如今已經(jīng)形成了具有我國特色的高鐵項目，在某些技術(shù)模塊中甚至達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。在我們自主創(chuàng)新并結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)研發(fā)的過程中發(fā)現(xiàn)，影響高鐵速度進(jìn)一步提高的因素有很多，要想促進(jìn)高鐵技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，就需要我們針對這些影響高鐵速度的因素進(jìn)行分析，以下列舉三個方面供讀者參考。

1 高鐵線路的科學(xué)化建造為高鐵的高速度提供了最基本的條件

1.1 科學(xué)地解決高鐵線路中的曲線和直線問題

在數(shù)學(xué)概念中，兩點之間直線最短是一個最基本的數(shù)學(xué)常識。在高鐵線路選擇過程中，盡可能選擇直線作為高鐵路線是不是最短距離的直接因素呢？答案是否定的，首先選擇直線線路的確可以縮短形成，但最重要的還是因為高鐵運行特性決定的。高鐵運行過程中，當(dāng)機車達(dá)到每小時350千米的速度時，要求高鐵線路的曲率半徑最小不能低于七千米，否則容易發(fā)生脫軌的現(xiàn)象。在高鐵設(shè)計過程中，遵循最高安全系數(shù)原則，施工中高鐵曲率半徑要達(dá)到九千到一萬米。同時，曲線與直線，曲線與曲線之間還必須設(shè)置過渡帶對速度進(jìn)行緩沖，保證高鐵機車的安全性。最后，考慮到離心力的影響，曲線地段外側(cè)鋼軌的復(fù)合值在設(shè)置和施工時要高于內(nèi)側(cè)鋼軌的復(fù)合值，這樣做也是為了保證高鐵機車避免脫軌現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 科學(xué)地解決高鐵線路中的上坡和下坡問題

高鐵運行中的上坡下坡問題是除了曲線與直線問題外另一個非常重要的問題，科研人員經(jīng)過理論分析以及實踐測試，對上坡和下坡的參數(shù)提出了嚴(yán)格的要求。參數(shù)規(guī)定，爬坡高度小于2.5米時，線路前行距離最少要達(dá)到1000米，這個限定的值不僅僅是為了降低高鐵乘客在乘車過程中的體感顛簸，更主要的是只有在這樣的一個參數(shù)先定下運行的高鐵才能不發(fā)生脫軌的現(xiàn)象，才能保證整個高鐵系統(tǒng)的安全運行。

1.3 分層填筑的高鐵路基解決路基的沉降問題

鐵路系統(tǒng)路基的穩(wěn)定性直接影響著系統(tǒng)運行的安全，穩(wěn)定的路基是鐵路系統(tǒng)不出問題最基本的保障，高鐵運行環(huán)境中更是如此。同時穩(wěn)定的路基也是能夠完成曲線與直線線路過渡，機車上坡與下坡平穩(wěn)過渡的基本保障。高鐵的路基填筑同普通鐵路的路基填筑有所不同，普通鐵路要求的速度低，對路基要求并不高，即使由于時間的關(guān)系路基形成自然下沉，也可以通過添加道砟的方法調(diào)整道軌的平滑度。高鐵對速度的要求高，對路基沉降要求極其嚴(yán)格，這就要求需要采取一定措施控制路基沉降范圍，一般來說年沉降系數(shù)不能高于5厘米。目前路基分層填筑的施工模式廣泛應(yīng)用于高鐵路基的建設(shè)之中，此分層模式分為三層，從上到下依次為路基面表層、基床底層和路基本體層。路基表面層使用按照規(guī)格尺寸要求的碎石混合在一起制造的填料，即填筑級配碎石（厚度0.7米）進(jìn)行填充，基床底層使用厚度為2.3米的滿足技術(shù)要求的特種土進(jìn)行填充，路基本體層可以使用一般的普通土進(jìn)行填充，這一層才是路基本體。每一次的技術(shù)和材料都必須滿足相關(guān)規(guī)范的最低標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 無砟軌道保證軌道的高平順使運行速度大大提高

道砟使用的原材料一般都是煤礦和巖石的碎片，普通鐵路大多使用這些材料進(jìn)行施工，路砟有很多優(yōu)點，例如承重性強，導(dǎo)熱能力好，能夠進(jìn)行大幅度的減震以及減少噪音等，這些優(yōu)點能夠完美的應(yīng)用于低速的普通鐵路系統(tǒng)中，然而高鐵的特點是速度快，在機車高速運行的情況下，如果使用路砟作為路基則會引起路砟被激起、脫落、流失等現(xiàn)象，從而形成一定的安全隱患，因此，高鐵系統(tǒng)中都會選擇無砟軌道進(jìn)行施工。所謂無砟軌道指的是不適用碎石作為路基，而將軌枕和鐵軌直接鋪設(shè)在混凝土上。反過來講，無砟軌道的缺點也顯而易見，即無法解決承重、導(dǎo)熱、減震和噪音的問題，這就需要在高鐵系統(tǒng)的建設(shè)過程中采取一定措施解決這些問題。例如現(xiàn)在高鐵中往往使用減震扣件、橡膠墊和鋼彈簧浮制板來進(jìn)行減震，使用無縫化鋼軌連接技術(shù)、在軌道上安裝吸音設(shè)備和定期打磨鋼軌等復(fù)合型方法來解決噪音問題。

1.5 全封閉、專用、雙線路運行，停站少，可以狂跑

高鐵采用全封閉技術(shù)，減小了運行過程中的風(fēng)阻，有利于提高速度，采用專用的雙線路模式，停站少，不僅僅更快的提高速度，更極大的降低了高鐵由于頻繁加速減速所造成的資源浪費，有利于利潤的提高。然而在雙線路模式中要解決的問題就是線路之間間距的選擇問題。間距過大必然會提高施工成本；間距過小，由于對向錯車時會產(chǎn)生極大的風(fēng)壓，車窗面臨著被風(fēng)壓壓碎的風(fēng)險。經(jīng)過科研人員不斷的研究與實驗，最后將雙線間距定義在5米的安全距離。

2 最新設(shè)計的高速“動車組”能使高鐵達(dá)到更高的速度

以前的綠皮火車工作原理是一個車頭帶動后面的所有車廂，這個機車的動力部分都集中在車頭一點，速度自然不會很高。而“動車組”的出現(xiàn)完全顛覆了綠皮火車的工作模式?！皠榆嚱M”的工作模式是將動力分散在這個機車的各個部分，不僅僅車頭起到牽引作用，其他部分也起到推動機車前進(jìn)的作用，速度自然加快。

以前的綠皮火車從動力學(xué)角度講叫做拖車，現(xiàn)在的“動車組”才叫做動車。高鐵機車動力性能分布在車體的各個部分，每個部分的裝置相互配合，協(xié)同工作，這種工作模式類似于一個團隊，完全摒棄了“火車跑得快全靠車頭帶”的舊模式。極大地保證了高鐵機車的速度。

3 采用最新智能化技術(shù)的交通信號系統(tǒng)保證了高鐵安全運行

如果列車以每小時200千米的速度前進(jìn)，它緊急剎車需要的路程是4000米。對照這些數(shù)據(jù)，可以想象，時速每小時350千米高鐵緊急剎車的困難和危險。因此，高鐵的安全問題，一直是社會最關(guān)心的問題。

但是，自從高鐵產(chǎn)生以來，高鐵一直被譽為安全性極高的交通工具，如果從事故率的角度出發(fā)，高鐵的安全系數(shù)比公路、航空要高得多。日本的高鐵已經(jīng)開通幾十年，沒有發(fā)生過一起交通死亡事故，法國的高鐵也一直安全運行。

這要歸功于最新智能化技術(shù)的交通信號系統(tǒng)。它為高鐵的安全性提供了科學(xué)的保障。如果沒有這樣先進(jìn)的列車控制系統(tǒng)，如此高速的列車是不可能完全靠人工保證安全的。對于列車控制系統(tǒng)的研發(fā)，是我國整個高速鐵路技術(shù)中最重要的一環(huán)。現(xiàn)在正在使用的“中國列車運行控制系統(tǒng)”（簡稱CTCS）還在不斷的研發(fā)試驗中，科研人員為高鐵的安全運行一直進(jìn)行著不遺余力地拼搏努力。

總而言之，從影響高鐵速度的主要因素來看，高鐵有廣闊的發(fā)展前景。事實也正是如此，高鐵以它快捷的速度和低廉的價格，強烈沖擊了航空運輸。日本的高鐵用8年時間就收回了全部投資，已經(jīng)成為其國名副其實的交通工具。中國正在研發(fā)的真空管道磁懸浮技術(shù)，能使列車的運行速度在理論上直逼第一宇宙速度，達(dá)到每小時2萬千米。預(yù)計研發(fā)成功后，能使高鐵速度達(dá)到每小時4000千米，而能耗不到航客機的1/10，噪音和廢氣污染及事故率接近于零。展望高鐵的未來，大有可為。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳姣姣，解新福.淺論中國高速鐵路建設(shè)發(fā)展與技術(shù)跨越的特點[J].發(fā)展，2015（6）：54-55.

[2]馮曉芳.中國高速鐵路的發(fā)展與展望[J].科技資訊，2009（1）：129-130.