蔣偉平

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 項目概況

北京至張家口高速鐵路位于北京市、河北省北部張家口市境內(nèi)。線路自既有北京北站引出，途經(jīng)北京市海淀區(qū)、昌平區(qū)和延慶區(qū)，由延慶區(qū)康莊鎮(zhèn)進入河北省境內(nèi)，跨官廳水庫，經(jīng)張家口市懷來縣、下花園區(qū)、宣化區(qū)，至既有張家口南站止，新建正線全長173.947 km。其中：北京市境內(nèi)70.42 km，河北省境內(nèi)103.527 km。

全線除既有北京北站外，新設有清河、昌平、八達嶺、東花園、懷來、下花園北、宣化及張家口等8個車站。崇禮鐵路在下花園北站接軌，預留趙川站，在崇禮設太子城站。2016年4月，京張高鐵全線開工建設。新建京張高鐵及崇禮鐵路線路平面示意如圖1所示。

圖1 新建京張高鐵及崇禮鐵路線路平面示意

2 項目的功能定位

京張高鐵既是鐵路中長期規(guī)劃網(wǎng)中京包蘭客運通道的起始段，也是北京至錫林浩特鐵路通道的起始段。與其他高鐵不同的是京張高鐵同時還兼顧了城際、普速和市郊鐵路(S2線)功能。

京張高鐵既是2022年北京冬奧會的交通保障線，也是促進京津冀地區(qū)一體化協(xié)同發(fā)展的經(jīng)濟服務線；既是傳承老京張鐵路百年歷史的文化線，也是展示中國鐵路建設成果尤其是高鐵建設成果的示范線[1]，更是落實“一帶一路”走出去戰(zhàn)略的政治使命線[2]。

2017年，京張高鐵被中國鐵路總公司確定為一號工程，是繼京滬、青藏之后又一個劃時代里程碑式的項目，是打造世界高鐵建設典范和推動我國高鐵技術新一輪創(chuàng)新的標志性工程，是中國智能鐵路1.0版、高鐵2.0版[3]。

3 京張高鐵對新時代中國鐵路建設帶來的深遠影響

與其他重大工程不同的是京張高鐵線路不長，線路所經(jīng)地區(qū)除穿越了軍都山、跨過了官廳水庫外，再無其他制約線路走向的重大地形、地質(zhì)和環(huán)境等因素。京張高鐵之所以被中國鐵路總公司明確為一號工程并定位為劃時代里程碑式的標志性工程，其重要性主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 京張高鐵開啟了中國鐵路建設智能新時代

智能鐵路不同于常規(guī)鐵路[4-5]。

從狹義上來講：智能鐵路指通過各種智能化技術的應用，最大化模擬、延伸和擴展人類智能，將這種機制盡可能地移植給人造設備及系統(tǒng)，從而將人類從鐵路運輸生產(chǎn)組織眾多復雜的觀察、思維、決策活動中解脫出來，實現(xiàn)整個運輸過程的自動化、智能化、便捷化。

從廣義上來講：智能鐵路并不限于技術驅(qū)動，也體現(xiàn)在新思想、新理念的應用。凡是有助于提高鐵路運輸效率、提升安全保障能力、優(yōu)化客戶服務質(zhì)量的技術，都可以稱之為智能鐵路技術。

智能鐵路是一個復雜的系統(tǒng)工程，其整體構架由智能感知層、智能傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、智能決策層、智能應用層組成，與智能建造、智能裝備和智能運營直接相關。

從智能鐵路的概念和構架可以看出：智能高鐵不是某項技術、某種工藝、某個專業(yè)甚至某個領域的拓展和突破，而是對鐵路建設的認知和理念的變化，是從設計、建造、裝備、運營到維護全生命周期系統(tǒng)性的技術創(chuàng)新、集成和系統(tǒng)間匹配協(xié)調(diào)的劃時代變革。

京張智能高鐵是我國智能鐵路最新成果的首次集成化應用。為實現(xiàn)智能鐵路的建設目標，京張高鐵進行了67項智能化專題科研，在全球首次采用了全線、全專業(yè)、全生命周期的BIM技術[6-7]，實現(xiàn)了全面的技術創(chuàng)新，并在站城融合、列車自動駕駛[8]、智能調(diào)度指揮、故障智能診斷、建筑信息模型[9]、北斗衛(wèi)星導航[10]、生物特征識別等方面實現(xiàn)了重大突破。

京張高鐵開啟了中國智能鐵路新時代，為構建鐵路工程項目智能管理平臺、智能鐵路技術標準體系及初步形成智能鐵路應用格局奠定了堅實的基礎。

3.2 京張高鐵提出了用工匠精神打造精品工程的新時代工程建設新要求

2017年，鐵路總公司黨組在落實習近平總書記在北京城市規(guī)劃建設和北京冬奧會籌辦工作座談會上的重要講話精神時，明確提出全力打造京張高鐵“精品工程、智能京張”的建設目標，并先后出臺了《京張高鐵精品工程指導意見》和《京張高鐵精品工程實施方案》，并在實施方案中，明確提出了京張高鐵精品工程的總體要求和創(chuàng)建目標。

總體要求：“高舉新時代中國特色社會主義偉大旗幟，實施科技強國、質(zhì)量強國、交通強國、制造強國的戰(zhàn)略，瞄準國際制造頂尖水平，打造中國制造2025高鐵新標準，創(chuàng)建新時期中國高鐵綠色設計、智能建造[11-12]、精益管理的建設管理新模式，使京張高鐵成為推動我國高鐵技術新一輪創(chuàng)新的標志性工程，開啟中國高鐵精品工程建設的新征程，叫響京張高鐵世界品牌，實現(xiàn)新發(fā)展、新引領”。

創(chuàng)建目標：“打造世界高鐵建設的典范。建設優(yōu)質(zhì)、創(chuàng)新、生態(tài)、人文和廉潔工程，全線創(chuàng)建精品工程90項，其中，國家科學技術進步獎2項，中國建設魯班獎13項，詹天佑獎4項，鐵路優(yōu)質(zhì)工程一等獎21項，省部級工法29項”。

在實施方案中，將創(chuàng)建目標細化到了具體工點、單位和責任人。在項目實施過程中，提出了“精心、精細、精致、精品”和“用工匠精神打造精品工程”、“以精心鑄就精品、用精細塑造精品、拿精致彰顯精品”的建設新要求。

3.3 踐行了站城融合的設計新理念

交通強國，鐵路先行。鐵路總公司先后提出了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，“暢通融合、綠色溫馨、經(jīng)濟藝術、智能便捷”的建設理念，“精心、精細、精致、精品”的建設要求和客站設計“站城融合”的設計新理念。

在京張高鐵北京樞紐和八達嶺長城站的客站設計中，完美演繹了科學化的統(tǒng)一布局、現(xiàn)代化的功能融合和各種交通方式的無縫銜接這一“暢通融合”和“站城一體”的新理念，達到了“車站與城市、建設與運營、智能與服務的”完美融合，實現(xiàn)了鐵路與城市的共同追求目標。

3.3.1 北京樞紐北京北站和清河站的規(guī)劃與設計(圖2)

北京北站為老京張鐵路的起點站，位于海淀區(qū)西直門，2009年改造成現(xiàn)有的6臺11線規(guī)模。由于受周邊的環(huán)境條件限制，車站無站前廣場和停車場，客流主要靠地鐵2號線、4號線和13號線及少量的公交換乘，如將西北方向進京客流全部引入北京北站，必將造成西直門地區(qū)交通堵塞。

圖2 北京北至清河站平面示意

根據(jù)西直門地區(qū)及老京張鐵路沿線的現(xiàn)狀和規(guī)劃，設計單位與地方進行了充分的交流溝通，提出的“在北五環(huán)外新設清河站，與北京北站形成一主一副的客站布局，區(qū)間線路由地面改為地下。妥善安置清河老站房，利用沿線京張老鐵路修建鐵路主題公園”設計方案得到了北京市政府和沿線百姓的一致認可。該方案的理念和設計創(chuàng)新如下。

(1)打破了一線一站的傳統(tǒng)布局，在五環(huán)外增設了清河客站，形成一主一副的客站新布局，有效減輕了西直門地區(qū)的交通壓力；方便了清河地區(qū)尤其是回龍觀小區(qū)(60萬人口)的群眾出行，減輕了北京北至清河間旅客往返的城市交通壓力。

(2)結合西直門現(xiàn)實情況采用的雙客站布局，避免了超大型客站“城中城”現(xiàn)象，符合首都總體規(guī)劃，大幅減少了城市改造和為客站配套的基礎設施投資。

(3)區(qū)間線路采用地下方案后，使原本兩側(cè)被鐵路割裂的城區(qū)得到融合貫通，打通了學院南路、知春路、成府路和清華東路4條城市交通主干道。清華園隧道南延縱斷面示意見圖3。

圖3 清華園隧道南延縱斷面示意

(4)修繕并妥善安置了清河老站房古建筑，沿線老鐵路采用改建為鐵路主題公園方式使歷史古跡得以宣傳和保留。美化了城市，增添了綠色，方便了百姓。

(5)城鐵13號線與清河站的并場設計和安檢互認，實現(xiàn)了不同交通方式的便捷零換乘。通過下沉式廣場設計贏得了京新高速公路、城鐵13號線和京張鐵路下部空間，使原本有限狹窄的場地變成了集地鐵、城鐵、高鐵、公交、出租、私家車及城市綠道等融合一體的綜合交通樞紐。清河站設計剖面見圖4。

(6)得益于北京市的大力支持和翔實的地下管線資料支撐，使施工環(huán)境最復雜的清華園隧道大直徑盾構施工得以順利實施。全長6.2 km的清華園隧道穿越了城市86處各類地下管線，最小處距地鐵隧道建筑限界僅0.8 m，工程施工在短時間內(nèi)一次完成，如同一臺精準的腦外科手術，讓人嘆為觀止。

(7)北京北站和清河站的整體規(guī)劃和設計，充分體現(xiàn)了以人為本的設計思想，完美演繹了國家鐵路集團公司的設計新理念，可稱為“暢通融合”、“站城一體”的典范之作。

3.3.2 八達嶺長城地下站的規(guī)劃與設計(圖5)

圖4 清河站設計剖面

圖5 八達嶺地區(qū)平面示意

八達嶺長城站位于北京市八達嶺5A級核心景區(qū)滾天溝下部，車站地下建筑面積4萬m2，車場軌面埋深102 m，旅客提升高度62 m。多達78種不同截面的88個洞室構成了目前世界上規(guī)模最大、埋深最深、洞群結構最復雜的暗挖地下高鐵站。

(1)地下站采用三洞分離式布置，將正線與到發(fā)線、站臺分開，洞間隔墻既是正線通過列車的隔音墻，也是三洞間的防火墻。

(2)進出站通道首次采用下進上出疊層式布置，在達到進出站旅客各行其道互不干擾目標的同時大大降低了隧道施工安全風險。

(3)利用施工斜井作為地下站無死角救援通道，達到了工程永臨結合的目標。

(4)創(chuàng)新設計了殘疾人專用滾梯(斜行電梯)，解決了地下站與地面站的平面位置差異問題。

(5)僅保留必要功能、不足2 000 m2的地面站房采用“退臺”式消隱設計，依山就勢，將建筑與山體環(huán)境融為一體，最大限度保護了周邊環(huán)境。

從八達嶺長城站的規(guī)劃選址，到下大上小的總體布局，再到地面站房與環(huán)境融為一體的消隱設計，無一不體現(xiàn)了設計和建設者的精品意識和匠心精神。

3.4 實現(xiàn)了綠色暢通的建設新目標

在京張高鐵的設計中，為減少工程建設對環(huán)境的破壞和影響，實現(xiàn)以人為本、綠色暢通的建設新目標，開展了多項專題研究、專項和創(chuàng)新設計。主要有以下幾個方面。

(1)開展了京張文化和文化元素應用專題研究。

(2)開展了綠化專題研究和專項設計。根據(jù)沿線自然特征、地域特色，將京張高鐵及崇禮鐵路綠化劃分為城郊風光段、關塞風光段、大澤風光段、燕北風光段、雪國風光段等五大景觀段，根據(jù)不同的周邊環(huán)境和氣候條件優(yōu)選綠植，打造高鐵綠色通道[13]，營造沿線相應的景觀意境和效果。立項編制了《鐵路工程綠化設計和施工質(zhì)量控制標準(北方地區(qū))》。

①開展了“一站一景”和生產(chǎn)用房的并棟專項設計。

②開展了隧道洞門的景觀專項設計。

③開展了全封閉、半封閉聲屏障的結構專題研究和專項設計。

④對位于350 km/h區(qū)段跨越一級水源保護區(qū)的官廳水庫特大橋，開展了環(huán)保專題研究和專項設計。采用頂推施工方案，減少對水體的影響；采用超耐候鋼橋防腐涂裝技術，最大程度地縮減橋梁壽命期內(nèi)重新涂裝次數(shù)，以減少涂裝過程產(chǎn)生的污染；主橋采用復合不銹鋼板排水槽將橋面雨水收集后集中排入兩岸的沉淀池，避免橋面排水對水庫水體的污染。

⑤對位于5A級核心景區(qū)的八達嶺長城地下站，開展了環(huán)保和文物保護專題研究和專項設計。采用電子雷管微損傷精準爆破，以減少施工震動對長城的不良影響；進行超長壽命混凝土專題研究并應用于地下工程；對施工斜井與救援廊道永臨結合方案進行了專題研究及專項設計；創(chuàng)新設計了殘疾人專用滾梯(斜行電梯)。

⑥開展了350 km/h有砟軌道專題研究。

一項項結合項目特點和實際環(huán)境條件的專題研究和專項設計，將一個冰冷的工程產(chǎn)品變成了充滿設計者思維、創(chuàng)意的具有生命活力的作品，讓京張高鐵體現(xiàn)出了以人為本的服務理念，實現(xiàn)了綠色暢通的建設目標。

3.5 打出了鐵路建設史上第一張文化名片

新京張高鐵與老京張鐵路，從同一個起點到同一個終點，穿越了110年的歷史，一頭連著歷史，一頭連著未來。

百年京張，見證了舊中國積弱不振和新中國奮發(fā)自強的滄桑變化，見證了中國鐵路從無到有從弱到強的完整發(fā)展歷程[14]。歷史的積淀，時代的變遷和社會的變化，在京張鐵路身上演變成了其他項目無法替代的鐵路文化。這既是項目的巧合，也是歷史發(fā)展的必然，宣傳京張文化更是新時代鐵路行業(yè)快速發(fā)展的需要。人文是精品工程、智能客站的主要構成內(nèi)容。

京張鐵路是我國鐵路建設史上第一次明確提出鐵路文化、做了京張文化專題研究和文化元素凝練并在設計中具體應用的項目。主要表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)提出了代表不屈、自信、自強、合德的“天人合德，百年京張”的京張鐵路文化主題。

(2)明確了每個車站的站房設計及裝修設計主題：如寓意“不息”的清河站、如展示“豐碑”的八達嶺長城站、如代表“無界”的太子城站、如體現(xiàn)“古城”的宣化站，如隱喻“基石”的昌平站等。

(3)設計了以人、長城和高鐵為代表的京張“LOGO”。

(4)凝練了人字坡、蘇州碼字、皴法、五色(奧運元素)為代表的京張通用文化元素。

(5)京張文化、地域文化與文化主題在站房、生產(chǎn)生活房屋及隧道洞門等建筑設計中的融合與應用。

(6)在路基大邊坡綠植選布及橋梁欄桿、溝槽蓋板上文化元素的應用。

(7)在官廳水庫橋、各站前廣場夜間彩色燈光效果中文化元素的應用。

(8)在車站廣場、大廳、八達嶺地下站站臺及通廊側(cè)壁等地方雕塑、浮雕和字畫、影像上文化元素的應用。

(9)清河老站房的修繕、異地安置和鐵路主題公園的規(guī)劃。

這些主題和元素以潤物無聲的方式，讓每位旅客在不經(jīng)意間時時刻刻感受到京張文化的厚重和魅力。

如果你愿意徒步去青龍橋，在車站的東端有一個潛望臺，站在老鐵路路基上，可以通過潛望鏡看到新京張高鐵的智能動車在老鐵路下面不到5 m的地下呼嘯而過。

從110年前詹天佑老前輩設計的“人”字[15]，到今天我們加上去“一”橫使之變成了一個“大”，完整演繹了中國和中國鐵路自立自強并從弱到強、從小到大的歷史發(fā)展過程，這個過程就是京張鐵路獨有的能夠代表鐵路行業(yè)的京張文化。

3.6 實現(xiàn)了智能京張技術的全面、系統(tǒng)創(chuàng)新

(1)在工程建設方面：全線采用BIM技術，在懷來梁場軌枕生產(chǎn)車間實現(xiàn)了軌枕制造的智能化無人生產(chǎn)，在清華園隧道采用了大直徑泥水平衡盾構機掘進。

(2)在動車組方面：以現(xiàn)有“復興號”動車組為基礎，在智能化、安全舒適、綠色環(huán)保、綜合節(jié)能等方面全面升級。

(3)在供電系統(tǒng)方面：配備由智能供電設備、智能供電運營管理及通信網(wǎng)絡組成的智能供電系統(tǒng)，實現(xiàn)智能故障診斷、預警、自愈重構等功能，形成供電系統(tǒng)健康評估體系。

(4)在調(diào)度指揮方面：構建基于人工智能的高速鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)智能動態(tài)調(diào)度、智能協(xié)同控制、智能換乘調(diào)度、智能故障診斷等功能。

(5)在旅客服務方面：全面完善12306網(wǎng)站及自助服務設施；支持多國語言國外銀行卡支付；拓展票種形式；實現(xiàn)全面電子客票、一證通行、刷臉進站及檢票等。

(6)在車站方面：提供智能引導、自助服務設施，實現(xiàn)基于非法侵入識別、人流聚集與擴散異常檢測、環(huán)境監(jiān)測與調(diào)節(jié)的車站運營智能感知。

(7)在運維方面：應用大數(shù)據(jù)、深度學習、故障預測與健康管理、增強現(xiàn)實等先進技術，實現(xiàn)技術裝備的全過程管理。

(8)在自然災害方面：能夠?qū)︼L級、雨量、雪深等自然環(huán)境自動監(jiān)測與報警，實現(xiàn)快速應急處置。

京張智能高鐵是我國智能鐵路最新成果的首次集成化應用，在列車自動駕駛、智能調(diào)度指揮、故障智能診斷、建筑信息模型、北斗衛(wèi)星導航、生物特征識別等方面實現(xiàn)了重大突破，為構建智能鐵路技術標準體系，初步形成智能鐵路應用格局奠定了基礎。中國鐵路總公司提出打造“精品工程，智能京張”的戰(zhàn)略舉措，使京張高鐵集中國鐵路建設運營技術和管理水平之大成，全面展示我國智能鐵路創(chuàng)新發(fā)展的最新成果，成為中國高鐵從世界先進水平向世界領先水平邁進的標志性工程，必將對新時代中國鐵路建設帶來深遠影響。

4 思考與建議

(1)關于BIM技術的應用

全線、全專業(yè)、全生命周期的BIM是鐵路工程項目建設智能管理、智能建造、智能運維的基礎，應予以推廣應用。由于鐵路與建筑行業(yè)的BIM有很大差異，因周期長、參與專業(yè)多、投入大，對要求采用BIM的項目應單獨計費。BIM工作應在設計方案明確后再行開展。

(2)關于工程設計與施工的技術創(chuàng)新

創(chuàng)新是技術發(fā)展的根本，對工程而言應結合項目實際情況開展，設計、建造和建設管理理念的創(chuàng)新是最好的創(chuàng)新。為確保安全，智能高鐵所應用的每一項技術都是成熟技術，創(chuàng)新的就是理念。為追求跨度、寬度、深度、長度等指標達到國內(nèi)乃至世界第一的目標和榮譽背后，往往是工程投資的大幅上漲和工程風險的大幅增加，筆者認為殊不可取。