8月28日，四川省科學技術獎勵大會在成都舉行。會上，“高速鐵路線形最優動態性能設計原理、調控技術及工程應用”項目成果榮獲四川省科學技術進步獎特等獎。這是本次大會頒發的唯一特等獎，也是時隔7年，再次頒發的首個科技進步特等獎。

該項目主要完成單位包括西南交通大學、中鐵第四勘察設計院集團有限公司、中國鐵路設計集團有限公司、中鐵二院工程集團有限責任公司，主要完成人是以中國科學院院士、西南交大首席教授翟婉明為首的14人。

這一項目成果有何創新點，為何特等獎頒給了它？記者采訪了西南交通大學項目團隊。

西南交通大學項目團隊

高鐵線形設計是保障高速行車安全平穩的核心與難點所在

該項目是關于高鐵線形動態性能的。所謂高鐵線形，即高鐵線路的空間形位、走向，是決定高速行車安全性和乘坐舒適性的根本要素。

簡單來說，列車跑得快不快，除了與車本身的性能有關，還與線路息息相關。“線形是決定高鐵列車運行速度上限的關鍵因素”。項目團隊成員、西南交通大學軌道交通運載系統全國重點實驗室副主任朱勝陽說，目前在實際運營中，高鐵列車能跑出時速300公里到350公里，未來速度能否繼續提高，線形設計是關鍵、前提，也是難點所在。

比如，高速鐵路在建造運營之前無法做行車實驗，如果線形設計不合理、車線動力性能不匹配，將導致突出的列車與線路動態相互作用問題，給未來高速行車帶來重大安全隱患。

“我國高鐵在設計之初沒有設計標準可依，面向行車安全平穩性的高鐵線形設計方法更是一片空白。”朱勝陽說。

此外，我國高鐵橫跨東西南北，運營環境復雜多變，基礎結構沉降、上拱等復雜大變形問題頻發，給在役高鐵線形精準調控帶來了嚴峻挑戰。

二十年磨一劍，

實現關鍵技術突破、產生多項創新成果

迎難而上，從2000年初起，在翟婉明院士的帶領下，團隊二十年磨一劍，開展產學研用聯合攻關，目的是要讓高鐵跑得既快又安全舒適。

團隊介紹，該研究主要通過“理論創新—平臺研發—技術突破—工程應用”的技術路線，系統開展了高速鐵路線形最優動態性能設計原理、調控技術及工程應用研究，形成了完整的技術體系。

首要創新成果是在國內外首次提出列車與線路動態性能最佳匹配設計原理。

“這是研究的理論基礎，團隊在翟婉明院士的帶領下，基于車輛—軌道耦合動力學理論，將高速列車與軌道作為一個整體大系統，綜合考察相互之間的作用與影響、匹配關系。”朱勝陽說，“實現了不同線路條件下車線系統動力性能一體化預測評估與最優匹配設計。”可以說，這為現代高速列車與線路高品質設計開辟了全新路徑。

其次，團隊構建了高速鐵路線形最優動態性能設計方法。具體來說，團隊基于上述理論基礎，研發了集“仿真—預測—評估—優化”于一體的高鐵線形動態優化設計與安全評估系統。

西南交通大學項目團隊

一般來說，傳統設計方法主要是從運動學角度考察高速列車的牽引通過能力，不能從動力學角度準確評估高速行車安全性、舒適性。“通過這一系統，調整曲線、坡度等關鍵參數，可以模擬列車通過不同線路的動態性能，從而實現滿足高安全性、高平穩性行車要求的最優線形設計。”朱勝陽解釋。

比如，我們經常在視頻中看到的畫面——在高速運行的列車上立硬幣。“要讓硬幣不倒，這與高鐵線形設計密切相關，需要車軌系統匹配才能做到。”朱勝陽說，新的設計方法將行車安全性、乘車舒適性等前置目標進行正向設計，不僅是國際首創，還破解了中國高鐵建設之初無設計標準可依的選線設計難題，支撐了高鐵平縱斷面線形設計從運動學到動力學的技術變革。

還有一大創新之處在于，高鐵線路幾何狀態劣化后的線形調控。“在高速列車動荷載的長期作用下，軌道會發生不均勻沉降，線路幾何狀態可能會出現嚴重惡化，從而導致列車限速。”團隊成員說，這不僅影響運行時間、效率，還會危及行車安全性。

如何將速度恢復到設計速度？關鍵是要將惡化后的線形調整到合適的線形。

針對這一難題，團隊系統創建了高鐵線形均衡調控與修復技術體系，由此確定出兼顧高速行車性能和工程調整量的最佳調控線形，克服了高鐵線路劣化后限速帶來的影響，提高了運輸效益，保障了高速列車高品質運營。

經過本領域多名院士在內的評價專家組評定，一致認為項目技術成果“整體技術達到國際領先水平”，取得了重大社會經濟效益。

成果應用到“0到1”標志性高鐵工程，

正在不斷突破“禁區”

迄今為止，項目技術成果已全面應用于我國各種類型的高速鐵路工程，特別是首條建造標準最高的（京滬）高鐵、首條大跨度橋上鋪設無砟軌道的（昌贛）高鐵、首條從中國走向世界的（雅萬）高鐵等 “從0到1”的標志性工程。

談及多個“首創”“首條”“首次”，團隊十分感慨。2009年，朱勝陽加入團隊，讓他印象深刻的是成果應用在京滬高鐵上。

“當時缺乏相關標準，受京滬高鐵公司委托，我們應用項目技術對1000多公里線路原設計方案進行車線系統動力性能仿真評估，發現多處不滿足列車運行安全、舒適性的區段，并提出改進設計方案，被實際工程采納。”朱勝陽說，這不僅滿足了高速行車要求，還節省了線路變更設計導致的巨額工程投資。

列車高速通過橋梁，看似簡單卻不簡單，尤其是通過大跨度橋梁。讓團隊成員記憶猶新的，還有在首條大跨度橋上鋪設無砟軌道的昌贛高鐵：“當時史無前例，是一件突破既有標準的事情。”

此前，大跨度高鐵橋梁鋪的都是有砟軌道，列車過橋通常需要限速。針對該問題，團隊研發了無砟軌道與大跨度橋梁空間大變形協調匹配與線形調控技術。

西南交通大學項目團隊

2019年，昌贛高鐵設計方找到團隊，經過團隊系統模擬計算和試驗分析，提出了大跨度橋上鋪設無砟軌道長波不平順分級控制標準。這項新標準突破了我國高鐵大跨度橋梁鋪設無砟軌道的工程“禁區”，現已被納入高鐵設計規范，得到了廣泛應用。“從此，大家坐高鐵過橋可以不再限速了。”團隊成員十分感慨。

目前，我國高鐵最快運營時速為350公里，國際上其他國家也在持續推進、迎頭趕上。“中國高鐵要持續引領世界發展，不斷突破‘禁區’，探索更高速度的可能。”翟婉明院士說。

這種可能或將變成現實。當下，項目團隊全力攻克成渝中線高鐵技術難關。按計劃，這條中國首條預留時速400公里條件的高鐵將于2027年開通運營。

“時速從現有的350公里提高到400公里絕非易事，沒有標準、無法驗證，不是一蹴而就的。”當下，團隊在翟婉明院士的帶領下一步一個腳印，穩扎穩打，持續攻關。

翟婉明院士希望，未來能把成果應用到更多高鐵線路上，比如在更高的運營速度、更復雜的運營條件中發揮作用，再接再厲，讓我國的高鐵跑得更快、更安全、更舒適。

視頻、圖片素材由西南交通大學提供