邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[去科技馆学科学]中国铁路

文_唐 罡/中国科学技术馆

2020-02/总第287期

阅读数2

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铁路是国民经济大动脉,是国家重要基础和大众化交通工具,在推动经济社会发展中发挥着不可替代的作用。中国铁路70年艰苦奋斗,40年搏击风雨,始终站在交通运输的最前沿,肩负重任,解民之忧。从缓解运能紧张,到大规模提高客车速度,再到建成世界上最现代化的铁路网和最发达的高铁网,中国铁路成就举世瞩目。《义务教育小学科学课程标准》要求学生了解“人们为了使生产和生活更加便利、快捷、舒适,创造了丰富多彩的人工世界”这样的科学概念,理解“工程和技术产品改变了人们的生产和生活”。在中国科技馆“庆祝新中国成立70周年科技成就科普展”里,有几件展品专门介绍了70年来中国铁路取得的巨大成就,及其背后的科学原理、技术应用。


铁路体系

中国铁路科技创新取得重大突破,成功构建了具有完全自主知识产权的高速、普速、重载三大领域铁路技术标准体系,总体技术水平迈入世界先进行列,在高速铁路、高原铁路、高寒铁路、重载铁路等领域达到世界领先水平。“四纵四横”高铁网提前建成运营,正向“八横八纵”迈进,手机购票、电子客票、刷脸进站、智能导航等新技术让高铁与时俱进,为乘客提供贴心服务。

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图1 展品“中国铁路体系”


展品“中国铁路体系”由列车模型、显示器等组成。观众通过推动列车模型观看相应铁路科普视频,直观认识了解中国铁路的五大体系:普速铁路、高原铁路、高寒铁路、重载铁路和高速铁路,理解其中的科技原理,感受中国铁路发展的巨大成就。

普速铁路

普速铁路是相对于高速铁路来说的,顾名思义就是普通速度铁路,在我国大陆地区一般是指设计速度在每小时160千米之内,经升级改造提速后仍未全面达到每小时200千米的国家铁路。在过去很长一段时间,老式绿皮火车担任主要的客运任务,升级改造后,传统的绿皮车逐步退出历史舞台,取而代之的是更加舒适快捷的“绿巨人”动车组。实际上,普速铁路主要指的是“路”而不是“车”,高速列车也可以运行在普速铁路上,只不过需要按照普速铁路规定的安全速度行驶。1997—2007年,中国铁路先后实施6次大提速,很多普速铁路升级后可以开行时速200〜250千米的动车组,期间攻克了很多技术难题,在线路轨道、桥梁路基、供电方式、信号设备等技术方面作出重要突破。

高速铁路

高速铁路是指新建铁路旅客列车设计最高行车速度达到每小时250千米及以上的铁路。高铁的基本特点是路轨平顺,一般采用无砟轨道和无缝线路,弯道少且半径大;信号控制系统先进,能确保高密度、高速度运行的安全性。高速铁路建设快速发展,对国家经济促进作用日趋显著,其主要优势是载客量高、耗时少、安全性好、正点率高、舒适方便、环保节能,缺点是造价较高、建设复杂、管理难度大。中国铁路掌握了在复杂地质条件和气候环境下的高铁建造和运营技术,至2019年底,中国高铁总营业里程已经突破3.5万千米(时速200千米及以上),占世界高铁总里程的70%。

高寒铁路

高寒铁路是在严重低温和冬夏温差较大的环境中运行的铁路。以哈大客专为代表,这是中国乃至世界上第1条高寒地区的高速铁路,全长924千米,冬季平均气温-25℃,最低气温约-40℃,冬夏温差50℃〜60℃。如何克服地面冬季冰封、夏季酷热的热胀冷缩,成了修好高寒铁路的首要难题,也是保障安全运行的首要前提。通过技术创新,技术人员解决了路基防冻胀、接触网融冰、道岔融雪等技术难题,研制了适应低温运营环境的高寒动车组,掌握了牵引供电、通信信号等设备低温适应性技术,形成了高寒地区高铁建设、运营和维护的成套技术。

高原铁路

高原铁路是在海拔较高的环境中运行的铁路。以青藏铁路为代表,它是世界上海拔最高、线路最长的高原冻土铁路,全长1 956千米,最高海拔5 072米,近一半的线路位于海拔4 000米以上。青藏铁路解决了三大技术难题,攻克了多年冻土,解决了高原缺氧,同时保护了高原脆弱的生态环境。创新提出“冷却地基,主动降温,保护冻土”的工程理念,采用片石气冷路基、通风管路基、热棒、以桥代路等措施降服冻土,保证路基稳定;为机车驾驶室和旅客车厢安装制氧供氧设备,通过弥散式和分布式供氧方式解决高原缺氧问题,保障乘客生命财产安全;采取人工植草、设置野生动物通道、边坡防护等整套环保措施,将铁路对生态环境的影响降到最低。

重载铁路

重载铁路是指行驶列车总重大,行驶大轴重货车或行车密度和运量特大的铁路,主要用于输送大型原材料货物。重载铁路一般需要满足列车牵引质量8 000吨及以上,列车的轴重在270千牛及以上,在至少150千米的线路区段内年运量大于4 000万吨这3个条件中的2个。随着1988年大秦铁路的开通,中国铁路进入了重载时代。以大秦铁路为例,2018年运量突破4.51亿吨,是1989年的22.5倍,30年累计完成运量超过60亿吨,创造并保持着世界单条铁路重载列车密度最高、运输能力最大、增运幅度最快、运输效率最好等多项纪录。重载铁路的技术难题,一是轨道承受的重量远大于客运轨道,要采用高强度钢轨,还要考虑常年运行和自然灾害对路基稳定性的影响;二是列车必须采用大功率的电力或内燃机车,追求轮轨之间的最佳黏着特性以便提高机车的牵引能力;三是采用机车无线遥控操纵系统,可以实现长达数千米的重载列车的同步控制;四是研发应用特种重载车辆,一般单节载重80吨,目前载重90吨的车辆已经开始试用。


时代列车

中国铁路不断发展,实现由追赶者到领跑者的角色转换。一辆辆形态各异的列车,不仅是外观的变化,在技术上也不断突破,见证中国铁路的巨变,让百姓的出行更加方便、安全、高效、快捷、舒适,大大提高百姓出行幸福指数。

展品“时代列车”由静态陈列展示的1∶10复兴号高铁模型、和谐号动车模型、普通客车模型组成,通过图文版和视频配合介绍相关背景知识。观众通过观看列车模型,感受时代变迁及我国铁路运输的快速发展。

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图2 展品“时代列车”


中国高铁发展有多快

中国高铁经历了从早期引进、消化吸收、再创新,到自主创新,最终实现全面创新的历程。2008年京津城际开通,中国首条时速350千米的高速铁路投入运营,意味着中国高铁时代的正式来临。2017年复兴号标准动车组首发,设计时速400千米,运营时速350千米,具有完全自主知识产权的中国标准动车组从此奔驰在祖国广袤的大地上,复兴号高速列车实现了从追赶到领跑的关键一步,中国高铁完成了从自主创新到全面创新的飞跃。

●  中国高铁运营里程世界第一。2019年底中国高铁运营里程超过3.5万千米,占全球高铁运营里程70%,超过其他国家总和。

●  中国高铁运营速度世界第一。截至2019年7月,中国高铁以每小时350千米运营速度位居世界第一,超过法国、日本、德国和瑞士的每小时320千米。

●  中国高铁保有量世界第一。截至2019年7月,中国高铁车辆数(组)为2 430,超过法国的464和日本的340。

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图3 复兴号列车


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图4 和谐号列车


高铁为什么成为“中国名片”

2015年7月17日,习近平在视察中国中车长春轨道客车股份有限公司总装车间时说:“高铁动车体现了中国装备制造业水平,在‘走出去’‘一带一路’建设方面也是‘抢手货’,是一张亮丽的名片。”经过多年的实践探索与发展,中国成功拥有世界先进的高铁工程建造技术、装备制造技术和运营管理技术,具有组团出海的实力,并逐渐走出国门,为世界高铁发展提供“中国方案”。

●  技术先进。拥有世界上最先进、最全面的高速铁路技术。

●  安全性高。中国高铁形成了基础设施、移动装备、综合检测、防灾减灾、应急救援为一体的安全风险管理体系,确保了高速列车的安全运行。

●  性价比高。中国高铁在成本和效率方面更具优势。建设成本约为其他国家的2/3,建设工期相比国外也极大缩短。

●  运营经验丰富。中国高铁运营里程最长,运营速度最高,运营场景和管理经验最丰富。■

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