智能技术让高铁更聪明

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人民铁道报记者 文 个 孙 博

近年来，大数据、人工智能、北斗、5G、数字孪生等新技术不断涌现，催生了各行各业的数字化转型和智能化发展。在世界各国铁路开始走向数字化智能化的进程中，中国铁路依托京张高铁、京雄城际铁路等重大工程，创建技术、数据、标准三位一体的智能高铁体系架构，构建涵盖智能建造、智能装备、智能运营的智能高铁成套技术，制定智能高铁核心技术标准，建成世界首条智能高铁，开启了世界智能铁路发展的新篇章，智能高铁技术全面实现自主化。

中国铁道科学研究院集团有限公司于2000年初组建了国家铁路智能运输系统工程技术研究中心，围绕铁路智能运输、智能铁路等领域开展前瞻性研究。铁科院集团公司首席研究员、国家铁路智能运输系统工程技术研究中心专家委员会委员、2023年“最美铁道科技工作者”李平，近日接受了人民铁道报记者的采访，结合团队多年来取得的科研成果，解析智能高铁。

记者：智能高铁的内涵是什么？您能用通俗的语言解释一下智能高铁吗？

李平：智能高铁是新一代智能化高速铁路系统，自开始研究以来就备受大家关注。作为一个新生事物，定义和内涵无疑是开启研究的重要起点。我们团队经过多次论证，提出了智能高铁的定义和科学内涵。我认为定义和内涵可以分为4个层面。第一，智能高铁是新技术驱动的。其融合应用了云计算、大数据、物联网、人工智能、北斗导航、BIM、5G等新一代信息技术。第二，智能高铁是大数据驱动的。它会综合高效利用铁路内外部的各种数据资源。第三，智能高铁具备典型的智能系统特征。其实现高铁移动装备、固定基础设施及内外部环境信息的全面感知、泛在互联、融合处理、主动学习和科学决策。第四，智能高铁是全生命周期一体化管理的。整条铁路从勘察设计、工程施工到运营管理等各个环节的数据和业务都是全面贯通的。

用通俗的语言来讲，我们从“智”和“能”两个角度来解读智能高铁的智能。“智”，体现在智能高铁的“高智商”和“高情商”。在“高智商”方面，智能高铁可以综合运用大数据、人工智能等技术做精细化决策，让旅客出行服务、设备设施运维、运行安全保障、运输调度指挥等方面的决策更精准更及时。在“高情商”方面，智能高铁具备较强的“轴+面”整体协同能力。“轴”是指智能高铁设计、施工、运营等全生命周期构成的主轴线，在这个主轴上实现3个阶段正向信息无损传递和反向迭代优化。“面”是指全生命周期各时间截面上的全部要素，例如在施工截面上需要统筹考虑质量、进度、安全、投资等多个维度的协同，实现多要素整体最优。“能”，体现在智能高铁发挥的能力和作用上。智能技术的应用，在提高旅客出行服务品质、降低高铁建造和运营成本、提高运输效率效益、提升高铁安全保障能力等方面发挥重要能效。

记者：智能高铁的研发具有哪些重要意义？

李平：智能高铁已成为世界各国铁路新一轮竞争的焦点和热点。中国智能高铁研发的意义可以归结为三个层面。

第一个层面是面向世界铁路发展最前沿，实现中国高铁持续领跑。我们团队自成立以来，就持续跟踪世界铁路的发展前沿。2015年以来，德国、法国、英国、日本等多个国家制定了铁路数字化发展战略。我国是世界上高铁建设和运营规模最大的国家，同时也是高铁运营场景最为丰富的国家。发挥我国高铁的规模优势、数据优势、场景优势和制度优势，加快推进中国智能高铁的成体系高质量发展，对持续保持我国高铁的领跑地位具有重要意义。

第二个层面是更好服务于国家重大战略需求。我国陆续发布了《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》《数字中国建设整体布局规划》。这些文件都强调把数字化智能化技术和高铁发展融合起来，推动大数据、人工智能、北斗卫星、云计算等技术在铁路领域的应用，加快智能高铁的研发。

第三个层面是满足中国高铁服务、安全、效率持续提升的现实需要。截至2022年底，我国高铁的运营里程已达4.2万公里，服务、安全、效率成为关乎铁路高质量发展的重要因素。智能高铁海量多源异构数据的融合分析，将有利于洞察不同旅客群体的个性化出行需求，从需求出发制订高铁运营计划，洞悉极端情况下安全风险隐患，实现及时预警处置，从而为旅客提供更加温馨舒适、更加方便快捷、更加安全可靠的出行服务。

记者：您能否以京张高铁为例，介绍一下智能高铁“聪明”在哪儿？

李平：京张高铁是2022年北京冬奥会的重要交通基础设施，作为世界首条时速350公里的智能高铁，其发展成果不仅受到国内的广泛关注，而且得到了国际上的高度认可。京张高铁是在智能高铁体系架构1.0标准指导下建成的第一条智能高铁示范线。其“聪明”之处主要体现在智能建造、智能装备、智能运营三大方面。

智能建造方面，我列举京张高铁3个典型的成功经验。其一，京张高铁采用BIM技术在三维环境下开展设计，所有设计成果都在一个平台上共享，实现多人多地多专业协同设计，开创了铁路BIM协同设计的新范式。京张高铁设计单位跟我们交流时提到，在他们开展多专业联合设计的过程中，平台自动发现了多处真实碰撞。他们在设计阶段及时解决了问题，避免了后期施工过程中的变更，大幅提升了设计的效率和质量。其二，设计完成后，针对复杂施工结构可以在三维场景下与施工人员做技术交底工作，指导其怎么施工，工艺工法的注意事项是什么，显著压缩了施工交底时间，节约了工程材料的使用。其三，智能建造体现在数字化工厂、智能化施工和装配式建造。比如清华园隧道地处城市核心区，地上建筑群极为密集，地下市政管线繁多，施工难度极大。面对这一难题，隧道施工采用了从生产、施工到建造的成套智能化技术。隧道的管片、隧底都是在工厂完成的预制生产，在施工过程中应用基于BIM的盾构法隧道施工管理系统，建立盾构隧道编码体系，在施工现场实现了“搭积木”一样的装配式施工。这既减少了对施工现场的环境污染，又提升了施工效率，同时管片制作和施工全过程的质量得到了高效管控，实现了效率、质量、安全、环保多要素综合效能最优。

智能装备方面，京张高铁上首次实现时速350公里的动车组自动驾驶。动车组从车站发车、区间运行、到站停车，再到停车之后车门跟屏蔽门的联动，都是自动执行的。自动驾驶采用的控车算法可以不断学习、持续优化。这个算法是按照最优的驾驶曲线来运行的，不但能提升旅客的乘坐舒适度，而且能大幅减少高速动车组的运行能耗，综合节能可以达到7.77%。动车组同时具备智能服务、智能运维、智能安全等新功能，加装传感器，实现对动车组大部件全生命周期运行状态的持续跟踪和分析，确保了运行安全。

智能运营方面，京张高铁采用智能票务系统，实现电子客票和基于人脸识别的无接触出站，构建了智能客站系统。京张高铁全程10个车站由同一个“大脑”指挥——在控制室里，就能实现车站灯光、温度、湿度等的自适应调节管理。它采用的智能节能策略，仅在张家口站，每天的照明就能节约用电1000度。此外，研发应用的基础设施智能运维系统和动车组PHM系统实现多专业统一调度和联合运维，提升运维的效率，延长了修程修制，降低了运维的成本。

记者：智能高铁的研究成果有哪些技术推广？

李平：在中国国家铁路集团有限公司组织指导下，铁科院集团公司课题组提出的智能高铁技术体系框架被国际铁路联盟（UIC）采纳，以白皮书的方式在UIC官网发布，为世界铁路智能化建设提供了中国方案。课题组还牵头编制了bSI两项国际标准，初步实现了标准的国际引领。

目前，运营高铁领域正在以京沪高铁为示范，基于智能高铁1.0成果开展智能化提升，未来将为其他运营高铁提供典型示范。一些在建高铁，比如福厦高铁和成渝中线高铁也在陆续采用智能高铁1.0的成果，实现智能建造、智能装备和智能运营成套技术应用。智能高铁技术还应用到世界上一次性建成并开通运营里程最长的重载铁路——浩吉铁路，并推广到深圳智能城际、智慧重载、智慧管网等路外其他领域。

记者：未来，“聪明”的高铁将会给百姓带来哪些更加智能的美好出行体验？

李平：我们课题组团队正在参与智能高铁2.0的规划，未来，智能高铁将提供基于MaaS+全行程的智能出行服务，让旅客的出行体验更加多样化。

我个人认为，智能高铁给百姓出行带来的好处有一些是显性的，大家可以直观感受到，比如刷脸进站、电子客票、智能导航等，但是还有一些是隐性的，虽然百姓不能直接体验到，但是它们作为幕后英雄，也在为百姓美好出行进行保驾护航。比如在车站设计和建造中，采用站城融合技术、综合枢纽技术，让百姓在出行过程中尽量少换乘、零换乘。铁路12306为旅客实现全行程智慧导航，提供定制化信息推送服务。在因自然天气导致高铁列车晚点和停运时，系统会及时对旅客的路线重新规划，让其快速到达目的地。未来，一些车站可能还会提供机器人行李托运、特产预约、信息主动推送、智能枢纽换乘、定制公交等服务。总之，智能一定是以服务为中心，就是我们推崇的出行即服务，服务“门到门”全行程，让老百姓出行越来越便捷。

素材来源：人民铁道报 7月26日第二版