我眼中的中国高速铁路

我眼中的中国高速铁路

摘要：回顾中国高速铁路从自主摸索研发到引进-消化-创新的发展历程，以CTCS 列控系统为例说明整合吸收国外先进成熟技术为中国高铁带来的技术革新。通过对“7•23”甬温线特大事故原因的分析，论述了CTCS 列控系统存在的设备缺陷及改进方向，同时结合RAMS 标准提出研发、施工、运营、维修一体化的管理体系对于中国高铁安全稳定运营的重要性。

关键词：发展历程 CTCS列控系统 “7•23”甬温线特大事故 RAMS标准

Abstract ：This paperreviewsthe development process of Chinese high-speed railway from the independent explorationto the stage of introduction - digestion – innovation. Take CTCS train control system as an example, this paper expounds the changes that foreign mature technology innovations bring to Chinese high-speed railway. Through the Analysisof "7 • 23" Yongwen line accidents, we discuss the equipment defects CTCS train control systems exist and the improvingdirection. In addition, combined with RAMS standard, an integrated management system includingresearch, construction, operation and maintenance become more important for the security and stability of Chinese high-speed railway.

Keywords:development path ; CTCS train control system; "7 • 23" China-Yongwen railway accident ; RAMS management

一、 走向高铁强国之路

2004 年，铁道部发布了“拟采购时速200 公里的铁路电动车组，共计200 列”的招标公告，从此开启了中国高速铁路引进-消化-创新的新思路。中国在短短十多年内跻身世界高铁强国，成为世界上高铁规模最大、发展速度最快的国家。据国际铁路联盟（UIC ）统计，截至2014年，全世界有15个国家和地区运营高速铁路，总里程约2.78万km 。中国高铁运营里程达1.6万km ，约占全世界高铁总里程的60%。

回顾中国铁路发展史，早在20世纪90年代中国铁路人就开始了对高速铁路的研究，但由于高速铁路是集多种高新技术于一身的复杂大系统，前期工作一直停留在对修建高铁的必要性、可行性及经济上的理论论辩上，起步较晚又进程缓慢。在1992年，中国铁道部在《铁路今后十年和“八五”科技发展纲要》中，首次提出发展高速客运的目标，并于当年启动“京

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沪高速铁路预可行性研究”，标志着中国高速铁路工程正式启动。得到国家财政的大力支持以及企业工厂的积极配合后，中国铁路人坚持不懈的摸索和自主研发并在1997年进行了时速140km/h的第一次尝试。中国高铁的虽然通过自主研发诞生了像“中华之星”这类具有里程碑意义的车型，但相较于同时期的日本、法国和德国等国家，中国的发展缓慢而落后。

让中国高铁真正走上腾飞之路的是以刘志军为领军的一批铁路人，他们之于中国高铁，就像十河信二与岛秀雄之于日本国铁，大胆而有魄力，能集众人之力重拳出击。当年的日本历经二战重创却最终成为了高速铁路的开创国，期间日本的铁路人吃过的苦不言而喻。虽然凭借着中国铁路人埋头钻研的韧劲和不辞辛苦的意志，中国高铁肯定能在自己独自开发的路上走出辉煌，但时间不等人，迈入21世纪的中国散发着强劲的活力，巨大的运输需求和市场如果不能被自家消化，就会被其他的铁路巨头所瓜分。因此中国抓住这样一个机遇，再加上自主研发和实车试验的过程中积累了经验，培养了大量人才，消化吸收外国成熟的高速铁路技术，中国高铁实现了飞速的突破。

至今, 我国已掌握动车组列车总成、车体、转向架、牵引电机、牵引变压器、牵引变流器、牵引控制、列车网络控制和制动系统等9大关键技术及10项主要配套技术。动车组的国产化程度达到75%以上, 在牵引系统、制动系统、高速转向架、车体空气动力学等方面的技术已处于世界领先地位。

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二、中国列车运行控制系统的研发

对于中国高速铁路而言，技术的引进和消化在非常短的时间内得以实现，而创新的路却崎岖而且永无止境。首先，经过40多年的发展, 高速铁路技术虽日臻完善、成熟，但运营过程中面对复杂多变的环境，高铁依然有发生事故的可能，近十年来国内外发生的众多高铁事故都提醒着我们检测故障和保障安全的技术仍需要不断革新；其次，中国高铁的运营开通时间不长，运营体系和技术仍面临着时间的考验，如何较好地整合日、法、德等国的技术并推出自己的理念和一套完整稳定安全的系统，对于中国高铁仍是一个值得探索的难题。

以CTCS （中国列车运行控制系统）为例，早在1965年，北京全路通信信号研究设计院（简称通号院）就组建了专门的列控组，从事北京地铁一号线列控系统的研究与设计。1993 年铁道部引进了瑞典ABB 公司的EBICAB-900 型点连式列车超速防护系统；1994 年郑武、京郑线、广深等线路，采用引进UM71/TVM300 系统阶梯式的列车超速防护；2000 年秦沈客运专线对TVM430-SEI 系统进行试验, 为我国自动闭塞和列控系统的发展积累了宝贵的经验。

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2003年，铁道部参照欧洲列车运行控制系统(ETCS)相关技术, 根据中国高速铁路建设需求制定了《中国列车运行控制系统(CTCS)技术规范总则(暂行) 》, 划分了5个不同的等级以满足不同线路运输需求。其中CTCS-2和CTCS-3级列控系统现已经广泛服务于既有线提速和新建时速250km/h、 350km/h的高速铁路，保障列车行车安全的同时提高了行车密度。

CTCS 列控系统的开发及运用代表着我国铁路信号技术的先进水平，在一定程度上使得我国高速铁路的发展免受个别国外公司的制约。但我国高速铁路发展时间不长，掌握的技术及获得的专利呈现爆炸式增长的同时，伴随着各类技术标准、设备体系结构级管理体制不规范且更新慢的问题。这些标准、设备、安装工程、管理与养护上存在的缺陷和不足恰恰埋下了安全的隐患，而这些问题让中国高铁在2011年“7•23”甬温线特大事故中受到了惨痛的教训。

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三、从甬温线事故看未来中国高铁的发展

《“7•23”甬温线特别重大铁路交通事故调查报告》中提及事故发生的原因是由于雷击导致LKD2-T1型列控中心设备采集驱动单元采集电路电源回路中的保险管F2熔断，加之温州南站列控中心设备的严重缺陷，导致后续时段实际有车占用时，列控中心设备仍按照熔断前无车占用状态进行控制输出，致使D301次列车与D3115次列车发生追尾。

虽然天气恶劣是事故发生的诱因，但事发时列车上配备的CTCS 系统和ATP 系统都没有起到保护列车的作用，这归咎于LKD2-T1型列控中心设备的设计缺陷和监管体系的不严密。LKD2-T1型列控中心设备的设计研发是由通号院承担的，新开发不久仅通过铁道部科学技术司技术预审即被合武线、甬温线等线路采用，尚未经过充分的线路检验使得其在正式运营时暴露出了PIO 板的硬件设计问题：LKD2-T1型列控中心设备烦人PIO 采集电源仅有一路独立电源，未按规定采用两路独立电源设计，保险管F2熔断后，电源失效，PIO 机柜中全部PIO 板失去采集电源，造成采集驱动单元采集回路失去供电。此外，由于中国在同一轨道线上引入了欧洲和日本几种信号系统，列控系统的体系结构和设备的工作情况易受其影响，甬温线采用的LKD2-T1型列控中心设备没有实现两路输入采集的比较而导致故障的发生一定程度上是因为受到了不同系统标准差异的影响。对此，Satoru SONE在比较日本新干线与中国高铁的一文中指出如何根据不同地域、线组、速度等级及气候实现系统的分拣将是未来中国高铁列控系统研发的一大挑战

况和地区气候和地貌[10]。中国研制成功并运营着一系列不同型号的列车以适应多变的道路情，可以说拥有世界上最齐全的高铁系统，如果中国能在未来逐步解决[11]

这个难题，将更大的保证运行的安全平稳，同时进一步加强中国高铁的竞争力。

这次事故也暴露出现有的CTCS 系统仍存在许多技术的整合的漏洞需要修补，一体化程度有待进一步提高。列控系统作为一个以安全计算机作为基础平台的安全关键系统[12], 我国目前没有能力为其提供达到SIL4 级或SIL3 级的实时操作系统，主要采用国外厂商提供的硬件平台。其次，中国高铁信号系统的DPL 在很大程度上仍然依赖于核心零部件的进口。例如，武广线采用DPL 庞巴迪的互通450 ETCS2信号系统；石太线和秦沉线采用基于法国UM2000数字轨道电路和TVM430的安萨尔多设备；京津线采用西门子“联锁SIMIS-W 用。在高铁信号系统的显著国产化的研发上，中国还有很长的路要走[13]。同时, 我国也没有可供认证的安全软件开发工具及相应的检测方法, 仅通过功能测试无法避免软件故障所带来的安全风险，安全通信及安全接口技术也有待提高，这也是我国列控系统未来要努力的方向。

我国的高速铁路因为整合吸收了日、法、德等国先进的技术且具备了一定的自主研发能力，拥有世界上最全的的系统技术和极强的集成能力，得以跻身世界高铁强国参与海外高铁博弈，但这次事故也让我们看到仅靠技术的进步是远远不够的，需要配备同样先进的工程实际规范及管理监督体系才能充分保证运营的低风险。因此相关学者建议建立一套完整的系统平台覆盖系统规范、设计规范、制造和验收规格、安装规范、测试和试运行规格/程序、系统集成和保证、规格/程序和运维过程，将本地化的制造CTCS3设备到所需的RAMS 标准[14][8]，即可靠性(Reliability)、可用性(Availability)、可维修性(Maintainability)和安全性(Safety)，同时实现对铁路总公司、各承包商、技术顾问及监管单位的规范监督管理及风险评估[15]。

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