天氣對高速鐵路的影響及信息化應對措施分析

魯敏

（中鐵電氣化局集團有限公司，北京100036）

1 引言

高速鐵路為我國的經濟發展做出了卓越的貢獻。我國幅員遼闊，高速鐵路遍布全國各地，各地的氣候條件各不相同，天氣對高速鐵路的運行也會產生巨大的影響。

2 影響高速鐵路運行的天氣因素

高速鐵路簡稱“高鐵”，根據《中長期鐵路網規劃（2016 年）》：中國高速鐵路網由所有設計速度每小時250km 以上新線和部分經改造后設計速度達標每小時200km 以上的既有線鐵路共同組成[1]。

我國高速鐵路發展迅速，但發展的時間其實還不到10 年，在設計階段、線路選擇等多方面必須進行實地監測和氣候可行性論證。我國在探索高鐵設計之路的初期選擇了不同的地質、不同的氣候、不同的條件的幾條高速鐵路線來攻克，為后來大面積修建高速鐵路做好了鋪墊。目前，我國高鐵網已經圓滿完成了“四橫四縱”，正在打造“八縱八橫”。

我國是世界上氣象災害最嚴重的國家之一。在全球氣候持續變暖的大背景下，各類極端天氣更加頻繁，氣象災害造成的損失和影響不斷加重。防御氣象災害已經成為國家公共安全的重要組成部分。我國和西歐國家的氣候差異很大，在災害天氣應對方面真正能夠借鑒的國外先進經驗并不多。

2.1 大風對高鐵運行的影響

實驗表明，風速越快，列車的動力學性能就越差，對車輛運行的影響也越大。大風容易造成列車脫軌、傾覆，而實際中，因風沙帶來的車窗玻璃破損、道床板結、鋼軌磨損增大、行車設備壽命減短等現象也十分普遍。冬季，大風揚雪還可能會影響瞭望距離，甚至掩埋軌道與道岔。

2.2 降雨對高鐵運行的影響

強降雨影響司機的瞭望。強降雨也會對列車產生較大的沖擊，也增加了落石、塌方的可能性。

2.3 霧霾對高鐵運行的影響

霧霾天能見度降低導致信號燈可見距離變短，這也都是迫使高鐵降速行駛的原因。

2.4 高溫對高鐵運行的影響

為了調整鋼軌因熱脹冷縮產生的形變, 普速鐵路每隔1～2km 就會設計1 道軌縫。而高鐵采用的是跨區間無縫線路技術，該技術加強了軌道的鎖定力，將鋼軌的熱脹冷縮變化轉化為軌道的內應力。夏季溫度升高可能高造成鋼軌因熱脹冷縮發生軌道形變甚至是斷軌，在軌道施工時就需要在鎖定溫度范圍內進行鋼軌鎖定。

2.5 雷擊對高鐵運行的影響

高鐵通過受電弓與接觸線的接觸從而獲得電力驅動，雷電則通過影響高速鐵路的電力設備、電子設備和信號設備威脅行車安全。雷電易擊中高架的電氣化高速鐵路的高壓動力輸電線路，造成供電中斷、列車失控。接觸網上面有一條防雷接地線，保護線路供電安全，但落雷的方向很難斷定。

2.6 冰雹、積雪和低溫對高鐵運行的影響

一般小雪、中雪對高鐵的影響不大。北方是電熱道岔，線路上安裝有自動融雪設備，下雪沒有影響。南方不是電熱道岔，冬季遇到積雪可能影響道岔動作，需減速或停運。接觸網覆冰會影響接觸網供電的穩定性。冰塊掉落會影響道岔的正常運轉。冰雹和大雪天氣，冰塊墜落到軌道上會引起道砟反彈，造成車輛和附近設備的損壞。

另外，災害性天氣引發的地質災害、路橋塌陷、鐵路兩旁設施損毀倒塌，都可能影響高鐵運行。多年凍土曾是修建青藏鐵路的主要難題之一，但是青藏鐵路通車后，它的退化卻又成為青藏鐵路（公路）安全運行的最大隱患。

3 信息化對策

2015 年2 月1 日起實施的TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》是中國正式發布的首部高鐵規范。根據規范，高鐵在設計之初就要進行一定的氣候可行性論證，可最大程度避開氣象災害的高發區。而且，高鐵開通前的最后一個步驟是對所有的系統進行聯調聯試。但是開通前的聯調聯試不可能包含所有的天氣和工況，所以投運之后難免會發生故障。關鍵是故障后的應急措施。

目前，高鐵沿線都設有氣象監測站，對溫度、風、雨量、積雪、能見度、相對濕度、雷電及氣壓等天氣信息進行實時監測。氣象監測站的信息化系統由N個檢測報警系統組成，這些子系統各自通過傳感器探測、軟硬件控制擁有對某項天氣因素的監測報警、預警功能，如在風大的地區安裝風速檢測報警系統；而雨量監測報警系統一般安裝在非高架橋地段。另外，隧道口入口、長大路塹地段也必須安裝雨量監測報警系統。溫度檢測系統能提供當地的實時和歷史數據，能幫助高鐵專家們準確鎖定軌道，從而避免因夏季高溫導致軌道變形而造成事故。此外，有些災害信息采集站點還監控火災及異物入侵，防止車站發生火災或者鐵軌上出現異物。所有這些信息實時反饋到高鐵調度中心，調度中心將根據應急預案的要求進行調度，保障人民的出行安全。

高鐵運營單位部門組織對專家在監測系統安裝前對高鐵路基地段的天氣情況進行詳細的調研，并就系統功能、操作辦法、管理辦法、設備性能和維護要求對監測系統使用人員和維護人員進行專業培訓。

近年來，BIM 技術在高鐵建設過程中的勘察設計、施工建造、構建生產階段都已經得到廣泛應用。BIM（Building Information Modeling）技術是一種應用于工程勘察設計、施工建造、運營維護、拆除及回收再利用全生命周期的數字化工具，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行信息的共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息做出正確的理解和高效應對，為項目各參建方提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮著重要作用。通過BIM 技術結合當地天氣數據等信息，可以在動態模擬出災害天氣對高鐵的影響。可有效應對災害天氣對高鐵運行的影響。

高鐵的信息化、數字化系統正向大集成、深度集成方向發展，并呈現基于大數據的數字化、網絡化、智能化態勢。為自動化升級氣象監測站的信息化系統奠定了良好的基礎。

4 結語

全球氣候變暖和極端氣候事件頻發正在嚴重影響著世界各國的經濟社會發展，阻礙了全球可持續發展戰略目標的實現。我國是世界上高速鐵路投產運營里程最長、在建規模最大的國家。高速鐵路分布在不同地域，氣候條件相差懸殊，氣候變化導致極端天氣增加，對列車運行安全造成的威脅也相應增大。這將對高速鐵路基礎設施的服役壽命以及高鐵運輸產生一定影響。任何一種交通設備都會存在自身的局限性，世界上沒有哪一種交通工具可以不受天氣的影響。科技的進步，信息化等技術手段的廣泛應用正持續發揮著為高鐵保駕護航的重大作用。