天气对高速铁路的影响及信息化应对措施分析

鲁敏

（中铁电气化局集团有限公司，北京100036）

1 引言

高速铁路为我国的经济发展做出了卓越的贡献。我国幅员辽阔，高速铁路遍布全国各地，各地的气候条件各不相同，天气对高速铁路的运行也会产生巨大的影响。

2 影响高速铁路运行的天气因素

高速铁路简称“高铁”，根据《中长期铁路网规划（2016 年）》：中国高速铁路网由所有设计速度每小时250km 以上新线和部分经改造后设计速度达标每小时200km 以上的既有线铁路共同组成[1]。

我国高速铁路发展迅速，但发展的时间其实还不到10 年，在设计阶段、线路选择等多方面必须进行实地监测和气候可行性论证。我国在探索高铁设计之路的初期选择了不同的地质、不同的气候、不同的条件的几条高速铁路线来攻克，为后来大面积修建高速铁路做好了铺垫。目前，我国高铁网已经圆满完成了“四横四纵”，正在打造“八纵八横”。

我国是世界上气象灾害最严重的国家之一。在全球气候持续变暖的大背景下，各类极端天气更加频繁，气象灾害造成的损失和影响不断加重。防御气象灾害已经成为国家公共安全的重要组成部分。我国和西欧国家的气候差异很大，在灾害天气应对方面真正能够借鉴的国外先进经验并不多。

2.1 大风对高铁运行的影响

实验表明，风速越快，列车的动力学性能就越差，对车辆运行的影响也越大。大风容易造成列车脱轨、倾覆，而实际中，因风沙带来的车窗玻璃破损、道床板结、钢轨磨损增大、行车设备寿命减短等现象也十分普遍。冬季，大风扬雪还可能会影响瞭望距离，甚至掩埋轨道与道岔。

2.2 降雨对高铁运行的影响

强降雨影响司机的瞭望。强降雨也会对列车产生较大的冲击，也增加了落石、塌方的可能性。

2.3 雾霾对高铁运行的影响

雾霾天能见度降低导致信号灯可见距离变短，这也都是迫使高铁降速行驶的原因。

2.4 高温对高铁运行的影响

为了调整钢轨因热胀冷缩产生的形变, 普速铁路每隔1～2km 就会设计1 道轨缝。而高铁采用的是跨区间无缝线路技术，该技术加强了轨道的锁定力，将钢轨的热胀冷缩变化转化为轨道的内应力。夏季温度升高可能高造成钢轨因热胀冷缩发生轨道形变甚至是断轨，在轨道施工时就需要在锁定温度范围内进行钢轨锁定。

2.5 雷击对高铁运行的影响

高铁通过受电弓与接触线的接触从而获得电力驱动，雷电则通过影响高速铁路的电力设备、电子设备和信号设备威胁行车安全。雷电易击中高架的电气化高速铁路的高压动力输电线路，造成供电中断、列车失控。接触网上面有一条防雷接地线，保护线路供电安全，但落雷的方向很难断定。

2.6 冰雹、积雪和低温对高铁运行的影响

一般小雪、中雪对高铁的影响不大。北方是电热道岔，线路上安装有自动融雪设备，下雪没有影响。南方不是电热道岔，冬季遇到积雪可能影响道岔动作，需减速或停运。接触网覆冰会影响接触网供电的稳定性。冰块掉落会影响道岔的正常运转。冰雹和大雪天气，冰块坠落到轨道上会引起道砟反弹，造成车辆和附近设备的损坏。

另外，灾害性天气引发的地质灾害、路桥塌陷、铁路两旁设施损毁倒塌，都可能影响高铁运行。多年冻土曾是修建青藏铁路的主要难题之一，但是青藏铁路通车后，它的退化却又成为青藏铁路（公路）安全运行的最大隐患。

3 信息化对策

2015 年2 月1 日起实施的TB 10621—2014《高速铁路设计规范》是中国正式发布的首部高铁规范。根据规范，高铁在设计之初就要进行一定的气候可行性论证，可最大程度避开气象灾害的高发区。而且，高铁开通前的最后一个步骤是对所有的系统进行联调联试。但是开通前的联调联试不可能包含所有的天气和工况，所以投运之后难免会发生故障。关键是故障后的应急措施。

目前，高铁沿线都设有气象监测站，对温度、风、雨量、积雪、能见度、相对湿度、雷电及气压等天气信息进行实时监测。气象监测站的信息化系统由N个检测报警系统组成，这些子系统各自通过传感器探测、软硬件控制拥有对某项天气因素的监测报警、预警功能，如在风大的地区安装风速检测报警系统；而雨量监测报警系统一般安装在非高架桥地段。另外，隧道口入口、长大路堑地段也必须安装雨量监测报警系统。温度检测系统能提供当地的实时和历史数据，能帮助高铁专家们准确锁定轨道，从而避免因夏季高温导致轨道变形而造成事故。此外，有些灾害信息采集站点还监控火灾及异物入侵，防止车站发生火灾或者铁轨上出现异物。所有这些信息实时反馈到高铁调度中心，调度中心将根据应急预案的要求进行调度，保障人民的出行安全。

高铁运营单位部门组织对专家在监测系统安装前对高铁路基地段的天气情况进行详细的调研，并就系统功能、操作办法、管理办法、设备性能和维护要求对监测系统使用人员和维护人员进行专业培训。

近年来，BIM 技术在高铁建设过程中的勘察设计、施工建造、构建生产阶段都已经得到广泛应用。BIM（Building Information Modeling）技术是一种应用于工程勘察设计、施工建造、运营维护、拆除及回收再利用全生命周期的数字化工具，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行信息的共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确的理解和高效应对，为项目各参建方提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥着重要作用。通过BIM 技术结合当地天气数据等信息，可以在动态模拟出灾害天气对高铁的影响。可有效应对灾害天气对高铁运行的影响。

高铁的信息化、数字化系统正向大集成、深度集成方向发展，并呈现基于大数据的数字化、网络化、智能化态势。为自动化升级气象监测站的信息化系统奠定了良好的基础。

4 结语

全球气候变暖和极端气候事件频发正在严重影响着世界各国的经济社会发展，阻碍了全球可持续发展战略目标的实现。我国是世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。高速铁路分布在不同地域，气候条件相差悬殊，气候变化导致极端天气增加，对列车运行安全造成的威胁也相应增大。这将对高速铁路基础设施的服役寿命以及高铁运输产生一定影响。任何一种交通设备都会存在自身的局限性，世界上没有哪一种交通工具可以不受天气的影响。科技的进步，信息化等技术手段的广泛应用正持续发挥着为高铁保驾护航的重大作用。