逐梦高铁<br/>——中国铁路设计集团有限公司获奖成果展示

逐梦高铁
——中国铁路设计集团有限公司获奖成果展示

2020-06-22文

中国公路 2020年11期

文

东平水道特大桥全桥BIM模型

东平水道特大桥钢箱梁SFD模型

东平水道特大桥钢箱梁SDD模型

由中国铁路设计集团有限公司完成的“东平水道特大桥BIM设计”项目，获得了2019年度“中国公路学会交通BIM创新奖”特等奖。东平水道特大桥是国内第一座采用BIM技术的公轨两用斜拉桥，设计单位中国铁路设计集团有限公司充分发挥技术创新优势，探索实现了多专业BIM设计协同，铁路BIM技术标准编制和验证，复杂钢混结构建模、有限元分析、数量统计、二维出图全流程BIM参数化设计等技术难点，同时，与施工单位合作，实现了桥梁钢结构由BIM设计到加工制造的一体化。

项目取得的成果，是中国铁路设计集团有限公司多年工程实践和技术创新的一个缩影。

铁路设计的“国家队”

中国铁路设计集团有限公司（简称“中国铁设”），是中国国家铁路集团有限公司下属唯一勘察设计企业，成立于1953年，资产69亿元，是以铁路、城市轨道交通、公路等工程总承包、勘察、设计、咨询、监理、项目管理业务为主的大型企业集团，具有工程设计综合资质甲级证书，是国家发改委认定的铁路、城市轨道交通投资评估咨询机构之一。

锐意创新

中国铁设目前累计获得国家级科技进步奖15项，其中京沪高铁荣获国家科技进步奖特等奖、京津城际荣获国家科技进步奖一等奖；另获国家级优秀勘察设计41项、工程咨询成果23项，编制《高速铁路设计规范》《城际铁路设计规范》《铁路旅客车站建筑设计规范》等24项现行国家及行业标准，持有有效专利382项（其中发明专利100项），登记软件著作权158项。

成果丰硕

中国铁设在铁路、城轨、总承包和境外业务领域都取得了丰硕的成果。

组图：中国铁设高铁桥梁支座系列研发成果

铁路业务。中国铁设作为规划参编单位，编制了中长期铁路网规划、“十三五”铁路网规划。累计勘察设计铁路里程4万余公里，占全国铁路运营里程的三分之一，勘察设计高速铁路里程7500公里，设计大型综合交通枢纽18个，市场占有率位居行业前列。设计了中国第一条客运专线——秦沈客运专线，第一条时速350公里的高速铁路——京津城际铁路（全长119公里，获国家科技进步奖一等奖），世界上一次建成里程最长、投资最大、技术标准最高的高速铁路——京沪高速铁路（全长1318公里，获国家科技进步奖特等奖），世界上第一条穿越高寒冻土区域的高速铁路——哈大高速铁路（全长2298公里），第一条双线重载电气化铁路——大秦铁路（全长653公里，年运量达4.5亿吨），第一座现代化综合交通枢纽——北京南站，换乘方式最多的大型综合交通枢纽——上海虹桥站，青藏铁路标志性工程——拉萨河大桥。

城市轨道交通业务。中国铁设参与了35个城市的城轨项目勘察设计、咨询及前期研究；承担了15个城市47条线的勘察设计总承包、设计总体总包任务；11个城市轨道交通线网规划、建设规划等前期研究；组织完成了21个大中城市86个项目的可研、初步设计、运营后评价评审及8个城市的建设规划评审。承担了我国第一条地铁—北京地铁设计任务；完成天津滨海、湖北武汉、山东青岛等地悬挂式空轨前期研究；完成广东深圳、中山,天津滨海新区等地跨座式单轨前期研究，设计了上海高速磁浮试验线、北京中低速磁浮S1线、河北唐山中低速磁浮试验线。

中国铁设设计的青藏铁路标志性工程——拉萨河大桥

工程总承包及项目管理业务。中国铁设先后承担了200余项工程总承包及项目管理工作，业务范围包括国内外铁路、公路、市政、煤炭储运装、太阳能光伏发电、四电集成、三电迁改、污水处理、桥梁、房建等工程。中国铁设承担了中国首例煤运重载专用铁路工程设计及施工总承包项目——山西兴县至保德地方铁路工程总承包（线路全长16.6公里），中国首例铁路客运专线工程项目管理——河南郑州至陕西西安铁路客运专线项目管理，石太客运专线四电集成工程总承包，上海虹桥站太阳能光伏并网发电工程等。

境外业务。近年来，随着国家“一带一路”战略和铁路“走出去”政策的实施，公司国际业务取得长足发展，先后承担了中国第一条援外铁路——坦赞铁路，尼日利亚铁路、印尼雅万高铁、泰国铁路、匈塞铁路、中老铁路及巴基斯坦拉合尔橙线等项目勘察设计，承担了老挝13号公路巴蒙至乌多姆塞段修复工程总承包、肯尼亚蒙内铁路业主代表、埃塞俄比亚至吉布提铁路业主代表等总承包及项目管理任务。

人才济济

中国铁设拥有工程技术人员4000余人，拥有国家勘察设计大师6名，省级勘察设计大师8名，新世纪百千万人才工程国家级人选2人，享受政府特殊津贴专家8人，省部级以上专家106人，教授级高级工程师177人，高级工程师1544人，各类注册执业资格600余人次。中国铁设获批城市轨道交通数字化建设与测评技术国家工程实验室；建有轨道交通勘察设计国家地方联合工程实验室、院士专家工作站、博士后科研工作站等研发平台。

中国铁路设计集团有限公司近两年获得的重要奖项

“梦之队”的非凡实践

2004年，国家讨论并通过了《中长期铁路网规划》，开启了中国高铁建设高潮，中国铁设是我国高铁设计的先行者，京津城际作为世界上第一条设计时速350公里的高速铁路，在无样板可供借鉴的条件下，中国铁设人敢于天下先，通过不断创新，全面掌握了高速铁路整孔箱梁设计建造等成套技术，攻克了松软地基桥梁沉降预测和控制难题；首次提出变形过程指数法预测桥梁沉降公式，实现了深厚松软土区域桥梁墩台均匀沉降和相邻墩台差异沉降控制目标；采用“以桥代路”，减少城市铁路建设用地；研究并验证了墩台刚度、沉降变形、梁体挠度、梁端转角等基础理论；大跨度桥梁设计和特殊桥梁等技术不断拓展。京津城际的设计建造大大加速了中国高速铁路桥梁发展进程，为构建中国铁路建设体系、丰富高铁技术标准打造了第一个样板。

2011年6月30日，京沪高速铁路正式通车运营，从1990年项目孕育至2008年开工，经过18年的磨砺，是我国高速铁路发展的一个缩影，京沪高速铁路的设计建造也代表着当时中国高速铁路设计建造的最高水平。作为总体设计单位和京徐段设计单位，中国铁设主持或参与了项目论证、标准制定、关键技术研究等建设全过程研究，就桥梁设计方面来说，开展了桥梁的动力性能、刚度指标、变形控制等、车-线-桥耦合动力分析等基础理论研究；采用多种跨度的预应力混凝土连续箱梁和多个类型的拱桥，研究采用了空间刚架、道岔连续梁等多项新型特殊结构形式；完善了高速铁路桥梁沉降分析、监测和评估技术试验研究，系统解决高速铁路建设过程中深厚软土、松软土地基桥梁基础沉降控制难题。

序号获奖项目名称获奖种类及等级获奖年度15 隧道衬砌缺陷防治成套技术中国铁道学会科学技术奖一等奖 2018 16 济青高速铁路精密工程控制测量中国测绘学会全国优秀测绘工程奖金奖 2018 17 新建天津至保定铁路工程岩土工程勘察 “海河杯”天津市优秀勘察设计奖一等奖 2018 18 太原至焦作铁路精密工程控制测量 “海河杯”天津市优秀勘察设计奖一等奖 2018 19 京台高速公路下穿京沪高铁工程设计 “海河杯”天津市优秀勘察设计奖一等奖 2018 20 东平水道特大桥BIM设计中国公路学会交通BIM创新奖特等奖 2019 21 京雄高铁BIM设计 buildingSMART国际BIM大赛特别奖 2019 22 铁路桥涵混凝土结构设计规范中国工程建设标准协会标准科技创新奖一等奖 2019 23 京雄城际铁路工程航测遥感信息化示范应用天津市勘察设计协会“海河杯”天津市优秀勘察设计奖一等奖 2019 24 新建铁路云桂线（云南段）红石岩隧道工程质量第三方检测天津市勘察设计协会“海河杯”天津市优秀勘察设计奖一等奖 2019 25 越中友谊宫智能化系统(含舞台音响系统) 天津市勘察设计协会“海河杯”天津市优秀勘察设计奖一等奖 2019 26 新建哈尔滨至佳木斯铁路精密工程控制测量中国勘察设计协会优秀工程勘察与岩土奖一等奖 2019 27 新建沈阳至丹东铁路客运专线工程地质勘察中国勘察设计协会优秀工程勘察与岩土奖一等奖 2019 28 哈尔滨市轨道交通3号线一期工程设计中国勘察设计协会优秀市政公用工程设计一等奖 2019 29 新建客运专线北京调度所工程暖通空调设计中国勘察设计协会优秀建筑环境与能源应用一等奖 2019 30 印尼雅加达至万隆高速铁路工程测量天津市测绘学会天津市优秀测绘工程奖一等奖 2019

随着京沪高速铁路的开通，实现了中国铁路建造技术从学习、消化、吸收到赶超、领先世界高速铁路先进成熟技术质的飞跃，总结出了成熟的高速铁路技术和标准。

从2005年京津城际开启高铁建设算起，至2019年底通车的3.5万公里高速铁路中，中国铁设设计完成7600多公里。这期间，由中国铁设作为主持或主要单位参与设计的代表性工程有京沪高铁、京津城际、哈大客运专线、石郑客运专线、哈齐客运专线、大西客运专线、长昆客运专线、石济客运专线、北京南站枢纽等。

石郑客运专线

北京至石家庄、石家庄至郑州客运专线是京广高铁组成部分，京广高速铁路北起首都北京，南到广州，经过北京、河北、河南、湖北、湖南、广东6省（直辖市），是我国中长期铁路网规划的“四纵四横”客运专线主骨架之一，全程2298公里，设计时速350公里，是世界上运营里程最长的高速铁路。

郑州黄河公铁两用桥位于黄河下游花园口至东坝头河段，公铁合建段长9177米，作为中国铁设主持设计的石郑客运专线的代表性工程，是当时世界最长的公铁两用合建桥梁。主桥分为两联布置，第一联为（120+5×168+120）米六塔单索面连续钢桁结合梁斜拉桥；第二联为5×120米的连续钢桁结合梁。

郑州黄河公铁两用桥（连续钢桁结合梁斜拉桥）

（120+5×168+120）米六塔单索面连续钢桁结合梁斜拉桥为首次在客运专线上采用的此类桥型方案。为克服长联结构的温度力效应对基础的影响，支承体系采用塔、梁固结，塔、墩分离形式，该种桥型为国内首次采用。由于主梁上宽下窄，为改善公路桥面受力状况，两片边主桁向外倾斜，采用空间斜主桁以减小公路悬臂，边桁杆件相应采用平行四边形截面，该构造形式为国内首次采用，解决了公铁合建桥梁公铁桥面宽度匹配技术难题。为充分发挥混凝土桥面板的作用，提高结构刚度，公路桥面板直接与钢桁梁的上弦杆通过剪力钉结合在一起，桥面板下不设纵、横梁桥面系，也不设平面联结系，只在上弦节点处设置横撑作为主桁间的连接；此种新结构的显著优点是刚度大，整体性好，构造简单，传力直接，施工便捷，易于检查、维修，结构简洁，节约钢材，该项技术为国内首次采用。

哈齐客运专线

黑龙江哈尔滨至齐齐哈尔客运专线是东北地区“三纵四横”铁路网中最重要的一横，也是国家路网干线之一。线路长度为280.879公里，线路设计时速为250公里，桥梁共32座176.68公里，其中正线桥梁28座共173.5公里，占线路长度的62.9%。

该线位于高纬度严寒地区，沿途地区最冷月平均气温在零下17摄氏度以下，极端最低气温低于最高气温近80摄氏度。桥涵设计需要充分考虑冻融循环、冻胀破坏对结构安全性和耐久性的影响。全线并行滨洲线、平齐线等既有铁路，与既有线最小线间距仅17米；基坑深度范围内地层多为粉细砂，同时地下水位高。桥梁墩台基坑防护施工困难，安全风险高。

松花江特大桥是全线的代表性工程，位于哈尔滨市至松北区之间，主要为跨越松花江而设，四线共建。主桥跨度与既有滨州线松花江桥孔相对应，主桥采用了（77+3×156.8+77）米预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构。桥墩形式采用三柱之间用带V形挖孔的板连接成整体流线型。桥梁设计方案总体构思，突出大桥的景观效果，建成后成为哈尔滨市的标志性建筑。

哈齐客专松花江特大桥

“红太阳”中承式异性拱桥

石济黄河公铁两用桥

大西客运专线

山西大同至陕西西安客运专线位于八度震区，地形地质情况复杂，广泛分布黄土丘陵，沟壑纵横、地形起伏大，湿陷性新黄土具有覆盖厚度大、湿陷等级高的特点。桥梁设计要克服国内高烈度震区、深湿陷黄土地层、深谷陡坡等多重困难。

跨北同蒲铁路特大桥是大西客运专线的代表性工程，（74+148+128+148+74）米连续梁拱，全联长572米。该桥特点是中间跨度较小，两侧次边跨跨度较大，联长较长，且位于高烈度地震区。

该桥中间三跨均采用拱肋加劲，且由于受地形限制，中间跨度小，两侧跨度大。该梁集大跨、长联、梁拱组合结构体系、异型跨度组合、地震烈度高等特点于一身，在国内客专铁路中首次采用。

长昆客运专线

湖南长沙至云南昆明客运专线是国家“四纵四横”快速客运通道之一沪昆高铁的重要组成部分，是我国第一条山区客运专线。正线设计时速350公里，线路总长度413.939公里，其中包括特大、大、中桥等梁式桥271座，共153.6公里，占正线线路长度的37.1%。

沿线水陆网发达、地形起伏大、控制点多，常用跨度不能满足要求，需采用多种梁型，特殊结构多；受线路的山区地形影响和线路平面大半径技术要求控制，地势高而险和不良地质存在，使山体边坡存在潜在不稳定性，桥梁附属防护设计和施工技术要求高；全线有5个车站为高架站和咽喉桥式方案，溆浦南站车站咽喉区的二都河特大桥道岔梁布置复杂。地貌和地质条件复杂，基岩岩面起伏大、岩溶发育强烈且分布广泛，桥梁基础设计、施工难度大。

作为长昆客运专线代表性工程，跨潭邵高速公路特大桥采用了主跨1-90米“红太阳”中承式异性拱桥，部分钢管混凝土拱肋构造解决了无K撑条件下拱肋稳定性问题；纵横向限位装置解决了无固定支座斜索自平衡体系下制动力平衡问题；斜吊杆形式将光芒四射的景观设计、地域红色文化和新型结构形式统一，结构形式和造型在国内、外高速铁路桥梁中尚属首次。

石济客运专线

石家庄至山东济南客运专线横贯我国华北地区，是我国“四纵四横”快速客运网太（原）青（岛）客运专线的重要组成部分，线路西起自石家庄站，东至胶济客运专线五里堂线路所，正线新建线路长度315.807公里。

黄河公铁两用桥位于济南市东郊傅家庄，是石济客运专线、邯长邯济铁路联络线共用的跨越黄河重要通道。大桥下层双线石济客专设计行车速度目标值每小时250公里，设计荷载为ZK活载，邯长邯济铁路联络线为双线Ⅰ级货运铁路，设计行车时速80公里，设计荷载为中—活载；大桥上层为设计时速80公里的双向六车道高速公路，设计荷载为道路I级活载，采用（128+3×180+128）米的主桥跨越黄河。

鉴于石济黄河桥六车道公路和4线铁路共同跨越黄河，因此采用具有双层桥面的平行弦钢桁梁结构；在立面造型上，刚性悬索加劲钢桁梁结构形式在我国铁路桥梁上尚属首次采用，其结构形式新颖、造型美观，支点向上变高不仅丰富了钢桁梁立面造型，而且可显著改善钢桁梁主桁结构的受力状态，降低线路纵断面和公路纵断面高度。

刚性悬索加劲连续钢桁梁在国内公铁两用桥上是首次采用，桥式方案新颖美观，结构刚度大，受力性能好，桥梁结构型式具有创新性。钢桁梁推拉施工过程中用来减小导梁悬臂长度的临时墩，与调整结构内力的顶梁点巧妙结合，既满足了架梁要求，又改善了结构受力，实现了钢梁架设与主桁结构内力调整的有机结合。

北京南站综合交通枢纽

北京南站站房是中国铁设与奥雅纳工程顾问公司联合设计完成的大型站房。在国内大型铁路客站中首次通过引入多种交通方式，实现了多层面多方向的立体交通方式的高效衔接。将地铁4号线、14号线和市郊铁路引入车站内，形成了集铁路、地铁、市郊铁路和公交、出租车等多种交通方式为一体的大型综合交通枢纽，建立了多层面多方向的立体交通体系，实现了铁路与城市地铁、公交、出租车等其他交通工具的高效衔接。

首次运用先进的声学分析技术设计声环境。在国内大型客站设计中首次建立了室内声环境控制指标，运用先进的声学分析技术提出了客站内部声环境控制技术措施。

首次采用了先进的客流模拟仿真技术。在国内大型客站设计中首次采用了先进的客流模拟仿真技术，全面考虑了北京南站复杂的客流流线和乘客行为模式，提出了北京南站客流组织和功能布局方案。

首次采用房桥合一结构体系实现大型铁路客站多元化功能需求。北京南站功能需求决定了房桥合一是其结构形式的最佳选择，使桥梁结构与房屋结构的形式和受力特点统一于北京南站轨道层结构之中，真正实现了房桥合一结构体系，这在国内大型客站设计中尚属首次。

首次对大型客站站厅结构开展了多振源振动控制研究，提出了结构舒适度评价标准。北京南站的高架站厅承受多重振动荷载作用，列车行驶、设备运行及人群行走引发的结构振动，均可能对站厅结构的安全性和舒适度产生很大影响。首次利用振动模态分析和动力时程分析的方法对北京南站站厅层进行列车、设备、人群及其耦合作用下的振动响应研究，对站厅结构的动力性能做出评估，提出了结构振动控制措施，建立了高架站厅结构舒适度评价标准。

采用钢-混凝土新型组合节点实现了轨道层方-圆柱连接和钢筋混凝土梁与上、下钢管混凝土柱连接，首次提出了大吨位型钢混凝土联结过渡方式节点概念。首次采用设置厚板横隔的方式实现方-圆柱组合节点连接，并通过钢管内侧及外侧肋板来传递荷载。

在国内大型铁路客站中首次采用了太阳能光伏发电系统与建筑一体化技术。在国内首次采用了太阳能光伏发电系统与建筑一体化技术，国际上首次大面积采用铜铟镓硒薄膜电池组件，推动了新技术产业的发展，响应了国家节能减排政策要求，具有显著的社会示范效应。

高铁技术的创新使者

中国铁设在综合交通枢纽、综合监测检测、综合勘探、航测遥感、三维（BIM）技术、无砟轨道、高品质桥梁、产品产业化、沉降变形控制、减振降噪等，领域取得一系列重要创新成果，勘察设计手段达到世界先进水平。

高铁桥梁支座技术

通过总结已有产品特点及适用范围，追踪国内桥梁产品发展趋势，针对工程中的需求，中国铁设开展了铁路桥梁减隔震体系、耐蚀支座、大调高支座的产品研发。减隔震支座与阻尼器组成的抗震体系解决了高烈度长特征周期震区项目刚性抗震体系难以通过地震力检算的技术难题。耐蚀支座通过采用新材料解决了海洋大气环境对支座钢材加速腐蚀的技术难题。大调高支座使用双层套筒技术方案，解决了支座调高后地脚螺栓弯剪组合受力应力超限的技术难题。研发成果取得多项发明专利、实用新型专利，并在京津城际轨道交通工程、长吉城际、郑西客运专线、京沪高速铁路、哈大客运专线、京石客运专线等铁路桥梁和海南东环、西安铁路城轨交通等项目中广泛应用。

中国铁设桥梁系列支座产品，取得多项发明专利、实用新型专利，并在众多铁路、城轨工程项目中广泛应用。

垃圾地质处理技术

北京动车段是京沪高铁的配套工程，位于北京丰台区境内，有大面积、深厚垃圾填埋场，建筑垃圾、生活垃圾混杂、分布范围和深度没有规律，上百万立方米的清运垃圾影响环境，并需要另购场地。中国铁设在试验研究的基础上，采用等能量柱锤夯扩渣土桩及载体桩处理地基，并结合上部封闭防水层和排气孔等措施，成功控制沉降满足动车段设置要求，并消耗了数十万立方米大量建筑垃圾，节省搬运垃圾、购地建设填埋场及地基处理投资数亿元，取得显著技术经济和社会效益，获得省部级优秀设计奖一等奖。

组图：中国铁设完成的“京雄高铁BIM设计项目”获2019年buildingSMART国际BIM大赛特别奖

BIM技术

中国铁设自2014年底成立BIM研发项目部后，按照服务于中国国家铁路集团有限公司（简称“集团公司”）信息化建设和“走出去”战略要求，坚持以BIM标准研究、软件开发、试点应用再推广的思路开展工作，接连取得可喜成绩。

集团公司先后牵头完成了《中国铁路BIM标准体系研究》，制定了中国铁路BIM标准体系框架；完成《铁路信息分类与编码标准》（铁路IFD）、《铁路数据存储标准研究》（铁路IFC）被buildingSMART International采纳，并发布为buildingSMART public available specification（bSI PAS）；参与编制的IFC Alignment（线路）已被国际标准组织发布实施。目前正在参与编制《国际铁路BIM标准》。

集团公司同时完成了BIM协同设计主平台建设，实现全专业实时协同的BIM设计，完成铁路IFC和铁路IFD两项标准的落地应用开发，完成部分BIM专业设计软件开发。

基于上述标准研究和软件开发成果，集团公司先后完成了京沈客运专线、牡佳客运专线、京雄城际铁路、印尼雅万高铁等BIM设计项目，向业主交付了符合铁路BIM标准的BIM设计成果，并应用于建设管理。