铁路工程建造技术水平综合指数评价体系研究

李恩良 张雷 史俊玲

1.中国铁路设计集团有限公司土建结构研究所，天津 300308；2.中国铁道科学研究院集团有限公司科学技术信息研究所，北京 100081

截至2020年12月，中国铁路营业里程达14.6万km，其中高速铁路3.8 万km，居世界第一。多数拥有铁路的国家都在开展高速铁路规划和建设，铁路建造技术竞争日趋激烈。既有铁路工程评价体系均是在特定时代背景下建立的，关注点不同，评价主体也不相同。从目前世界铁路工程建造技术水平来看，既有体系的评价指标都不够全面。世界各国的发展情况、自然条件、建设难度等不尽相同，要构建一套融合各国铁路当前建造技术水平、建造规模、未来发展等因素的综合指数评价体系，尚需结合目前铁路最新发展情况对既有评价体系进行丰富和扩展。

1 综合指数评价体系构建

1.1 综合指数评价的目标

铁路工程建造技术综合指数评价，旨在通过筛选整理出能够反映世界各国铁路工程建造技术发展情况的关键指标，并根据这些指标通过通俗易懂的运算法则得到各国铁路发展综合指数，以此来分析各国的铁路发展现状和潜力，科学评价世界各国铁路工程建造技术水平。

1.2 评价指标选择要求

铁路工程建造技术水平综合指数评价体系需反映各国铁路工程建设技术水平的整体情况，因此应以不同铁路工程类型为基础，将能够反映各国铁路工程建造技术发展情况的关键指标作为评价对象。

中国国家铁路集团有限公司发布的铁总发改〔2019〕86 号《关于加强铁路高质量发展统计指标体系建设的通知》中对“铁路工程建造技术水平综合指数”的详细解释为：“特殊自然环境（高原、高寒、风沙）、复杂地质条件下（断层、地震烈度、岩溶、地应力、高温等）工程项目，重大工程（长大隧道、大跨桥梁等），建造规模（年投产里程）等方面在世界铁路行业中排名倒数之和。”

随着国内京雄高速铁路、京张高速铁路的建设，BIM技术、装配式技术、智能建造技术等一批新建造技术得到快速发展［1-2］，这些技术是我国铁路建设的最新成就，也代表着世界铁路建设领域新的发展方向。因此，选择评价指标时应考虑智能建造方面的指标。

1.3 综合指数评价体系构成

根据上述要求，结合近年来世界各国铁路的发展与创新，基于专业属性和公众视角选取了6个二级评价指标和12个三级评价指标，确定了一套三级综合评价体系。第一级为综合评价，第二级为分项评价，第三级为单项评价，详见图1。

图1 铁路工程建造技术水平综合指数评价体系构成

2 综合指数计算方法

2.1 三级评价单项指标分值计算方法

1）高速铁路指标IGS。该指标反映一个国家高速铁路技术水平，选取易让大众接受的该国铁路最高运营速度作为IGS的分值。速度的单位为km∕h。

2）重载铁路指标IZZ。该指标反映一个国家重载铁路技术水平。根据我国现行TB 10625—2017《重载铁路设计规范》中重载铁路的定义，选取线路的牵引质量M、轴重T和年运量Q作为计分因素，并考虑权重。IZZ= 0.5M∕8 000+0.3T∕270+0.2Q∕40。M、T、N的单位分别为t、kN、Mt。

3）高原高速铁路指标IGG。该指标反映一国高原高速铁路技术水平，将该国高速铁路海拔最高线路高程作为IGG的分值。高程单位为m，下同。

4）高原普速铁路指标IGP。该指标反映一国高原普速铁路技术水平，将该国普速铁路海拔最高线路高程作为IGP的分值。

5）严寒高速铁路指标IHG。该指标反映一国严寒高速铁路技术水平，将该国高速铁路历年极端最低环境温度的绝对值作为IHG的分值。温度单位为℃，下同。

6）严寒普速铁路指标IHP。该指标反映一国严寒普速铁路技术水平，将该国普速铁路历年极端最低环境温度的绝对值作为IHP的分值。

7）桥梁指标IQL。该指标反映一国桥梁技术水平。反映桥梁技术水平的最重要因素为主跨长度和桥上列车的运行速度。当列车运行时速高于200 km 时，桥梁刚度、线形等控制难度越来越大。因此，选取该国最具代表性桥梁主跨的跨度L作为IQL的计分因素，并考虑设计运行速度V的影响。IQL=（V∕200）L=VL∕200。L、V的单位分别为m、km∕h。

8）隧道指标ISD。该指标反映一国隧道的技术水平，反映隧道技术水平的最重要因素为隧道的长度A和断面跨度B。隧道断面跨度大于12 m 时，开挖难度将进一步增加。因此，选取该国最具代表性的隧道长度作为ISD的计分因素，并考虑断面跨度的影响。ISD=（B∕12）A=AB∕12。A、B的单位分别为km、m。

9）年投产高速铁路指标ILG。该指标反映一国高速铁路年投产规模，选取年投产高速铁路里程作为ILG的分值。里程单位为km，下同。

10）年投产普速铁路指标ILP。该指标反映一国普速铁路年投产规模，选取年投产单线、双线普速铁路里程C、D作为计分因素，双线铁路考虑1.2 的规模增大系数。ILP=C+1.2D。

11）年投产电气化改造铁路指标ILD。该指标反映一国既有铁路电气化改造年投产规模，将年投产既有铁路电气化改造里程作为ILD的分值。

12）智能建造指标IZJ。该指标反映一国铁路建造技术未来发展方向，将采用智能设计、智能建设管理和智能施工的铁路里程作为IZJ的分值。

2.2 各级评价指数计算方法

一级综合评价指数N等于6个二级评价指标指数之和，N=N1+N2+N3+N4+N5+N6。

二级分项评价指数等于相应三级评价指标指数之和，如技术标准指数N1=N11+N12，其他类同。

三级单项评价指数等于各评价指标分值在国际上排名的倒数，如高速铁路指数N11=1∕PGS，其他类同。

综 上 可 得 综 合 指 数N= 1∕PGS+ 1∕PZZ+ 1∕PGG+1∕PGP+1∕PHG+1∕PHP+1∕PQL+1∕PSD+1∕PLG+1∕PLP+1∕PLD+1∕PZJ。其中：PGS为各国IGS的国际排名，其他类同。

3 世界各国铁路工程建造技术水平调研分析

3.1 调研对象的选取

目前有146个国家拥有铁路，选取所有已开通运营高速铁路、重载铁路、高原铁路（海拔1 000 m 以上的铁路）、严寒铁路（最冷月平均气温-8 ℃以下）、拥有重大代表性桥梁和隧道工程以及近年来铁路营业里程有明显变化的34个国家和地区为研究对象。其分别为德国、法国、西班牙、意大利、英国、日本、韩国、俄罗斯、美国、加拿大、巴西、阿根廷、印度、澳大利亚、南非、瑞典、波兰、芬兰、挪威、丹麦、奥地利、瑞士、荷兰、比利时、土耳其、摩洛哥、伊朗、泰国、沙特阿拉伯、秘鲁、玻利维亚、肯尼亚、中国、中国台湾。

3.2 三级单项评价指标调研分析

根据前述调研对象和计算方法，得到各三级评价指标的得分排名情况，这里仅列出各评价指标国际排名第一的情况，见表1。

表1 各评价指标国际排名第一的情况

由表1 可知，在12 项三级评价指标中，中国有10项指标得分国际排名第一。

3.3 二级分项评价指标调研分析

1）技术标准指标

对于高速铁路，中国、日本、德国、法国、意大利、西班牙、韩国、中国台湾的高速铁路运营时速都达到了300 km 以上［3］。从2017年9月21日起，“复兴号”在京沪高速铁路率先实现了时速350 km 运营，使中国高速铁路的运营速度领先世界。

对于重载铁路，从综合指标来看中国领先，从牵引质量来看巴西、澳大利亚、中国分别达到了3 万t、4 万 t、2 万 t；从 轴 重 来 看 澳 大 利 亚 达 到 了 375 kN 以上，美国为320 kN，南非和瑞典均为300 kN，巴西为275 kN，中国为270 kN；从年运量来看中国的大秦铁路达到了450 Mt［4］。因此，在重载铁路牵引质量和轴重方面我国与上述国家尚有一定的差距。

2）高原铁路指标

对于高原高速铁路，我国的兰新高速铁路途经青藏高原北部，突破了高风沙等恶劣自然环境的限制，海拔最高为4 345 m，其他国家没有高原高速铁路。

对于高原普速铁路，我国的青藏铁路以其最高海拔5 072 m 排在首位，并突破了高原冻土、风沙、生态环境等多项技术难题［5］。其次是秘鲁的安第斯中央铁路最高海拔为4 818 m、玻利维亚的Ferrocarril de Antofagasta a Bolivia 铁路最高海波4 815 m、阿根廷的萨尔塔—安托法加斯塔铁路最高海拔4 221 m，其他国家高原普速铁路最高海拔均未超过4 000 m。

3）严寒铁路指标

对于严寒高速铁路，我国的哈大高速铁路、哈齐高速铁路设计极限最低温度已达到-40 ℃［6］，排名第一。其次是芬兰境内的俄罗斯圣彼得堡—芬兰赫尔辛基高速铁路，极限最低温度为-36 ℃。

对于严寒普速铁路，日本的JR宗谷本线设计极限最低温度达到了-41 ℃，瑞典东北部干线铁路为-40 ℃、俄罗斯的中西伯利亚铁路为-38 ℃，我国哈佳铁路为-37.7 ℃。

4）重大工程指标

对于重大桥梁，我国国际排名第一，最大跨桥梁为沪苏通长江公铁大桥，主跨跨度已达到1 092 m。其次为西班牙，其最大跨桥梁阿尔蒙特河拱桥主跨跨度为384 m。因此我国在重大桥梁工程方面优势明显。

对于重大隧道，韩国、瑞士、日本、英国等国最长隧道均达到了50 km 以上，综合得分最高的为韩国的栗岘（Yulhyeon）隧道，隧道长度为50.52 m，跨度为12 m。中国最长的隧道为青藏铁路新关角隧道，全长32.645 km，跨度约8 m，在各国最长隧道综合得分中排名第八。

5）建造规模指标

近年来中国在铁路建设方面持续大规模投入，在年投产高速铁路、普速铁路、电气化改造铁路方面均领先。欧美国家近年来铁路建设规模较小或停滞不前，在年投产里程方面相对落后。

6）智能建造指标

随着京张、京雄等高速铁路的建设，基于BIM 的三维协同设计技术、装配式施工技术、智能建设管理及协同施工技术、智能监控及联调联试技术等一大批高新技术得到应用。在铁路智能建造领域中，我国走在了世界各国的前列。

3.4 一级综合评价及分析

根据调研情况，计算得到各调研对象的铁路工程建造技术水平综合指数及排名，见表2。可知：在各调研对象的铁路工程建造技术水平综合指数排名中，中国第一，大幅领先其他国家和地区；第二名到第十名依次为日本、西班牙、韩国、瑞典、瑞士、俄罗斯、芬兰、丹麦和印度。

表2 各调研对象铁路工程建造技术水平综合指数及排名

4 结论

1）针对现有评价体系不能准确反映各国铁路工程建造技术在国际上的发展定位问题，基于专业属性及公众视角选取19个指标建立了一套三级铁路工程建造技术水平综合指数评价体系。

2）在12个三级单项评价指标中中国占据10个第一，在6个二级分项评价指标中中国占据4 项第一，但在重载铁路、隧道工程方面中国与其他国家尚有一定的差距。

3）铁路工程建造技术水平综合指数排前十名的国家分别为中国、日本、西班牙、韩国、瑞典、瑞士、俄罗斯、芬兰、丹麦和印度。