UIC国际铁路标准《高速铁路设计 工程接口》IRS 60683制定研究

周勇政

(中国铁路经济规划研究院有限公司，北京 100038)

1 概述

UIC国际铁路标准是UIC标准的重要组成部分，其主要制订通用性、基础性或涉及多个专业间接口的标准[1-2]。现行有效的UIC标准共599项，但尚未建立独立的高速铁路标准体系[3]，仍缺乏系统性和综合性的高速铁路设计系列标准。近年来，以中国、西班牙、德国、法国、日本等国为代表的高速铁路建设获得了快速的发展，取得了一系列成就，积累了丰富的建设实践经验。设计作为高速铁路实施链条上的重要环节[4]，设计标准可有效帮助运营商和基础设施管理商更好地把握高速铁路设计关键要素，规范、约束、指导高速铁路设计，推广先进技术应用，推动世界高速铁路的持续发展。

为系统集成世界高速铁路先进技术、全方位整合各国高速路最佳设计实践经验、持续深化高速铁路标准化工作，2018年由UIC城际与高速委员会立项、中国铁路专家组主持制定了《高速铁路设计》系列标准，包括《高速铁路设计 基础设施》《高速铁路设计 通信信号》《高速铁路设计 供电》和《高速铁路设计 工程接口》等四项国际铁路标准。

高速铁路建设是涉及多个高新技术领域的复杂系统组合，设计中既要满足基础设施、通信信号、供电等工程的功能和安全性要求，还要注重高速铁路各系统之间以及与外部系统的衔接匹配。接口设计是高速铁路系统集成设计的重要环节，也是高速铁路系统集成中的难点之一，具有设计点分散、数量众多、关系复杂的特点，是统筹工程接口、实现系统整体功能的重要保证。

2 编制原则

UIC国际铁路标准[5]注重铁路整体系统的实现、铁路运输对技术装备的总体要求、技术设备的试验验证和基础性的试验方法、系统间的互联互通等，重点关注铁路寿命周期内的功能需求、技术要求以及性能兼容性[6]。《高速铁路设计 工程接口》IRS60683作为UIC国际铁路标准的重要组成部分，旨在编制成为综合性的标准，为高速铁路工程接口设计提供解决方案。基于此，本标准的编制原则主要包括以下5个方面。

(1)体现综合性和基础性要求，系统总结各国采用的主要技术标准，全面吸纳各国高速铁路接口设计最佳实践经验，积极纳入先进成熟科研成果，突出接口设计的基本概念、基础指标和关键要素，弱化细节要求，指导各国高速铁路工程接口设计。

(2)兼顾各国设计需求，统筹考虑不同国家地域、环境条件、设计习惯、历史经验、技术发展、管理等的差异，对于各国统一的做法提出推荐性的设计要求；对于存在差异的内容，提出原则性规定或以举例的形式纳入各国相关要求。

(3)积极纳入中国先进技术，推动中国优势、特色技术纳入本标准，充分发挥标准对铁路工程项目的基础性和引领性作用，服务我国海外铁路项目建设。

(4)与UIC相关标准相协调，既要避免和其他UIC标准在技术内容上的重叠，又要符合《高速铁路设计》系列标准定位，承接《高速铁路实施》系列标准相关要求，体现高速铁路系统设计理念。

(5)标准编制应重点突出，结构明确，层次清晰，使用方便。接口设计应做到界面衔接清晰、技术匹配合理、实现系统功能最优。

3 接口概念

已发布实施的UIC《高速铁路实施 设计阶段》IRS60673[7]中，将铁路系统分为基础设施、供电、通信信号、机车车辆等子系统。子系统由若干单元构成，不同系统之间、不同子系统之间、不同单元之间相互交接、相互关联的部分称为接口。同时，将接口分为4个级别，分别为：铁路系统与非铁路系统的接口(如供电系统和国家电网之间)；不同子系统间的接口(如接触网和桥梁之间)；不同单元间的接口(如路基和桥梁之间)；单元内部的接口(如梁和桥台之间)。我国从京津城际、京沪高铁建设开始，对高速铁路接口进行了深入研究，并应用于高速铁路建设。但目前，国内外均没有成熟的高速铁路接口设计规范。

根据UIC《高速铁路设计》系列标准编制目的和定位，结合已发布实施的UIC《高速铁路实施》系列标准中对高速铁路接口的阐述，《高速铁路设计 工程接口》中给出接口的定义为：接口是高速铁路相互关联的子系统之间、系统与外部环境之间工程界面的搭接关系，以及子系统之间或子系统内部设施、设备功能、结构、参数匹配关系。同时规定：工程接口包括物理接口和技术接口。物理接口设计指高速铁路系统、设备之间的空间、机械、电气等搭接设计，技术接口设计指系统、设备之间的功能要求、技术条件、工艺参数等的匹配设计。

4 标准编写范围及架构

4.1 编写范围

《高速铁路设计》系列标准中，“基础设施”“通信信号”“供电”三项标准对各子系统内部的接口设计要求已分别进行了规定，在此基础上，结合上述的接口概念分析，本标准的编写范围主要包括：基础设施与通信信号接口设计、基础设施与供电接口设计、通信信号与供电接口设计、机车车辆接口设计、高速铁路与铁路外部系统接口设计。

同时，由于基础设施子系统内部，路基、桥梁及隧道等线下结构作为轨道的承载结构，其与轨道之间存在结构衔接、排水、梁轨相互作用等大量接口关系，因此，将轨道与线下结构接口设计纳入本标准。

除此之外，站城一体化[8-10]作为现代铁路的一种融合性设计理念，通过多层次立体化的流线连接，将铁路、建筑和城市公共交通融为一体，通过多用途的土地利用、保护绿地、增加文体设施，创造适宜的公共空间，实现铁路和城市的共同开发建设，在日本、欧洲、中国均有设计实例。站城一体化作为一种前瞻的设计理念，是一种广义的接口设计，相关内容纳入本标准。

接地系统是涉及铁路路基、桥梁、隧道、轨道、供电、通信、信号、信息、灾害监测等众多专业的接口工程，为使用方便，单独作为一个章节纳入本标准。

4.2 编写架构

高速铁路系统中存在大量的工程接口，每一个工程接口均涉及两个及以上的专业，接口梳理工作极为繁杂，因此，标准的编写架构直接影响标准的适用性。

为使标准使用者对接口设计相关内容具有全局性和系统性的把握，在标准伊始即给出接口矩阵图及主要接口关系图，明确主要接口内容。在每章的第一节中，给出主要接口关系表，将本章主要接口类型、接口关系、接口内容及其对应的条文号集中在表格中体现。这是一种具有创新性的标准编制架构，可使标准使用者快速掌握主要接口内容及要求，方便查找具体条文，使标准具有更强的可读性和可用性。

5 标准主要内容

如前所述，本标准主要包括轨道与线下结构、基础设施与通信信号等8个部分的接口设计要求，各部分的主要内容如下。

5.1 轨道与线下结构接口设计

轨道与线下结构的接口设计应做好结构间的可靠衔接，保证刚度和弹性的连续过渡，实现轨道结构与线下结构的变形协调。轨道与线下结构接口主要包括轨道与线下结构变形沉降、预埋件安装、排水等接口设计，梁-轨相互作用下无缝线路、无缝道岔设计等，主要接口关系如图1所示。

图1 轨道与线下结构的主要接口关系

针对路基、桥梁、隧道的排水系统，各国形式多样，我国一般采用两列或三列排水的结构形式；日本为降低工程投资，减小路基和桥梁段的施工基础宽度以及隧道段的开挖横截面，也常采用单列排水形式。因此，考虑标准的包容性，单列、两列和三列排水形式均纳入标准，并明确轨道结构排水应与线下结构排水设计相协调。

5.2 基础设施与通信信号接口设计

基础设施与通信信号接口设计直接影响工程建设质量及线路的调试、运营。基础设施与通信信号的接口主要包括电缆槽、电缆过轨及引下设施设置，道岔转辙装置与道岔的匹配，转辙机安装位置，轨道电路，设备及办公用房等，主要接口关系如图2所示。

图2 基础设施与通信信号的主要接口关系

为保障接口工程质量，基础设施设计应考虑通信信号工程的预留、预埋条件，并与相关设备相匹配。接口设计应提出工程措施，保证通信信号设备的安装不应影响基础设施强度、稳定性及排水性能等。

根据我国建设经验[11-12]，明确了沿桥墩上、下桥的电缆可采用钢槽、围挡等措施进行防护。规定了车站沿站场两侧设电缆槽，并与区间电缆槽连通，根据需要，也可在站台下增设电缆槽。

5.3 基础设施与供电接口设计

为保证供电设备正常安装与运行，应做好基础设施与供电接口工程设计。基础设施与供电的接口工程主要包括接触网支柱基础预留、电缆槽、过轨及引下设施、设备洞室、排水系统、站台雨棚、车站沟槽管洞、空调、通风、照明、电子标志牌及融雪装置等，主要接口关系如图3所示。

图3 基础设施与供电的主要接口关系

基础设施设计应考虑供电工程的预留、预埋条件，并与相关设备相匹配。接口设计应提出工程措施，保证供电设备的安装不应影响基础设施强度、稳定性等。

高速铁路对铁路接触网的要求越来越高，接触网支柱基础的固定尤为重要，路基、桥梁、隧道、车站等结构设计时，应充分考虑接触网支柱的荷载影响。对于桥梁地段电缆的引下位置，我国高速铁路建设中，一般要求电力电缆和通信信号光缆从不同桥墩引下。因此，标准中明确了桥梁地段电力电缆与通信信号光电缆引下位置之间的距离应满足各国的相关规定。

我国高速铁路建设经验表明[13-14]，寒冷地区采用风雨棚时，若设计不合理，冬季融雪或雨水可能接触到雨棚内的接触网，导致导电率增大，绝缘子容易造成污闪。因此，标准中要求雨棚设计应考虑寒冷地区棚顶冬季融雪对接触网设备绝缘的影响。

5.4 通信信号与供电接口设计

为保证通信信号设备及供电远动系统的正常运行，应做好通信信号与供电接口工程设计。通信信号与供电接口主要包括：提供电源、远动通道、锚段关节位置、吸上线与信号扼流变压器连接、设备安全距离等，主要接口关系如图4所示。

图4 通信信号与供电的主要接口关系

结合我国与法国、英国、德国、西班牙等国高速铁路建设经验，在标准中明确：当通过车载装置过分相时，信号系统应根据接触网专业提供的分相区及里程设置自动过分相应答器或通过无线闭塞中心预告分相区信息。当通过地面装置过分相时，地面自动过分相装置应通过获得信号系统轨道电路状态，调节装置断路器。

5.5 机车车辆接口设计

为保证列车运行安全性和乘坐舒适度要求，应充分考虑机车车辆与基础设施、通信信号、供电等的系统匹配和接口衔接，加强机车车辆与运行环境下空气动力、轮轨动力、列车控制等多系统耦合分析。机车车辆接口主要包括：轮-轨匹配、轮-轨耦合动力分析、车-桥耦合动力分析、列车空气动力响应分析、上水及卸污、车载设备安装空间、电磁环境、车载设备输入输出信息、弓-网耦合动力分析等，主要接口关系如图5所示。

图5 机车车辆的主要接口关系

轮-轨匹配参数主要包括钢轨轨型断面和车轮踏面、轮轨接触与孺滑、轨道几何状态、轨道结构、轮轨刚度和硬度等。考虑车-桥耦合振动响应是为了避免产生共振现象，这在各国设计规范[15-19]中均有相关要求。高速列车进入隧道后产生的空气动力学效应引起的隧道附属物附加力和列车的冲击力是不可忽视的，这种冲击力是反复作用的。因此，标准也对此进行相关规定。

通信信号与机车车辆接口主要反映在列控车载设备与高速列车制动系统之间，其衔接关系直接影响系统间命令传输，从而影响列车的制动，关系行车安全。

弓网关系是供电与机车车辆的主要接口，弓网系统的电能连续传输能力和系统可靠性是影响高速铁路最高运行速度和运输安全的重要因素，各国规范[20-23]均有相关要求。

5.6 高速铁路与铁路外部系统接口设计

高速铁路列车运行速度高、车站客流密度大，运营过程中不仅会与外部环境发生交叉和联系，还需要铁路外部系统的支持。高速铁路与铁路外部系统的接口主要包括铁路与公路/城市道路、管道的交汇，车站与周边环境及设施的衔接，供电与公共电网的衔接，高速铁路通信线路与公共通信线路的衔接，动车段(所)、维修设施、沿线铁路用房与外部道路、水、电的衔接等，主要接口关系如图6所示。

图6 高速铁路与铁路外部系统的主要接口关系

参考我国JT/T 1116—2017《公路铁路并行路段设计技术规范》[24]、TB10182—2017《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》[25]等标准的相关规定，结合欧洲、日本等国家地区的实践经验，从通用性和指导性出发，按公铁并行及四类交叉方式分别给出了高速铁路与公路/城市道路的并行间距设计原则、交汇地段工程类型和设计方案的选择、安全防护措施的设置等设计要求。按高速铁路与油(气)管道、市政管线的交叉、并行设计分类，分别给出了二者与铁路的交叉角度、交叉位置、交叉方式以及相互间并行间距等的设计要求。以及高速铁路与公共电网、通信网络、城市设施衔接的基本概念、设计原则、衔接方案等要求。

依据我国高速铁路建设经验，针对市政管线，标准中提出了综合管廊的理念，利用隧道空间，将电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体。明确了高速铁路应采取防撞措施，如设置防护墙等的要求。对于有线通信设施、信号系统、无线电台、油(气)管道等设施，应充分考虑高速铁路供电系统的电磁影响。

5.7 站城一体化

站城一体化(Transit Oriented Development，简称“TOD”)是以公共交通为前提的城市开发，是轨道交通和城市相辅相成，实现共同发展的开发模式。站城一体化开发设计要满足高效性、便利性、舒适性及收益性的要求。

站城一体化开发设计中要将高速铁路、建筑和交通基础设施各要素视为一体，通过层叠的方式将分别独立存在的各要素进行联系，将铁路、公共交通和建筑相连通，达到功能复合、空间多样、结构延伸。复合型的车站大楼可在大城市中心区域，以高速铁路车站为核心，结合公共交通车站和多功能城市设施集中设置。

在标准中纳入站城一体化开发模式，在UIC和中国都是首次，既可以反映现代高速铁路综合性、共融性、高效性的前瞻设计理念，又能够体现城市地标建筑功能化、多样化、便捷化的空间设计思想，对高速铁路和城市的共同开发建设提供了设计指引。

5.8 接地系统

目前，国内外主要高速铁路国家根据自身铁路建设和技术发展特点对接地系统进行了深入系统研究，形成了以中国、法国、德国为代表的综合接地系统和以日本为代表的独立接地系统[26-27]。两种接地系统均纳入了本标准。

5.8.1 综合接地系统

标准制定过程中，以中国TB10621—2014《高速铁路设计规范》[28]、TB10180—2016《铁路防雷及接地工程技术规范》[29]标准框架及技术要求为基础，兼顾欧洲等其他国家地区综合接地设计方案，明确了综合接地系统的基本要求，分别对不同地段的接地装置和贯通地线设计提出了具体要求，不再赘述。

5.8.2 独立接地系统

独立接地系统(图7)中变电所外部的电力、信号、通信设备分别设有独立的接地电极，钢轨不接地。在变电所内部，高压设备和低压设备(例如通信信号设备)通过地网等电位接地。

由于接地电极是独立设置的，因此在其他分区中，由于接地故障、雷电损坏和其他故障而导致电位升高时，独立接地系统对设置在其他分区的其他接地电极的影响不太敏感。在该系统中，由于在具有大负载电流的高速铁路上钢轨电势升高，因此必需采取措施来确保人身安全并提高设施的可靠性。

图7 高速铁路独立接地系统示意

在车站中，钢轨通过钢轨电势控制装置(RPCD)连接到车站结构，以防止乘客由于钢轨电势的稳定上升而受到身体伤害。根据需要，可以在入站和出站钢轨之间提供交叉连接，以将钢轨的稳定电势保持在一定水平。

桥梁地段的接地体有两种实现方法：一种是将桥梁的接地导体和钢筋绝缘，然后将几个接地电极连接到桥墩下方的大地中；另一种是将桥梁结构(土建结构)中的接地导体和钢筋紧密连接，以将桥墩的基础用作接地电极。其他地段接地方式类似。

6 结语

本文阐述了《高速铁路设计 工程接口》的编制原则、编写范围及架构，提出了工程接口概念，系统梳理了高速铁路工程接口关系，从8个部分研究了高速铁路工程接口的主要内容。标准编制过程中，在吸纳世界高速铁路工程接口设计先进理念、总结国内外工程接口设计科研成果的基础上，全面纳入了中国高速铁路接口设计成功经验，实现了世界高速铁路先进经验“引进来”和中国高速铁路成功经验“走出去”。

《高速铁路设计 工程接口》作为高速铁路各专业设计的纽带，可为提升高速铁路设计的系统性和完整性、实现高速铁路系统功能最优化提供技术支撑。

《高速铁路设计 工程接口》标准的编制在各国和国际标准化组织中均属首次，体现了UIC标准的整体引领作用。对贯彻落实UIC标准化战略，进一步强化UIC在国际铁路组织中的权威地位，提升UIC在国际标准化领域的影响力具有重要意义。