京张高铁：从第一条中国人建设铁路到首条智能

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图片来源：中国铁路北京局

记者 | 唐俊

编辑 | 韦杭

2019年12月30日早上8点40分，开往张家口的G2505次列车从北京北站驶出，标志着京张高铁正式开通。

京张高铁的地理位置和奥运任务，决定了这将是一条具有特殊意义的铁路。

100多年前，詹天佑在北京和张家口之间主持修建了第一条中国人自己建设的铁路——京张铁路。而在京张铁路正式通车第110年之际，京张高铁又将用最新的技术和理念，重走同一条路线。

两条铁路，跨越百年相遇，其间是一代代中国铁路人的探索与突破。

人文高铁

几乎每个人都在小学语文课本上读到过京张铁路的故事。这条铁路北起北京，南至张家口，全长200多公里，是联结华北和西北的交通要道，也是中国自主修建的第一条铁路。

1905年，清朝政府刚提出从北京到张家口的铁路修筑计划，一些帝国主义国家就断言“中国人不能自建铁路”，以不予技术支持相要挟，企图夺取修路权。从美国耶鲁大学土木工程系毕业归国的詹天佑临危受命，在极其艰苦的条件下主持京张铁路的修建，也开启了中国现代铁路史。

100多年后的京张高铁，则标志着中国铁路发展的又一个里程碑——从普铁到高铁的飞跃。

京张高铁两地修建高铁的计划始于11年前。2007年，中国铁路完成第六次大提速，中国首次在京哈、京沪、京广、胶济等主要提速干线开行时速200公里及以上的动车组列车，成功跻身世界先进铁路行列，也为中国高速铁路下一阶段的建设探明了道路。次年，时速350公里的京津城际铁路开通，京沪高铁、京张高铁等多条重要高铁线路开始调研。

中铁工程设计咨询集团有限公司受前铁道部委托，为京张高铁进行可行性研究及设计。现任京张高铁总体设计师的王洪雨当年只有27岁，还是初生牛犊，以为这条铁路“跟以前做的差不多”；随着项目逐渐推进，他才发现其中困难重重。

百年前，詹天佑就在《京张铁路工程纪略》中提到老京张铁路面临的复杂环境：由于“地近畿辅”，老京张铁路不得不在广安门、阜成门、西直门等人口密集地“横穿街巷”、在西便门外横穿京汉铁路；而在北京旧城西部和北部的郊外地区，“悉皆园林、坟墓星布棋罗”，京张铁路又不得不频繁采用曲线布局来避开它们。

京张铁路建成时，总工程师詹天佑（车前右三）和同事的合影（资料照片）

随着城市的发展，百年后的京张高铁面临更复杂的环境。

高铁起始点位于北京二环边上，是名副其实的市中心。铁路与地铁13号线平行，并下穿过横向的地铁10号线和15号线、在建的12号线，向北穿越北京两大主城区——西城和海淀，沿线分布着北京交通大学、中央财经大学、北京航空航天大学、清华大学等等高校，有的学校和铁路仅一墙之隔。

在这样的区域规划铁路，需要跟多方进行协调，同时还要考虑到未来施工对周边生活及地铁运行的影响，难度可想而知。

出了北京，京张高铁面临更大的困难：铁路途径八达岭长城、八达岭陵园，以及詹天佑亲自设计的老京张铁路人字线，可以说是一条极具人文特色的路线。如何平衡人文价值和工程可行性，对设计者提出了极大的挑战。

从2008年立项之后，项目组进行了整整7年的前期规划研究，直到2015年9月，国家发改委才正式批复了新建北京至张家口铁路可行性研究报告。

此后4年，项目组又对设计方案进行了无数次调整，以求最大程度保护沿途的文化和自然景点，打造一条以人为本的高铁。

以八达岭长城站为例，拥有两千多年历史的长城是中国人的文化图腾，也是世界文化遗产。京张高铁八达岭长城站应该设在什么地方，从项目启动之初到可行性报告批复，争论就一直没有停止。

将站点设在远离景区的位置，对于施工来讲最方便，但乘客要前往长城还要换乘其他交通工具，交通成本必然上升。

将高铁站建在景区内，则需要考虑对长城的影响，特别是施工爆破时产生的震动，以及车站如何和谐地融入历史文化景区。

“其实八达岭一段的地质和地形并不是特别复杂，但影响面非常大，如果对长城造成影响，会被全国乃至全世界关注。” 负责京张高铁隧道工程的副总设计师吕刚告诉界面新闻。

针对高铁站选址问题的讨论长达数年，中国工程界和文物界的泰斗都出面参与了论证，包括2018年获得国家最高科学技术奖的中国工程院院士钱七虎、90多岁的中国文物界泰斗谢辰生等等。设计团队和各方面专家开了无数大大小小的会，有院士参加的会议就有四次，最多一次有6名院士同时参与讨论。

经过反复研究，各方决定最大程度方便旅客，将站点设在长城风景区内，但绝不能对长城及周边文物造成破坏。

最终设计完成的八达岭长城站与长城距离不到两百米，位于八达岭陵园和青龙桥人字线之间，下穿人字形铁路端头，在“人”上方加了一横，变成一个“大”字。

为了最大限度的控制地表沉降及施工难度，保护百年青龙桥车站和古长城，八达岭隧道在人字线下方最浅的埋深为4米，最深处达102米，是目前世界最深的山岭地下火车站。

在下穿文物和临近复杂洞群位置，施工团队采用了电子雷管微损伤精准控制爆破技术，将震动幅度降到最低，爆破一次只相当于“在长城上跺一下脚“。

效果图

此外，为了避免破坏长城景观，八达岭长城站的站台设计在地下，地面只能看到一个类似长城垛口的站房入口，与山体融为一体，这种设计理念被称为 “尊重自然、形隐于山”。

八达岭长城站

绿色高铁

随着时代的变化，铁路设计理念也在变化。

当年老京张铁路最大的目标是建成可以通车的铁路；如今，修建一条铁路已经不是难事，高铁的建设还需要更多的考虑对周边环境的保护。

在北京市区内，京张高铁的设计思路是尽可能不影响周边居民的正常生活。京张高铁将经由一条长6.02公里的隧道穿越市区，从学院南路南侧入地，清华大学东门附近穿出，称为清华园隧道；同时，在清河建设综合交通枢纽，实现国铁与城铁同台停靠。清华园隧道建造过程中采取盾构法，即将盾构机架在钢轨上，工人操作遥控装置，将零件送到指定位置进行拼装，精确度极高，对环境影响也较小。

此外，由于经过清华大学东门后，线路逐渐抬升，设计团队特意在隧道出口处设计了全封闭声屏障，以减少列车带来的噪音污染。

另一个重点保护地段是位于延庆县的官厅水库，这是北京重要的饮用水水源地。项目组在设计官厅水库特大桥时，特意在桥面上设计了污水集中收集装置，将雨水和铁轨摩擦产生的杂质排放至水源保护区以外的沉淀蒸发池内，避免落入水库造成污染。

官厅水库特大桥

中铁设计桥梁专业负责人李辉对界面新闻回忆，20多年前他刚工作时，曾听一位德国工程师介绍，德国修高铁每隔一段就要建一个蓄水池，收集路面污水。当时他惊叹于德国人对环境保护的重视，如今这一理念在京张高铁也得到了体现。

王洪雨认为，中国整体工程观正在转变：“不仅是京张高铁，其他的基建项目也越来越精细化。”随着经济和技术的发展，国内的基础建设不再一味追求效率和成本控制，而开始越来越重视对环境的长期影响。

智能高铁

京张高铁的另外一个重要特色，是融入了诸多智能元素。

詹天佑或许无法想到，百年之后，在他设计的老京张铁路线上，诞生了中国第一条智能铁路，也是中国第一条智能高铁。老京张铁路和新京张高铁，同时成为中国铁路史上极其重要的项目。

“老京张铁路、青藏铁路、京沪高铁是我国铁路工程目前的三大里程碑，新京张高铁将成为第四个里程碑。”中铁设计教授级高工李红侠认为。

李红侠2010年进入项目组，负责京张高铁“四电”系统及智能化总体设计。她对界面新闻介绍，京张高铁的智能化主要体现在智能建造、智能装备、智能运营三个方面。

当年詹天佑修建京张铁路时，中国连开山设备都没有，只能靠人工挖掘隧道。而京张高铁全线采取智能技术建造，从蓝图到完工信息全收集，实现数字化管理。

例如前文提到，清华园隧道工程在盾构机上搭载传感器，对施工全过程进行可视化动态管理；崇礼支线太子城隧道则引入了混凝土压力感应系统，水泥浇筑压力达到设定值后自动触发开关，比工人肉眼观察更加可靠，确保水泥浇筑密度达到最佳值。

在智能装备方面，京张高铁是全世界首条采用自动驾驶的高速铁路（时速300-350公里内）。列车搭载北斗卫星导航系统，实时精准定位，具备车站自动发车、区间自动运行、车站自动停车、车门自动开门、车门站台门联动5大功能，从而确保列车运行安全、提高列车运行效率、降低牵引能耗、减轻司机劳动强度，最终改善旅客乘车体验。

京张高铁智能动车组“龙凤呈祥”和“瑞雪迎春”

在智能调度及安全保护方面，智能动车组的供电系统可实现智能故障诊断预警，形成供电系统的健康评估系统；高铁周界入侵报警系统、地震预警系统、自然灾害监测系统等组成动车组的智能调度指挥系统，可以自动检测雨雪、地震等恶劣条件并提前示警，确保安全行驶。此外，列车全线每一个桥梁、车站，每一处钢轨都装有传感器，便于监控零件是否老化、路基是否沉降、照明是否损坏，等等。

智能运营可能是普通乘客感受最直接的方面。京张高铁投入运营后，乘客将可通过“刷脸”进站，并有智能机器人在站内进行导航，科幻感十足。

“虽然京张高铁是第一条智能高铁，但有些工作也仅仅是做了探索和尝试，算是智能高铁的1.0版本，后续的高铁会在此基础上完善升级。”京张城际铁路有限公司董事长马侃彦说。

李红侠则表示：“智能技术在不断地发展，一些技术在京张高铁得到了落地和体现，未来的高铁还会越来越成熟。”

京张高铁不仅是服务于冬奥会的交通设施，也是中国铁路“八纵八横”通道之一——京兰通道的东段。2019年底，中国铁路营业总里程达到13.9万公里，其中高铁3.5万公里。

从1909年中国开通第一条铁路，到中国第一条电气化铁路，再到第一条高铁，再到第一条智能高铁，中国铁路走过了110年，也成为世界上高铁里程最长的国家。

如今，110年前的建成的京张铁路仍在使用中，北京市郊铁路S2线每天在“人字坡”处折返，不紧不慢地在历史古迹中前行。

今天，京张高铁从北京出发穿过八达岭后，以350km/h的速度驶向张家口。

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