改革開放40年中國重載鐵路的發展

劉建新，蔡久鳳

(1.西南交通大學 牽引動力國家重點實驗室，四川 成都 610031；2.西南交通大學 機械工程學院，四川 成都 610031)

當今世界，鐵路被看作國民經濟的大動脈，在很多國家的經濟發展中都發揮著至關重要的作用。對于一些幅員遼闊、資源豐富及諸多能源和礦石需求較大的國家而言，確保大宗貨物高效率、低成本的運輸是國家經濟發展的當務之急，但是普通鐵路的線路情況和運能遠遠不能夠滿足這種發展需求。在這種情況下，具有運能大、效率高、運輸成本低等諸多優點的重載鐵路運輸在世界范圍內發展起來。作為一個土地面積960多萬km2、煤炭等諸多資源豐富但分布不均勻以及人民物質需求極大的國家，中國自改革開放以來也積極地加入到大力發展重載鐵路的浪潮中來。

在中國重載鐵路運輸的研究過程中，孫竹生等在20世紀80年代就研究了中國重載鐵路運輸建設的重要性[1-2]，孫翔提出建立完整的鐵路重載運輸技術體系[3]，其后田葆栓、胡亞東、耿志修和凌云等分別從不同角度闡述了中國重載鐵路和世界重載鐵路運輸的發展歷程[4-7]。本文重點介紹了改革開放40年來，中國重點建設的、發揮了重要作用并取得巨大成就的幾條重載運輸大通道，點明了中國重載鐵路技術面臨的長期挑戰，從機車、貨車、軌道、控制與通信等幾個方面，較為全面地闡述了中國重載技術在近幾十年來取得的進展和技術成就，并梳理了中國在重載運輸技術方面取得的相關重大獲獎成果。最后，文章結合現今世界重載鐵路趨勢和中國鐵路技術現狀，提出了中國重載鐵路發展的重點和方向。

一、概述

20世紀，隨著世界經濟的發展，人們對生活資料和生產資料的需求越發增大，國際貿易也越來越頻繁，普通的運輸方式比如公路運輸、航空運輸和普通鐵路的運能已經不能夠滿足大宗貨物的運輸需求，而且成本較高。另外，重載鐵路運輸在環境保護方面具有可持續發展的優勢也逐漸成為國際共識。在這種時代背景下，重載鐵路在世界范圍內逐漸興起，尤其是在幅員遼闊和資源豐富的國家中備受關注。

美國作為主要發達國家，國內對于大宗生產資料等資源需求日益劇增，于是率先大力發展起重載鐵路。1958年，世界首列重載單元列車在美國開行[4]。這列重載列車由美國南太平洋鐵路公司(SP)負責運營，載重達到7 600 t。美國鐵路大宗貨物重載運輸主要以煤炭運輸為主。現美國鐵路總長23萬km，而其中重載運輸Ⅰ級線路就達到19.4萬km，居世界首位。受到美國的影響，加拿大隨后也大力發展重載鐵路，目前其重載運輸里程約5.7萬km。因加拿大重載運輸模式與美國一致，所以業內一般將兩者合稱北美重載運輸。南非由于礦產等資源豐富，運輸需求大，所以在20世紀60年代末就結合世界重載技術，發展了具有本國特色的重載鐵路。現在南非重載運輸線路主要有2條：一條是由塞申到薩達納港的礦石運輸線；另一條是由德蘭士瓦煤田到理查滋灣的煤炭運輸線。澳大利亞上世紀80年代引進北美重載運輸技術，現重載運輸產值占全澳GDP的1.7%，重載運輸貨運量占澳貨運市場的近50%。而俄羅斯則是繼承了前蘇聯的重載鐵路運輸模式，主要以超長組合列車的方式運行。俄羅斯在2015年進行線路改造，增大貨車載重，開始在客貨混運線路上開行9 000～12 000 t重載列車。

一般認為，建設有重載運輸專線，同時列車重量5 000 t以上，稱為重載鐵路。現在，發展重載運輸的國家已經遍及了五大洲所有鐵路大國，像中國、巴西、瑞典、印度、德國、波蘭等國也在20世紀后期紛紛加入發展鐵路重載運輸的行列。

二、重載鐵路的發展

(一)既有線擴能改造和前期技術儲備

20世紀80年代初，中國的鐵路運輸能力與國民經濟的發展依舊存在著嚴重不匹配。當時中國鐵路貨運量的60%以上集中于京廣、津滬、京沈、哈大等總長約1.25萬 km長的14條繁忙干線上[1]，因此，主干線所承載的貨物運輸量尤其是西部煤炭資源的運輸量已經接近甚至達到了線路所能承載的極限。但是與運量成為對比的是，在中國這14條繁忙主干線上，所能承載的平均列車重量為2 400 t，最大列車重量也僅為3 500 t。相比較而言，前蘇聯1980年的最大列車重量已經達到6 000 t，美國的最大列車重量更是達到了15 000 t[2]。因此，既有線運能還具有很大潛力可以挖掘。

改革開放初期，中國財力和物力緊張，無法在較短時間內對鐵路建設進行大規模投資，無條件立即建造貨運重載專線，而改造既有線工期短，收效快，可以采取邊運營邊改造的方式，還可以在短時間內緩解鐵路貨運的困難。于是，對具有較大運能潛力的既有線進行改造成了當時的必要選擇。

在20世紀80年代初中期，中國鐵路重載技術研究的重點就是打好重載運輸的基礎并進行技術儲備，主要有兩個研究方向：一方面積極創造條件，開行少量的不同模式的重載列車，例如在既有線石德線和石太線等鐵路線段開行5 000～6 000 t整列式列車以及7 000～8 000 t的組合式列車；另一方面發展超普牽引的4 000～5 000 t貨物列車，并提高列車運行速度。

1984年11月，北京鐵路局在大同—沙城—豐臺—秦皇島間首次開行由兩列普通貨物列車合并的重載列車，隨后于1985年3月開行了大同—秦皇島的組合式重載列車，列車總重7 400 t，屬雙機牽引。1986年4月1日正式納入運行圖，每天開行6對[8]。在之后2年內，濟南、鄭州、上海和沈陽鐵路局紛紛開行了組合式重載列車。1985年10月，在石太、石德、津浦線(主要是大郭村—濟南西)開行了非固定式的重載組合列車，每天開行1列；在平頂山—武漢間，隔日開行1列雙機牽引6 500 t的重載組合列車；徐州北—南京東每日開行1對雙機牽引(7 000～8 000 t)的重載組合列車。1986年4月，山海關—沈陽段下行方向正式開行了7 000 t重載組合列車[9]。

20世紀80年代既有線改造工程的成功實施，為中國后續新建重載運輸通道奠定了豐富的前期技術儲備基礎。

(二)西煤東運重載運輸通道

1.第一條北通道——大秦鐵路

在20世紀80年代末期，中國決定修建第一條雙線重載電氣化運煤專用一級鐵路——大秦鐵路。線路設計全長653 km，縱貫山西、河北、北京、天津，是中國西煤東運的第一條北方通道，主要承擔晉北、內蒙西部和陜北的煤炭外運任務。大秦鐵路于1985年開工，1988年12月28日第一期工程試運開通，1992年12月31日全線試運開通[10-11]。2014年4月2日，中國第一列牽引軸重超過3萬t、全長共3 971m的重載列車在大秦鐵路上試驗運行成功，成為中國重載運輸上的一個重要里程碑。自一期工程線路段試運開通之后，若以煤炭年運量作為評價指標，可將大秦鐵路重載運輸發展過程分為4個階段[12-14]：

第一階段為1989至2002年。這一階段主要開行5 000 t級貨物列車，年運量較少。1989年大秦鐵路年運量2 007萬t，之后幾年以每年13.4%的增速成長，到2002年年運量達到10 339萬t。

第二階段為2003到2007年。為了緩和鐵路運輸的緊張情況，大秦鐵路2002年進行了第一次擴能改造，2003年9月正式開行單元萬噸重載列車，年運量開始急劇增大。2004年開行萬噸組合重載列車，2006年3月開行2萬t組合列車。2007年，大秦鐵路年運量達到3.04億t。

第三階段為2008到2014年。為了進一步提升大秦鐵路運輸能力，2008年開始對大秦鐵路進行第二次擴能改造。 2010年大秦鐵路年運量達到4.05億t， 2011至2014年年運量均超過4億t。2014當年運量甚至達到4.5億t。值得一提的是，在2014年3～4月，大秦鐵路上試驗了3萬t重載列車，是中國重載運輸的一個里程碑。

第四階段為2015到2018年。這段期間，全國煤炭消費總體下降，鐵路煤炭運輸業務經歷了低迷到恢復的變化過程。2015年，大秦鐵路年運量降到3.96億t，到2016年年運量持續下降到3.5億t。但是2017年恢復到4.32億t，預計2018年大秦鐵路的年運量將達到4.7億t。

2.第二條北通道——包神—神朔—朔黃鐵路

隨著20世紀90年代國內經濟快速發展，大秦鐵路不能完全滿足華東和華南地區的工業發展需求，大秦鐵路直通港口——秦皇島港的海運能力逐漸飽和，急需新增一條西煤東運大通道，而包神—神朔—朔黃鐵路就是在這樣的背景下發展起來的。這條北方通道分為三段，也即包神鐵路、神朔鐵路和朔黃鐵路。

(1)包神鐵路。包神鐵路于1986年5月開工， 1989年3月開通運營，正線全長172km。北起京包、包蘭線的萬水泉站，向南經鄂爾多斯至陜西神木縣大柳塔鎮與神朔鐵路相連，通過朔黃鐵路至黃驊港出海，是神府、東勝煤田煤炭外運的北線通道[15]。自建成以來，包神鐵路貨運量逐年遞增，從1989年年運量81萬t到2007年實現貨運量10 133萬t。2008至2016年年運量均超過億t，到了2017年年運量甚至達到了19 053萬t，擔負著神華集團煤炭外運裝車總量60%以上的任務。

(2)神朔鐵路。神朔鐵路在1996年7月開通運營，是中國“八五”計劃重點工程建設項目。起始站為陜西神木縣大柳塔鎮，終點站為朔州西，正線全長266km。2004神朔鐵路復線貫通。2009年，成功開行萬噸列車。2014年3月，神朔鐵路3億t擴能改造項目立項。2016年3月開通“3+0”單元萬噸列車和兩萬噸組合列車，僅2016年的年運量就達到了2.25億t。

(3)朔黃鐵路。朔黃鐵路于1997年11月開工修建，2002年11月開通運營，西起山西朔州的神池縣神池南站，與神朔鐵路相連，東至河北省黃驊市黃驊港口貨場，正線全長598km。2016年3月，朔黃鐵路正式開行了兩萬噸重載列車，這創下了國內在曲線半徑小、線路坡度大、操作難度高的線路上開行兩萬噸重載列車之最。2017年4月，朔黃鐵路在開行兩萬噸列車一周年之后，完成煤炭運輸4 076.4萬t。目前朔黃鐵路還是以開行“3+0”單元萬噸列車和“2+2”組合萬噸列車為主，但是量化開行2萬t重載列車將成為必然選擇[16]。

3.中南通道——山西中南部鐵路

山西中南地區涵蓋河東、西山、霍西和沁水四大煤田，煤炭產量占山西省的三分之二，石太鐵路等既有線因為技術標準低，鐵路覆蓋程度低，不足以滿足該地區煤炭運輸的要求，山西中南部鐵路因此而建立。該鐵路又稱晉豫魯鐵路或瓦日鐵路，是中國西煤東運的中南通道，西起山西瓦塘鎮，東至山東日照港，于2014年12月正式建成通車，正線全長1 260 km。這是中國第一條按30 t大軸重重載列車運行標準建設的鐵路。

在2014至2016年期間，正值中國煤炭運輸業務低迷，鐵路煤炭運送總量大幅下降。因此，2015年，山西中南部鐵路貨物年運量僅97.4萬t，2016年貨物年運量297.4萬t。2017年年運量開始大幅增長，達到1 993萬t，但是與當初設計的貨物年運量有很大出入。2018年1月16日，山西中南部鐵路上正式開行萬t列車，貨物運輸量再次加速增長，僅2018年上半年就超過了1 400萬t，預計到2020年山西中南部鐵路可以實現貨物年運量6 200萬t，能夠較大程度發揮該鐵路重載運輸通道的作用。

總而言之，這條鐵路的建成代表著中國重載鐵路運輸技術又發生了一個大跳躍。尤其在其上30 t軸重重載列車運輸的成功試驗[17]，標志著中國30 t軸重重載技術趨近成熟。

(三)北煤南運重載運輸通道——蒙華鐵路

中國北煤南運主要是依靠鐵路、水運和公路聯合運輸，例如大秦鐵路—秦皇島港水運、神黃鐵路—黃驊港水運、山西中南部鐵路—日照港水運、京廣鐵路以及京大—京塘高速公路等方式。可以看出北煤南運主要依托西煤東運重載運輸通道直通港口，然后往南部水運，小部分依托既有線如京廣、京九等客貨混運線路來運煤。隨著幾個北方港口運量緊張，舊有的運送方式不能完全滿足華中地區的工業發展需求。

2014年，中國啟動新建北煤南運重載運輸大通道蒙華鐵路項目，預計2019年底開通。這是中國在建中的最長運煤專線鐵路，北起內蒙古浩勒報吉，南至江西省吉安市。蒙華鐵路全長1 814.5 km，規劃設計運輸能力為2億t/年[18]。

這條鐵路自2014年修建至今，刷新了多項國內外鐵路技術記錄，使得中國鐵路設計及建造能力上了一個新臺階。在鐵路橋梁方面：2015年12月，荊州長江公鐵特大橋主跨鋼梁合龍，標志著中國重載鐵路首次跨江成功；2017年8月，世界最大跨度三塔鐵路斜拉橋——蒙華鐵路洞庭湖大橋主橋鋼桁梁合龍，標志著世界上首次在斜拉橋上采用鋼箱鋼桁組合結構形式、先箱后桁成橋方法取得成功；2018年8月14日，峽河特大橋38.9 m高轉體成功，刷新了中國重載鐵路橋梁轉體的施工高度。在隧道工程方面：2017年12月20日，亞洲最長黃土砂質隧道——萬榮隧道貫通；2017年12月28日，國內最長純黃土隧道——鄭莊隧道貫通；2018年5月16日，雙線穿越Ⅵ級(最高級)圍巖的隧道——五原隧道貫通；2018年5月27日，大中山隧道提前5個月貫通；2018年8月21日，蒙華鐵路第一長隧道——崤山隧道貫通。

蒙華鐵路的修建增補了中國鐵路南北向能力和路網靈活性，填補了區域路網的空白，是連接華中腹地與歐亞路橋的便捷通道和國家貨物運輸的重要后方通道，具有非常重要的戰略意義。

三、重載鐵路的進步

(一)重載鐵路的技術挑戰

重載列車隨著近幾十年來的發展，列車牽引質量和軸重越來越大。因此，重載列車在提高鐵路運能的同時，也對列車本身、軌道結構和基礎設施的安全造成了十分嚴峻的挑戰，這也是世界重載鐵路發達國家普遍面臨的工程技術難題和挑戰。

1.輪軌磨耗

由于牽引質量和軸重的增加，重載列車的車輪磨耗、鋼軌側磨和鋼軌疲勞損傷愈發嚴重。鋼軌側磨是小半徑曲線上股鋼軌的主要傷損類型之一，尤其在重載鐵路線上，鋼軌因側磨損傷嚴重不得不提前更換的例子屢見不鮮[19]。軸重大幅提升造成了輪軌接觸幾何狀態發生顯著變化，輪軌多點接觸和共形接觸不可避免，造成列車的車輪磨耗和鋼軌磨耗加劇[20-21]。另外根據相關統計結果，國內重載鐵路鋼軌疲勞損傷嚴重，呈逐年增長態勢，主要損傷類型是核傷、剝離掉塊和裂紋，極為影響鋼軌使用壽命[19,22]。而國際上延長重載鐵路線鋼軌使用壽命的通用做法是鋼軌打磨，但是各國的做法不太一樣。中國鋼軌該怎么打磨，打磨成何種形態沒有一套十分成熟的方法和標準。因此，建立中國重載鋼軌打磨技術的標準體系也是當前中國鐵路科研人員的研究重點之一。

2.線路基礎結構損傷

因為運行列車的運量大，重載鐵路所承受的載荷遠遠超過普通鐵路，嚴重加劇了線路基礎結構的損傷。除了鋼軌的疲勞核傷外，軌道結構還存在焊接接頭傷損，軌枕環裂、縱裂，扣件松動，彈條斷裂，道床板結、臟污以及翻漿嚴重，線路空吊等問題[19-21]。僅以焊接接頭傷損為例，大秦鐵路在2005年鋪設B廠U75V鋼軌，當累計通過總重達754 百萬t時，鋼軌累計重傷達到16處/km，而查出發生在母材上的重傷有3.57處/km，這說明焊接接頭所造成的重傷率所占比例很大[23]。目前中國重載鐵路線路基礎結構的強化重點是軌道結構部件，比如采用新型軌枕和扣件，而對道床和路基強化技術研究相對較少，這也使得中國重載鐵路線路的損傷防護和修復有時并不是很理想。如何實現重載列車和軌道性能匹配，依舊是研究人員所研究的熱點問題。

3.長大重載列車縱向沖動

重載列車的特點在于又重又長，2014年4月，中國在大秦鐵路上成功試驗3萬t的重載列車，其長度將近4 000 m，涉及到4臺機車和300多輛貨車。現今在中國重載鐵路線路上運行的重載列車至少是萬噸列車，大多數都是2萬t和3萬t。這些重載列車在牽引、制動及運行過程中都不可避免地產生強烈的縱向沖動。縱向沖動過大所導致的重載列車車鉤斷裂、脫軌的事故也時有發生。為此，中國學者在重載鐵路發展之初就已經開始重視重載列車的縱向沖動問題[24-25]，經過三十多年的研究已經取得了優異成效。但是在例如長大列車制動技術、車間聯接技術、列車操縱控制技術等方面還需要加大研究深度，保證重載列車的運行安全。

(二)重載鐵路的技術進步

1.大軸重電力機車技術

現在在重載鐵路上擔當重載列車牽引任務以25 t軸重重載貨運電力機車為主，開行少量30 t軸重重載貨運電力機車。作為25 t軸重重載鐵路的典型代表，大秦鐵路單機牽引1萬t和以1+1編組方式牽引2萬t重載的牽引任務是由和諧系列HXD1和HXD2型重載貨運電力機車負責。這類機車屬交流傳動，最大功率9 600 kW，最高運行速度120 km/h，具有恒功范圍寬、軸功率大、粘著性能優良、運行安全以及維護成本低等優點[5]。

而與此同時，中國30 t軸重重載電力機車在近幾年發展迅速。2014年5月，中國研制出一列世界單機功率最大(14 400 kW)的30 t軸重重載電力機車——“神華號”，并于同年8月在朔黃鐵路上成功牽引萬噸重載列車開行。同年，中國自主研制的HXD1F和HXD2F型30 t軸重電力機車完成型式試驗，機車牽引功率9600 kW[5]，并首次實現了不同廠家設計制造的不同型號機車間的互聯互通、重聯運行。現今中國已基本掌握了30 t軸重重載運輸牽引技術。

2.大軸重貨車技術

2014年6月，中國首次在大秦線成功開行由27 t軸重、80 t載重的C80E型通用敞車組成的重載列車，標志著中國鐵路邁入國際重載鐵路先進行列。經過多年的努力，中國研制出包括C80E型通用敞車、P80型通用棚車、NX80型平-集共用車、KM80型煤炭漏斗車及KZ80X型石砟漏斗車等9個27 t軸重、載重80 t的通用貨車，形成了系列產品，初步構建起27 t軸重通用貨車標準體系和技術平臺。

而為了適應世界鐵路重載運輸發展和國內煤炭運輸需求，中國還專門設計了30 t軸重標準軌距專用貨車，例如用于山西中南部鐵路運輸的C96和C96H型專用運煤敞車。這兩型車具有車體強度高、載重率高的特點，也滿足以100 km/h速度運行時對車輛穩定性和運行平穩性的要求[26-27]。如今中國重載鐵路貨車技術已經達到了世界領先水平。根據統計，中國鐵路貨車企業已經向澳大利亞、巴西、新西蘭、沙特、哈薩克斯坦等三十幾個國家，出口了30～40 t大軸重重載貨車過萬輛[6]。

3.新型重載軌道結構

(1)重載鋼軌成套技術。中國形成了30 t軸重重載鐵路鋼軌成套技術：30 t軸重條件下不同軌型(60和70kg/m)，不同材質(U75V，U78CrV，U77MnCr等)，不同廓形(60N和75N)的鋼軌。

(2)30 t軸重重載鐵路無砟軌道成套技術。中國形成了獨特的30 t軸重重載鐵路無砟軌道成套技術；提出了重載彈性支承塊式、雙塊式、長枕埋入式這三種無砟軌道結構形式，并配套研發了適用于彈性支承塊式無砟軌道的彈條Ⅶ型扣件，適用于雙塊式或長枕埋入式無砟軌道的WJ-12型扣件[28]。

(3)重載道岔技術。中國研制了適用于30噸軸重60kg/m鋼軌的12號、18號道岔和75kg/m鋼軌的12號、18號道岔，提出了30 t軸重重載道岔施行的技術條件[29]。

4.網絡化無線同步控制技術

網絡化無線同步控制技術不同于國外常用的無線同步控制技術Locotrol，是利用GSM-R鐵路專用移動通訊系統來無線網絡化同步控制機車牽引及制動。單獨運用Locotrol牽引制動的重載列車是采用數據電臺作為通信傳輸平臺的，十多年前由于電臺受到地形、功率限制，有效傳輸距離不超過800m。但在2002年之后，大秦鐵路上開行的萬噸列車，兩萬噸列車的長度均超過1300m，超過電臺的有效傳輸距離。中國迫切需要開發一種新的同步控制系統以滿足國內重載運輸技術的升級要求。在2006年3月，中國大秦鐵路以鐵路GSM-R為傳輸平臺，結合無線機車同步操縱技術Locotrol技術，開發出一種新的網絡化無線同步操縱系統，解決了機車間通信距離限制問題[30]。這也是世界上首次實現Locotrol技術和GSM-R平臺的有機融合，近3km長的重載列車實現前后同步控制，誤差僅為0.6 s[31]。

5.第四代寬帶通信技術

第四代寬帶通信技術LTE-R系統對傳統的3G網絡架構進行優化，網絡結構扁平化，能夠實現高寬帶、高傳輸效率和低傳輸時延。LTE-R與GSM-R系統采用的技術方法截然不同，前者還加入了比如多輸入多輸出技術、自適應調制編碼技術以及正交頻分復用技術等，使得這種系統的峰值速率大大提升[32]。

2014年9月30日，全世界首列基于第四代寬帶通信技術LTE-R開行的重載列車從西神池南站抵達河北黃驊港站。這使得中國成為首家將LTE-R通信技術應用到鐵路生產運營的國家。這種LTE-R通信技術目前在中國朔黃鐵路上運用的比較廣泛，不僅實現了重載鐵路的可控列尾和同步控制，方便多機車同步操控，還實現了重載鐵路的調度通信和調度命令傳遞，這方便管理人員對現行重載列車的實時控制和調度，為重載鐵路的安全可靠運行提供了更強有力的保證。而近年來業內學者更是對LTE-R技術進行優化研究：通過在地面增加調度優化系統和在機車頭部增加輔助智能操控系統，來構建一套基于LTE-R網絡的連續車-地通信系統，對列車進行精確定位和優化控制[33]。

(三)運輸管理組織水平的進步

除去車輛及相關裝備以外，重載鐵路運輸的管理組織水平也至關重要，因為重載鐵路是大宗貨物的運輸通道，出發站到終點站這段過程中的工作效率和協同能力決定了整體效益。早在1990年5月22日至6月28日期間，中國曾在大秦鐵路上進行了一次萬噸重載單元、組合列車的大規模試驗[3]。這次試驗取得圓滿成功，研究人員也從中發現了一些問題和不足，那就是中國對于重載運輸的組織管理水平還需提高。例如在本次試驗中，由于受到列車制動緩解后充風速度的限值，使得重載列車無法適應自動閉塞的要求。

為了讓運輸管理水平跟上技術更新的步伐，鐵路部門和相關研究單位堅持對中國重載鐵路運輸組織體系的改進。重載鐵路集疏運一體化的建立與實施也是在這種時代發展的背景下完成的[34]。集疏運系統對于重載鐵路運行過程中的協同合作起到很重要的作用，形成了拉動效應，降低了運輸成本，提高了運輸效率。而隨著21世紀的技術更新和大數據的興起，現在也有相關學者將大數據技術應用到重載鐵路上來，為生產調度指揮提供優化措施，也為管理者提供了管理決策支持[35]。

(四)《重載鐵路設計規范》的出臺

一個國家的重載鐵路規范標準最能夠反映該國重載運輸的發展程度。而為了滿足重載鐵路設計和發展需要，統一重載鐵路設計技術標準，使重載鐵路設計符合安全可靠、先進成熟、經濟適用的要求，中國國家鐵路局根據中國貨物運輸需求和機車車輛技術裝備的發展研究制定發布了《重載鐵路設計規范》[36]。

這部規范是中國第一部重載鐵路行業標準，也是世界上首部系統完整、內容全面的重載鐵路設計規范，填補了重載運輸領域技術標準的空白，進一步豐富和完善了中國鐵路工程建設標準體系。《重載鐵路設計規范》考慮到現行規范如《鐵路主要技術政策》不能適應25 t及以上軸重的機車車輛運行的需要，結合國內外重載鐵路軸重的現狀，將設計軸重分為3個檔次：25 t、27 t和30 t。同時考察了中國現有朔黃鐵路、大準鐵路、大秦鐵路、準朔鐵路、北同蒲鐵路、山西中南部鐵路、張唐鐵路等重載鐵路列車牽引重量的現狀，規范中規定列車牽引重量必須在10 000 t及以上。

總而言之，《重載鐵路設計規范》中對重載鐵路的主要技術標準包含鐵路等級、設計軸重、正線數目、設計速度、最小平面曲線半徑、限制坡度、機車類型、牽引質量到發線有效長度和閉塞類型等進行了詳細規定。整部規范的編制基于中國具體國情，遵循了系統優化的建設理念，以及安全可靠、經濟適用的基本原則，具有很高的適用性和經濟性。

四、合作交流和重大成果

(一)重載鐵路的國際交流與合作

重載運輸在世界鐵路貨運的發展中占據了越來越重的比例，它不僅代表著一個國家鐵路貨運領域的先進生產力，更重要的是帶來了更高的勞動生產率和巨大的經濟效益。隨著世界范圍內的鐵路重載技術的發展，同時為了更好地協調和促進發展，1978年，北美鐵路協會(AAR)聯合當時發展重載鐵路的主要國家例如美國、加拿大、澳大利亞和南非等國，在澳大利亞珀斯(Perth)召開了歷史上第一次國際鐵路重載會議。隨著中國在20世紀70年代末80年代初開始著手發展鐵路重載技術后，在1982年，中國代表團首次參加了在美國斯普林斯召開的第二屆國際重載大會[37]。1984年，中國與美國、加拿大、澳大利亞和南非共5國在華盛頓商議籌建國際重載運輸協會(以下簡稱IHHA)，并在1985年成功創立該協會。這個協會的成立為世界的重載鐵路運輸行業的相互交流提供了良好的平臺，將重載鐵路運輸國家的豐富經驗流傳開來。

IHHA每四年舉行一次國際重載大會，現今已經舉辦了11屆。每兩年舉行一次專家技術會議，每一年舉行一次理事會年會。另外除了讓會員國能更好地交流之外，國際重載運輸協會的成立還有一個很重要的作用，那就是統一了國際重載鐵路的標準定義。在這40年來，IHHA關于重載鐵路的定義經過3個階段[38]，將之歸納于表1。

表1 重載鐵路定義的變化情況

自從20世紀80年代，中國決定下大力氣發展重載鐵路運輸事業以來，就積極參加國際重載鐵路技術交流，重視重載技術人才培養。在1988年，中國首次以主辦國的身份主持IHHA自成立以來的首次重載技術專題會議，會議主題是重載鐵路制動系統。1993年6月，中國鐵道學會在北京舉辦了第五屆國際重載運輸大會，共有包含北美鐵道學會、日本鐵道綜合技術研究所、德國慕尼黑技術工業大學、西南交通大學等24個國家和地區的科研部門和各公司、高校等，會議主題為重載運輸的高效率和安全。2009年6月，原鐵道部協同IHHA在上海主辦了第九屆國際重載運輸大會，作為東道主的中國著重向世界展示了大秦鐵路的運行情況和技術現狀，并邀請與會代表實地考察大秦鐵路重載運輸技術創新成果。2016年9月，中國在北京、大同和西安成功舉辦國際重載協會理事會年會，研討國際重載鐵路關鍵技術發展。同時，為了促進世界各國重載鐵路的長期持續發展，鼓勵重載鐵路領域年輕科技工作者的不斷科技創新，在本次理事會年會，各理事決定在2017年評選多名長期從事重載鐵路領域科研工作且做出貢獻的優秀青年工程師。2017年9月，中國共有5名研究人員在第十一屆國際重載運輸大會上獲得優秀青年工程師稱號。

(二)與重載鐵路相關的重大獲獎成果

在這40年里，中國重載鐵路最大列車牽引重量從1980年的3 500 t到現在的3萬t，重載鐵路線路從既有線擴能改造，到新建大秦鐵路、包神鐵路、神朔鐵路、朔黃鐵路，再到中國第一條30 t軸重設計標準的山西中南部鐵路，到現在中國正新建的最長運煤專線蒙華鐵路，中國鐵路研究人員始終秉承著“交通強國、鐵路先行”的理念，不斷提升和優化鐵路重載技術。現在，中國已經擁有了25 t、27 t軸重重載鐵路的成套成熟技術和標準體系，也發展出了中國特有的30 t軸重重載鐵路技術，并首次實現了世界上Locotrol控制技術與GSM-R平臺的有機交互，以及重載列車運營管理與LTE-R第四代寬帶通信技術的高度融合。

中國重載鐵路運輸事業的巨大發展和突出成就，都離不開重大項目的研究和項目取得創新成果的支撐。下面列舉并介紹獲得國家級獎項的重載鐵路相關項目的重大成果：

《鐵道機車車輛—軌道耦合動力學理論體系、關鍵技術及工程應用》項目獲得2005年度國家科學進步獎一等獎，該項目創建了機車車輛-軌道耦合動力學全新理論體系，建立了機車車輛-軌道統一模型，提出了機車車輛與線路最佳匹配設計原理及方法，開發了輪軌動態作用安全性的現場測試評估技術等。

《大秦鐵路重載運輸成套技術與應用》項目獲得2008年度國家科技進步獎一等獎。該項目開展了重載鐵路機車車輛新型裝備及改造、網絡化機車同步操縱無線通信、大運量運輸組織、重載鐵路工程改造、2萬t重載組合列車優化操縱和綜合測試等研究，掌握了1萬t和2萬t重載列車成套技術。

《六軸7 200 kW大功率交流傳動電力機車的研發與應用》項目獲得2010年度國家科學進步獎一等獎，形成8項專利，其中發明專利2項。該項目建立了六軸7 200 kW交流傳動系統和車載計算機控制及通訊網絡系統，研制了大容量的牽引變壓器、大功率交流異步牽引電機以及具有計算機控制網絡的空氣制動系統等。

《基于自主技術平臺的系列化大功率交流傳動電力機車研發及應用》項目獲得2014年度國家科技進步二等獎，形成專利88項，其中發明專利23項。該項目研發了適用于不同運行環境條件的系列化大功率交流傳動電力機車產品，解決了大功率交流傳動牽引系統車網匹配、動態響應等世界級共性技術難題。

《高速、重載列車牽引控制關鍵技術及應用》項目獲得2015年度國家技術發明二等獎，形成發明專利23項。該項目發明了車網諧波最優控制和電壓動態自適應技術、牽引電機恒轉差頻率高性能適量控制方法、蠕滑率快速辨識和最速梯度下降控制方法以及基于決策級信息融合的動力/速度協同控制方法等。

《智慧協同網絡及應用》項目獲得2017年度國家技術發明二等獎，申請發明專利82項。該項目發明了以“兩域”“三層”“三映射”為典型特征的智慧協同網絡系統及其核心設備，實現了大數據可靠傳輸，為列車運維提供重要技術保障。

五、重載鐵路的展望

隨著“一帶一路”倡議的提出，重載運輸行業在可預見的未來將進一步發展。本文結合重載鐵路發展脈絡和技術發展，分析重載鐵路未來的發展重點和方向。

(一)發展重點

1.大軸重重載鐵路技術進一步研究

大軸重重載鐵路技術進一步研究的主要工作任務有：(1)既有線上27 t軸重通用貨車普及開行和適用性標準體系的完善。對既有線開展疲勞試驗，強化軌道結構；解決小跨度鋼筋混凝土橋涵結構、雙線橋梁等結構的受力性能和長期適應性的問題；提高編組站基礎設備性能；研究27 t軸重貨車與其他軸重貨車混編的安全性問題。(2)30 t軸重重載鐵路技術和標準體系的深入研究和完善工作。加速完善中國30 t重載鐵路鋼軌和道岔成套技術、適應30 t軸重重載鐵路要求的重載貨車裝載方式及30 t軸重通用貨車技術等。(3)更大軸重重載鐵路相關技術的研發。研制系列35～40 t軸重通用貨車；強化既有重載專線的軌道結構，提高載重能力；研制更高功率的重載電力機車；研發適用35～40 t軸重的新型軌道部件。

2.多式聯運技術

多式聯運是由兩種及其以上的交通工具相互銜接、轉運而共同完成的運輸過程。國家《物流業發展中長期長期規劃(2014～2020年)》已經提出構建高效運行的多式聯運要求，中國學者對多式聯運的方式也進行過諸多研究[39]，還需要進一步研究和完善。筆者認為可以從以下方面進行研究：(1)研發適用于重載鐵路運輸的鐵路集裝箱技術；(2)建設與重載鐵路相連的內陸樞紐卸貨點，以加強重載鐵路與公路的相互聯合運輸；(3)研發新一代港口內運輸車等核心設備，提升重載鐵路直通港口卸貨效率；(4)建立各種條件下多式聯運協商模式和全程服務網絡，協調承運方和托運方的相關事宜；(5)建立含重載鐵路在內的多式聯運路徑優化系統，節省運輸成本。

3.重載快捷化技術

重載快捷化也即將重載列車運行速度進一步提升。中國現行重載列車運行速度大多在80 km/h到100 km/h之間，隨著產業和產品結構調整，重載列車提速能更好提高貨運效率。研發成套重載快捷化技術主要包含以下工作：(1)深化研究重載列車車輛結構輕量化技術，降低貨車自重；(2)研制低動力作用轉向架；(3)研制更高強度的車鉤；(4)研制高強度軌道結構部件；(5)研制高載荷橋梁；(6)研究大功率機車與無線列車控制配套技術。

(二)發展方向

當前，全球新一輪科技革命和產業革命正在興起，中國重載鐵路運輸要具有創新競爭力，就必須跟上世界科技的發展。重載鐵路運輸領域未來將朝著清潔化、智能化和互聯互通化的方向發展。

1.清潔化發展

重載鐵路運輸清潔化的重點就是加快封閉型貨車和駝背運輸車等核心裝備研發，然后依托多式聯運等運輸技術來大幅降低成本。未來中國鐵路集裝箱運輸裝備發展可以從以下幾方面入手[40]：(1)新型駝背-集裝箱重載鐵路運輸專用車。優化重載列車車體的結構形式，研發雙層井式車體結構，實現駝背-雙層集裝箱重載鐵路運輸專用車的使用；(2)研制新型公鐵聯合運輸兩用車，確保鐵路-公路聯運模式的快捷性。

2.智能化發展

《國務院“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》提出貨運智能化的長遠發展要求，智能貨車技術已成為新的發展趨勢和研究方向。中國應該以智能控制、智能檢測、智能養護、智能運輸、智能管理等為主要內容，來打造智慧重載鐵路[7，41]：(1)深化研究重載列車控制技術，研發新型車載通信系統——無線智能網列車重聯同步車載通信系統；(2)進一步加大大數據技術在重載鐵路中的應用；(3)建立云計算數據處理中心，利用智慧協同網絡系統進行重載鐵路智能檢測和維護；(4)進一步完善無人化監控和操縱系統，建立網絡化報警系統。

3.互聯互通化發展

隨著中國與亞歐大陸國家的陸路聯系越發緊密，中國鐵路陸續與周邊國家例如越南、朝鮮、蒙古、俄羅斯、哈薩克斯坦等，乃至西歐國家例如德國、法國等鐵路相連。直至2018年8月底，中歐班列累計開行量已突破10 000列。在2018年9月4日，又一條國際貨運線路(內蒙古呼和浩特到伊朗的巴姆)開通，中國鐵路運輸越來越與國際接軌，互聯互通化發展成為一個熱門方向。研究可以從以下方面入手：(1)深化研究列車變軌距技術；(2)優化現有互聯互通線路，試運行重載列車；(3)研發互聯互通線路專用運輸集裝箱型號，形成統一管理；(4)新建跨國運輸專線，建立統一化標準和列車監控系統。

六、結語

時至今日，中國不但是世界高速鐵路發展的大國，也是世界重載鐵路發展的大國。本文概述了世界重載鐵路大國的發展，介紹了20世紀80年代中國重載鐵路的起步和既有線擴能改造，重點展示了改革開放40年來，中國重點建設的、發揮了重要作用并取得巨大成就的幾條重載運輸大通道發展；本文點明了重載鐵路技術面臨的長期挑戰，并從機車、貨車、軌道、控制與通信等幾個方面，較為全面地闡述了中國重載技術在近幾十年來取得的進展和技術成就；同時介紹了中國與國際重載大國的合作交流情況以及在IHHA中起到的積極作用，并在文章中整理了中國在重載運輸技術方面取得的相關重大獲獎成果；最后，文章結合現今世界重載鐵路趨勢和中國鐵路技術現狀，分析了中國重載鐵路發展的重點和方向。

本文對大數據等網絡技術在重載鐵路領域應用的相關整理還不全面，同時由于篇幅所限以及文章側重不同，對世界重載鐵路運輸技術的發展以及其對中國重載鐵路運輸技術的影響的闡述比較少。但是不可否認的是，中國重載鐵路運輸技術的革新離不開世界重載鐵路運輸技術的發展，同時對世界重載鐵路運輸技術的創新也有著十分積極的促進作用。