UIC《高速鐵路設計》系列國際標準編制研究

左鵬飛

(中國鐵路經濟規劃研究院有限公司,北京 100038)

中國在近十年建成了世界發達的高速鐵路網，高速鐵路核心技術涵蓋工程建造、技術裝備、運營管理等領域，具有安全可靠、技術先進、經濟適用的顯著優勢。近年來，依托中國高速鐵路的顯著成就，鐵路“走出去”從勞務輸出、工程承包和裝備出口轉型到了產品技術資本全方位輸出、全產業鏈參與國際競爭的新階段[1-2]。質量提升、標準先行，在新形勢的要求下，提升中國鐵路標準的國際認可度，進行鐵路技術標準國際化實踐是“走出去”戰略的重要保障措施[3-4]。

2018年，中國鐵路經濟規劃研究院有限公司承擔了國際鐵路聯盟(UIC)的《高速鐵路設計》系列國際鐵路標準(International Railway Solutions，以下簡稱“IRS”)的編制工作。文中就UIC《高速鐵路設計》系列標準的編制背景、編制程序以及主要內容結構進行介紹，闡述系列標準的編制特點，分析對比二者異同點，并從中國鐵路標準國際化的角度闡述UIC標準編制中我國高速鐵路設計先進經驗的體現。

1 編制背景與程序

1.1 編制背景

UIC的標準制定強調技術協調性，涵蓋了鐵路系統設計、施工、運營維護、服務的全過程。UIC每項新標準需由UIC客運部、貨運部、系統部或基礎價值部提出制定計劃并承擔編制工作，在UIC標準化平臺的統一協調下完成標準發布[5-7]。

UIC高速與城際委員會隸屬UIC客運部，其主要目標是在全世界范圍內推廣高速鐵路經驗、實現高速鐵路標準化并為世界高速鐵路發展作出貢獻。目前，UIC沒有針對高速鐵路標準化對象設立分冊，沒有建立成獨立的高速鐵路標準體系。同時，作為國際鐵路標準制定機構，UIC標準多針對歐洲鐵路系統，其他高速鐵路發達國家如中國、日本的實踐經驗未被納入其中。基于此，高速與城際委員會提出了構建高速鐵路領域國際標準體系。其中，由中國承擔主要編制任務、已完成發布的高速鐵路實施系列IRS是指導高速鐵路規劃、建設及運維各子階段的綱領性技術標準[8-12]。而由中國編制組主持、正在編制過程中的高速鐵路設計系列IRS則是對《高速鐵路實施-設計階段》的細化和深化[13]，是對UIC高速鐵路領域標準體系的進一步完善。

1.2 編制程序

根據UIC標準化指南，高速鐵路設計系列標準的編制流程分為提案階段、制定階段、征求意見階段及批準發布階段共12個步驟，如表1所示。

表1 IRS制定流程

2 標準內容與特點

2.1 標準組成

高速鐵路設計系列國際標準由以下4項標準組成：

IRS60680《高速鐵路設計—基礎設施》

IRS60681《高速鐵路設計—通信信號》

IRS60682《高速鐵路設計—供電》

IRS60683《高速鐵路設計—接口設計》

設計標準針對列車運行速度不低于250 km/h、只運行客車的高速鐵路，按基礎設施、通信信號、供電和接口對高速鐵路關鍵節點的主要設計標準及各國實踐經驗進行了闡述。

2.2 主要內容

2.2.1 基礎設施標準

基礎設施標準包含總體設計、線路、路基、橋梁、隧道、軌道、車站、動車組運用檢修設施、維修設施、綜合防護、環境保護、GIS和BIM等專業的設計內容，標準針對每個專業提出了高速鐵路基礎設施的主要設計概念、原則和基本設計要求。

基礎設施的各專業涵括了高速鐵路發達國家的優秀設計經驗，并重點納入了中國高速鐵路的先進技術和科學理念。同時引入了鐵路地理信息系統(GIS)和建筑信息模型(BIM)一章，介紹了GIS和BIM的基本概念、主要工作內容以及在鐵路中的具體應用，率先將高速鐵路信息化手段引入標準，有助于實現世界范圍內智能鐵路的建設。

2.2.2 通信信號標準

通信信號標準包含信號、通信及配套設備設施設計。標準針對每個專業提出了高速鐵路通信和信號的基本要求、系統組成和設計原則，并列舉了中國、歐洲和日本在通信及信號系統中的關鍵參數。

信號部分規定了高速鐵路信號系統主要由聯鎖系統、列車運行控制系統、列車調度指揮系統、信號集中監測系統等構成，明確了高速鐵路信號系統設計主要影響因素與設計主要原則。通信部分規定了高速鐵路通信可設置傳輸網、數據通信網、接入網、無線通信、調度通信、視頻監控等通信子系統，介紹了通信網絡及其承載業務關系。配套設施則規定了光電纜、電源、設備房屋、防雷接地等設施的設計原則和選用要求。

2.2.3 供電標準

供電標準包含基本規定、牽引供變電工程、接觸網工程、電力工程和遠動系統(SCADA)等設計內容。標準給出了電力牽引供電系統、電力系統、遠動系統的功能定義，提出了基本性能要求以及各國的實踐經驗。

牽引供變電工程規定了牽引供電及牽引變電所的基本功能和設計原則。接觸網工程規定了接觸網的環境特性、支柱與基礎、支持與定位、接觸懸掛的主要技術指標及安裝設計、接觸網縱向結構及設備、電氣絕緣、防雷接地等內容。電力工程規定了供電的要求及方式、變配電所、電力線路和防雷接地的設計原則。

2.2.4 接口設計標準

接口設計包含基礎設施、通信信號、供電、機車車輛等子系統之間的接口、基礎設施內部接口以及鐵路系統與非鐵路系統的接口設計。UIC以前還沒有關于接口設計的系統性標準，因此，本標準的編制在該方面填補了一項空白。

接口設計標準融合各國實踐經驗，提出了軌道與線下結構工程、軌道與信號系統、線下結構工程與四電工程、車站、通信信號與供電工程、機車車輛、綜合接地、線路與其他工程等高速鐵路接口的主要設計要求和設計參數?？紤]到不同國家的技術發展情況，標準涉及的主要設計參數可根據具體情況適當調整。

2.3 標準特點

IRS60680作為UIC高速委員會系列標準之一，其內容的深度和廣度與我國高速鐵路設計標準有所不同，標準的具體特點如下。

2.3.1 系統性

UIC的高速鐵路標準側重綜合系統性，《高速鐵路設計》系列IRS秉承基礎設計、系統設計、技術設計的理念，涵蓋高速鐵路所有專業，給出了高速鐵路各設計環節的設計原則、主要影響因素、主要設計內容的系統性描述。

2.3.2 基礎性

UIC城際與高速委員會高速鐵路系列國際標準的制定，旨在對高速鐵路實施過程中的主要環節進行把控。《高速鐵路設計》系列IRS提出的是主要技術指標的設計概念和設計原理，設計細節和參數要求。

2.3.3 包容性

《高速鐵路設計》系列IRS集合了世界主要國家在高速鐵路設計方面的最佳實踐(best practice)和各國高速鐵路采用的技術指標，主要涵蓋了中國、日本、歐盟等國家地區在基礎設施、通信信號、供電等方面的設計規定。

2.3.4 指導性

《高速鐵路設計》系列IRS在制定過程中，著重總結高速鐵路在世界各國不同地質、氣候、環境條件下的設計指標及其推薦值。設計標準旨在為高速鐵路的基礎設施管理者和運營商提供參考，并為缺乏高速鐵路建設經驗的國家提供指導。

2.3.5 協調性

作為UIC標準體系的組成部分，《高速鐵路設計》系列IRS與UIC及其他現行國際標準合理銜接，一方面避免和其他UIC標準在技術內容上的重疊，另一方面注重與現行UIC標準在技術指標上的協調，構建層次清晰、結構合理的高速鐵路國際標準體系。

3 中外高速鐵路主要設計標準對比

開展國際標準編制工作，需要全面總結世界高速鐵路先進經驗。因此，《高速鐵路設計》系列IRS在編制過程中深入開展我國高速鐵路主要設計標準[20]與UIC標準、國外標準的對比研究，分析不同標準之間存在的差異。

3.1 列車荷載

列車荷載是鐵路結構設計的重要參數，主要與機車車輛參數、速度指標、不同結構體系的加載方式等因素有關。歐洲干線鐵路上的普通鐵路運輸荷載圖示采用的是UIC標準中的荷載模型71，日本新干線普通荷載模式則采用H荷載。

我國在對UIC和日本荷載圖式進行對比分析的基礎上，根據我國高速鐵路應能適應高速動車組、普通客車和普通輕快貨車開行要求，通過分析論證采用0.8倍的UIC 71荷載作為高速鐵路普通荷載模式。各國高速鐵路典型列車荷載如表2所示。

表2 各國典型列車荷載

3.2 平縱斷面線形設計指標

線路平、縱斷面設計是保證線路空間曲線的平順性、列車運行安全性和旅客乘坐舒適度的基本條件。我國與歐洲、日本標準在線路專業主要技術標準的設計原則和計算方法上一致，設計指標略有差異。

我國高速鐵路及城際鐵路的平面曲線半徑、圓曲線和夾直線長度等技術標準，體現了高安全性、高穩定性、高平順性要求。以圓曲線和夾直線長度為例，歐盟高速鐵路的一般限值為0.67V(V為設計速度)，困難限值為0.4V；中國高速鐵路的一般限值為0.8V，困難限值為0.6V；日本新干線在實踐中采用的最小長度為100 m。

3.3 路基填料壓實標準

路基壓實質量是保證線路平順性、列車運行安全性及旅客舒適性的重要條件。鐵路路基填料的壓實標準一般包括壓實系數K和Dpr、靜態變形模量Ev1和Ev2、動態變形模量Evd、地基系數K30。

歐洲的基床填料壓實指標采用Dpr、Ev2和Evd或Ev2/Ev1，日本多采用K和K30，中國高速鐵路在考慮路基壓實系數K的基礎上，綜合納入了強度及變形指標K30和Evd，更加全面地體現了路基壓實質量。

3.4 無砟軌道

世界各國無砟軌道均有受知識產權保護的產品，如德國無砟軌道主要結構有Rheda-2000型雙塊式無砟軌道、旭普林型和博格板式無砟軌道；日本標準定型無砟軌道為普通A型和框架型板式結構，在東北、上越新干線等寒冷地區采用雙向預應力A型板，在減振降噪區段則將減振G型板式軌道作為標準形式等。

中國無砟軌道主要結構形式有CRTSⅠ型板式無砟軌道、CRTSⅡ型板式無砟軌道、CRTS雙塊式無砟軌道、CRTSⅢ型無砟軌道、道岔區軌枕埋入式無砟軌道、彈性支承塊式無砟軌道等。以CRTSⅢ型無砟軌道為例，其新型帶擋肩單元板式無砟軌道結構由我國自主研發、具有完全自主知識產權，結構簡單、性能穩定，在中國有成區段、大范圍的應用。

3.5 列車運行控制系統

列車運行控制系統包括地面設備和車載設備，通過列車測速與定位技術，控制列車的運行方向、間隔和速度，保障列車運行安全，提高線路通過能力。歐盟列車運行控制系統采用ETCS-2或ETCS-1；中國高速鐵路采用CTCS-3或CTCS-2；日本采用數字ATC。

ETCS與CTCS地面設備通過軌道占用檢查裝置完成列車占用檢查，由應答器傳輸定位信息，為列車生成行車許可，并將行車許可等信息傳送至車載設備，車載設備根據地面設備提供的信息，按照目標-距離速度控制模式，生成允許速度曲線，監控列車運行。數字ATC系統地面設備則通過變化的ATC信號電平檢測列車占用情況，車載設備通過安裝在車軸上的轉速表，以脈沖計數方式連續監測自身位置，從車載數據庫中檢索適當的速度檢查曲線。

3.6 鐵路無線通信系統

鐵路無線通信主要用于實現地面和移動的列車之間、地面和地面之間的通信，可為鐵路應急通信提供保障。歐盟和中國目前采用GSM-R，日本目前采用基于漏纜的列車無線通信系統。

基于漏纜的列車無線通信系統由中心單元、地面通信控制器、基站、中繼設備以及漏纜組成。GSM-R系統則主要由網絡子系統、移動智能網子系統、通用分組無線業務子系統、基站子系統、運營與支撐子系統、移動臺等構成，中國鐵路GSM-R系統基于UIC和3GPP的標準并根據中國鐵路應用實際情況開發了相關輔助的系統。

3.7 電力牽引供電系統

針對高速鐵路牽引供電方式，德國采用帶回流線的直接供電方式；法國和日本采用AT供電方式；中國時速300 km及以上的高鐵采用AT供電方式，時速250 km高鐵一般采用AT供電方式，也可采用帶回流線的直接供電方式。

針對接觸網懸掛類型，德國采用彈性鏈型懸掛；法國和日本采用簡單鏈型懸掛；中國一般采用彈性鏈型懸掛，時速250 km高速鐵路也有采用簡單鏈型懸掛。

UIC《高速鐵路設計》系列IRS在內容上側重基礎性、覆蓋性，便于理解、靈活度高。因此，基于對國內外高速鐵路主要設計標準的對比研究，UIC《高速鐵路設計》系列IRS的編制在注重描述主要設計指標的基本概念、設計原則、影響因素的同時，需涵蓋不同國家的實踐經驗，并對不同國家在設計理念和具體設計參數上的差異性進行協調。

4 標準國際化實踐與思考

4.1 標準國際化實踐

主動承擔UIC標準制定工作，推動中國鐵路標準上升為國際標準，是中國標準國際化的重要途徑，為我國鐵路工程建造、技術裝備、運營管理全產業鏈的“走出去”奠定了基礎[14-19]?！陡咚勹F路設計》系列IRS標準在編制過程中將我國TB10621—2014《高速鐵路設計規范》作為主要引用標準，并通過直接使用、舉例說明等方式大量納入了中國高速鐵路設計的科學設計理念和先進設計標準。

在基礎設施標準中，國際標準沒有總體設計的概念，依據我國經驗，引入總體設計章節作為第一章，并直接引用了我國高速鐵路設計的主要技術標準。其次，在線路平縱斷面標準、路基填料及壓實標準、圍巖分級標準等多個關鍵指標中，以列舉的方式納入了中國高速鐵路采用的標準。最后，以我國自主知識產權的高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道為模板，介紹了中國板式無砟軌道的構成及配套扣件。

在通信信號標準中，信號章節以舉例方式納入了中國CTCS列控系統，與歐洲ETCS、日本數字ATC并列，介紹了其系統構架、組成及相關設備主要功能；納入我國高速鐵路采用的外鎖閉裝置以及我國自主知識產權的ZPW-2000系列軌道電路；同時，從系統需求、功能等方面概括性介紹了我國大量使用的集中監測系統。通信章節通過舉例方式納入了中國采用的GSM-R無線通信系統，介紹了與歐洲制式的異同點，同時重點介紹我國采用的專用鐵路通信網技術內容。

在供電標準中，納入中國牽引供電方式、接觸網懸掛類型及全電力通線敷設的集中供電方式，并介紹了中國高速鐵路電力設計特有的設備設施，如負荷端箱式變電所及“品”字形敷設電纜線路等，將我國建設優秀實踐納入標準。

4.2 標準國際化思考

我國鐵路標準國際化實踐是一個長期積累、循序漸進的過程。在鐵路“走出去”過程中，中國鐵路標準通過境外鐵路項目工程建設實現了有效輸出，但標準的國際認可度仍需進一步提升。通過長期實踐探索，我國提出依托國際鐵路標準制定機構和平臺、主動參與編制國際標準的標準國際化路徑，在國際標準中融入中國高速鐵路標準，助推中國鐵路標準國際化。UIC高速鐵路全系列國際標準開創了中國主導制定UIC高速鐵路核心技術標準的先河，基于系列標準的工作成果，提出標準國際化工作的思考與展望。

(1)提升中國在UIC的作用和地位，推動中國鐵路標準國際化。UIC高速鐵路實施和設計系列標準全部由中國主持編制，廣泛吸納了世界各國高鐵成熟經驗和先進技術，獲得了UIC成員的一致認可和好評，提升了中國在UIC標準制定中的作用和地位，對中國進一步主導編制UIC國際鐵路標準具有重要意義。系列標準的成功編制表明，依據UIC平臺，全方位納入中國高速鐵路核心技術和標準，推動中國鐵路標準國際化，推廣中國高速鐵路工程建造[20]、技術裝備、運營管理方面的先進技術，并在此基礎上，加速推進中國高速鐵路技術體系和標準體系“走出去”，這條道路是可行的。

(2)助推UIC在國際標準化領域的影響力，系統指導世界高速鐵路建設運營。高速鐵路系列標準的編制在國際標準化組織中尚屬首次，中國主導的標準編制貫徹落實了UIC標準化戰略，進一步強化了UIC在國際鐵路組織中的權威地位，對提升UIC在國際標準化領域的影響力具有重要意義，這對我國持續主導UIC高速鐵路相關標準編制具有積極意義。目前，《高速鐵路實施》系列標準成果已直接應用于雅萬高鐵、莫喀高鐵、中老鐵路、亞吉鐵路等項目中，為海外鐵路項目建設提供了技術支撐。系列國際標準在國際鐵路項目中的應用表明，中國高鐵為世界各國提供了可持續發展的公共交通解決方案，對促進世界高速鐵路發展具有深遠影響。

(3)建立鐵路標準國際化隊伍，開辟長期穩定的國際標準溝通渠道。國際標準的編制，需要培養一批在能力素質和專業領域上，既熟悉和掌握國際標準規則，又具備高水平鐵路專業技術能力，善于溝通協調、專業權威、外語熟練的復合型人才。為保障鐵路標準國際化工作的長效機制，應圍繞標準化知識的教育、培訓和宣傳，完善和規范標準化人才培養模式，通過人才培養逐漸形成輻射效應，建立一支鐵路標準國際化隊伍。同時，積極在國際標準組織擔任領導職務、派駐人員承擔秘書處工作、擔任專家，建立長期穩定的溝通協作渠道。

(4)吸納國外先進經驗，完善我國鐵路標準。UIC高速鐵路系列標準編制過程中，一方面把我國高速鐵路先進建設實踐經驗推到國際，另一方面更主要的是在與德國、法國、西班牙、日本等國專家交流溝通過程中，積極吸納國外優秀經驗和科學理念，實時掌握國外先進技術發展和建設管理模式的進步，以標準國際化工作為契機，進一步促進我國鐵路標準的進步和完善。

5 結語

《高速鐵路設計》系列標準的編制是我國高速鐵路標準國際化的一次重要探索，標準圍繞基礎設施、通信信號、供電及接口設計等4個子系統，系統性總結高速鐵路的主要設計標準，編制過程中吸納世界各國高速鐵路設計的優秀經驗，并成功納入中國高速鐵路設計核心技術標準，實現了世界高速鐵路先進經驗“引進來”和中國高速鐵路核心技術“走出去”。

我國鐵路行業應以本次探索為契機，提升中國在UIC的作用和地位，創建中國高速鐵路技術持續納入國際標準的路徑，同時創新標準國際化人才培養模式，全面提升中國鐵路標準國際化能力，以中國標準國際化帶動我國建設、技術、裝備、產品、服務“走出去”。