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數字孿生模型實現鐵路圖紙的立體化，“昆侖號”等新裝備推動橋梁快速鋪架，智能施工推進智慧交通建設……我國首條跨海高鐵福廈高鐵近期正式開通運行，一批新裝備、新材料、新工藝在實踐中得到運用、成熟、優化。

歷經6年多建設，我國首條設計時速350公裡的跨海高鐵——福州至廈門至漳州高鐵（以下簡稱“福廈高鐵”）正式開通運行。開通滿兩個月（9月28日至11月28日），福廈高鐵憑借便捷的出行和秀美的風景贏得了萬千旅客的青睞，共開行旅客列車6000余趟，發送旅客超1000萬人次，旅客列車日均客座率達七成以上。

據介紹，福廈高鐵正線擁有84座橋梁、29座隧道，橋隧比高達85.1%，集結了多座世界級跨海橋梁。

高難度、新場景、新挑戰，福廈高鐵成為新裝備、新材料、新工藝的應用平台，一批新技術在實踐中得到運用、成熟、優化。近日，記者來到一線，探尋福廈高鐵穿山跨海背后的科技密碼。

立體圖紙，智繪“山海”藍圖

在福建，峰巒疊嶂、水網交錯、山水阻隔，福廈高鐵應如何選線？

“為應對挑戰，福廈高鐵全線路全專業採用建筑信息模型技術設計。”東南沿海鐵路福建有限責任公司副總經理林依飛介紹。

何為建筑信息模型技術？中鐵第四勘察設計院集團有限公司（以下簡稱“鐵四院”）福廈高鐵建筑信息模型設計負責人孫澤昌介紹，傳統的線路設計主要依靠人工勘察獲取原始資料，再依托設計師經驗進行選線。而福廈高鐵利用了我國自主研發的三維鐵路選線系統，將空天地一體化技術測繪成果錄入系統，再結合收集的環境敏感區等信息，由系統根據預設的規則推薦經濟安全的線路，大幅減少了人工現場勘察的工作量。

借助建筑信息模型直觀形象的特點，設計團隊構建了超過3500平方公裡的數字地面模型、13類共計489個標准構建模型，實現了全線303公裡橋梁、路基、隧道、站場、接觸網與軌道、立交道路的模型構建，提供了77處立交道路與7處站場概念模型的構建。

“簡單來說，就是設計團隊利用電腦技術在虛擬世界裡建造了一條福廈高鐵的‘孿生兄弟’。”孫澤昌說，這一數字孿生模型不光外形長得像，連裡面的“血管”和“神經”都能夠分層展現，甚至可以將每一顆螺絲都精確呈現。

數字孿生模型實現了鐵路圖紙的立體化，讓設計變得更加科學、精准。以跨海大橋的設計為例，通過數字孿生模型，跨海大橋哪些位置經受的風阻大、哪個位置易受地震影響，在系統裡一目了然。設計人員可根據系統提示，有針對性地對跨海大橋的關鍵部位進行加固強化，提升大橋的抗震防風性能。

“福廈高鐵構建的數字孿生鐵路，讓建筑信息模型從設計向建造、運維階段傳遞，為后續智慧運維奠定了基礎。”林依飛說。

大國重器，鋪架海上長龍

2017年，福廈高鐵的設計圖紙最終確定。線路需先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣，架設3座跨海大橋。特別是湄洲灣跨海大橋，採用了40米箱梁設計，一共327榀。為什麼不採用傳統的32米箱梁設計？

“同樣的裡程，每榀箱梁越長，連接點越少，所需橋墩數量越少，橋墩總體佔用水域面積越小。以湄洲灣跨海大橋為例，海域施工長度為10.08公裡，採用40米箱梁可減少橋墩65個，水域佔用面積減少20%，通航能力大幅提高。”林依飛說，不僅如此，採用40米箱梁還減少了大橋箱梁段的接縫數量，可保証高鐵以350公裡時速過橋不減速。

然而，全新的設計也帶來了新的施工挑戰。40米箱梁長40米，重1000噸。這個重量，普通的運輸車載不下，火車頭拖不動，起重機吊不起。茫茫大海，如何將327榀箱梁運到海上、架設到橋墩上？

啟用新裝備！這是從建設方到設計團隊再到施工單位的一致想法。2016年冬天，中鐵十一局集團漢江重工有限公司與中鐵第五勘察設計院集團有限公司（以下簡稱“鐵五院”）成立聯合研發小組，啟動了千噸級架橋機的研制工作，設備取名“昆侖號”。

為讓“昆侖號”能經受各種考驗，研發團隊為它加裝了滿身“黑科技”：它全身“鋼筋鐵骨”，採用高強度鋼板作為主梁結構﹔它擁有“千裡眼”，與北斗“握手”，在荒無人煙的地區也能精准定位﹔它配備“雷達探測”激光矩陣傳感器系統，可在全黑隧道內精准施工，行走時自動糾偏，遇到隧道內巨大溶洞時還能就地架橋。

為提升整機結構強度，漢江重工武漢研發中心與寶武集團鄂城鋼鐵有限公司聯合研發新材料﹔為保証“昆侖號”靈活行走，委托福建漳州龍溪軸承廠完成關節軸承制造，軸承既能承受上百噸的拉力，又能在千噸壓力下自如轉動……“這就是重大工程的吸引力，讓我們有可能凝聚各行各業的優秀伙伴，共同研發攻關。”鐵五院副總工程師梁志新說。

2020年6月初，“昆侖號”運抵湄洲灣跨海大橋建設現場。僅用216天，“昆侖號”就完成了橋梁的鋪架任務。得益於在福廈高鐵的成功運用，“昆侖號”順利打開市場。截至目前，“昆侖號”系列產品已在杭衢、滬蘇湖、南玉等10余條高速鐵路工程建設中應用。

智能施工，發揮標杆作用

福廈高鐵是我國高鐵中橋梁結構最多樣復雜的高鐵線路。“這對工程建設提出了極高要求。”林依飛說，建設方充分發揮重大項目的標杆作用，為后續跨海高鐵建設探索經驗。

以國內首座跨海高速鐵路橋——泉州灣跨海大橋為例，其需要適應高鹽高濕的海洋大氣環境。現場實測數據顯示，每24小時每平方米鋼板表面就能沉澱0.566毫克鹽粒子，是標准的強腐蝕海洋大氣環境。

為此，鐵四院聯合鞍鋼集團鋼鐵研究院等單位，基於鋼材化學成分設計比選、力學及工藝驗証試驗、海洋環境現場挂片曝晒試驗等長期技術攻關，成功研制了鎳系耐海洋大氣腐蝕鋼及配套高強螺栓等。

“通過‘以鏽制鏽’，實現全壽命期的長效防腐。”鐵四院泉州灣跨海大橋設計負責人曾甲華說，這次升級推動了耐候鋼橋技術的發展。

除了新材料、新工藝，福廈高鐵還為許多智能施工裝備提供了試驗舞台。

先看新建廈門北站。建設過程中，這裡摒棄了傳統人工牆面抹平，改用自動收面機器人，施工速度提升2倍﹔引進鋼結構自動焊接機器人替代人工焊接，焊接時長大大縮短，焊接質量提升2倍……

“這是智能施工設備在高鐵站房領域的首次大規模應用。”中鐵建設廈門北站項目總工程師潘峰潭說，通過智能化施工，在新建廈門北站規模比既有老站增加34%的同時，工期縮短了18%，關鍵施工節點均提前半個月以上完成。

再看福廈高鐵接觸網。中國鐵建電氣化局在湄洲灣特大橋首次啟用由自動立杆設備、自動腕臂機器人、恆張力放線車、檢測機器人等組成的全新“四電”智能裝備，僅需七八個操作人員，就可以完成以往幾十、上百人的工作量。

“福廈高鐵是繼京張高鐵、京雄城際后，我國建成投用的又一智能高鐵，標志著中國高鐵在智能化領域的探索又向前邁進了一步，為智慧型交通建設注入了新動能。”國鐵集團科技和信息化部運輸技術處處長譚立剛說。

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