王洪雨

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 項目背景

為了推動高速鐵路發(fā)展和鐵路網(wǎng)整體布局,國家制定了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》,在建設(shè)過程中根據(jù)我國國民經(jīng)濟發(fā)展需求,不斷優(yōu)化修訂,形成了2004年、2008年調(diào)整、2016年三個規(guī)劃版本,其中在2008年調(diào)整版的“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)基礎(chǔ)上進一步深化為2016年版的“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)[1],在歷次版本中均有(北)京蘭(州)通道的總體規(guī)劃,北京至張家口高速鐵路(以下簡稱“京張高鐵”)是京蘭通道的重要組成部分。

2 項目概況

2.1 研究過程

2008年12月,京張高鐵項目預(yù)可研工作正式啟動；2009年3月至7月,分別完成初測及可研工作、定測及初步設(shè)計工作；2010年7月,項目建議書批復(fù)；2015年9月,項目可行性研究報告批復(fù)；2015年11月,初步設(shè)計批復(fù)；2016年3月,完成全線招投標(biāo)工作,全線工程開工建設(shè)；計劃2019年底建成通車。

2.2 工程概況

京張高鐵位于北京市西北、河北省北部,本線起自北京北站,經(jīng)北京市海淀、昌平、延慶三個區(qū),跨官廳水庫,河北省懷來縣、下花園區(qū)、宣化區(qū),西迄張家口站。正線全長174 km,其中北京市境內(nèi)70 km,河北省境內(nèi)104 km。橋梁總長66 km,隧道總長49 km,橋隧比為66%。全線共設(shè)北京北、清河、八達嶺長城(地下站)、張家口等10座車站,其中北京北、清河、張家口為始發(fā)終到站。崇禮鐵路自京張高鐵下花園北站接軌,途徑下花園區(qū)、宣化區(qū)、赤城縣、崇禮縣,大致呈南北走向,向北越嶺至太子城村設(shè)太子城站,預(yù)留進一步向錫林浩特方向延伸的條件,線路全長53 km,橋梁長度16 km,隧道長度23 km,橋隧比74%。京張高鐵及崇禮鐵路線路平面示意見圖1。

圖1 京張高鐵及崇禮鐵路線路平面示意

2.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(表1)

表1 京張高鐵及崇禮鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.4 項目社會效益分析

京張高鐵是國家“八橫八縱”高速鐵路之京蘭通道的重要組成部分,與崇禮鐵路共同構(gòu)成京津冀城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分,兼顧北京市郊客運功能,同時也是國家舉辦2022年冬奧會的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施。項目建成后,對于促進京津冀地區(qū)協(xié)同發(fā)展,為2022年冬奧會賽事舉辦提供交通保障,帶動沿線地區(qū)人員交流與旅游資源開發(fā)等具有重要意義；同時作為京蘭通道重要組成和京昆通道有機組成,對于構(gòu)建西北寧夏及蒙西、晉北地區(qū)快速進京通道,實現(xiàn)北京與張家口城際交通聯(lián)系,滿足延慶與北京市區(qū)市郊通勤等具有重要作用。

3 創(chuàng)新設(shè)計

3.1 總體創(chuàng)新思路

一項工程的整體水平首先要看設(shè)計,設(shè)計是所有工作的靈魂和源頭,所以設(shè)計工程師在這方面下了很大的工夫,要創(chuàng)新首先應(yīng)該在理念上做足功課、下大力氣。鐵路運輸?shù)谋举|(zhì)和目標(biāo)是什么？就是更好地為人民服務(wù),所以鐵路的設(shè)計、建設(shè)要始終堅持“不忘人民鐵路為人民的初心,牢記打造高標(biāo)準(zhǔn)鐵路產(chǎn)品的使命”,特別是在新時代要充分體現(xiàn)高鐵客站建設(shè)的“暢通融合、綠色溫馨、經(jīng)濟藝術(shù)、智能便捷”十六字的新理念；另外，無論是路基、橋梁、隧道等線下工程還是通信信號等四電工程都有創(chuàng)新的設(shè)計,如在京張高鐵設(shè)計中實現(xiàn)了首座滿足開行時速350 km的高速鐵路鋼桁梁橋—官廳水庫特大橋；為了最大限度方便游客游覽八達嶺長城,在軌面埋深達102 m的地下設(shè)置了建筑面積約4萬m2的大跨度復(fù)雜洞室結(jié)構(gòu)的八達嶺長城地下高鐵車站；跨越京藏高速公路的土木特大橋采用墩頂轉(zhuǎn)體設(shè)計技術(shù)獲得了國家發(fā)明專利；城區(qū)內(nèi)清華園盾構(gòu)隧道的全預(yù)制拼裝設(shè)計大大提高了施工效率,節(jié)省了工程投資,減少對周邊環(huán)境的影響,洞內(nèi)施工環(huán)境也極大改善；路基邊坡采用一體化的生態(tài)護坡系統(tǒng)[2],主要由錨桿、土工格室、立體防護網(wǎng)、雨水收集及智能灌溉組成；綜合視頻一體化的系統(tǒng)設(shè)計；世界上首次實現(xiàn)的時速350 km自動駕駛技術(shù)(C3+ATO)[3]；全壽命周期的BIM設(shè)計[4-5]；太子城車站是世界上首個直達奧運賽場的高鐵車站,旅客到達即置身于賽區(qū)之中。

3.2 因地制宜,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇多樣化

以往的鐵路設(shè)計原則上一條線一個標(biāo)準(zhǔn),在京張高鐵設(shè)計中打破常規(guī),結(jié)合項目沿線周邊環(huán)境、地形地貌特點、各方要求,因地制宜的合理選擇不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),京張高鐵全線涵蓋了我國目前鐵路客運時速120～350 km的全系列標(biāo)準(zhǔn)。其中設(shè)計時速200 km及以下標(biāo)準(zhǔn)線路占比18%,設(shè)計時速250 km標(biāo)準(zhǔn)線路占比46%,最高設(shè)計時速350 km標(biāo)準(zhǔn)線路占比36%[6-7]。如果說老京張鐵路是“近代鐵路發(fā)展的里程碑”,那么新京張高鐵堪稱“當(dāng)代鐵路建設(shè)的教科書”。京張高鐵線路分段采用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況見圖2。

圖2 京張高鐵線路分段采用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況示意

3.3 全面實現(xiàn)精品工程

精品工程就是通過精心組織、精心設(shè)計、精心施工,打造出來的卓越不凡、品質(zhì)一流工程,其具有設(shè)計新穎,巧奪天工；安全可靠,適應(yīng)性強；技術(shù)先進,質(zhì)量無缺陷,經(jīng)得起時間和歷史的檢驗；用戶滿意,社會認(rèn)可等特性和特點。通俗講就是要實現(xiàn)實體工程的“內(nèi)實外美”,既要保證工程質(zhì)量,又要在外觀上給人耳目一新的感受。京張高鐵著力打造了以90項工點為代表的精品工程品牌。

3.4 世界首條智能高鐵

智能高鐵[8]較為正式的定義是將云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、BIM等先進的現(xiàn)代化技術(shù),運用到高鐵的建設(shè)和運營中,推動鐵路從數(shù)字化向智能化方向發(fā)展[9],實現(xiàn)鐵路設(shè)備設(shè)施更加安全可靠,運營管理更加經(jīng)濟高效,客貨服務(wù)更加溫馨便捷,展現(xiàn)中國鐵路良好的社會形象。通俗的解釋就是實現(xiàn)旅客體驗的溫馨便捷。京張高鐵的智能設(shè)計可分為智能建造[10-11]、智能列車、智能運營[12]三個部分,比如工程建設(shè)過程中采用的清華園盾構(gòu)隧道全預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)、八達嶺地下車站的精準(zhǔn)微損傷控制爆破技術(shù)、路基排水溝的滑模施工技術(shù)、橋梁的墩頂轉(zhuǎn)體技術(shù)等；以及智能大腦,工務(wù)、電務(wù)、供電系統(tǒng)智能管理與運維,刷臉進站,站內(nèi)機器人智能導(dǎo)航,wi-fi的全覆蓋,全方位的資訊服務(wù)等,在高鐵列車上就能看奧運直播,讓旅客有一種全新的體驗。

3.5 全面貫徹綠色、環(huán)保、文保發(fā)展理念

京張高鐵設(shè)計全過程遵循綠色的辦奧理念。全線開展了綠色景觀設(shè)計,結(jié)合京張沿線自然環(huán)境,創(chuàng)新性地提出了將全線劃分為五大景觀分區(qū)：城郊風(fēng)光、關(guān)塞風(fēng)光、大澤風(fēng)光、燕北風(fēng)光、雪國風(fēng)光(圖3),每個景觀分區(qū)都有代表性的工點,同時以京張高鐵的設(shè)計為依托,打造制定了《鐵路工程綠化設(shè)計和施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(北方地區(qū))》的新標(biāo)準(zhǔn)；為了不對官廳湖環(huán)境產(chǎn)生任何影響,專門設(shè)計了官廳橋雨水收集系統(tǒng),鐵路橋上的自然降水不會直接流入官廳湖,而是通過橋上排水系統(tǒng)收集到官廳湖兩岸的蒸發(fā)池中；清河站[5]采用了再生材料,通過采光管節(jié)約能源,還設(shè)計了密閉管道垃圾輸送系統(tǒng),可直接將垃圾通過管道輸送到市政排污系統(tǒng)中；京張高鐵所有車站均達到二星綠色鐵路客站標(biāo)準(zhǔn),通過細(xì)化設(shè)計,清河站和太子城站在原二星的基礎(chǔ)上達到了三星綠色鐵路客站標(biāo)準(zhǔn),清河站同時符合LEED GOLD(綠色能源與環(huán)境設(shè)計先鋒獎金獎)標(biāo)準(zhǔn)[13]；清河站設(shè)計在老站房原位新建車站,本著對歷史的尊重,也為了有效地保護清河老站房,設(shè)計采用了不拆除一磚一瓦的整體平移技術(shù), 建成后新、老站房將相互呼應(yīng),共同見證鐵路發(fā)展的百年滄桑。

3.6 首次提出文化概念的高速鐵路

在京張高鐵首次提出了文化設(shè)計的概念,同步開展了全線的“一站一景”設(shè)計,顧名思義,每一個車站都是一處風(fēng)景；除車站以外還對重點的隧道洞門、全(半)封閉聲屏障、官廳特大橋的景觀照明等進行了專項設(shè)計,使京張高鐵成為一道高速飛馳的靚麗的風(fēng)景線。與清華大學(xué)等高等院校合作打造并落位文化京張,使旅客在乘坐高鐵的同時感受中國文化、長城文化、京張文化。

圖3 京張高鐵景觀分區(qū)示意

京張高鐵與老京張鐵路在同一個起點、同一個終點、同一條路徑,新的京張高鐵將老京張鐵路融入其中(圖4),特別是在北京北至昌平一段,老京張鐵路已成了京張高鐵不可分割的一部分,京張高鐵再一次賦予了老京張鐵路新的生命。110年前建成的老京張鐵路以著名的“人”字線(又稱“之”字線)實現(xiàn)了創(chuàng)新,挺起了當(dāng)時民族的脊梁,110年后的今天京張高鐵的修建,將“人”字發(fā)展為“大”字, 預(yù)示著偉大祖國必將更加強大、繁榮昌盛。

圖4 京張高鐵、老京張鐵路融為一體

圖5 八達嶺長城站

4 典型工程

通過前文的介紹,相信讀者能大概了解到京張高鐵創(chuàng)新設(shè)計的特別之處,在此列舉一部分能夠體現(xiàn)上述特點的典型工點圖片(圖5～圖12)。主要有八達嶺長城站、官廳水庫特大橋、清華園大直徑盾構(gòu)隧道、太子城站、清河站等。

圖6 八達嶺隧道進、出口效果圖

圖7 清華園盾構(gòu)隧道全預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)

圖8 太子城站

圖9 石質(zhì)路塹生態(tài)護坡

圖10 生產(chǎn)生活房屋景觀設(shè)計

圖11 官廳水庫特大橋照明景觀設(shè)計(實景)

圖12 清河站主體鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部BIM設(shè)計

5 結(jié)語

中國鐵路的發(fā)展已經(jīng)進入了高質(zhì)量發(fā)展的新階段,由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變也是大勢所趨,京張高鐵作為我國智能高鐵的1.0版僅是一個新的開端,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步,相信鐵路會越來越智能,旅客體驗也會越來越溫馨便捷,這就要求設(shè)計從源頭要更新理念,更加以人為本。京張高鐵在設(shè)計理念上全面創(chuàng)新,從契合綠色辦奧理念、靈活選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、打造綠色環(huán)保人文高鐵、實現(xiàn)“精品工程、智能京張”目標(biāo)等方面入手更新傳統(tǒng)設(shè)計理念,為實現(xiàn)鐵路的可持續(xù)發(fā)展提供有效保障,京張高鐵將成為新時代中國鐵路繼京滬高鐵、青藏鐵路之后又一個劃時代、里程碑式的鐵路工程。希望今后的鐵路設(shè)計能以京張高鐵為一個新的開始,不斷完善、豐富,為實現(xiàn)“交通強國、鐵路先行”的中國夢增光添彩。