8月31日，福廈高鐵運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)列車行駛在泉州灣跨海大橋上。（記者林輝 通訊員丁波 攝）

新建廈門(mén)北站換乘中心屋面安裝了大面積的天氣感應(yīng)式智能天窗，體現(xiàn)了智慧節(jié)能的理念。（記者林輝 攝）

新建廈門(mén)北站智慧監(jiān)控室 （記者林輝 攝）

高空俯瞰，新建廈門(mén)北站宛如海上的滔滔巨浪。 （記者林輝 攝）

遠(yuǎn)眺泉州灣跨海大橋 （記者林熙 攝）

湄洲灣跨海大橋全景 （記者林熙 攝）

經(jīng)過(guò)6年多建設(shè)，全國(guó)首條設(shè)計(jì)時(shí)速350公里的跨海高鐵——福廈高鐵具備年內(nèi)通車條件，“坐著高鐵看大?！奔磳⒆哌M(jìn)現(xiàn)實(shí)。

全長(zhǎng)277.42公里，先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣的三座跨海大橋，在海上穿行長(zhǎng)度達(dá)19.9公里；正線橋梁84座、隧道29座，橋隧比高達(dá)85.1%……大量采用數(shù)字化仿真、智能建造、智能傳感、智能分析等技術(shù)，福廈高鐵的建設(shè)是我國(guó)智能高鐵最新科技成果的集成化應(yīng)用；在橋梁、隧道、站房等方面，設(shè)計(jì)建設(shè)單位一共建成了91個(gè)具有代表意義的樣板工程，填補(bǔ)了高鐵建設(shè)領(lǐng)域的多項(xiàng)空白。

福廈高鐵開(kāi)啟了中國(guó)沿海智能高鐵建設(shè)的新篇章。

11級(jí)暴風(fēng)下，跨海大橋的交通也可不封閉；僅新建廈門(mén)北站的光纖照明系統(tǒng)全年可節(jié)約用電約72萬(wàn)千瓦時(shí)；“數(shù)字孿生”技術(shù)，聯(lián)結(jié)起高鐵的虛擬與現(xiàn)實(shí)……本期深讀聚焦福廈高鐵穿山跨海背后的科技。

減隔震技術(shù)，風(fēng)大也不怕

新設(shè)計(jì)使橋體繞開(kāi)風(fēng)向，減少了復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)致振動(dòng)，讓動(dòng)車可在8級(jí)大風(fēng)下不限速、11級(jí)暴風(fēng)下不封閉交通

結(jié)構(gòu)迥異、外形多樣、技術(shù)各具千秋的橋梁，是福廈高鐵最大的特色。

福廈高鐵是由中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院（以下簡(jiǎn)稱“鐵四院”）負(fù)責(zé)勘察設(shè)計(jì)的，鐵四院橋梁院總工程師嚴(yán)愛(ài)國(guó)表示，福廈高鐵是我國(guó)高鐵中橋梁結(jié)構(gòu)最多樣復(fù)雜的，線路上林立的橋梁橫跨湄洲灣、泉州灣、安海灣、烏龍江、九龍江等海灣與大江大河，福廈高鐵還上跨G324國(guó)道及沈海、福泉、廈蓉、泉州繞城等高速公路以及福廈、鷹廈、廈深等鐵路。據(jù)統(tǒng)計(jì)，福廈高鐵正線就新建了橋梁84座，橋梁長(zhǎng)度合計(jì)181公里，占比65.3%。

與普通橋梁相比，跨海大橋設(shè)計(jì)難度更大。為此，福廈高鐵的設(shè)計(jì)建設(shè)方開(kāi)展了海上大跨度簡(jiǎn)支梁建造技術(shù)、獨(dú)塔混凝土斜拉橋裸塔轉(zhuǎn)體技術(shù)、耐海洋大氣環(huán)境腐蝕技術(shù)以及BIM（建筑信息模型）技術(shù)、橋梁健康監(jiān)測(cè)等專項(xiàng)研究。

以泉州灣跨海大橋?yàn)槔轂澄挥谘睾８唢L(fēng)速帶，風(fēng)速大，風(fēng)況復(fù)雜，全年6級(jí)及以上風(fēng)力天數(shù)達(dá)91天。

為解決風(fēng)的問(wèn)題，保證該橋梁在大風(fēng)中穩(wěn)固，又能保持動(dòng)車高速運(yùn)行的連續(xù)性，他們采用了大量新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)。

首先是橋梁主塔造型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新。中交二航局新建福廈鐵路六標(biāo)項(xiàng)目總工程師羅長(zhǎng)維介紹說(shuō)，主梁采用流線箱形結(jié)構(gòu)，并附加導(dǎo)流板、減振欄桿、拉索電渦流阻尼器等有效氣動(dòng)措施?！斑@些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使橋體繞開(kāi)風(fēng)向，減少了復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)致振動(dòng)?！?/p>

其次是適應(yīng)高鹽高濕的海洋腐蝕大氣環(huán)境，解決海洋環(huán)境對(duì)橋梁的銹蝕問(wèn)題。在泉州灣跨海大橋，遠(yuǎn)觀會(huì)發(fā)現(xiàn)橋墩下半部呈現(xiàn)一截白色?！斑@是特殊的防腐蝕材料?！绷_長(zhǎng)維表示，福廈高鐵的幾座跨海大橋索塔鋼錨梁和支座均采用了新材料，在國(guó)內(nèi)首次采用耐海洋大氣腐蝕鋼，以及免涂裝（不涂油漆）、不設(shè)除濕系統(tǒng)，成為全球首座采用免涂裝耐候鋼的大型跨海工程。

主跨400米，南北兩座主塔高160.254米，相當(dāng)于50多層樓高，泉州灣跨海大橋作為長(zhǎng)聯(lián)高墩跨海大橋，位于臺(tái)灣海峽西岸地震高烈度區(qū)，還得面對(duì)抗震難題。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用縱向黏滯阻尼器、可剪斷的耐候雙曲面球型鋼支座、金屬阻尼器的綜合減隔震體系及技術(shù)，以及無(wú)支座整體剛構(gòu)橋，解決了這一難題。

經(jīng)風(fēng)洞測(cè)試，福廈高鐵幾座跨海大橋均達(dá)到了在不設(shè)風(fēng)屏障等防風(fēng)措施下，動(dòng)車可在8級(jí)大風(fēng)下以時(shí)速350公里行駛不限速、11級(jí)暴風(fēng)下不封閉交通。

可以自豪地說(shuō)，福廈高鐵讓中國(guó)橋梁建造技術(shù)邁上新臺(tái)階。在湄洲灣跨海大橋設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將主橋設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)矮塔斜拉橋，主跨180米，跨越湄洲灣規(guī)劃3000噸級(jí)航道，設(shè)南北兩座雙柱式主塔，橋面以上塔高30米，造就了全國(guó)首座跨海高鐵矮塔斜拉橋。建設(shè)過(guò)程中，大橋海上引橋全部采用40米簡(jiǎn)支梁預(yù)制架設(shè)施工，極大縮短了海上施工工期。在高鐵建設(shè)中實(shí)現(xiàn)跨度從32米到40米簡(jiǎn)支梁的規(guī)?；こ虘?yīng)用，標(biāo)志著高鐵建造技術(shù)的重大提升和突破。

在6年多的建設(shè)時(shí)間里，福廈高鐵建設(shè)者堅(jiān)持“一橋一策”，成功破解海風(fēng)海水腐蝕、季節(jié)性臺(tái)風(fēng)影響、高速鐵路橋梁變形等一系列難題。采用泥沙分離器、混凝土超灌提醒儀、超聲波檢孔儀、智能溫控系統(tǒng)等10余種最新施工技術(shù)、工藝，不僅打通了施工過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也填補(bǔ)了我國(guó)高鐵建設(shè)領(lǐng)域的多項(xiàng)空白，實(shí)現(xiàn)了高鐵建設(shè)技術(shù)的新突破。

無(wú)砟與有砟，跨海不減速

橋面或鋪設(shè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)砟軌道，或鋪設(shè)科技含量高的有砟軌道，保證高鐵列車以350公里時(shí)速跨越大海

在跨海大橋上行車，受海上風(fēng)力影響很大。通常來(lái)說(shuō)，為了確保行車安全，通過(guò)這樣的路段需要減速慢行，但福廈高鐵卻實(shí)現(xiàn)了“跨海過(guò)橋不減速”。

安海灣特大橋，不僅是福廈高鐵跨海橋梁的收尾之作，也是世界無(wú)砟軌道橋梁“大跨”“跨?！钡摹伴_(kāi)山之作”。

砟，在鐵路中指鐵軌周圍的小石塊。之所以將安海灣特大橋建成無(wú)砟軌道跨海大跨斜拉橋，主要是因?yàn)闊o(wú)砟軌道可避免道砟飛濺，其平順性、穩(wěn)定性好，車輛通過(guò)無(wú)需減速。但這種軌道對(duì)施工工藝、沉降控制等要求極高。

安海灣特大橋自身“大跨”“跨?！钡膶傩裕専o(wú)砟軌道上橋極具挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬試驗(yàn)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)找到了適應(yīng)“大跨”“跨?！睏l件的鋼混結(jié)合梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用全聯(lián)長(zhǎng)鋼混結(jié)合梁，主梁采用有效氣動(dòng)措施，滿足了跨海大橋通行高鐵列車的技術(shù)要求；橋面鋪設(shè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道，實(shí)現(xiàn)時(shí)速350公里高鐵列車跨海過(guò)橋不減速。通車之后，時(shí)速350公里的高鐵列車駛過(guò)650米長(zhǎng)的主橋用時(shí)不到7秒，跨過(guò)整個(gè)海域也只需98秒。

在泉州灣跨海大橋上，有砟軌道也可以跑出無(wú)砟軌道的感覺(jué)。傳統(tǒng)有砟軌道的最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速為250公里，而泉州灣跨海大橋首次采用了聚氨酯固化道床結(jié)構(gòu)“固定”道砟，使得在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下，高鐵列車也可以350公里時(shí)速通過(guò)大橋。

在創(chuàng)造速度奇跡的背后，如何保障橋軌安全？鐵四院福廈高鐵橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人梁金寶透露，目前通過(guò)集成應(yīng)用智能傳感、智能物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、地理信息等現(xiàn)代信息技術(shù)，“橋-軌一體化”24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)近期已開(kāi)始運(yùn)行。

梁金寶告訴記者：“在高鐵進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段后，這個(gè)系統(tǒng)將對(duì)整個(gè)橋軌結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行快速診斷，克服了海上橋梁人為運(yùn)維的短板。強(qiáng)大的信息收集能力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，定期生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)和季報(bào)，從而幫助我們研判整個(gè)橋梁軌道的具體情況。”

數(shù)字“孿生”，樹(shù)智慧標(biāo)桿

將圖紙上的鐵路立體化，解決原來(lái)圖紙上看不到的“死角”，并與智慧建造、智慧運(yùn)維相協(xié)同

福建依山向海，水網(wǎng)交錯(cuò)，山水阻隔，是福廈高鐵設(shè)計(jì)師們繞不開(kāi)的難題。

從圖紙上的線條圖案到現(xiàn)實(shí)中的鋼筋水泥，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要考慮很多。

作為跨海鐵路，福廈高鐵全線瀕臨海灣，橋隧比高達(dá)85%，其中還包含4座高風(fēng)險(xiǎn)隧道，存在涌水涌泥、斷層破碎帶、采空區(qū)等不良地質(zhì)，再加上特殊橋跨多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等，建設(shè)施工難度很大。與此同時(shí)，福廈高鐵全線有百余處與現(xiàn)有高速公路、鐵路交叉或鄰近，安全管控難度大。

數(shù)字施工與智慧建造技術(shù)在福廈高鐵全生命建設(shè)周期中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、BIM、GIS、北斗等先進(jìn)技術(shù)，樹(shù)起了高鐵智能建設(shè)的新標(biāo)桿。

鐵四院福廈高鐵BIM總設(shè)計(jì)師孫澤昌介紹說(shuō)，BIM技術(shù)首次在福建的鐵路建設(shè)中得到全線全專業(yè)的應(yīng)用，包括線路、橋梁、隧道、路基、地質(zhì)、站場(chǎng)、軌道、接觸網(wǎng)、供變電、環(huán)保、通信、信號(hào)等20個(gè)專業(yè)工程。

“BIM技術(shù)相當(dāng)于在數(shù)字世界里對(duì)福廈高鐵進(jìn)行‘孿生’，將圖紙上的鐵路‘立起來(lái)’，更加直觀、更好地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。不僅可以從設(shè)計(jì)源頭上解決原來(lái)圖紙上看不到的‘死角’，同時(shí)它還能向下游延伸，協(xié)同智慧建造和智慧運(yùn)維?！睂O澤昌說(shuō)道。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的三維選線設(shè)計(jì)軟件，構(gòu)建了全線超過(guò)3500平方公里的數(shù)字地面模型、13類共計(jì)489個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建模型，實(shí)現(xiàn)了全線303公里橋梁、路基、隧道、站場(chǎng)、接觸網(wǎng)與軌道、立交道路的模型構(gòu)建，提供了77處立交道路與7處站場(chǎng)概念模型的構(gòu)建。

鐵路“四電”即通信、信號(hào)、電力及電氣化工程，分別相當(dāng)于人的經(jīng)脈、眼睛、體能和神經(jīng)，共同為高速奔跑的列車提供動(dòng)能及指引。有了它們，高鐵才能跑得動(dòng)、跑得快、跑得穩(wěn)。在以BIM為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的智慧工地系統(tǒng)上，“四電”智能裝備不再是“單機(jī)版”，而是進(jìn)入聯(lián)網(wǎng)模式。智慧安全體驗(yàn)區(qū)、接觸網(wǎng)智能預(yù)配區(qū)、智能建造基地等一系列成果，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路“四電”工程全生命周期的可視化、數(shù)字化、全過(guò)程管理，減少碰撞與返工，提高建造質(zhì)量、保證施工安全。

低碳環(huán)保，高鐵“綠”意濃

選線過(guò)程中，繞避森林公園、飲用水源保護(hù)區(qū)；新站房裝有屋面采光機(jī)，將太陽(yáng)光輸送到地下空間用于照明，大大減少碳排放

不僅橋隧建造創(chuàng)造奇跡，福廈高鐵及站房的設(shè)計(jì)與建設(shè)也體現(xiàn)了綠色低碳環(huán)保。

福廈高鐵沿線設(shè)福州南、福清西、莆田、泉港、泉州東、泉州南、廈門(mén)北、漳州8座客運(yùn)車站。鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人羅俊文介紹，福廈高鐵經(jīng)過(guò)福建東南沿海，這里經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集，自然生態(tài)環(huán)境良好。沿線分布有自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園、飲用水源保護(hù)區(qū)等。

“設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的考量貫穿了全過(guò)程?！绷_俊文告訴記者，在選線過(guò)程中，他們?nèi)嬲{(diào)查了沿線植被、浮游植物類型，兩棲動(dòng)物、爬行類、鳥(niǎo)類、獸類、浮游動(dòng)物等，通過(guò)繞避森林公園、飲用水源保護(hù)區(qū)等措施，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保效益的最大化，將福廈高鐵打造成一條生態(tài)景觀畫(huà)廊。

同時(shí)，福廈高鐵在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到如何與周邊人文自然相協(xié)調(diào)，烏龍江主橋高低塔的選擇，既滿足航道要求而又與烏龍江兩岸山峰呼應(yīng)；泉州灣大橋主橋形似貝殼，橋上欄桿也采用海絲風(fēng)帆的LOGO標(biāo)志，從高空看整座大橋就像一條飄移的絲帶，契合了泉州作為海絲文化發(fā)源地的特點(diǎn)；湄洲灣引橋采用大跨度簡(jiǎn)支梁，減少海域施工風(fēng)險(xiǎn)又簡(jiǎn)潔明朗，與遼闊的海域融為一體。

福廈高鐵在設(shè)計(jì)和建設(shè)中，綠色環(huán)保理念還體現(xiàn)在許多細(xì)節(jié)。例如，新建廈門(mén)北站換乘中心屋面安裝了目前全國(guó)高鐵站房面積最大的天氣感應(yīng)式智能天窗，其面積1400平方米，約有3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)大小。中鐵建設(shè)廈門(mén)北站項(xiàng)目總工程師潘峰潭介紹說(shuō)，通過(guò)分布在四周的風(fēng)雨感應(yīng)器，天窗可根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的光照、降雨、風(fēng)力等環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)開(kāi)合玻璃及窗簾，充分改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，為旅客帶來(lái)舒適的換乘體驗(yàn)。據(jù)測(cè)算，智能天窗每年將減少40天通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，相當(dāng)于減少14.13噸二氧化碳排放。

在換乘中心地下負(fù)10米，專門(mén)建設(shè)的旅客集散空間，環(huán)境封閉，但在這里，不用燈具就有自然光照，旅客可獲得不輸于地上空間的舒適感，這得益于新建廈門(mén)北站在國(guó)內(nèi)首次全面運(yùn)用的智能光纖系統(tǒng)。

這套智能光纖系統(tǒng)又是如何運(yùn)作呢？原來(lái)，安裝在屋面的82套采光機(jī)，每天如向日葵般自動(dòng)蘇醒，精準(zhǔn)追蹤太陽(yáng)方位，將所采集的陽(yáng)光，通過(guò)大通量特種光纖輸送至地下空間替代燈具照明。

“光纖照明覆蓋面積達(dá)7000平方米，相當(dāng)于為地下部分安裝了一扇巨大天窗。”潘峰潭介紹道，系統(tǒng)一次能源利用效率高達(dá)80%，全年節(jié)約用電約72萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于減少排放565噸二氧化碳。

在新建廈門(mén)北站，2萬(wàn)多平方米的候車大廳在15分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)快速制冷，上千個(gè)燈具可分組控制實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景化照明?！罢痉克锌照{(diào)、照明、通風(fēng)等機(jī)電設(shè)備都受iBMS智慧管控系統(tǒng)管理?！辫F四院福廈高鐵電力專業(yè)負(fù)責(zé)人朱榮釗表示，系統(tǒng)還能代替人工巡檢，自動(dòng)分析、判斷機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在不同環(huán)境參數(shù)下自動(dòng)實(shí)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，讓所有設(shè)備始終處于最優(yōu)能耗狀態(tài)。據(jù)悉，車站正式運(yùn)營(yíng)后，該系統(tǒng)每年可為站房節(jié)能100萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于減排960噸二氧化碳。

新建廈門(mén)北站順利亮相的背后，智能施工設(shè)備功不可沒(méi)。摒棄傳統(tǒng)人工收面，改用自動(dòng)收面機(jī)器人，施工速度提升2倍；引進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)焊接機(jī)器人替代人工焊接，焊接時(shí)長(zhǎng)縮短3倍，焊接質(zhì)量提升2倍……“通過(guò)智能化施工，我們實(shí)現(xiàn)了工序的高效推進(jìn)，雖然新站規(guī)模比既有老站增加了34%，但工期卻縮短了18%，關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)均提前半個(gè)月以上完成?！迸朔逄墩f(shuō)。（記者張穎 通訊員張啟山）

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