東南網9月14日報道（福建日報記者 張穎 通訊員 張啟山）

　　核心提示

　　經過6年多建設，全國首條設計時速350公里的跨海高鐵――福廈高鐵具備年內通車條件，“坐著高鐵看大海”即將走進現實。

　　全長277．42公里，先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣的三座跨海大橋，在海上穿行長度達19．9公里；正線橋梁84座、隧道29座，橋隧比高達85．1％……大量采用數字化仿真、智能建造、智能傳感、智能分析等技術，福廈高鐵的建設是我國智能高鐵最新科技成果的集成化應用；在橋梁、隧道、站房等方面，設計建設單位一共建成了91個具有代表意義的樣板工程，填補了高鐵建設領域的多項空白。

　　福廈高鐵開啟了中國沿海智能高鐵建設的新篇章。

　　11級暴風下，跨海大橋的交通也可不封閉；僅新建廈門北站的光纖照明系統全年可節約用電約72萬千瓦時；“數字孿生”技術，聯結起高鐵的虛擬與現實……本期深讀聚焦福廈高鐵穿山跨海背后的科技。

　　減隔震技術，風大也不怕

　　新設計使橋體繞開風向，減少了復雜風環境下的風致振動，讓動車可在8級大風下不限速、11級暴風下不封閉交通

　　結構迥異、外形多樣、技術各具千秋的橋梁，是福廈高鐵最大的特色。

　　福廈高鐵是由中鐵第四勘察設計院（以下簡稱“鐵四院”）負責勘察設計的，鐵四院橋梁院總工程師嚴愛國表示，福廈高鐵是我國高鐵中橋梁結構最多樣復雜的，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。據統計，福廈高鐵正線就新建了橋梁84座，橋梁長度合計181公里，占比65．3％。

　　與普通橋梁相比，跨海大橋設計難度更大。為此，福廈高鐵的設計建設方開展了海上大跨度簡支梁建造技術、獨塔混凝土斜拉橋裸塔轉體技術、耐海洋大氣環境腐蝕技術以及BIM（建筑信息模型）技術、橋梁健康監測等專項研究。

　　以泉州灣跨海大橋為例，泉州灣位于沿海高風速帶，風速大，風況復雜，全年6級及以上風力天數達91天。

　　為解決風的問題，保證該橋梁在大風中穩固，又能保持動車高速運行的連續性，他們采用了大量新結構和新技術。

　　首先是橋梁主塔造型進行了結構設計創新。中交二航局新建福廈鐵路六標項目總工程師羅長維介紹說，主梁采用流線箱形結構，并附加導流板、減振欄桿、拉索電渦流阻尼器等有效氣動措施。“這些結構設計使橋體繞開風向，減少了復雜風環境下的風致振動。”

　　其次是適應高鹽高濕的海洋腐蝕大氣環境，解決海洋環境對橋梁的銹蝕問題。在泉州灣跨海大橋，遠觀會發現橋墩下半部呈現一截白色。“這是特殊的防腐蝕材料。”羅長維表示，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，在國內首次采用耐海洋大氣腐蝕鋼，以及免涂裝（不涂油漆）、不設除濕系統，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，相當于50多層樓高，泉州灣跨海大橋作為長聯高墩跨海大橋，位于臺灣海峽西岸地震高烈度區，還得面對抗震難題。設計團隊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，以及無支座整體剛構橋，解決了這一難題。

　　經風洞測試，福廈高鐵幾座跨海大橋均達到了在不設風屏障等防風措施下，動車可在8級大風下以時速350公里行駛不限速、11級暴風下不封閉交通。

　　可以自豪地說，福廈高鐵讓中國橋梁建造技術邁上新臺階。在湄洲灣跨海大橋設計過程中，設計團隊將主橋設計為預應力混凝土連續剛構矮塔斜拉橋，主跨180米，跨越湄洲灣規劃3000噸級航道，設南北兩座雙柱式主塔，橋面以上塔高30米，造就了全國首座跨海高鐵矮塔斜拉橋。建設過程中，大橋海上引橋全部采用40米簡支梁預制架設施工，極大縮短了海上施工工期。在高鐵建設中實現跨度從32米到40米簡支梁的規模化工程應用，標志著高鐵建造技術的重大提升和突破。

　　在6年多的建設時間里，福廈高鐵建設者堅持“一橋一策”，成功破解海風海水腐蝕、季節性臺風影響、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、智能溫控系統等10余種最新施工技術、工藝，不僅打通了施工過程中的關鍵環節，也填補了我國高鐵建設領域的多項空白，實現了高鐵建設技術的新突破。

　　無砟與有砟，跨海不減速

　　橋面或鋪設擁有自主知識產權的無砟軌道，或鋪設科技含量高的有砟軌道，保證高鐵列車以350公里時速跨越大海

　　在跨海大橋上行車，受海上風力影響很大。通常來說，為了確保行車安全，通過這樣的路段需要減速慢行，但福廈高鐵卻實現了“跨海過橋不減速”。

　　安海灣特大橋，不僅是福廈高鐵跨海橋梁的收尾之作，也是世界無砟軌道橋梁“大跨”“跨海”的“開山之作”。

　　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砟軌道跨海大跨斜拉橋，主要是因為無砟軌道可避免道砟飛濺，其平順性、穩定性好，車輛通過無需減速。但這種軌道對施工工藝、沉降控制等要求極高。

　　安海灣特大橋自身“大跨”“跨海”的屬性，讓無砟軌道上橋極具挑戰。經過反復模擬試驗，設計團隊找到了適應“大跨”“跨海”條件的鋼混結合梁結構參數，采用全聯長鋼混結合梁，主梁采用有效氣動措施，滿足了跨海大橋通行高鐵列車的技術要求；橋面鋪設擁有自主知識產權的CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，實現時速350公里高鐵列車跨海過橋不減速。通車之后，時速350公里的高鐵列車駛過650米長的主橋用時不到7秒，跨過整個海域也只需98秒。

　　在泉州灣跨海大橋上，有砟軌道也可以跑出無砟軌道的感覺。傳統有砟軌道的最高運營時速為250公里，而泉州灣跨海大橋首次采用了聚氨酯固化道床結構“固定”道砟，使得在強風環境下，高鐵列車也可以350公里時速通過大橋。

　　在創造速度奇跡的背后，如何保障橋軌安全？鐵四院福廈高鐵橋梁健康監測系統設計負責人梁金寶透露，目前通過集成應用智能傳感、智能物聯網、邊緣計算、地理信息等現代信息技術，“橋－軌一體化”24小時實時監測管理平臺近期已開始運行。

　　梁金寶告訴記者：“在高鐵進入運營階段后，這個系統將對整個橋軌結構狀態進行快速診斷，克服了海上橋梁人為運維的短板。強大的信息收集能力實現關鍵指標實時監測，定期生成日報、月報和季報，從而幫助我們研判整個橋梁軌道的具體情況。”

　　數字“孿生”，樹智慧標桿

　　將圖紙上的鐵路立體化，解決原來圖紙上看不到的“死角”，并與智慧建造、智慧運維相協同

　　福建依山向海，水網交錯，山水阻隔，是福廈高鐵設計師們繞不開的難題。

　　從圖紙上的線條圖案到現實中的鋼筋水泥，中鐵第四勘察設計院設計團隊需要考慮很多。

　　作為跨海鐵路，福廈高鐵全線瀕臨海灣，橋隧比高達85％，其中還包含4座高風險隧道，存在涌水涌泥、斷層破碎帶、采空區等不良地質，再加上特殊橋跨多、結構復雜等，建設施工難度很大。與此同時，福廈高鐵全線有百余處與現有高速公路、鐵路交叉或鄰近，安全管控難度大。

　　數字施工與智慧建造技術在福廈高鐵全生命建設周期中發揮著關鍵作用。

　　設計團隊采用云計算、物聯網、大數據、人工智能、移動互聯網、BIM、GIS、北斗等先進技術，樹起了高鐵智能建設的新標桿。

　　鐵四院福廈高鐵BIM總設計師孫澤昌介紹說，BIM技術首次在福建的鐵路建設中得到全線全專業的應用，包括線路、橋梁、隧道、路基、地質、站場、軌道、接觸網、供變電、環保、通信、信號等20個專業工程。

　　“BIM技術相當于在數字世界里對福廈高鐵進行‘孿生’，將圖紙上的鐵路‘立起來’，更加直觀、更好地表達設計意圖。不僅可以從設計源頭上解決原來圖紙上看不到的‘死角’，同時它還能向下游延伸，協同智慧建造和智慧運維。”孫澤昌說道。

　　設計團隊利用自主研發的三維選線設計軟件，構建了全線超過3500平方公里的數字地面模型、13類共計489個標準構建模型，實現了全線303公里橋梁、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。

　　鐵路“四電”即通信、信號、電力及電氣化工程，分別相當于人的經脈、眼睛、體能和神經，共同為高速奔跑的列車提供動能及指引。有了它們，高鐵才能跑得動、跑得快、跑得穩。在以BIM為開發平臺的智慧工地系統上，“四電”智能裝備不再是“單機版”，而是進入聯網模式。智慧安全體驗區、接觸網智能預配區、智能建造基地等一系列成果，實現對鐵路“四電”工程全生命周期的可視化、數字化、全過程管理，減少碰撞與返工，提高建造質量、保證施工安全。

　　低碳環保，高鐵“綠”意濃

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

　　不僅橋隧建造創造奇跡，福廈高鐵及站房的設計與建設也體現了綠色低碳環保。

　　福廈高鐵沿線設福州南、福清西、莆田、泉港、泉州東、泉州南、廈門北、漳州8座客運車站。鐵四院設計團隊的設計負責人羅俊文介紹，福廈高鐵經過福建東南沿海，這里經濟發達，人口密集，自然生態環境良好。沿線分布有自然保護區、風景名勝區、森林公園、飲用水源保護區等。

　　“設計過程中，對生態環境保護的考量貫穿了全過程。”羅俊文告訴記者，在選線過程中，他們全面調查了沿線植被、浮游植物類型，兩棲動物、爬行類、鳥類、獸類、浮游動物等，通過繞避森林公園、飲用水源保護區等措施，實現生態環保效益的最大化，將福廈高鐵打造成一條生態景觀畫廊。

　　同時，福廈高鐵在設計時就考慮到如何與周邊人文自然相協調，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；泉州灣大橋主橋形似貝殼，橋上欄桿也采用海絲風帆的LOGO標志，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源地的特點；湄洲灣引橋采用大跨度簡支梁，減少海域施工風險又簡潔明朗，與遼闊的海域融為一體。

　　福廈高鐵在設計和建設中，綠色環保理念還體現在許多細節。例如，新建廈門北站換乘中心屋面安裝了目前全國高鐵站房面積最大的天氣感應式智能天窗，其面積1400平方米，約有3個標準籃球場大小。中鐵建設廈門北站項目總工程師潘峰潭介紹說，通過分布在四周的風雨感應器，天窗可根據實時監測的光照、降雨、風力等環境數據自動開合玻璃及窗簾，充分改善室內環境質量，為旅客帶來舒適的換乘體驗。據測算，智能天窗每年將減少40天通風系統運轉，相當于減少14．13噸二氧化碳排放。

　　在換乘中心地下負10米，專門建設的旅客集散空間，環境封閉，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，這得益于新建廈門北站在國內首次全面運用的智能光纖系統。

　　這套智能光纖系統又是如何運作呢？原來，安裝在屋面的82套采光機，每天如向日葵般自動蘇醒，精準追蹤太陽方位，將所采集的陽光，通過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7000平方米，相當于為地下部分安裝了一扇巨大天窗。”潘峰潭介紹道，系統一次能源利用效率高達80％，全年節約用電約72萬千瓦時，相當于減少排放565噸二氧化碳。

　　在新建廈門北站，2萬多平方米的候車大廳在15分鐘內可實現快速制冷，上千個燈具可分組控制實現場景化照明。“站房所有空調、照明、通風等機電設備都受iBMS智慧管控系統管理。”鐵四院福廈高鐵電力專業負責人朱榮釗表示，系統還能代替人工巡檢，自動分析、判斷機電設備的運行狀態，在不同環境參數下自動實行動態調節，讓所有設備始終處于最優能耗狀態。據悉，車站正式運營后，該系統每年可為站房節能100萬千瓦時，相當于減排960噸二氧化碳。

　　新建廈門北站順利亮相的背后，智能施工設備功不可沒。摒棄傳統人工收面，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，焊接時長縮短3倍，焊接質量提升2倍……“通過智能化施工，我們實現了工序的高效推進，雖然新站規模比既有老站增加了34％，但工期卻縮短了18％，關鍵施工節點均提前半個月以上完成。”潘峰潭說。