高速铁路智能选线设计与线形保持关键技术及应用

西南交通大学

 选线设计是铁路工程全生命周期的顶层决策环节，直接决定了线路总体走向与空间格局，而线形保持水平则直接影响轨道寿命、行车安全和旅客舒适度，二者共同构成铁路工程技术性能与运行条件的核心保障。

 在我国高铁快速发展进程中，传统选线模式面临新线设计时前瞻性不足、高铁长期运营后部分存在线形劣化问题，难以满足提速、达速运营需求，亟需实现面向“建维并重”的高铁线路性能持续提升。项目团队经17年协同攻关，系统攻克了长距离复杂线路动力响应评估难、多目标多约束条件下选线设计前瞻性不足、高速铁路分层级线形保持与病害维修不精准三大核心难题，构建了“新建线路空间曲线智能设计—运维线形毫米级精准保持”成套技术体系，显著提升了高铁运营平顺性。

    一、主要科技创新

 1.完善数据驱动“动力学评估-关键参数优化-养护标准提升”线形协同调控机制。

 针对传统方法面对长大复杂线路仿真效率低，线性设计、调控缺乏理论支持的难题，构建数据驱动车-轨耦合动力学正逆向评估方法，大幅提高了评估速度；提出融合振动叠加响应与衰减特性的线形参数动态优化技术，揭示线形参数对动力学指标的非线性影响规律；提出数据驱动的轨道不平顺管理阈值确定方法，实现了基于运营安全风险的轨道状态分级与科学管控。

 

    图1 数据驱动“动力学评估-关键参数优化-养护标准提升”线形协同调控机制

 

2.建立高速铁路选线-定线全阶段“维修前瞻性”智能设计方法。

完善面向全生命周期的一体化铁路选线决策因素智能表征理论；提出基于深度强化学习的全局选线设计方法，可叠加人工与机器经验，支持长距离方案群快速生成；建立基于自适应动态规划的智能定线与局部精细优化框架；研发铁路智能全局选线设计CAD插件与独立智能定线优化软件，大幅提升了选线前期大范围搜索和后期精细调整效率。

 

图2 高速铁路选线-定线全阶段“维修前瞻性”智能设计方法

 

3.构建高速铁路线形分级精准控制与“路桥隧轨”数智化维修技术体系。

建立高速铁路线形高效精测与拟合技术，打破了国外技术垄断；提出“钢轨-扣件-道床”线路分级调整方案多目标设计方法，研发动静一体化线路精调方案设计软件，公里级方案设计速度大幅提升；构建“路桥隧轨”成套数智化技术与工装设备体系，完成运营高铁天窗期毫米级精度修复。

 

图3 高速铁路线形分级精准控制与“路桥隧轨”数智化维修技术体系

 

    二、项目评价

项目成果在钢轨伤损演化理论与寿命预测、轨道动态不平顺反演识别、融合深度学习的多目标动态规划平纵断面线形优化、运营高铁无砟轨道路桥沉降修复等关键技术领域达到国际领先水平，总体成果达到国际先进水平。

    三、成果及效益

项目共发表高水平论文111篇，授权发明专利47项、软件著作权5项，制定行业标准3项，出版专著4部，形成了铁路智能全局选线设计CAD插件、独立定线优化软件、动静一体化线形控制软件、线形快速精测小车等一系列具备完全自主知识产权的软件和装备。

项目成果成功应用于4家铁路设计院、8家铁路局及相关建设单位，支撑了潍宿高铁、兰新高铁、沿江铁路、京津城际、摩洛哥高铁等20余条国内外铁路干线的新线设计与提速、达速运营维护工程，大幅提升了线路设计与运维的效率和质量，节省了高铁投资和运营成本，取得了显著的经济效益。此外，项目成果在推动铁路绿色可持续发展、培育行业骨干与国际化人才、助力技术出海等方面产生了显著社会效益。