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電氣化五十載 中國鐵路領跑數智化
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半個世紀，滄海桑田。
1975年的秦嶺深處，寶（雞）成（都）鐵路全線完成電氣化改造，我國第一條電氣化鐵路誕生，拉開我國鐵路現代化的序幕；
2025年的成都平原，工程師們正加緊研制時速400公里的牽引供電系統，為CR450動車組投入商業運營做準備，有望樹立世界高速鐵路新的商業運營時速標桿。
從無到有、從普速到高速、從傳統到數智，“電氣化”成為觀察中國鐵路發展的一個視角。數據顯示，截至2024年底，全國鐵路營業里程16.2萬公里，其中電氣化鐵路里程超12萬公里，電化率達75.8%。
電氣化進程逐步加快
電氣化鐵路，是指采用電力作為牽引動力運行的鐵路。高速鐵路就是電氣化鐵路的一種。電氣化鐵路的核心要素之一，就是以電力供電、牽引供電、通信、信號為主要內容的四電系統。
“作為電氣化鐵路的動力來源和神經中樞，四電系統是現代化鐵路發展的關鍵。”中國工程院院士、原中國鐵道學會理事長盧春房說。
相較于依靠內燃牽引的非電氣化鐵路，電氣化鐵路有何優勢？
首先，動力更強。中國鐵道學會電氣化委員會秘書長許建國介紹，改造前的寶成線寶雞至秦嶺區段，列車上坡需使用3臺蒸汽機車，前拉后頂才能牽引950噸重量；電氣化改造后，同樣使用3臺電力機車，牽引重量可達2400噸。
貨運方面，如今我國重載電氣化鐵路單機牽引重量可達5000噸，大秦鐵路實現了1萬噸、2萬噸重載列車常態化開行。客運方面，16節編組高速動車組列車牽引重量可達900噸左右。
再者，速度更快。非電氣化運營時的寶成線，列車運行時速僅有20至25公里；如今，復興號CR400動車組商業運營時速可達350公里。電氣化鐵路牽引力更強，實現了更高的持續速度，從而大幅提高了運輸能力。
此外，更加環保。“相比內燃機車，電氣化鐵路運行時沒有廢氣、煙塵，對空氣無污染。”中鐵電氣化局總工程師林云志說，電氣化鐵路的噪聲也較小，特別是通過長大隧道時，優點更為顯著，不僅改善了司機的工作條件和旅客的舒適度，還大大控制了對沿線地區的噪聲污染程度。
回望電氣化鐵路從無到有的歷程，每一步都來之不易。1958年，以陜西的寶雞至鳳州段為“試驗田”，電氣化改造陸續在寶成鐵路鋪開。此后，伴隨著經濟發展，鐵路人堅定地執行了一個又一個國民經濟和社會發展五年規劃，鐵路電氣化進程逐步加快。
2004年，國家《中長期鐵路網規劃》發布，提出到2020年鐵路電化率達到50％；2008年，新版《中長期鐵路網規劃》將2020年的電化率目標提至60%；2024年，《推動鐵路行業低碳發展實施方案》進一步提出，到2030年電化率達到78%以上……
“鐵路建設周期長，資金投入高。能否在數十年內堅定地執行鐵路發展規劃，保障政策和資金投入的穩定，考驗著綜合國力和施政能力。”盧春房說，數十年來，中國鐵路以國家頂層規劃為牽引，實現了各項創新與突破。
步履堅實，成績斐然。如今，我國電氣化鐵路里程全球第一，運維場景日益豐富。通過各大重點工程建設，面對高寒、高溫、高濕、高海拔等多種特殊環境條件，我國積累了電氣化鐵路和高速鐵路施工的豐富經驗，相關技術全球領先。
自主研發導線與裝備
有人說，鐵路電氣化，無非就是“電線桿+導線”，在技術上不足為奇。
其實不然。就拿接觸網導線來說，它是高鐵列車的唯一動力源，被喻為“生命線”。為了保證動車組取電效率高、穩定性強，導線也要相應地具有高強度、高導電性、耐高溫軟化、耐磨損等特性。
“最開始，我國使用的是銅鎂、銅錫導線。”中鐵電氣化局北賽電工公司總工程師張劍說，“這種導線的強度和導電性能，不能完全適應時速350公里以上高鐵列車的運行要求。研發新一代導線迫在眉睫。”
歷經3年攻關，中鐵電氣化局、中鐵六院、浙江大學等單位組成的創新聯合體突破了非真空條件下制備大長度銅鉻鋯合金坯料的關鍵技術，在世界上首次實現了高強高導銅鉻鋯合金接觸線的工業化生產。
“升級為銅鉻鋯合金接觸線后，導線的導電率提升20%，讓中國高鐵列車更加節能、高效、安全。”張劍表示，銅鉻鋯合金接觸線可以讓時速400公里的高鐵列車實現安全、穩定、低成本運行，填補了世界時速350公里以上高強高導接觸網線材的空白。
除了接觸網導線，接觸網施工裝備也在不斷升級。
恒張力放線車，是架設高鐵接觸網導線的最佳助手。“高鐵接觸線對平順性要求極高，以時速350公里高速鐵路為例，每一米接觸線的平直度精度誤差不能超過0.1毫米。”中鐵電氣化局裝備公司總工程師任強介紹，我國自主研制的恒張力放線車所架設的接觸線，每一米平直度精度誤差整體控制在0.05毫米以內。
“以前，恒張力放線車只能依靠進口；現在，我們已經打破了國外的壟斷，而且擁有完全自主知識產權。”任強表示，我國自主研制的恒張力放線車整體結構更加緊湊，轉場運輸成本降低了70%，整車功能也顯著優于傳統的放線車。
數智化應用多點開花
如果說接觸網導線、恒張力放線車代表著中國鐵路的追趕步伐，那么高速鐵路4C視覺智能分析系統則是中國鐵路領跑數智化賽道的關鍵一步。
作為全球最繁忙的高鐵網絡，我國的高鐵接觸網在運行中難免會出現零件老化等現象。過去，判定接觸網缺陷，往往需要先采集線路照片，再依賴具有6到8年經驗的檢測工程師用肉眼進行觀察和分析。
“工作量非常龐大。”京滬高鐵維管公司總經理張忠義說，“以京滬高鐵為例，檢測工程師團隊每年需要肉眼判別超1400萬張照片。”
2019年，在中國鐵道科學研究院牽頭下，京滬高鐵維管公司與商湯科技合作，開發出高速鐵路4C視覺智能分析系統。其工作機制，是先用人工智能系統自動識別缺陷，再人工進行復核。
“目前，該系統實現了接觸網零部件松動、缺失等1300余種隱患缺陷的高精度、高效率檢測。”張忠義介紹，與傳統檢測方式相比，該系統發現有效隱患的數量、整體效率均實現大幅提升。目前，該系統已應用于京滬高鐵等多條高鐵，總分析里程超過55萬正線公里。
數智化應用，正在多點開花。鐵路自然災害及異物侵限監測系統，通過在沿線布置感知設備，向行車調度以及運營維護等相關單位提供行車管制預案，輔助行車安全；鐵路牽引變電所輔助監控系統，依托機器視覺識別技術，實現了智能化巡檢和運維輔助決策支持……利用大數據、5G、云計算、無人機、圖像識別系統和智能化裝備等新手段，中國鐵路已建成了多專業集成的智慧運維大數據平臺，實現牽引供電設備管理降低運維成本20%、設備大修期延長20%、牽引供電設備故障率降低20%和接觸網零部件壽命延長20%。
從世界上海拔最高的電氣化鐵路拉林鐵路，到累計運量超90億噸的重載鐵路大秦鐵路，再到今年上半年通車的設計時速350公里渝廈高鐵重慶東至黔江段，中國鐵路的電氣化進程折射出了“中國制造”向“中國智造”的跨越，也為經濟社會發展與中國式現代化建設貢獻了澎湃動能。
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