UIC《高速铁路设计》系列国际标准编制研究

左鹏飞

(中国铁路经济规划研究院有限公司,北京 100038)

中国在近十年建成了世界发达的高速铁路网，高速铁路核心技术涵盖工程建造、技术装备、运营管理等领域，具有安全可靠、技术先进、经济适用的显著优势。近年来，依托中国高速铁路的显著成就，铁路“走出去”从劳务输出、工程承包和装备出口转型到了产品技术资本全方位输出、全产业链参与国际竞争的新阶段[1-2]。质量提升、标准先行，在新形势的要求下，提升中国铁路标准的国际认可度，进行铁路技术标准国际化实践是“走出去”战略的重要保障措施[3-4]。

2018年，中国铁路经济规划研究院有限公司承担了国际铁路联盟(UIC)的《高速铁路设计》系列国际铁路标准(International Railway Solutions，以下简称“IRS”)的编制工作。文中就UIC《高速铁路设计》系列标准的编制背景、编制程序以及主要内容结构进行介绍，阐述系列标准的编制特点，分析对比二者异同点，并从中国铁路标准国际化的角度阐述UIC标准编制中我国高速铁路设计先进经验的体现。

1 编制背景与程序

1.1 编制背景

UIC的标准制定强调技术协调性，涵盖了铁路系统设计、施工、运营维护、服务的全过程。UIC每项新标准需由UIC客运部、货运部、系统部或基础价值部提出制定计划并承担编制工作，在UIC标准化平台的统一协调下完成标准发布[5-7]。

UIC高速与城际委员会隶属UIC客运部，其主要目标是在全世界范围内推广高速铁路经验、实现高速铁路标准化并为世界高速铁路发展作出贡献。目前，UIC没有针对高速铁路标准化对象设立分册，没有建立成独立的高速铁路标准体系。同时，作为国际铁路标准制定机构，UIC标准多针对欧洲铁路系统，其他高速铁路发达国家如中国、日本的实践经验未被纳入其中。基于此，高速与城际委员会提出了构建高速铁路领域国际标准体系。其中，由中国承担主要编制任务、已完成发布的高速铁路实施系列IRS是指导高速铁路规划、建设及运维各子阶段的纲领性技术标准[8-12]。而由中国编制组主持、正在编制过程中的高速铁路设计系列IRS则是对《高速铁路实施-设计阶段》的细化和深化[13]，是对UIC高速铁路领域标准体系的进一步完善。

1.2 编制程序

根据UIC标准化指南，高速铁路设计系列标准的编制流程分为提案阶段、制定阶段、征求意见阶段及批准发布阶段共12个步骤，如表1所示。

表1 IRS制定流程

2 标准内容与特点

2.1 标准组成

高速铁路设计系列国际标准由以下4项标准组成：

IRS60680《高速铁路设计—基础设施》

IRS60681《高速铁路设计—通信信号》

IRS60682《高速铁路设计—供电》

IRS60683《高速铁路设计—接口设计》

设计标准针对列车运行速度不低于250 km/h、只运行客车的高速铁路，按基础设施、通信信号、供电和接口对高速铁路关键节点的主要设计标准及各国实践经验进行了阐述。

2.2 主要内容

2.2.1 基础设施标准

基础设施标准包含总体设计、线路、路基、桥梁、隧道、轨道、车站、动车组运用检修设施、维修设施、综合防护、环境保护、GIS和BIM等专业的设计内容，标准针对每个专业提出了高速铁路基础设施的主要设计概念、原则和基本设计要求。

基础设施的各专业涵括了高速铁路发达国家的优秀设计经验，并重点纳入了中国高速铁路的先进技术和科学理念。同时引入了铁路地理信息系统(GIS)和建筑信息模型(BIM)一章，介绍了GIS和BIM的基本概念、主要工作内容以及在铁路中的具体应用，率先将高速铁路信息化手段引入标准，有助于实现世界范围内智能铁路的建设。

2.2.2 通信信号标准

通信信号标准包含信号、通信及配套设备设施设计。标准针对每个专业提出了高速铁路通信和信号的基本要求、系统组成和设计原则，并列举了中国、欧洲和日本在通信及信号系统中的关键参数。

信号部分规定了高速铁路信号系统主要由联锁系统、列车运行控制系统、列车调度指挥系统、信号集中监测系统等构成，明确了高速铁路信号系统设计主要影响因素与设计主要原则。通信部分规定了高速铁路通信可设置传输网、数据通信网、接入网、无线通信、调度通信、视频监控等通信子系统，介绍了通信网络及其承载业务关系。配套设施则规定了光电缆、电源、设备房屋、防雷接地等设施的设计原则和选用要求。

2.2.3 供电标准

供电标准包含基本规定、牵引供变电工程、接触网工程、电力工程和远动系统(SCADA)等设计内容。标准给出了电力牵引供电系统、电力系统、远动系统的功能定义，提出了基本性能要求以及各国的实践经验。

牵引供变电工程规定了牵引供电及牵引变电所的基本功能和设计原则。接触网工程规定了接触网的环境特性、支柱与基础、支持与定位、接触悬挂的主要技术指标及安装设计、接触网纵向结构及设备、电气绝缘、防雷接地等内容。电力工程规定了供电的要求及方式、变配电所、电力线路和防雷接地的设计原则。

2.2.4 接口设计标准

接口设计包含基础设施、通信信号、供电、机车车辆等子系统之间的接口、基础设施内部接口以及铁路系统与非铁路系统的接口设计。UIC以前还没有关于接口设计的系统性标准，因此，本标准的编制在该方面填补了一项空白。

接口设计标准融合各国实践经验，提出了轨道与线下结构工程、轨道与信号系统、线下结构工程与四电工程、车站、通信信号与供电工程、机车车辆、综合接地、线路与其他工程等高速铁路接口的主要设计要求和设计参数。考虑到不同国家的技术发展情况，标准涉及的主要设计参数可根据具体情况适当调整。

2.3 标准特点

IRS60680作为UIC高速委员会系列标准之一，其内容的深度和广度与我国高速铁路设计标准有所不同，标准的具体特点如下。

2.3.1 系统性

UIC的高速铁路标准侧重综合系统性，《高速铁路设计》系列IRS秉承基础设计、系统设计、技术设计的理念，涵盖高速铁路所有专业，给出了高速铁路各设计环节的设计原则、主要影响因素、主要设计内容的系统性描述。

2.3.2 基础性

UIC城际与高速委员会高速铁路系列国际标准的制定，旨在对高速铁路实施过程中的主要环节进行把控。《高速铁路设计》系列IRS提出的是主要技术指标的设计概念和设计原理，设计细节和参数要求。

2.3.3 包容性

《高速铁路设计》系列IRS集合了世界主要国家在高速铁路设计方面的最佳实践(best practice)和各国高速铁路采用的技术指标，主要涵盖了中国、日本、欧盟等国家地区在基础设施、通信信号、供电等方面的设计规定。

2.3.4 指导性

《高速铁路设计》系列IRS在制定过程中，着重总结高速铁路在世界各国不同地质、气候、环境条件下的设计指标及其推荐值。设计标准旨在为高速铁路的基础设施管理者和运营商提供参考，并为缺乏高速铁路建设经验的国家提供指导。

2.3.5 协调性

作为UIC标准体系的组成部分，《高速铁路设计》系列IRS与UIC及其他现行国际标准合理衔接，一方面避免和其他UIC标准在技术内容上的重叠，另一方面注重与现行UIC标准在技术指标上的协调，构建层次清晰、结构合理的高速铁路国际标准体系。

3 中外高速铁路主要设计标准对比

开展国际标准编制工作，需要全面总结世界高速铁路先进经验。因此，《高速铁路设计》系列IRS在编制过程中深入开展我国高速铁路主要设计标准[20]与UIC标准、国外标准的对比研究，分析不同标准之间存在的差异。

3.1 列车荷载

列车荷载是铁路结构设计的重要参数，主要与机车车辆参数、速度指标、不同结构体系的加载方式等因素有关。欧洲干线铁路上的普通铁路运输荷载图示采用的是UIC标准中的荷载模型71，日本新干线普通荷载模式则采用H荷载。

我国在对UIC和日本荷载图式进行对比分析的基础上，根据我国高速铁路应能适应高速动车组、普通客车和普通轻快货车开行要求，通过分析论证采用0.8倍的UIC 71荷载作为高速铁路普通荷载模式。各国高速铁路典型列车荷载如表2所示。

表2 各国典型列车荷载

3.2 平纵断面线形设计指标

线路平、纵断面设计是保证线路空间曲线的平顺性、列车运行安全性和旅客乘坐舒适度的基本条件。我国与欧洲、日本标准在线路专业主要技术标准的设计原则和计算方法上一致，设计指标略有差异。

我国高速铁路及城际铁路的平面曲线半径、圆曲线和夹直线长度等技术标准，体现了高安全性、高稳定性、高平顺性要求。以圆曲线和夹直线长度为例，欧盟高速铁路的一般限值为0.67V(V为设计速度)，困难限值为0.4V；中国高速铁路的一般限值为0.8V，困难限值为0.6V；日本新干线在实践中采用的最小长度为100 m。

3.3 路基填料压实标准

路基压实质量是保证线路平顺性、列车运行安全性及旅客舒适性的重要条件。铁路路基填料的压实标准一般包括压实系数K和Dpr、静态变形模量Ev1和Ev2、动态变形模量Evd、地基系数K30。

欧洲的基床填料压实指标采用Dpr、Ev2和Evd或Ev2/Ev1，日本多采用K和K30，中国高速铁路在考虑路基压实系数K的基础上，综合纳入了强度及变形指标K30和Evd，更加全面地体现了路基压实质量。

3.4 无砟轨道

世界各国无砟轨道均有受知识产权保护的产品，如德国无砟轨道主要结构有Rheda-2000型双块式无砟轨道、旭普林型和博格板式无砟轨道；日本标准定型无砟轨道为普通A型和框架型板式结构，在东北、上越新干线等寒冷地区采用双向预应力A型板，在减振降噪区段则将减振G型板式轨道作为标准形式等。

中国无砟轨道主要结构形式有CRTSⅠ型板式无砟轨道、CRTSⅡ型板式无砟轨道、CRTS双块式无砟轨道、CRTSⅢ型无砟轨道、道岔区轨枕埋入式无砟轨道、弹性支承块式无砟轨道等。以CRTSⅢ型无砟轨道为例，其新型带挡肩单元板式无砟轨道结构由我国自主研发、具有完全自主知识产权，结构简单、性能稳定，在中国有成区段、大范围的应用。

3.5 列车运行控制系统

列车运行控制系统包括地面设备和车载设备，通过列车测速与定位技术，控制列车的运行方向、间隔和速度，保障列车运行安全，提高线路通过能力。欧盟列车运行控制系统采用ETCS-2或ETCS-1；中国高速铁路采用CTCS-3或CTCS-2；日本采用数字ATC。

ETCS与CTCS地面设备通过轨道占用检查装置完成列车占用检查，由应答器传输定位信息，为列车生成行车许可，并将行车许可等信息传送至车载设备，车载设备根据地面设备提供的信息，按照目标-距离速度控制模式，生成允许速度曲线，监控列车运行。数字ATC系统地面设备则通过变化的ATC信号电平检测列车占用情况，车载设备通过安装在车轴上的转速表，以脉冲计数方式连续监测自身位置，从车载数据库中检索适当的速度检查曲线。

3.6 铁路无线通信系统

铁路无线通信主要用于实现地面和移动的列车之间、地面和地面之间的通信，可为铁路应急通信提供保障。欧盟和中国目前采用GSM-R，日本目前采用基于漏缆的列车无线通信系统。

基于漏缆的列车无线通信系统由中心单元、地面通信控制器、基站、中继设备以及漏缆组成。GSM-R系统则主要由网络子系统、移动智能网子系统、通用分组无线业务子系统、基站子系统、运营与支撑子系统、移动台等构成，中国铁路GSM-R系统基于UIC和3GPP的标准并根据中国铁路应用实际情况开发了相关辅助的系统。

3.7 电力牵引供电系统

针对高速铁路牵引供电方式，德国采用带回流线的直接供电方式；法国和日本采用AT供电方式；中国时速300 km及以上的高铁采用AT供电方式，时速250 km高铁一般采用AT供电方式，也可采用带回流线的直接供电方式。

针对接触网悬挂类型，德国采用弹性链型悬挂；法国和日本采用简单链型悬挂；中国一般采用弹性链型悬挂，时速250 km高速铁路也有采用简单链型悬挂。

UIC《高速铁路设计》系列IRS在内容上侧重基础性、覆盖性，便于理解、灵活度高。因此，基于对国内外高速铁路主要设计标准的对比研究，UIC《高速铁路设计》系列IRS的编制在注重描述主要设计指标的基本概念、设计原则、影响因素的同时，需涵盖不同国家的实践经验，并对不同国家在设计理念和具体设计参数上的差异性进行协调。

4 标准国际化实践与思考

4.1 标准国际化实践

主动承担UIC标准制定工作，推动中国铁路标准上升为国际标准，是中国标准国际化的重要途径，为我国铁路工程建造、技术装备、运营管理全产业链的“走出去”奠定了基础[14-19]。《高速铁路设计》系列IRS标准在编制过程中将我国TB10621—2014《高速铁路设计规范》作为主要引用标准，并通过直接使用、举例说明等方式大量纳入了中国高速铁路设计的科学设计理念和先进设计标准。

在基础设施标准中，国际标准没有总体设计的概念，依据我国经验，引入总体设计章节作为第一章，并直接引用了我国高速铁路设计的主要技术标准。其次，在线路平纵断面标准、路基填料及压实标准、围岩分级标准等多个关键指标中，以列举的方式纳入了中国高速铁路采用的标准。最后，以我国自主知识产权的高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道为模板，介绍了中国板式无砟轨道的构成及配套扣件。

在通信信号标准中，信号章节以举例方式纳入了中国CTCS列控系统，与欧洲ETCS、日本数字ATC并列，介绍了其系统构架、组成及相关设备主要功能；纳入我国高速铁路采用的外锁闭装置以及我国自主知识产权的ZPW-2000系列轨道电路；同时，从系统需求、功能等方面概括性介绍了我国大量使用的集中监测系统。通信章节通过举例方式纳入了中国采用的GSM-R无线通信系统，介绍了与欧洲制式的异同点，同时重点介绍我国采用的专用铁路通信网技术内容。

在供电标准中，纳入中国牵引供电方式、接触网悬挂类型及全电力通线敷设的集中供电方式，并介绍了中国高速铁路电力设计特有的设备设施，如负荷端箱式变电所及“品”字形敷设电缆线路等，将我国建设优秀实践纳入标准。

4.2 标准国际化思考

我国铁路标准国际化实践是一个长期积累、循序渐进的过程。在铁路“走出去”过程中，中国铁路标准通过境外铁路项目工程建设实现了有效输出，但标准的国际认可度仍需进一步提升。通过长期实践探索，我国提出依托国际铁路标准制定机构和平台、主动参与编制国际标准的标准国际化路径，在国际标准中融入中国高速铁路标准，助推中国铁路标准国际化。UIC高速铁路全系列国际标准开创了中国主导制定UIC高速铁路核心技术标准的先河，基于系列标准的工作成果，提出标准国际化工作的思考与展望。

(1)提升中国在UIC的作用和地位，推动中国铁路标准国际化。UIC高速铁路实施和设计系列标准全部由中国主持编制，广泛吸纳了世界各国高铁成熟经验和先进技术，获得了UIC成员的一致认可和好评，提升了中国在UIC标准制定中的作用和地位，对中国进一步主导编制UIC国际铁路标准具有重要意义。系列标准的成功编制表明，依据UIC平台，全方位纳入中国高速铁路核心技术和标准，推动中国铁路标准国际化，推广中国高速铁路工程建造[20]、技术装备、运营管理方面的先进技术，并在此基础上，加速推进中国高速铁路技术体系和标准体系“走出去”，这条道路是可行的。

(2)助推UIC在国际标准化领域的影响力，系统指导世界高速铁路建设运营。高速铁路系列标准的编制在国际标准化组织中尚属首次，中国主导的标准编制贯彻落实了UIC标准化战略，进一步强化了UIC在国际铁路组织中的权威地位，对提升UIC在国际标准化领域的影响力具有重要意义，这对我国持续主导UIC高速铁路相关标准编制具有积极意义。目前，《高速铁路实施》系列标准成果已直接应用于雅万高铁、莫喀高铁、中老铁路、亚吉铁路等项目中，为海外铁路项目建设提供了技术支撑。系列国际标准在国际铁路项目中的应用表明，中国高铁为世界各国提供了可持续发展的公共交通解决方案，对促进世界高速铁路发展具有深远影响。

(3)建立铁路标准国际化队伍，开辟长期稳定的国际标准沟通渠道。国际标准的编制，需要培养一批在能力素质和专业领域上，既熟悉和掌握国际标准规则，又具备高水平铁路专业技术能力，善于沟通协调、专业权威、外语熟练的复合型人才。为保障铁路标准国际化工作的长效机制，应围绕标准化知识的教育、培训和宣传，完善和规范标准化人才培养模式，通过人才培养逐渐形成辐射效应，建立一支铁路标准国际化队伍。同时，积极在国际标准组织担任领导职务、派驻人员承担秘书处工作、担任专家，建立长期稳定的沟通协作渠道。

(4)吸纳国外先进经验，完善我国铁路标准。UIC高速铁路系列标准编制过程中，一方面把我国高速铁路先进建设实践经验推到国际，另一方面更主要的是在与德国、法国、西班牙、日本等国专家交流沟通过程中，积极吸纳国外优秀经验和科学理念，实时掌握国外先进技术发展和建设管理模式的进步，以标准国际化工作为契机，进一步促进我国铁路标准的进步和完善。

5 结语

《高速铁路设计》系列标准的编制是我国高速铁路标准国际化的一次重要探索，标准围绕基础设施、通信信号、供电及接口设计等4个子系统，系统性总结高速铁路的主要设计标准，编制过程中吸纳世界各国高速铁路设计的优秀经验，并成功纳入中国高速铁路设计核心技术标准，实现了世界高速铁路先进经验“引进来”和中国高速铁路核心技术“走出去”。

我国铁路行业应以本次探索为契机，提升中国在UIC的作用和地位，创建中国高速铁路技术持续纳入国际标准的路径，同时创新标准国际化人才培养模式，全面提升中国铁路标准国际化能力，以中国标准国际化带动我国建设、技术、装备、产品、服务“走出去”。