铁四院让数据在屏幕上动起来
可视化仿真技术为高铁建设插上翅膀
湖北省轨道交通智能设计与装备工程技术研究中心。
邱绍峰介绍武汉动车段高级修改造数字化项目。
文/图 湖北日报全媒记者 左晨 通讯员 刘新红 实习生 吕梦媛
阅读提要
2000年，中国铁路酝酿第5次大提速，铁四院开始围绕智能设计与可视化仿真技术展开研究。
21年来，铁四院紧紧围绕“智能设计与可视化仿真”“移动设备与基础设施智能运维装备系统”两条技术创新主线，为我国高速铁路、城市轨道交通等建设、运维注智赋能，在智能设计、规范标准、科技创新等方面硕果累累。
戴上VR眼镜，操作手柄，就能参观车辆综合基地，检修车辆零部件，工作效率、精确度一点也不低。
3月11日，利用可视化仿真技术，铁四院所属的湖北省轨道交通智能设计及装备工程技术研究中心（以下简称“智能设计研究中心”）研发人员，带着湖北日报全媒记者“云游”了野芷湖车辆综合基地。
仿真预期与落地运行仅差半分钟
300平方米的办公区域内，摆放着VR/AR眼镜、无人机、3D打印机、实时监测平台、激光快速成型打印机等多台/套智能设计、可视化仿真和装备研制所需的软硬件。
“这些设备能让轨道交通从设计到运维更精准、合理、安全、高效。”智能设计研究中心常务副主任、铁四院机动院总工程师邱绍峰介绍，凭借BIM（数字模型）、GIS（地理信息系统）、VR/AR或3D动画等可视化手段，能建立工艺流、车流、人流、物流等全要素模拟仿真平台，让工程设计、决策、建造、运营者实现提前预想、预见、预判、预知。
时间回到2000年，中国铁路酝酿着第5次大提速。
“提速不同于新建铁路，要在最短时间内选取最合理的方案、投入最经济的措施，达到最显著的提速。”邱绍峰称，“那时我们就在想，能否研发出融合铁路多系统的动态耦合、直观仿真提速方案，从而提高设计和决策效率、提升技术和经济效益。”
2000年，他们开始围绕智能设计与可视化仿真技术展开研究。2004年，在京沪干线提速工程中，创新地应用“车—线—桥”耦合可视化仿真系统，实现提速设计方案仿真预期与实施落地运行相差仅半分钟的奇迹。
“这让我们第一次切身感受到仿真的力量！”邱绍峰说，从那以后，他们决心将可视化仿真作为拓展设计维度的方向，实现“单一到系统、静态到动态”技术突破。
2007年，中国铁路第6次大提速。邱绍峰和团队采用自主研发的三维仿真技术，总体设计并成功建成我国首个投入运营行车速度最高、检修规模最大、安全可靠性最好、作业效率最高、装备现代化程度最高的动车组运用所——上海南动车运用所。
建成全国铁路首条数字化检修线
近年来，我国高铁发展速度突飞猛进。截至2020年底，我国高铁运营里程达3.79万公里，稳居世界第一。预计到2035年，全国铁路网长度将达到20万公里，其中高速铁路达7万公里。
面对规模强度越来越大、安全压力越来越高、管控项点越来越多等痛难点，邱绍峰团队开始将可视化仿真与智能化、自动化技术相结合，实现设计、建设、运维等全过程和全要素模拟仿真。
“设计效率、设计质量发生了翻天覆地的变化！”邱绍峰说，所有知识库、参数库、规则库、模型库都已固化在设计系统中，整个设计能实现“智能匹配”“一键成文”“一键成图”，人力投入减少了50%、准确度提高80%、绘图效率提升20倍以上。
凭借过硬的技术，2019年，智能设计研究中心成功打造了我国铁路首条物联网融合数字化智能检修流水线——上海动车段“新建动车组、和谐机车制动夹钳检修线”，实现关键零部件自主修，解决了行业长期“卡脖子”的难题。
邱绍峰说，研发团队深入国内外各大零部件制造企业，运用各类可视化仿真技术对检修对象、工艺布局、工艺流程、检修标准等全要素模拟仿真，解决了检修工艺难以标准结构化、检修装备难以智能化、检修数据难以互联互驱、检修过程难以管控透明化等一个个“黑匣子”问题。
据介绍，上海动车段制动夹钳检修线投用后，人工成本下降48.6%，日检效率提升70%，换产等待时间缩短90%，数据有效率达到98%。
设计全国铁路约40%的动车段所
2019年，智能设计研究中心在铁四院正式挂牌成立。团队47人，其中教授级高工10人，高级工程师10人，高级会计师1人。
21年来，他们紧紧围绕“智能设计与可视化仿真”“移动设备与基础设施智能运维装备系统”两条技术创新主线，为我国高速铁路、城市轨道交通等建设、运维注智赋能，在智能设计、规范标准、科技创新等方面硕果累累。
据介绍，全国铁路约40%的动车段所、全国各地148个地铁车辆基地设计均为他们所设计；他们先后主编我国铁路行业最重要的三部综合性行业规范——《高速铁路设计规范》《城际铁路设计规范》和《市域铁路设计规范》；完成的工程项目累计获得国家优质工程奖1项、省部级优秀工程设计一等奖7项、省部级优秀工程设计软件一等奖1项、省部级科技进步一等奖5项；累计获得软件著作权30余项、发明专利20余项、实用新型专利100余项，凝练编写了5本专著。
“越来越多铁路和轨道交通运营单位认识到构建数字化、可视化、智能化综合解决方案的重要性，武汉动车段数字化检修流水线也将开工。”邱绍峰说，未来，将继续加强数字化、可视化智能技术攻关，让应用成果“布满”高铁网、城轨网和都市圈，为建设交通强国提供更有力的支撑。
记者手记
精益求精的“修炼之旅”
□ 左晨
铁路大提速浪潮汹涌，邱绍峰率领团队突破传统工艺手段，力求以一种更合理、更高效、更精准的方法解决行业发展难题。
他们牢牢把握现场使用需求，大胆创新，围绕智能化设计与可视化仿真技术开展研究，并将其应用于轨道交通的设计、建设、运维全生命周期，构建起智慧交通安全运维综合解决方案。
大提速，不仅是列车速度的提高，更是一场中国铁路发展全面提高效率、提高工作质量、提高管理水平、缩小与世界先进水平差距的“修炼之旅”。
中国铁路的诞生、完善，犹如一场老工业通往精益制造的涅槃之旅，拼的就是大国工匠精益求精的耐性。
不愿成为重复“造轮子”的跟风者，邱绍峰和团队更愿意去啃“硬骨头”，去突破新的发展方向，不断延伸研究领域和维度。
