时隔17年，铁路人对2008年春运期间南方铁路网的瘫痪仍记忆犹新。随着极端天气多发，如何破除覆冰，保障“开往春天”的高铁畅通无阻，成为业界关注的话题。
5月22日至23日，香山科学会议召开“高速铁路大气覆冰致灾成因与防护”学术研讨会，中国工程院院士、铁道工程专家何华武在会上强调，中国高速铁路通车总里程已达4.8万公里，开展覆冰成因、检测、预防、清除等问题的研究，将冰雪致灾几率降至最低，刻不容缓。
“当前铁路除冰仍以人工为主，一些地区尝试无人机除冰，但效果不佳。”西南交通大学教授吴广宁说，在极端覆冰的天气条件下，作业中的除冰工人甚至也会被覆冰。因此，从根本上解决高铁覆冰问题，亟须开展跨学科协作，对牵引供电、大气物理、人工智能、材料科学等多领域进行深入研究。
覆冰类型多样，机制摸不透
时速300多公里的高铁列车呼啸而过，接触网上的电能经受电弓平稳地供给列车。受电弓是电力机车的“生命线”，通过滑板与接触网接触获取电能，驱动列车。
“除了车身、轨道覆冰会影响车辆运行受力，高铁接触网上的覆冰状态复杂、类型多样，是当前动车降速、停运的主要原因。”吴广宁解释，一方面冰层不导电，会阻止电能传递；另一方面接触网表面的不规则覆冰，会阻碍受电弓滑动，可能使其受冲击断裂，甚至烧断接触网。
此外，接触网建设时被施加了巨大的张力，处于平直状态，覆冰后接触网会变形下垂，带来接触网“舞动”。吴广宁解释说，“舞动”影响接触网的稳定性和安全性，严重时会引发弓网故障，甚至造成断线跳闸、中断行车。目前，其诱发机理和影响规律尚不明晰。
“2024年初，华北、华中地区遭遇两轮大面积低温雨雪灾害，多条高铁接触网出现覆冰‘舞动’。”詹天佑科学技术发展基金会教授级高级工程师王保国表示，研究团队分析了31条电气化铁路近十年覆冰“舞动”的案例发现，在风口及平原地区，当气温处于-5℃—0℃、湿度超85%、风速为5—15m/s，且风向与线路夹角大于45°时，覆冰“舞动”更易发生。
“舞动”只是高铁接触网覆冰出现的特殊现象之一。“我国幅员辽阔、气候环境复杂，高铁接触网覆冰呈现显著地域差异。”中国科学院院士、中国科学院电工研究所研究员王秋良表示，以华中地区为例，南下的西伯利亚寒流与北上的东南暖湿气流在此交汇，易造成雨凇覆冰，其密度是雪凇的8倍，黏附强度是雪凇的20倍。
建档+仿真，从“被动抗冰”到“主动防御”
覆冰造成的影响因地而异，除冰应对举措也需因地制宜。中国工程院院士、电网工程专家李立浧建议，每条高速铁路的固定路径都有规律性的气象和地形特点，如果给每条线路构建“档案”，设置应急处理方案，给出“一线一策”的应对策略，将更有利于实现从“被动抗冰”到“主动防御”的转变。
“20年来，电力系统通过智能传感器与微气象监测积累了电网自然覆冰的数据集。”华南理工大学教授郝艳捧介绍，借助大数据分析与人工智能等技术，电网覆冰感知过程已实现智能化，可助力高铁线路建立覆冰“档案”。
除了输电领域，风机叶片、航空航天等领域对覆冰监测技术的研究和应用，均可为高速铁路覆冰防护提供参考。
谈及接触网复杂状态的精确监测，吴广宁表示，随着人工智能技术的发展，数字孪生有望对接触网覆冰前后的力学结构、工况等真实特性进行全尺寸“仿真”。
“可采用超声、机器视觉、高频激光等方法开展信息采集和试验研究，仿真再现接触网覆冰过程，并建立实时动态的覆冰监测、数据处理、评估预警与运行调控体系。”吴广宁说，通过快速预警与智能决策，有望在覆冰出现前阻断其形成，防患于未然。
来源：科技日报 2025年5月28日
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