中外铁路工程建设标准化对比研究

中外铁路工程建设标准化对比研究

近年来，中国铁路的快速发展取得了令人瞩目的成就。同时,在全球资源环境约束日益严格的背景下,全球铁路发展迎来了第三次浪潮,中国铁路也面临“走出去”的重大机遇。目前,在中国铁路“走出去”的过程中遇到了很多问题,其中技术标准成为瓶颈问题之一,集中体现在中国铁路技术标准对国外市场的适应程度和国际市场对中国标准的接纳程度两个方面。一方面是中国铁路技术标准是系统总结国内铁路建设和运营实践经验而制定的,“走出去”之后会碰到因国情差异而出现的各种问题,完全照搬中国标准会碰到不适应的情况;另一方面是遇到国外铁路发达国家因标准制定时间早、影响力大而形成的“技术壁垒”。中国铁路“走出去”首先要中国标准“走出去”,过程中将面临激烈竞争。中国铁路技术标准可以分为工程建设标准、运营标准、产品标准三部分,工程建设标准在项目建设流程上要走在最前面,同时与运营标准、产品标准密切相关。因此,对其“走出去”的制约因素开展研究十分必要和迫切。本文选取了目前世界范围影响最广的欧洲铁路,从标准体系、标准内容两方面开展对比分析,同时根据目前海外项目的不同标准应用环境选择了代表性工程案例进行分析,最后提出了工程建设标准国际化实施方案。希望能为完善我国现行技术标准体系和实施中国铁路“走出去”战略提供参考。1比较系统特征的模型中国铁路工程建设技术标准体系的特征可以用图1所示的六个维度进行描述,以下按此对中国与欧盟(德国)铁路标准体系进行对比分析。1.1欧盟(德国)标准中国体系:标准之间相对独立,很少相互引用。例如《铁路路基设计规范》、《铁路路基工程施工规范》、《铁路路基工程施工质量验收标准》三本标准均列出了路基压实质量的技术要求。此外,中国标准一般将同类内容合并编制标准,例如《铁路工程土工试验规程》将岩土体物理、力学指标测试试验汇总编制。欧盟(德国)体系:标准按照模块化的思路编制,标准之间相互引用,关联性强。例如:铁路桥梁的设计需要分别引用《欧盟标准1991-2:2003》第6章“铁路移动荷载和其他适用于铁路桥的荷载”;EN1992欧洲规范2混凝土结构设计的第二部分:混凝土桥《ENV1993-2:1997》;EN1992欧洲规范3钢结构设计的第二部分:钢桥《ENV1993-2:1997》等。铁路地基处理的每一种工程措施分别编制标准,EN14679《特殊岩土工程的施工:深层搅拌》、EN12716《特殊岩土工程的施工:喷射注浆(旋喷)》等。两者各有优缺点,中国体系对标准使用者而言非常方便,易于管理和实施;但同时也容易出现标准冲突、修订工作量大等缺陷。1.2从技术层面进行划分中国体系:按勘测、设计、施工、验收等阶段对标准进行了严格划分。例如:《铁路工程地质勘察规范》(TB10012—2007)、《高速铁路设计规范》(TB10621—2014)、《铁路隧道工程施工安全技术规程》(TB10304—2009)、《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》(TB10421—2003)等。欧盟(德国)体系:技术标准未按阶段维度进行明确划分,一般强调设计为主线,有时对结构物的施工、验收和养护规程进行统一规定。例如《铁路线路设计规范》(DS80001)、《铁路编组站设计规范》(DS80004)、《铁路路基设计、施工、验收和养护规范》(DS836)等。两者的区别是由国情确定的,中国铁路建设勘测设计、施工、运营由不同的企业实施,因此阶段划分清晰,有利于管理。德国铁路的勘测设计、施工、运营均由德国铁路股份公司(DB公司)负责,其更为关注结构物的功能和性能要求,阶段划分淡化。1.3表面约束关系中国体系:划分为国家标准(GB)、行业标准(TB)、企业标准(Q/CR),但实质上基本没有严格的上层对下层的约束关系,合而为一,共同组成体系。欧盟(德国)体系:按照国际标准(UIC、IEC等)、欧盟标准(EN)、国家标准(DIN)、行业协会标准与铁路企业标准(Ril),上层对下层的约束性强烈。1.4等级约束性不强中国体系:按基础级、通用级、专用级进行了划分,但是通用级和专用级标准存在一定重叠,清晰划分困难,等级约束性不强烈。欧盟(德国)体系:未明确提出基础级、通用级、专用级的概念,但按照欧盟铁路指令(EC)→欧洲铁路互通性技术规范(TSI)→欧洲标准(EN)→国家标准(DIN)→学会标准和企业标准(Ril)的顺序,等级约束性强烈。1.5技术标准的制定中国体系:技术标准分为强制性(TB)和推荐性(TB/T),但是在实施过程中两者并没有明显区别,推荐性标准一般也按照强制性标准执行。此外,在技术标准编制时,又以规范性用语“严禁”、“应”、“宜”、“不得”等再次说明强制性。欧盟(德国)体系:欧盟铁路指令(EC)和欧洲铁路互通性技术规范(TSI)为技术性法规,具有强制性,其余技术标准均为推荐性标准。但欧盟的技术标准(含引用的国际标准)对欧洲所有国家技术标准具有强制性。1.6欧盟(德国)体系中国体系:优先按线路运输类型划分为客运专线(高速铁路、城际铁路)、客货共线、货运铁路(重载),再进一步按结构划分为线路、测量、地质、桥涵、隧道、路基、轨道、站场、电力、牵引供电、通信、信号、信息、机务车辆、房建、给排水、环保等专业。欧盟(德国)体系:划分为5个结构子系统(基础设施INS、能源ENE、轨道旁控制指挥和信号传送CCS、车载控制指挥和信号传送TCS、轨道车辆RST)和3个功能子系统(运行和交通管理OPE、维护MTC、客运及货运服务远程信息处理TAP/TAF)。子系统下再对高速铁路和普通铁路分别说明。以上对比分析的结果,归纳整理后如表1所示。2标准内容的比较分析对欧洲EN标准与德国DIN标准中铁路相关标准、德国铁路公司Ril标准中的内容与中国标准进行了全面对比分析,主要有以下差异:2.1中国铁路技术标准体系组成内容更加全面中国铁路标准体系来源于中国特有的铁路发展实践,铁路类型覆盖面广,是世界上铁路类型最丰富的国家。中国的铁路从运输类型来分有客运专线、客货共线、重载货运专线;从速度等级来分有高速铁路(新建线时速≥250km)和普速铁路;从地理区域来分有高原铁路、高寒铁路、沿海铁路、山区铁路、风沙地区、黄土地区铁路等。中国这种多类型铁路共同发展的局面,是世界其他国家无法具备的。例如,欧洲和日本有高速铁路,但没有重载铁路;美国和澳洲有重载铁路,但是没有高速铁路。中国铁路技术标准体系组成内容更为全面。中国铁路技术标准体系覆盖了铁路工程建设领域的各个环节,基本上能够“自成体系”,欧洲技术标准对铁路特点直接相关的线路、轨道、信号等做了详细规定,而对于测量、地质、基础设施(桥、隧、路)等采用与交通、水利、建筑等土木行业通用的技术标准。2.2相关标准及规范对相关标准的要求中国技术标准体系完全由本国标准组成,基本不引用国际标准或其他国家相关标准。德国国家标准有些直接采用欧洲标准,例如“DINEN50119铁路电力牵引供电接触网技术规范”,而欧洲标准有些直接采用国际标准,例如“ENISO21267铁路技术制图(系列)标准”。2.3极限状态法中国铁路基础设施结构计算一般采用容许应力法,目前正在向极限状态法转轨,欧洲一般采用极限状态法。此外,在桥上列车制动力计算、水文计算等方面也存在差异。2.4标准的一般规定中国标准侧重工程实践,善于通过实践总结出一些经验公式或参数,并明确提出结论和执行技术要求;国外标准则偏重理论性,标准中一般给出概念定义、图表说明、公式推导原理等,较少直接给出具体的公式及参数结论。例如中国《高速铁路设计规范(试行)》规定铁路无砟轨道扣件主要采用WJ-7扣件和WJ-8扣件;欧洲《铁路应用-轨道-扣件系统性能要求》条文中对扣件的阻力、绝缘电阻、轨距变化量等功能性能参数提出明确技术要求,而不明确具体型号。3铁路标准应用环境案例选取从中国近年来海外铁路工程项目案例来看,铁路标准应用环境主要有表2所列的5种情况,选取了相应的代表性工程案例。在项目实施过程中,技术标准应用主要遇到以下问题。3.1铁路客运专线技术体系亟待完善铁路建设所在国的国情与中国往往存在较大差异,照搬中国标准有时很难适合,需要对中国标准进行调整和完善,例如:俄罗斯铁路项目:根据本国国情要求为时速400km的客货共线铁路,而中国铁路标准中只有时速350km的客运专线技术体系,需要开展大量研究。埃塞铁路道砟问题:中国标准要求采用Ⅰ级道砟,而埃塞当地合格道砟严重缺乏。项目实施时,对采用Ⅱ级道砟的可行性进行了专题研究论证后,大多数地段采用了Ⅱ级道砟。3.2考虑经济性的原则目前,海外很多铁路项目采取EPC模式,项目实施过程中受外部诸多因素影响很大,但经费一般无法调整,经济性问题非常突出。中国技术标准体系实际包含了行车密度、养护维修、安全性、舒适性等很多重要的“技术前提条件”,同时中国幅员辽阔,还需要考虑不同的地理、气候、环境条件,如机械套用中国标准,在有些铁路建设国会出现标准偏高的情况。在经济性压力下,遵循“限额设计”原则,对技术标准进行调整就成为降低工程造价的一种有效手段。例如:埃塞铁路项目经过对运量、地形地质等条件的综合分析后,对路基填料、基床结构、填方边坡防护、排水等标准均作了适应性调整。3.3设备制造对比目前,海外铁路建设过程中碰到的国外技术标准兼容互通性问题越来越多,主要包括三种情况:一是按照中国铁路标准修建的铁路线路与按国外标准修建的铁路线路之间的兼容互通问题;二是中国铁路工程建设标准中实际有很多“隐性参数”,与国外车辆、信号等设备存在兼容互通问题;三是设计理论与试验方法存在兼容互通问题。例如:一、尼日利亚铁路项目的车站已经按照中国标准修建,其中站台设计标准隐含了中国车辆参数,即车站站台高度及站台边缘至股道中心的距离等与中方车辆尺寸一致。但尼方车辆采购采取国际招标,目前全球有4~5家厂商待定,若两者不匹配,则会存在安全隐患。二、委内瑞拉铁路项目中,由于委方既有的铁路项目使用的是UIC60kg/m钢轨标准和德国VOSSLOH扣件、E70轨枕等产品,中国轨道标准采用的是CHN60kg/m钢轨,两者存在不同,如直接生产则存在知识产权侵权问题。中方企业组成联合攻关小组,共同开展产品研制,并按照外方要求的“EN13146-4:2002”标准开展疲劳试验和上道试验相关测试工作后,才最终使国内产品得到成功应用。三、尼日利亚铁路项目中,中国铁路标准对软土地基稳定性计算采用总应力法,而咨询方意大利Team公司要求采用有效应力法,由于地质勘察提供的土体力学参数都是总应力抗剪强度指标,而未开展三轴剪切有效应力试验,在沟通协调上造成了很大困难。四、俄罗斯铁路项目中,中方路基填料压实采用重型击实试验,压实度要求为0.98,而俄方采用轻型击实试验,压实度要求为1.0,标准协调存在很大困难。3.4外方对中国标准的理解困难铁路建设国的技术标准一般不系统,因此项目建设方和咨询方等国外技术人员采用的国外技术标准来源也相对较为“混乱”,例如孟加拉铁路采用标准包括印度IRS铁路标准、孟加拉国BRS铁路标准、国际铁路联盟UIC标准、国际电工委员会IEC标准、欧洲EN标准、美国AREMA标准等,经常需要与中国标准进行对接,外方技术人员对中国标准的理解普遍困难,主要体现在以下两方面:一是中外铁路技术标准体系架构存在差异;二是国外标准一般对功能和性能提出明确要求,并对定义、原理做出说明,而很少直接明确实现方法,而中国铁路建设标准很多为工程经验总结,直接提出结论性条文,而原理性解释简略。3.5项目编制单位对项目策划和资料的收集与准备工作不统一目前,海外项目实施过程中,外方一般要求中方对采用标准做出详细解释,并提供详细的计算单和附图,而我国很多项目承担企业并不是标准编制单位,无法了解和收集规范编制配套研究资料,同时还需要进行翻译工作,该项工作耗费了大量精力和费用,对工期也有一定影响,增加了项目工程成本。4“走出去”制约因素分析中国铁路技术标准国际化过程大致要经过三个阶段:第一阶段是与国外技术标准竞争阶段,目标是抢占海外市场,在此过程中需要更多解释和推广中国标准;第二阶段是与国外技术标准兼容互通阶段,要实现分别按中、外标准修建的铁路能够互联互通;第三阶段是标准融合阶段,即中国标准与国外标准互相认证,并可相互引用,同时部分中国标准争取成为国际标准。目前,中国正在实施的大多数海外项目属于第一阶段,少数项目为第二阶段。结合以上分析,中国标准“走出去”目前主要依托企业在海外的工程项目实施,主要有以下制约因素:第一,由于形成背景不同,中外铁路技术标准在体系架构与标准内容上均存在一定差异,中国企业在海外项目实施的过程中与外方对接困难。第二,中国技术标准未将共性的关于基本功能性能的规定抽离出来,而是直接提出了实现功能性能的方法,规定的内容过细,而且大多数是强制性的。由于国情差异大,中国企业在海外项目中完全移植中国标准将面临着地理、人文、环境差异和项目经济性指标造成的双重压力。第三,在海外项目实施过程中,中国技术标准不可避免的将会遇到与国外国际标准的兼容互通问题。而目前我国在技术标准编制过程中形成的大量基础性研究的技术资源较为分散,因缺乏信息平台,企业解决这些问题将花费大量的精力和成本,且存在不同项目的企业重复劳动的情况。5技术标准体系方面铁路工程建设技术标准国际化战略实施应坚持“以我为主,开放兼容”的原则,同时应紧密结合目前中国铁路技术标准体系现状,实施方案建议如图2所示。5.1《1中国铁路技术标准体系》编制《技术标准导读》可以实现以下目标:一是向世界展现中国铁路系统齐全、高速铁路领先的技术优势;二是为企业作技术支撑,便于中国企业在海外项目中与外方的沟通;三是归纳整理中国铁路在标准编制过程中的基础性研究成果资料;四是为下一步与国外标准的对接做好准备。《导读》在中国现行的铁路技术标准体系的基础上编制,其结构如图3所示。系列共分为6册,分别是基础分册、高速铁路分册、客货共线分册、城际铁路分册、重载铁路分册、高速客货共线分册,其中高速客货共线我国基本没有市场需求,但国外项目国情差异很大,例如中国承担的俄罗斯高铁要求实现时速400km的高速客货共线,在此提前进行规划。分册之间可以出现重复内容,以保证分册的独立性。基础分册主要包含技术法规、技术标准体系、基础标准(制图、术语、计算、试验等);其余分册编制时,按照勘测地质、基础设施、通信信号、电力工程、车站工程、机务车辆、环保等编制子册。《导读》编制时,应考虑铁路建设国工程人员的思维习惯,以各子系统为主线,将现行勘测、设计、施工、验收等技术标准的相关内容进行合并整理,并应注意加强对现有条文的原理性详细解释,并编制相应的算例。5.2混合项目的铁路互联互通中国铁路“走出去”必定会遇上激烈的市场竞争,同时铁路建设国很多具有一定的铁路基础,中国标准完全移植被接纳的难度很大,面临的更多情况是与国外标准的对接,主要体现为以下两种模式:一是在单一项目中不同技术标准混合应用;二是按中国标准修建的铁路要考虑与路网中的其它铁路互联互通。因此,中国铁路标准的国际化应提前布局,开展与欧洲国家(德国、法国、西班牙、俄罗斯等)、日本、美国等铁路发达国家标准和UIC、ISO、IEC、EN等国际标准的兼容互通研究,并编制《国际技术标准兼容互通性系列手册》和《国外技术标准兼容互通性系列手册》。该研究成果可以直接帮助中国企业回答在海外项目合同中是否可以采用某类国外国际标准的问题,为企业在“走出去”过程中提供技术支持。5.3《中国铁路工程建设标准》(gb)在以上两项工作的基础上,为改变中国铁路工程建设标准的等级维度、级别维度层次约束性不强的问题,建议考虑对现行中国铁路工程建设技术标准体系进行调整,以更适应国际化战略目标,如图4所示。该体系划分为国家标准、行业标准、企业标准三个层级。国家标准(GB)主要是关于铁路安全、环保、材料等方面的标准。行业标准划分为基础标准和通用标准,基础标准包含术语、计算规定、试验方法等,对其他标准具有普遍的指导意义;通用标准按照铁路工程结构划分为线路、测量、地质、轨道、桥涵、隧道、路基、站场、牵引供电、电力、通信、信号、信息、机务车辆、站房建筑、环保等子系统,将勘测、设计、施工、验收不同阶段的结构基于功能、性能的共性要求抽离出来,不提出具体实现结构功能性能的方法,以避免规定过细过死的情况。企业标准是如何实现国家标准、行业标准规定的功能、性能的实施层面,也是标准体系的重要组成部分。这种体系架构可以解决中国标准规定过细和中外国情差异大难以完全适应两者之间的矛盾,企业可以根据项目的具体背景更为灵活地制定实施方案,既为企业“松绑”,又有利于和国外接轨。5.4际标准的应用中国标准“走出去”的具体表现形式除了在具体铁路项目中应用中国标准外,还有铁路建设国家对中国铁路标准的相互认证,以及中国铁路标准在国际标准中的推广应用。因此,建议分亚洲(东亚、西亚、中亚)、非洲、欧洲(中东欧、西欧)、北美洲、拉丁美洲、大洋洲等不同区域,开展中国铁路标准与国外标准的相互认证可行性和实施方案研究(包括知识产权问题),并根据目前中国国外铁路建设项