GBT 44125.2-2024 铁路应用 制动性能计算（停车、减速和静态制动）第2部分：分步计算法标准立项发展报告

铁路应用制动性能计算（停车、减速和静态制动）第2部分：分步计算法StandardizationDevelopmentReport:RailwayApplications—BrakingPerformanceCalculation(Stop,DecelerationandStaticBraking)—Part2:Step-by-StepCalculationMethod摘要关键词：铁路应用；制动性能计算；分步计算法；标准化；停车制动；安全评估Keywords:railwayapplications;brakingperformancecalculation;step-by-stepcalculationmethod;standardization;stoppingbrake;safetyassessment一、引言铁路制动系统是保障列车运行安全的关键子系统，其性能直接关系到行车安全、线路通过能力以及运输效率。制动性能计算作为制动系统设计、验证和运营管理的基础性技术工作，其计算方法的科学性和准确性至关重要。随着我国铁路运营里程的持续增长和运行速度的不断提高，加之制动技术向智能化、模块化方向演进，原有制动性能计算方法已难以全面适应多样化的应用场景和技术需求。在国际层面，国际铁路联盟（UIC）及欧洲电工标准化委员会（CENELEC）等组织已建立了较为完善的制动性能计算标准体系。我国虽然在制动设备制造领域取得了长足进展，但在制动性能计算方法的标准化方面仍存在一定空白。不同设计和制造单位采用的算法在边界条件设定、参数选取及计算流程上存在差异，导致计算结果的横向可比性不足，制约了技术交流与产业协同。在此背景下，GB/T44125.2-2024《铁路应用制动性能计算（停车、减速和静态制动）第2部分：分步计算法》的制定与发布，填补了国家标准层面的空白。该标准以分步计算法为核心方法，为铁路制动性能计算提供了统一、规范、可操作的技术路径，对于提升我国铁路制动技术整体水平、促进国际标准对接具有重要意义。本报告旨在系统梳理该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及其应用前景，为相关技术人员和管理人员提供有价值的参考。二、标准编制背景与立项意义2.1行业发展的现实需求近年来，我国铁路建设持续高速推进。截至2024年底，全国铁路营业里程已突破16万公里，其中高速铁路超过4.6万公里，铁路运输在我国综合交通运输体系中占据骨干地位。与此同时，铁路装备技术不断升级，列车运行速度持续提升，重载运输规模不断扩大，对制动系统提出了更高要求。制动性能计算贯穿于车辆设计、型式试验、运营维护的全生命周期。在设计阶段，需要根据制动性能计算结果确定制动缸压力、制动倍率、摩擦副选型等关键参数；在试验验证阶段，需要将理论计算结果与实测数据进行对比分析；在运营阶段，制动性能数据是列车运行监控、信号系统设计和紧急制动距离评估的重要基础。因此，一套科学统一的计算方法标准是支撑上述工作的基本前提。2.2标准空白与技术瓶颈我国此前在该领域尚未建立完整的国家标准体系，部分企业和科研机构参考UIC544-1等国际文件或采用企业内部的算法进行制动性能计算。然而，UIC标准在列车编组方式、制动控制逻辑以及信号系统配置等方面与我国铁路实际存在差异，直接套用容易产生适用性问题。此外，各企业算法在中问参数取值、单位制换算、舍入规则等方面的不统一，导致同类产品的计算报告存在较大差异，给技术审查和行业监管带来了困难。在国际标准化方面，国际电工委员会（IEC）已发布IEC61377等与铁路牵引和制动系统相关的标准，但专门针对制动性能计算方法的国际标准尚不够系统和全面。加快建立具有我国自主特色的制动性能计算方法标准体系，既符合行业发展的内在需求，也有利于增强我国在国际铁路标准化领域的话语权。2.3政策支撑与标准体系建设《国家标准化发展纲要》明确提出，要加强交通运输领域标准体系建设，推动铁路装备技术标准与国际标准接轨。国家铁路局《“十四五”铁路标准化发展规划》也将铁路装备基础共性技术标准列为重点方向，要求完善铁路机车车辆制动系统标准体系。GB/T44125.2-2024所属的《铁路应用制动性能计算（停车、减速和静态制动）》系列标准，正是落实这一规划的重要成果。该系列标准的第1部分规定了总体要求和基于平均减速度的计算方法，第2部分则聚焦于分步计算法，两者相互补充、形成完整的方法体系。三、标准编制原则与依据3.1编制原则GB/T44125.2-2024的编制遵循了以下基本原则：科学性，即以制动动力学理论为基础，确保计算模型的物理意义明确、数学推导严密。统一性，即统一术语定义、符号体系和计算流程，使不同使用者能够获得一致的计算结果。适用性，即充分考虑我国铁路多样化的运用条件，包括不同车型、不同线路条件和不同编组方式。可操作性，即计算方法步骤清晰、参数易于获取，便于工程技术人员实际应用。协调性，即与已发布的相关标准保持协调一致，避免冲突与重复。3.2主要参考依据本标准的编制参考了以下主要文件和标准：-UIC544-1《制动——制动性能》-EN14531-1《铁路应用——停车、减速和静态制动性能计算方法第1部分：一般规则》-EN14531-6《铁路应用——停车、减速和静态制动性能计算方法第6部分：分步计算法》-TB/T1407《列车牵引计算规程》-GB/T3318《铁路机车车辆制动系统技术条件》-IEC61377《铁路应用——机车车辆——牵引系统组合试验》四、标准主要技术内容4.1适用范围与基本框架GB/T44125.2-2024规定了铁路车辆制动性能计算中分步计算法的运用规则，适用于铁路机车、客车、货车以及动车组等各类铁路车辆的制动性能计算。该标准涉及的计算场景包括停车制动（列车由运行状态减速至完全停止）、减速制动（列车由较高速度减速至某一特定速度）以及静态制动（列车在静止状态下的制动能力校核）。标准将制动过程划分为若干时间步长或距离步长，在每个计算单元内应用运动学方程求解瞬时速度、加速度和走行距离。相比于传统的平均减速度法，分步计算法能够更精确地描述制动过程中制动力变化、线路坡道变化和阻力变化对列车运动状态的影响，尤其适用于长大坡道、多工况制动、紧急制动等复杂场景的性能计算。4.2基本计算流程标准规定的分步计算法基本流程主要包括以下环节：第一步，确定计算输入参数，包括列车编组质量、制动初速度、制动系统响应时间、制动力随速度的变化特性、线路纵断面条件（坡道、曲线等）、列车运行基本阻力等。第二步，对制动过程进行离散化处理，将整个制动距离划分为有限数量的计算步长。步长划分可以基于等时间间隔或等距离间隔，计算精度与步长划分粗细密切相关，标准给出了步长选择的建议范围。第三步，在每一个计算步长内，求解列车运动微分方程。制动力取当前步长代表速度下对应的值，阻力按当前速度和线路条件计算，由此得出该步长内的减速度、速度变化量和位移变化量。第四步，逐段递推计算，直至列车速度降低至目标值（停车制动时目标速度为零）。第五步，汇总各步长的计算结果，输出总制动时间与总制动距离。4.3关键参数处理标准对下列关键参数的处理方法进行了明确规定：（一）制动力计算。制动力是制动性能计算的核心参数。标准规定制动力应根据制动系统的类型（空气制动、电制动、磁轨制动等）分别计算。对于空气制动，制动力与制动缸压力、制动倍率、闸瓦（闸片）摩擦系数和车轮直径等因素相关。对于电气制动（电阻制动或再生制动），制动力应按照牵引电机特性曲线和制动控制策略确定，标准要求制造商提供完整的制动力-速度特性曲线资料。摩擦系数随速度和温度变化，标准给出了推荐取值方法。（二）列车运行阻力。标准要求采用分项计算法确定列车运行基本阻力，包括机械阻力和空气阻力两部分。机械阻力与车辆质量、轴重和走行部结构有关，空气阻力与列车速度、外形尺寸和编组长度有关。标准明确了不同车型的阻力计算公式及参数取值范围，并要求与线路附加阻力（坡道阻力、曲线阻力）叠加。（三）制动系统响应时间。制动系统响应时间是指从制动指令发出到制动力完全建立所需的时间，包括纯空气制动系统的充气时间、电空制动系统的电磁阀动作时间以及动力制动系统的电流上升时间等。标准要求将制动系统响应时间纳入总制动距离计算，且对于不同制动等级分别取值。紧急制动时，响应时间取较小值，以反映系统的最快响应能力；常用制动时，则根据制动指令级别取对应的响应时间值。4.4计算精度与验证要求标准对分步计算法的计算精度提出了明确要求。在步长划分方面，标准推荐在速度变化急剧的区段（如制动力切换点、坡道变化点附近）加密计算步长，以保证计算精度；在制动力变化平缓的区段，可适当加大步长以提高计算效率。标准同时给出了计算结果的修约规则，要求最终输出的制动距离和制动时间保留适当的有效位数，避免因修约造成的累计误差。在计算结果的验证方面，标准要求将计算结果与实测数据进行对比分析。当理论计算结果与实测值的偏差超出允许范围时，应核查计算输入参数的合理性，必要时进行修正和重新计算。标准明确了不同速度等级下列车制动距离计算值与实测值的允许偏差范围。4.5与第1部分的关系GB/T44125系列标准的第1部分规定了制动性能计算的总体要求和平均减速度法，第2部分则对分步计算法进行了详细规定。两者在计算逻辑上具有一致性，但在适用场景上各有侧重。平均减速度法适用于制动力基本恒定、线路条件相对简单的初步设计阶段，具有计算简单、效率高的优点；分步计算法则适用于需要精确评估制动性能的详细设计阶段及复杂工况下的计算验证。在实际应用中，两种方法互为补充，设计人员可根据计算目的和精度要求选择合适的方法。五、主要起草单位及工作情况5.1主要起草单位概况GB/T44125.2-2024由中车青岛四方车辆研究所有限公司（以下简称“中车四方所”）作为主要起草单位承担编制工作。中车四方所是中国中车股份有限公司旗下的核心研发机构之一，位于山东省青岛市，创建于1959年，是一家具有六十余年历史的专业轨道交通装备研究制造企业。中车四方所在铁路制动技术领域拥有深厚的技术积累和丰富的工程实践经验。该所设有专门的制动技术研发部门，从事空气制动系统、电空制动系统、基础制动装置和制动控制系统的研究、设计与试验验证工作。其研发的制动系统产品广泛应用于高速动车组、大功率机车、城市轨道车辆和普通客车等各类轨道交通装备。中车四方所建有国内领先的制动系统综合试验台，能够模拟不同速度、不同载荷和不同线路条件下的制动过程，为制动性能计算方法的验证提供了坚实的试验基础。中车四方所长期以来积极参与国家铁路标准的制修订工作，在制动技术标准化方面积累了丰富的经验。该所主持或参与制修订了多项铁道行业标准和国家标准，涵盖制动系统技术条件、制动零部件试验方法、制动计算规程等多个领域，是我国铁路制动标准体系建设的骨干力量。5.2编制过程GB/T44125.2-2024的编制工作经历了以下几个主要阶段：前期研究阶段（2021年1月—2021年9月），开展国内外相关标准和技术资料的收集与对比分析工作，系统梳理了UIC、EN等国际国外标准中关于制动性能计算的技术内容，结合我国铁路装备技术和运用条件，确定了标准编制的总体思路和技术路线，并在此基础上提出了标准草案建议稿。起草阶段（2021年10月—2022年6月），成立标准起草工作组，明确任务分工。工作组进行了多轮技术讨论，对分步计算法的数学模型、步长选取策略、关键参数取值等核心问题进行了深入论证。期间召开了多次工作组会议，对标准草案逐条讨论修改，形成了标准征求意见稿。征求意见阶段（2022年7月—2022年12月），通过全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会（SAC/TC278）向行业广泛征求意见。收到的意见涵盖了计算流程表述、参数取值方法、术语定义、附录补充等多个方面。工作组对全部反馈意见进行了逐条处理和回复，对标准文本进行了进一步完善，形成了标准送审稿。审查与报批阶段（2023年1月—2024年2月），经过技术审查和严格审核，标准于2024年5月28日正式发布，并将于2024年12月1日起实施。5.3其他参与单位六、标准实施应用前景6.1行业应用价值GB/T44125.2-2024的发布实施将为我国铁路行业带来显著的技术和经济效益。在设计制造环节，该标准为制动系统设计单位和车辆制造企业提供了明确的计算规范，有助于统一设计输入条件、计算流程和输出参数，减少因计算方法不一致导致的设计反复，缩短产品研发周期。同时，统一的算法为不同企业之间产品性能的横向对比提供了技术基础，有利于营造公平竞争的市场环境。在运营管理环节，标准的实施有助于铁路运输企业更加准确地掌握列车的制动能力，为列车运行图编制、信号系统闭塞分区设计、紧急制动距离确定等提供可靠的数据支撑，从而提升线路通过能力，保障行车安全。在标准协调方面，该标准与EN14531-6等国际标准的技术内容保持了一定的协调性，为我国铁路装备“走出去”提供了技术标准支撑，降低了国际贸易中的标准壁垒。6.2未来发展方向随着铁路制动技术的持续进步，特别是电气制动（再生制动）比重不断提高、智能化制动控制系统逐步推广，制动性能计算方法也将不断演进。未来，该系列标准可在以下方向进一步完善：一是建立与车载制动控制系统的数据接口规范，实现基于实时监测数据的制动性能动态计算；二是拓展面向自动运行（ATO）场景的制动性能计算方法；三是探索引入数字孪生和人工智能技术辅助制动性能预测与验证；四是加强与UIC、IEC、CEN等国际标准化组织的技术交流与合作，推动我国制动计算标准向国际标准转化。七、结论GB/T44125.2-2024《铁路应用制动性能计算（停车、减速和静态制动）第2部分：分步计算法》是我国铁路制动技术领域一项重要的基础性标准。该标准的制定紧密结合我国铁路技术发展需求，充分吸纳了国际先进经验，确立了适用于我国铁路实际的分步计算法技术规范，具有方法科学、内容完整、可操作性强的显著特点。参考文献[1]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.GB/T44125.2-2024铁路应用制动性能计算（停车、减速和静态制动）第2部分：分步计算法[S].北京：中国标准出版社，2024.[2]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.GB/T44125.1-2024铁路应用制动性能计算（停车、减速和静态制动）第1部分：总体要求及平均减速度法[S]