高速列車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃
一、形勢(shì)與必要性
(一)國(guó)際高速列車相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
世界上軌道交通技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家一般按服務(wù)模式和路網(wǎng)技術(shù)特
征對(duì)軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行分類,并在此分類基礎(chǔ)上對(duì)其基礎(chǔ)設(shè)施和列
車分別進(jìn)行體系化配置。一般情況下,運(yùn)營(yíng)速度200km/h 以上的導(dǎo)
向運(yùn)輸系統(tǒng)(Guided Transportation systems)均被稱為高速運(yùn)輸系
統(tǒng),運(yùn)營(yíng)速度200km/h 以上的輪軌系統(tǒng)即為高速鐵路。
自1964年日本首次開行高速列車以來(lái),經(jīng)過(guò)了50余年的發(fā)展,
形成了以日本新干線N700系與E5系、法國(guó)TGV和德國(guó)ICE 為代
表的高速列車技術(shù)。高速列車的運(yùn)營(yíng)速度從最初的210km/h 提高到
320km/h ,日本新干線、法國(guó)TGV和德國(guó)ICE 的運(yùn)營(yíng)速度分別為
300km/h 、320km/h 和300km/h 。
為獲取安全性極限參數(shù)和進(jìn)行安全評(píng)估,各國(guó)分別研制時(shí)速遠(yuǎn)
高于運(yùn)營(yíng)列車的試驗(yàn)列車,試驗(yàn)速度逐步提高。2007年4 月3 日,
法國(guó)AGV的最高試驗(yàn)時(shí)速達(dá)到了574.3km/h,為保持技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)
業(yè)的領(lǐng)先與可持續(xù)發(fā)展提供了重要的研究、試驗(yàn)、數(shù)據(jù)和評(píng)估手段。
目前,世界各發(fā)達(dá)國(guó)家高速鐵路的發(fā)展進(jìn)入新一輪快速發(fā)展
期,主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
1. 泛歐高速鐵路網(wǎng)已見(jiàn)雛形,跨歐洲互操作技術(shù)與系統(tǒng)取得
重大進(jìn)展。
2 .適應(yīng)于歐洲各類線網(wǎng)的軌道交通技術(shù)、裝備、系統(tǒng)已成完
整體系。
3 .建管、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)與安全保障一體化技術(shù)架構(gòu)已經(jīng)形成并
逐步實(shí)施。
4.圍繞“歐盟- 國(guó)家-行業(yè)-企業(yè)- 研究機(jī)構(gòu)”主線已形成完備的技
術(shù)創(chuàng)新體系、產(chǎn)業(yè)支撐體系、市場(chǎng)機(jī)制和法律機(jī)制。
5 .歐洲高速列車技術(shù)在譜系化、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、成熟性等
方面總體上居世界前列,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系居世界制高點(diǎn)。
6 .日本高速鐵路技術(shù)、裝備、系統(tǒng)已形成完整體系,運(yùn)輸組
織、安全保障與服務(wù)技術(shù)居世界前列。
7 .建立了以高速鐵路為主干骨架的一體化、安全、綠色、高
效、智能的泛歐軌道交通網(wǎng):
(1)擴(kuò)能和能力保持技術(shù)發(fā)展加速;
(2)高速列車形成譜系化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展趨勢(shì);
(3)運(yùn)營(yíng)管理、運(yùn)輸組織和服務(wù)技術(shù)水平不斷提高;
(4)高速鐵路清潔化、綠色化、智能化技術(shù)受到空前重視;
(5 )軌道交通安全(Safety/Security)保障技術(shù)一體化(holistic )
已成技術(shù)發(fā)展趨勢(shì);
(6)高速鐵路技術(shù)作為 “走廊技術(shù)”、“替代技術(shù)”和“世紀(jì)技術(shù)”
地位的加強(qiáng)。
8 .技術(shù)和裝備的“ 清潔化” 、“ 智能化” 已成北美軌道交通領(lǐng)域
的發(fā)展重點(diǎn),大規(guī)模高速鐵路建設(shè)已開始啟動(dòng)。
9 .網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)輸組織、安全保障與服務(wù)集成化技術(shù)成為日本軌
道交通領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)。
(二)我國(guó)高速列車技術(shù)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀
鐵路是國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈和大眾化交通工
具,對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展和國(guó)防起著不可替代的全局性支
撐作用。大規(guī)模發(fā)展具有運(yùn)能大、安全舒適、全天候運(yùn)輸、環(huán)境友
好和可持續(xù)性等優(yōu)勢(shì)的高速鐵路,不僅是黨中央國(guó)務(wù)院的重大戰(zhàn)略
決策,也是在能源和環(huán)境約束下解決我國(guó)交通運(yùn)輸能力供給不足的
矛盾,帶動(dòng)形成一大批高新技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)及制造業(yè)提升與發(fā)展的
必由之路和必然選擇。
我國(guó)高速鐵路和高速列車技術(shù)研究和建設(shè)經(jīng)過(guò)了近20年的發(fā)
展歷程。第一階段從 1990年至2007年,經(jīng)歷了全國(guó)鐵路五次大提
速和德、日、法高速動(dòng)車組的引進(jìn)消化吸收;第二階段從2008年
至今,是以自主創(chuàng)新為主的階段,其標(biāo)志之一是《中國(guó)高速列車自
主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃》的啟動(dòng)實(shí)施。
按照國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2008年調(diào)整)》,到2020年,
全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12萬(wàn)公里以上,復(fù)線率和電化率分別達(dá)到
50% 和60% 以上,主要繁忙干線實(shí)現(xiàn)客貨分線。其中,建設(shè)客運(yùn)專
線1.6 萬(wàn)公里以上。
我國(guó)高速鐵路網(wǎng)具有區(qū)別于歐洲和日本高速鐵路的若干重要
特征,主要表現(xiàn)為:路網(wǎng)規(guī)模大,覆蓋地域遼闊;地理、地質(zhì)、氣
候條件復(fù)雜多變;不同區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不平衡,導(dǎo)致客運(yùn)需求
層次豐富;既有線提速和跨區(qū)域高速、區(qū)域快速和城際快速鐵路等
不同速度級(jí)客運(yùn)專線具有完全不同的運(yùn)營(yíng)、需求條件,需要不同的
運(yùn)營(yíng)模式和列車裝備配套。
依托科技部和鐵道部?jī)刹柯?lián)合開展的《中國(guó)高速列車自主創(chuàng)新
聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃》和“十一五” 國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目,我國(guó)已建立了以政
策為指導(dǎo)、市場(chǎng)為導(dǎo)向,以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的科技創(chuàng)
新模式;以高速列車設(shè)計(jì)制造企業(yè)為龍頭,聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家高校、科
研院所及高速列車零部件配套企業(yè),發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)科技資源和產(chǎn)業(yè)
資源,分工協(xié)作,突破高速列車關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建起高效的高速列車
技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制,推動(dòng)我國(guó)高速鐵路技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新進(jìn)入到一個(gè)新的階
段。在新一代高速列車設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)過(guò)程中,國(guó)內(nèi)25所重點(diǎn)
高校、11 所科研院所、51家國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室和工程技術(shù)研究中心開
展了廣泛的技術(shù)合作與交流,快速攻克了關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,從而保證
了新一代高速列車的成功研制。
2010年12月3 日,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CRH380AL 新一代高
速列車在京滬線先導(dǎo)段創(chuàng)造了486.1km/h 的世界高速鐵路最高運(yùn)營(yíng)
試驗(yàn)速度,列車各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足設(shè)計(jì)要求,標(biāo)志著我國(guó)高速
列車技術(shù)已躋身世界高速列車技術(shù)先進(jìn)行列。截至2011 年,我國(guó)
已投入運(yùn)營(yíng)的高速列車共計(jì)786 標(biāo)準(zhǔn)列(8 輛編組),其中時(shí)速200 ~
250km/h 速度級(jí)355 列(短編290 列,長(zhǎng)編65列),時(shí)速300~350km/h
速度級(jí)140 列,時(shí)速 380km/h 速度級(jí)133 列(短編 40列,長(zhǎng)編 93
列)。隨著高速列車數(shù)量的不斷增多,高速動(dòng)車組的型號(hào)也逐漸豐
富起來(lái),由技術(shù)剛引進(jìn)時(shí)單一編組(8 輛編組)、單一用途(座車)、
單一速度等級(jí)的4 種車型,發(fā)展到目前包括長(zhǎng)短編、座臥車、多種
速度等級(jí)的12種車型。
(三)專項(xiàng)實(shí)施的必要性
“ 十一五” 期間,我國(guó)已建成5000公里以上的高速鐵路,居世
界前列;到2020年,將建成16000 公里的高速鐵路,屆時(shí)我國(guó)高
速鐵路的總里程將位居世界第一。
實(shí)現(xiàn)不同速度、不同運(yùn)營(yíng)條件、不同運(yùn)營(yíng)模式下的高速列車譜
系化,不僅是世界高速鐵路技術(shù)的發(fā)展方向,更是我國(guó)高速鐵路和
高速列車裝備的重大需求。我國(guó)已擁有規(guī)模居世界前列的高速鐵路
網(wǎng),從整體上確保高速鐵路的系統(tǒng)安全性和可持續(xù)性是我國(guó)高速鐵#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
路面臨的重大挑戰(zhàn)。
高速列車的安全平穩(wěn)運(yùn)行,取決于施于列車上的各種力的產(chǎn)
生、相互作用與控制,因而高速運(yùn)行條件下的列車力學(xué)行為、特性
及其作用規(guī)律等構(gòu)成了高速列車最重要的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。研究并形
成相應(yīng)的理論和方法體系,對(duì)構(gòu)造合理安全的流固、輪軌和弓網(wǎng)關(guān)
系,以及在高速條件下使上述關(guān)系得以穩(wěn)定保持的牽引、制動(dòng)、材
料、結(jié)構(gòu)和控制技術(shù),具有重要的基礎(chǔ)性和全局性意義,是我國(guó)高
速列車技術(shù)得以持續(xù)發(fā)展并保持領(lǐng)先地位的根本保障。
高速鐵路作為一個(gè)由復(fù)雜技術(shù)裝備組成、在復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)行、
完成具有復(fù)雜時(shí)空分布特征的位移服務(wù)的整體,是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)
化巨系統(tǒng),其在不同尺度下安全行為的決定要素眾多、耦合復(fù)雜、
涌現(xiàn)豐富。因此,高速鐵路安全相關(guān)要素辨識(shí)、要素間關(guān)聯(lián)影響機(jī)
理、涌現(xiàn)規(guī)律、異常行為預(yù)測(cè)及基于預(yù)警的主動(dòng)安全控制,已成為
高速鐵路整體安全行為理解、系統(tǒng)安全保障和各尺度下安全保障策
略形成的重大科學(xué)問(wèn)題。研究并形成我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)安全理論和
安全保障方法體系,對(duì)我國(guó)高速鐵路體系化安全保障技術(shù)的形成,
以及高速鐵路整體安全水平保持與提高具有重要的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略
性意義,也是我國(guó)高速鐵路在保障安全前提下可持續(xù)發(fā)展的根本保
障。
高速列車是高速鐵路技術(shù)體系的核心,是國(guó)家相關(guān)高技術(shù)發(fā)展
水平、相關(guān)制造能力、自主創(chuàng)新能力以及國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的綜合體
現(xiàn)。繼續(xù)提高列車速度和實(shí)現(xiàn)高速列車譜系化、智能化是世界高速
鐵路技術(shù)的發(fā)展方向,也是我國(guó)高速鐵路裝備發(fā)展的戰(zhàn)略需求。
研究并形成作為高速列車安全可靠運(yùn)行的承載和支撐的基礎(chǔ)
設(shè)施建設(shè)、養(yǎng)護(hù)及服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)體系是大規(guī)模高速鐵路網(wǎng)能力
形成、運(yùn)營(yíng)安全、能力保持和高效運(yùn)營(yíng)的全局性保障,是我國(guó)高速
鐵路網(wǎng)能力形成與保持的戰(zhàn)略需求。
研究并形成符合我國(guó)國(guó)情的高速鐵路減振降噪技術(shù)是高速列
車環(huán)境友好性的保障,是我國(guó)高速鐵路和諧健康和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)
略需求,是在我國(guó)大規(guī)模高速鐵路網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)條件下構(gòu)建和諧社
會(huì)的重要技術(shù)保障。
綜上所述,我國(guó)高速鐵路重大技術(shù)需求為:高速鐵路體系化安
—7 —
全保障技術(shù);高速列車裝備譜系化技術(shù);高速鐵路能力保持技術(shù);
高速鐵路可持續(xù)性技術(shù)。
二、總體思路與目標(biāo)
(一)總體思路
在“十一五”工作基礎(chǔ)上,進(jìn)一步落實(shí)科技部、鐵道部《中國(guó)高
速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃綱要》(2008年),以高速列車譜系
化、智能化和節(jié)能降耗相關(guān)技術(shù)為主線,以運(yùn)營(yíng)安全性、可持續(xù)性
和提高我國(guó)高速列車裝備適應(yīng)性為重點(diǎn),進(jìn)行科學(xué)布局,確保我國(guó)
高速列車核心裝備技術(shù)在自主創(chuàng)新基礎(chǔ)上的可持續(xù)發(fā)展,高速鐵路
整體安全水平的保持和提升,高速列車既有相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和
發(fā)展,高速鐵路相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的形成,進(jìn)而支撐我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高
速可持續(xù)發(fā)展。
高鐵專項(xiàng)規(guī)劃整體設(shè)計(jì)思路如圖1 所示:
圖1 專項(xiàng)整體設(shè)計(jì)思路
我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展與鐵路行業(yè)對(duì)高速鐵路和高速列車技術(shù)
與裝備發(fā)展有如下頂層戰(zhàn)略需求:高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全性;高速列車
裝備自主化;高速鐵路發(fā)展可持續(xù);高速鐵路建設(shè)運(yùn)營(yíng)高效率。
為滿足頂層戰(zhàn)略需求,“十二五”期間,我國(guó)高速鐵路科技工作將
沿如下四個(gè)重大技術(shù)方向展開:高速鐵路體系化安全保障技術(shù);高
速列車裝備譜系化技術(shù);高速鐵路能力保持技術(shù);高速鐵路可持續(xù)
性技術(shù)。
根據(jù)上述戰(zhàn)略需求所明確的四個(gè)重大技術(shù)方向,構(gòu)成了專項(xiàng)的頂
層總體布局。四大技術(shù)方向?qū)?zhàn)略需求的支撐關(guān)系如表1 所示。
表1 需求導(dǎo)向確定重大技術(shù)方向
戰(zhàn)略需求
技術(shù)方向
高速鐵路運(yùn)營(yíng)
安全性
高速列車裝備
自主化
高速鐵路發(fā)
展可持續(xù)
高速鐵路建設(shè)
運(yùn)行高效率
高速鐵路體系化
安全保障技術(shù)
√√ 高速列車裝備譜
系化技術(shù)
√√√
高速鐵路能力保
持技術(shù)
√√√ 高速鐵路可持續(xù)
性技術(shù)
√√√
在專項(xiàng)的規(guī)劃和實(shí)施過(guò)程中堅(jiān)持以下原則不動(dòng)搖:創(chuàng)新模式、優(yōu)
勢(shì)集成;科學(xué)規(guī)劃、合理設(shè)計(jì);需求牽引、目標(biāo)導(dǎo)向;頂層設(shè)計(jì)、有
序?qū)嵤粍?chuàng)新支撐、應(yīng)用拉動(dòng);橫縱有序、適度超前。
通過(guò)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973 計(jì)劃)、國(guó)家高技術(shù)研究
發(fā)展計(jì)劃(863 計(jì)劃)和國(guó)家科技支撐計(jì)劃的有序安排,做到“應(yīng)用
一代、試驗(yàn)一代、研究一代、儲(chǔ)備一代”,使“十二五”的相關(guān)研究安
排能夠“承上啟下”,支撐未來(lái)我國(guó)高速列車相關(guān)理論、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的
可持續(xù)發(fā)展。
(二)戰(zhàn)略目標(biāo)
以高速鐵路體系化安全保障技術(shù)、高速列車裝備譜系化技術(shù)、高
速鐵路能力保持技術(shù)和高速鐵路可持續(xù)技術(shù)為重點(diǎn),以高速列車譜
系化、智能化和節(jié)能降耗技術(shù)為核心,完善、提升并基本形成我國(guó)
高速列車相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)及重大裝備體系,為我國(guó)高速列車相關(guān)技術(shù)
與裝備具備可持續(xù)發(fā)展能力和完全自主化提供核心與關(guān)鍵技術(shù)保
障,為我國(guó)在高速列車相關(guān)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展和高速鐵路成為最安全
的大容量運(yùn)輸方式奠定核心技術(shù)基礎(chǔ),為我國(guó)高速列車相關(guān)產(chǎn)業(yè)的
形成和提升提供科技支撐。
(三)預(yù)期目標(biāo)
通過(guò)實(shí)施該專項(xiàng),在“十二五”期間達(dá)到如下預(yù)期目標(biāo):
(一)形成我國(guó)先進(jìn)的流固、輪軌和弓網(wǎng)耦合理論與分析設(shè)計(jì)方
法體系,從根本上保障我國(guó)高速列車技術(shù)持續(xù)發(fā)展并保持領(lǐng)先地位。
(二)形成我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)安全理論和主動(dòng)安全保障核心技術(shù)
體系,從根本上提升和持續(xù)保障我國(guó)高速鐵路的整體安全性和保障能
力。
(三)研制有自檢測(cè)、自診斷、自決策能力的智能化高速列車系
統(tǒng),實(shí)現(xiàn)我國(guó)高速列車的安全可靠運(yùn)行和全生命周期能力保持與優(yōu)
化,全面提升我國(guó)高速鐵路運(yùn)力資源能力保持水平和列車運(yùn)行在途服
務(wù)水平。
(四)形成基于永磁電機(jī)的新型牽引傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備
體系,從根本上提高我國(guó)高速列車的可靠性、安全性和能源效率,適
應(yīng)并引領(lǐng)世界高速列車牽引傳動(dòng)模式的技術(shù)和裝備戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。
(五)形成符合我國(guó)國(guó)情的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、養(yǎng)護(hù)及服役
狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全評(píng)估技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系,從根本上解決我國(guó)高速
鐵路系統(tǒng)的可靠性、安全性和能力生成與保持等問(wèn)題,從整體上確保
我國(guó)規(guī)模居世界首位的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施安全性和可用性。
(六)形成適應(yīng)我國(guó)高速鐵路布局、設(shè)施結(jié)構(gòu)和環(huán)境影響特點(diǎn)的#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
減振降噪技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系,從技術(shù)上確保我國(guó)高速鐵路的環(huán)境
友好性,從而使我國(guó)高速鐵路發(fā)展和運(yùn)營(yíng)滿足國(guó)家和諧社會(huì)構(gòu)建要
求。
(七)形成我國(guó)自主的高速列車譜系化和適應(yīng)性技術(shù),構(gòu)建高速
列車設(shè)計(jì)制造一體化數(shù)字平臺(tái)及定制化關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和可規(guī)模產(chǎn)業(yè)
化的車型系列,為我國(guó)高速鐵路網(wǎng)在需求多樣性和復(fù)雜地理環(huán)境下可
持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供完善的裝備支撐。
(八)形成我國(guó)高速列車輕量化與整車性能提升技術(shù)體系,研制
新型車體、轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)摩擦副以及列車安全防護(hù)結(jié)構(gòu)等高速列車輕
量化相關(guān)關(guān)鍵零部件,為高速列車裝備完全自主化和整車性能提升提
供基礎(chǔ)支撐。
(四)戰(zhàn)略需求、技術(shù)方向、預(yù)期目標(biāo)的相互關(guān)系
為滿足我國(guó)高速鐵路發(fā)展的戰(zhàn)略需求,根據(jù)高鐵“十二五”專項(xiàng)實(shí)
施方案整體設(shè)計(jì)思路,確定了技術(shù)方向及預(yù)期目標(biāo),三者之間的邏輯
關(guān)系如表 2 和表 3 所示:
表2 預(yù)期目標(biāo)滿足戰(zhàn)略需求
戰(zhàn)略需求
預(yù)期目標(biāo)
高速鐵路
運(yùn)營(yíng)安全性
高速列車
裝備自主化
高速鐵路
發(fā)展可持續(xù)
高速鐵路建設(shè)
運(yùn)營(yíng)高效率
序號(hào) 目標(biāo)內(nèi)容
1
形成我國(guó)先進(jìn)的流固、輪軌和弓網(wǎng)耦合理論與分析設(shè)計(jì)方法體系,從根本上保障
我國(guó)高速列車技術(shù)持續(xù)發(fā)展并保持領(lǐng)先地位
√√√
2
形成我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)安全理論和主動(dòng)安全保障核心技術(shù)體系,從根本上提升和
持續(xù)保障我國(guó)高速鐵路的整體安全性和保障能力
√√ 3
研制有自檢測(cè)、自診斷、自決策能力的智能化高速列車系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)我國(guó)高速列車
的安全可靠運(yùn)行和全生命周期能力保持與優(yōu)化,全面提升我國(guó)高速鐵路運(yùn)力資源
能力保持水平和列車運(yùn)行在途服務(wù)水平
√√
4
形成基于永磁電機(jī)的新型牽引傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系,從根本上提高我
國(guó)高速列車的可靠性、安全性和能源效率,適應(yīng)并引領(lǐng)世界高速列車牽引傳動(dòng)模
式的技術(shù)和裝備戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型
√√
5
形成符合我國(guó)國(guó)情的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、養(yǎng)護(hù)及服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全評(píng)估技
術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系,從根本上解決我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)的可靠性、安全性和能力
生成與保持等問(wèn)題,從整體上確保我國(guó)規(guī)模居世界首位的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施安全
性和可用性
√√√
6
形成適應(yīng)我國(guó)高速鐵路布局、設(shè)施結(jié)構(gòu)和環(huán)境影響特點(diǎn)的減振降噪技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和
裝備體系,從技術(shù)上確保我國(guó)高速鐵路的環(huán)境友好性,從而使我國(guó)高速鐵路發(fā)展
和運(yùn)營(yíng)滿足國(guó)家和諧社會(huì)構(gòu)建要求
√
7
形成我國(guó)自主的高速列車譜系化和適應(yīng)性技術(shù),構(gòu)建高速列車設(shè)計(jì)制造一體化數(shù)字
平臺(tái)及定制化關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和可規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的車型系列,為我國(guó)高速鐵路網(wǎng)在需
求多樣性和復(fù)雜地理環(huán)境下可持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供完善的裝備支撐
√√√ √
8
形成我國(guó)高速列車輕量化與整車性能提升技術(shù)體系,研制新型車體、轉(zhuǎn)向架、制
動(dòng)摩擦副以及列車安全防護(hù)結(jié)構(gòu)等高速列車輕量化相關(guān)關(guān)鍵零部件,為高速列車
裝備完全自主化和整車性能提升提供基礎(chǔ)支撐
√√√
—12 —
表3 技術(shù)方向支持預(yù)期目標(biāo)
技術(shù)方向
預(yù)期目標(biāo)
高速鐵路體系化安
全保障技術(shù)
高速列車裝備
的譜系化技術(shù)
高速鐵路能力
保持技術(shù)
高速鐵路可
持續(xù)性技術(shù)
序號(hào) 目標(biāo)內(nèi)容
1
形成我國(guó)先進(jìn)的流固、輪軌和弓網(wǎng)耦合理論與分析設(shè)計(jì)方法體系,從根本上保
障我國(guó)高速列車技術(shù)持續(xù)發(fā)展并保持領(lǐng)先地位
√√√√
2
形成我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)安全理論和主動(dòng)安全保障核心技術(shù)體系,從根本上提升
和持續(xù)保障我國(guó)高速鐵路的整體安全性和保障能力
√√√ 3
研制有自檢測(cè)、自診斷、自決策能力的智能化高速列車系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)我國(guó)高速列
車的安全可靠運(yùn)行和全生命周期能力保持與優(yōu)化,全面提升我國(guó)高速鐵路運(yùn)力
資源能力保持水平和列車運(yùn)行在途服務(wù)水平
√√√
4
形成基于永磁電機(jī)的新型牽引傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系,從根本上提高
我國(guó)高速列車的可靠性、安全性和能源效率,適應(yīng)并引領(lǐng)世界高速列車牽引傳
動(dòng)模式的技術(shù)和裝備戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型
√√√
5
形成符合我國(guó)國(guó)情的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、養(yǎng)護(hù)及服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全評(píng)估
技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系,從根本上解決我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)的可靠性、安全性和
能力生成與保持等問(wèn)題,從整體上確保我國(guó)規(guī)模居世界首位的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)
施安全性和可用性
√√
6
形成適應(yīng)我國(guó)高速鐵路布局、設(shè)施結(jié)構(gòu)和環(huán)境影響特點(diǎn)的減振降噪技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)
和裝備體系,從技術(shù)上確保我國(guó)高速鐵路的環(huán)境友好性,從而使我國(guó)高速鐵路
發(fā)展和運(yùn)營(yíng)滿足國(guó)家和諧社會(huì)構(gòu)建要求
√√
7
形成我國(guó)自主的高速列車譜系化和適應(yīng)性技術(shù),構(gòu)建高速列車設(shè)計(jì)制造一體化
數(shù)字平臺(tái)及定制化關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和可規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的車型系列,為我國(guó)高速鐵
路網(wǎng)在需求多樣性和復(fù)雜地理環(huán)境下可持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供完善的裝備支撐
√√√√
8
形成我國(guó)高速列車輕量化與整車性能提升技術(shù)體系,研制新型車體、轉(zhuǎn)向架、
制動(dòng)摩擦副以及列車安全防護(hù)結(jié)構(gòu)等高速列車輕量化相關(guān)關(guān)鍵零部件,為高速
列車裝備完全自主化和整車性能提升提供基礎(chǔ)支撐
√√ √
三、重點(diǎn)任務(wù)與主要研究?jī)?nèi)容
(一)基礎(chǔ)理論方面
在基礎(chǔ)理論方面重點(diǎn)安排以下研究?jī)?nèi)容:
1.高速列車關(guān)鍵力學(xué)行為、特征與規(guī)律研究
依托時(shí)速 500 公里高速試驗(yàn)列車,開展高速列車氣動(dòng)行為、輪軌
關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系、車體結(jié)構(gòu)振動(dòng)及耦合動(dòng)力學(xué)等關(guān)鍵力學(xué)行為研究;
圍繞未來(lái)更高速度高速列車的研制和運(yùn)行,開展高速列車新型減阻技
術(shù)、氣動(dòng)控制、姿態(tài)控制,以及大量新技術(shù)在高速列車中應(yīng)用帶來(lái)的
系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究。
2.高速鐵路系統(tǒng)安全行為機(jī)理及安全保障基礎(chǔ)問(wèn)題研究
研究高速鐵路系統(tǒng)安全要素、要素相互作用及涌現(xiàn)演化行為機(jī)理
分析和表達(dá)方法以及高速列車運(yùn)行安全域動(dòng)態(tài)估計(jì)理論;高速鐵路系
統(tǒng)失效涌現(xiàn)機(jī)理、失效鏈分析以及突發(fā)事件發(fā)生機(jī)理及時(shí)空演化規(guī)
律;高速鐵路系統(tǒng)隱患辨識(shí)、失效預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和安全規(guī)劃等主動(dòng)
安全保障理論方法,以及突發(fā)事件下高速鐵路系統(tǒng)能力快速恢復(fù)機(jī)制
與資源協(xié)同配置等理論。
(二)關(guān)鍵技術(shù)方面
在關(guān)鍵技術(shù)方面重點(diǎn)安排以下研究?jī)?nèi)容:
1.高速鐵路重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制
為適應(yīng)并引領(lǐng)世界高速列車牽引傳動(dòng)模式的技術(shù)和裝備戰(zhàn)略轉(zhuǎn)
型,研究形成基于永磁電機(jī)的新型牽引傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
系;為解決我國(guó)高速鐵路作為整體的可靠性、安全性和能力生成與保
持問(wèn)題,研究和發(fā)展符合我國(guó)國(guó)情的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)
和安全評(píng)估技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系;為確保我國(guó)高速鐵路的環(huán)境友好
性,研究和發(fā)展適應(yīng)我國(guó)高速鐵路布局、設(shè)施結(jié)構(gòu)和環(huán)境影響特點(diǎn)的
減振降噪技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和裝備體系。
2.高速列車譜系化關(guān)鍵技術(shù)及系列車型研制
為使高速列車裝備滿足我國(guó)多樣化需求,研究形成滿足我國(guó)不同
地區(qū)、不同基礎(chǔ)設(shè)施條件和不同速度等級(jí)的高速列車和常規(guī)鐵路高速
化關(guān)鍵技術(shù),高速列車裝備的國(guó)際適應(yīng)性核心技術(shù),高速列車設(shè)計(jì)制
造一體化數(shù)字平臺(tái)及定制化關(guān)鍵技術(shù);研制高速列車系列車型,常規(guī)
鐵路高速化列車,我國(guó)出口型高速列車系列車型和我國(guó)高速列車定制
化設(shè)計(jì)制造一體化數(shù)字平臺(tái)。
3.高速列車系統(tǒng)綜合節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)
在保障高速列車系統(tǒng)安全可靠前提下,以大幅度降低高速列車系
統(tǒng)能耗水平為目的,研究開發(fā)高速列車的輕量化、降低牽引傳動(dòng)損耗、
節(jié)能型空調(diào)、車內(nèi)廢排能源回收、列車再生能力和黏著充分利用等關(guān)
鍵技術(shù),從整體上持續(xù)提高我國(guó)高速列車系統(tǒng)能源利用效率。
4.高速列車新型牽引動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究
為滿足新型高速列車牽引動(dòng)力需求,進(jìn)行輕量化、小型化、集成
化、智能化的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)理論研究;研究和探索滿足高速
列車更高速度運(yùn)行及譜系化發(fā)展需求的新型牽引動(dòng)力、供電及受流傳
輸、牽引傳動(dòng)等系統(tǒng)。
5.高速列車輕量化與整車性能提升關(guān)鍵技術(shù)研究
為滿足高速列車高速運(yùn)行和適應(yīng)廣域環(huán)境條件下輕量化以及整
車機(jī)械性能提升發(fā)展需求,針對(duì)輕量化先進(jìn)材料體系建立、相關(guān)材料
制備、高性能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開展研究。
(三)集成技術(shù)與示范應(yīng)用方面
在集成技術(shù)與示范應(yīng)用方面重點(diǎn)安排以下研究?jī)?nèi)容:
1.智能化高速列車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及樣車研制
為全面提升我國(guó)高速鐵路運(yùn)力資源能力保持水平和列車運(yùn)行在
途服務(wù)水平,研究并集成應(yīng)用傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全息化運(yùn)行環(huán)境
感知技術(shù),高速列車系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)和智能化旅客在途服務(wù)
技術(shù);研制以全息化列車狀態(tài)感知和動(dòng)態(tài)數(shù)字化運(yùn)行環(huán)境為基礎(chǔ),以
信息智能處理與交互為支撐,具有自檢測(cè)、自診斷、自決策能力的智
能化高速列車系統(tǒng)及智能列車樣車。
2. 高速運(yùn)行安全性移動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)與平臺(tái)研制
為使超高速列車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、在超高速條件下列車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為
和相互作用關(guān)系、列車及其邊界條件的參數(shù)和性能設(shè)計(jì)等理論研究具
備技術(shù)試驗(yàn)、驗(yàn)證和數(shù)據(jù)獲取平臺(tái),和為開展以列車各系統(tǒng)參數(shù)匹配、
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)化、流場(chǎng)氣壓控制、振動(dòng)、電磁干擾等技術(shù)研究及設(shè)計(jì)提
供重要支撐,研究高速移動(dòng)綜合檢測(cè)、試驗(yàn)和實(shí)時(shí)在途預(yù)警關(guān)鍵技術(shù),
研制最高試驗(yàn)速度 500km/h 的高速試驗(yàn)列車和配套車載檢測(cè)裝備。
3. 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維及高可用性關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制
為解決我國(guó)大規(guī)模高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的高效運(yùn)營(yíng)維護(hù)問(wèn)題,應(yīng)對(duì)
我國(guó)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施能力保持和安全保障重大技術(shù)和裝備需求,依
托京滬、武廣、成蘭和蘭新等高速鐵路,研究高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)、橋
梁結(jié)構(gòu)、隧道結(jié)構(gòu)、路基工程運(yùn)營(yíng)維護(hù)及高可用性關(guān)鍵技術(shù),研制符
合我國(guó)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施高效運(yùn)維和快速恢復(fù)系列化裝備。
4. 艱險(xiǎn)困難山區(qū)及特殊地區(qū)高速鐵路建造技術(shù)與設(shè)備
為解決在艱險(xiǎn)山區(qū)及特殊地區(qū)修建高速鐵路的技術(shù)與設(shè)備難題,
依托高速鐵路建設(shè)重大工程,研究在山區(qū)及特殊地區(qū)高速鐵路車站分
布、高速鐵路高墩、大跨橋梁、不良地質(zhì)隧道、路基關(guān)鍵技術(shù)、無(wú)砟
軌道、工程材料以及防風(fēng)、防災(zāi)及安全監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù),研制艱險(xiǎn)山區(qū)
及特殊地區(qū)高速鐵路施工系列設(shè)備。
(四)重大技術(shù)方向部署
圍繞高速列車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃重大技術(shù)方向,分別從
3 個(gè)方向設(shè)置了 11 項(xiàng)主要研究任務(wù)。主要研究任務(wù)與重大技術(shù)方向
之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 4 所示。
表4 按技術(shù)方向部署重點(diǎn)任務(wù)
技術(shù)方向
重點(diǎn)任務(wù)
高速鐵路體系化
安全保障技術(shù)
高速列車裝備
譜系化技術(shù)
高速鐵路
能力保持技術(shù)
高速鐵路
可持續(xù)性技術(shù)
序號(hào) 任務(wù)名稱
1 高速列車關(guān)鍵力學(xué)行為、特征與規(guī)律研究 √ √√√
2 高速鐵路系統(tǒng)安全行為機(jī)理及安全保障基礎(chǔ)問(wèn)題研究 √√ 3 高速鐵路重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制 √ √√√
4 高速列車譜系化關(guān)鍵技術(shù)及系列車型研制 √√ √ 5 高速列車系統(tǒng)綜合節(jié)能關(guān)鍵技術(shù) √√ 6 高速列車新型牽引動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 √√ 7 高速列車輕量化與整車性能提升關(guān)鍵技術(shù)研究 √√ √ 8 智能化高速列車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及樣車研制 √√ 9 高速運(yùn)行安全性移動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)與平臺(tái)研制 √√ 10 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維及高可用性關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制 √√ 11 艱險(xiǎn)困難山區(qū)及特殊地區(qū)高速鐵路建造技術(shù)與設(shè)備 √
(五)重點(diǎn)研究任務(wù)實(shí)現(xiàn)路徑
圍繞高速列車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)置的主要研究任務(wù),
按照“高速列車裝備譜系化、運(yùn)營(yíng)與安全保障智能化、高速鐵路技術(shù)
體系化、高速鐵路可持續(xù)化”戰(zhàn)略路徑,具體落實(shí)各重點(diǎn)任務(wù)的具體
實(shí)施方案,主要研究任務(wù)與戰(zhàn)略路徑之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5 所示。
表5 按戰(zhàn)略路徑實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)任務(wù)
戰(zhàn)略路徑
重點(diǎn)任務(wù) 譜系化 智能化 體系化 可持續(xù)
序號(hào) 任務(wù)名稱
1 高速列車關(guān)鍵力學(xué)行為、特征與規(guī)律研究 √√√ 2 高速鐵路系統(tǒng)安全行為機(jī)理及安全保障基礎(chǔ)問(wèn)題研究 √√√ 3 高速鐵路重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制 √√√ 4 高速列車譜系化關(guān)鍵技術(shù)及系列車型研制 √√√ 5 高速列車系統(tǒng)綜合節(jié)能關(guān)鍵技術(shù) √
6 高速列車新型牽引動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究 √√ 7 高速列車輕量化與整車性能提升關(guān)鍵技術(shù)研究 √√ 8 智能化高速列車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及樣車研制 √√
9 高速運(yùn)行安全性移動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)與平臺(tái)研制 √√√ 10 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維及高可用性關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制 √√√
11 艱險(xiǎn)困難山區(qū)及特殊地區(qū)高速鐵路建造技術(shù)與設(shè)備 √√
三、 技術(shù)路線與主要預(yù)期成果
《高速列車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》的實(shí)施將按照“需求
導(dǎo)向確定重大技術(shù)方向,預(yù)期目標(biāo)滿足戰(zhàn)略需求,技術(shù)方向支持預(yù)
期目標(biāo),按技術(shù)方向部署重點(diǎn)任務(wù),按戰(zhàn)略路徑實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)任務(wù)”的
整體思路,以“十一五”取得的成績(jī)?yōu)榛A(chǔ),以“十二五”規(guī)劃實(shí)現(xiàn)
為重點(diǎn),以“十三五”及以后為中長(zhǎng)期目標(biāo),設(shè)計(jì)由各重大技術(shù)方向#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
路線圖組成的專項(xiàng)規(guī)劃技術(shù)路線圖,如圖2至圖5所示。
圖2 高速鐵路體系化安全保障技術(shù)路線圖
圖3 高速列車裝備譜系化技術(shù)路線圖
圖4 高速鐵路能力保持技術(shù)路線圖
圖5 高速鐵路可持續(xù)性技術(shù)路線圖
通過(guò)實(shí)施《高速列車科技發(fā)展“ 十二五” 專項(xiàng)規(guī)劃》,預(yù)計(jì)將取
得如下具有領(lǐng)先水平的成果:
(一)高速列車動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)模型、分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算理論體系;
(二)高速鐵路系統(tǒng)安全分析、預(yù)警與主動(dòng)保障基礎(chǔ)理論與方
法體系;
(三)高速列車輕量化與整車性能提升關(guān)鍵技術(shù)體系;
(四)基于永磁電機(jī)的高速列車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)和裝備;
(五)中國(guó)高速列車元模型、譜系化技術(shù)及系列車型;
(六)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)、綜合評(píng)估及預(yù)警技術(shù)
及裝備體系;
(七)基于噪聲源辨識(shí)的高速鐵路減振降噪技術(shù)、材料、結(jié)構(gòu)
及裝備體系;
(八)基于狀態(tài)與運(yùn)行環(huán)境綜合感知的智能高速列車系統(tǒng)技術(shù)
與智能列車;
(九)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維及高可用性關(guān)鍵技術(shù)與裝備。
四、專項(xiàng)組織和投入模式
按照科技部、鐵道部《中國(guó)鐵路高速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)
劃合作協(xié)議》(2008年)和《中國(guó)高速列車自主創(chuàng)新聯(lián)合行動(dòng)計(jì)
劃綱要》(2008年)所規(guī)定的聯(lián)合創(chuàng)新機(jī)制,由科技部在鐵道部
和行業(yè)部門協(xié)同下組織實(shí)施,采用產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的一體化組織方
式,統(tǒng)籌規(guī)劃,分步實(shí)施。
以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向,根據(jù)專項(xiàng)項(xiàng)目性質(zhì),以技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和
基礎(chǔ)研究領(lǐng)域龍頭企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)及大學(xué)為主,聯(lián)合核心配套企業(yè)
與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),協(xié)同相關(guān)科研院所、高校組成各項(xiàng)目聯(lián)合體,共同完
成項(xiàng)目研究任務(wù)。
以國(guó)家科技項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)為牽引,主要用于基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)的
研究和驗(yàn)證;以行業(yè)部門和企業(yè)配套經(jīng)費(fèi)為主體,主要用于成果裝
置、設(shè)備、系統(tǒng)的研制、運(yùn)行驗(yàn)證及產(chǎn)業(yè)化能力建設(shè)。
五、專項(xiàng)實(shí)施步驟與保障措施
(一)組成專項(xiàng)總體專家組,為專項(xiàng)規(guī)劃實(shí)施提供有效的決策
支持;
(二)進(jìn)一步研究國(guó)際高速鐵路相關(guān)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)及其技術(shù)選
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擇,確保創(chuàng)新的自主性;
(三)進(jìn)一步完整掌握專項(xiàng)相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化能力現(xiàn)有布
局,為專項(xiàng)有序開展時(shí)確保集成全國(guó)最優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源提供充分依
據(jù);
(四)進(jìn)一步優(yōu)化和細(xì)化各項(xiàng)目技術(shù)架構(gòu)定義、路線圖設(shè)計(jì)及
優(yōu)先序列安排;
(五)充分發(fā)揮體制機(jī)制優(yōu)勢(shì),創(chuàng)新專項(xiàng)和項(xiàng)目組織模式,最
大程度集成和協(xié)同創(chuàng)新能力優(yōu)勢(shì)資源;
(六)依據(jù)國(guó)家科技計(jì)劃管理改革創(chuàng)新總體思路及相關(guān)政策,
在國(guó)家科技計(jì)劃管理辦法框架內(nèi),組織專項(xiàng)實(shí)施和進(jìn)行專項(xiàng)實(shí)施過(guò)
程監(jiān)督、評(píng)估、服務(wù)與績(jī)效管理。
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