铁道工程学报

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魏平1，魏静1，杨松林1，张栋1，陶盛2

铁道工程学报. 2017, 34(5): 1-5.

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摘要：研究目的：为研究列车荷载下桩网结构路基中土拱效应的形成机理和受力特性，本文通过建立桩网结构路基简化离散元模型，利用PFC3D软件对土拱效应机理进行细观研究，分析颗粒间的接触力链、颗粒的横向及竖向位移以及路基中的颗粒应力竖向分布。研究结论：(1)动荷载作用后，桩间土应力增加，土拱效应被削弱；（2)动荷载作用下，路基中会形成动力土拱，大部分动力会沿动力拱传递至桩顶上方;（3)等沉面的形成与位移拱有关，位移拱范围内桩顶上方颗粒挤人桩间土区域，从而导致位移拱范围外桩顶颗粒竖向位移增大，而桩间土颗粒竖向位移减小；（4)路基中设置土工格栅会降低土拱高度，削弱应力拱内多个虚拟土拱的作用，但比土拱更能提高桩土应力比；（5)本研究结果可为铁路路基结构工作机理分析提供思路和方法。

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戈壁土路堤边坡稳定性影响因素数值模拟研究

杨有海，时兴隆

铁道工程学报. 2017, 34(5): 6-10.

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摘要：研究目的：戈壁地区高速铁路路堤边坡稳定性受填料性质、降雨及有无防护、加筋加固等因素影响。本文以兰新铁路第二双线戈壁地区路基试验段工程为依托，针对试验段中代表性填料填筑的路堤边坡，利用数值模拟分析不同状态下各因素对边坡稳定性的影响规律，以期对合理设计边坡防护与加固提供依据。研究结论：( 1)采用戈壁砾砂土和细圆砾土所填筑的路堤边坡，在非饱和状态下其稳定性均能满足相关规范的要求;（2)降雨对戈壁土路堤边坡的稳定性有很大影响；当降雨人渗后，边坡侧向位移会增大;浅层饱和土体厚度不同，最大侧向位移不同;浅层饱和土体厚度小于1 m时，易发生边坡的浅层溜坍现象;饱和厚度越大，边坡的稳定性越差；（3)对于戈壁土路堤边坡而言，当边坡在浅层加筋加固后，其性能将得到很大改善，边坡的稳定性得到增强，加筋对边坡的浅层溜坍现象有明显的改善作用；（4)在加筋和边坡防护共同作用下，边坡稳定性得到很大程度提高，能防止或抑制各种不利影响因素所引起的破坏；（5)本研究结果可为同类地区的工程建设及设计提供相应的参考。

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高速铁路运营期基础沉降长期监测技术研究

王翔，王波，汪正兴

铁道工程学报. 2017, 34(5): 11-14.

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摘要:研究目的:我国高速铁路跨越地域广，各类复杂地质结构和大量过渡段频繁交替，同一条线路往往还要面临多种不同气候差异等诸多复杂因素的综合作用，因此欲解决其运营期沉降问题，需要采取可靠的手段进行实时在线监测，从而为高速铁路的安全运营提供技术保障。研究结论：(1)气压差式高精度竖向位移传感器测量精度可达0. 1 mm，在对温度、重力加速度等系统误差修正后，其精度满足结构长期监测的要求;（2)试验验证了气压差式高精度竖向位移传感器的长期时漂和温漂稳定性均在±0.5 mm范围内，并且该传感器在-20 摄氏度的极寒条件下仍能正常工作；（3)采用气压差式高精度竖向位移监测系统，结合太阳能供电和物联网技术，实现了部分试验段高速铁路运营期基础沉降长期自动连续监测，其精度、稳定性和安全性等方面均能满足高速铁路相关要求，该技术可以在运营高速铁路的其他路段实施。

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简支梁桥上I型板式无砟轨道挠曲受力与变形

张鹏飞1，桂昊1，高亮2，雷晓燕1

铁道工程学报. 2017, 34(5): 15-19.

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摘要:研究目的:桥上无缝线路受力比较复杂，桥梁、轨道结构的受力变形成为广泛关注的问题。为研究列车荷载作用下桥上轨道结构的受力变形规律及影响因素，根据多跨简支梁桥上单元板式无砟轨道无缝线路的结构特点，基于有限元法建立多跨简支梁桥上CRTS I型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型，计算列车荷载作用下桥上轨道结构的挠曲力与位移，并分析扣件纵向阻力、墩台顶固定支座纵向水平线刚度以及桥梁跨数等因素对挠曲受力与变形的影响规律。研究结论：(1)在列车荷载作用下，钢轨挠曲拉力及压力最大值分别出现在左侧桥台固定端与最后一跨跨中位置，钢轨位移呈先增后减的趋势，并在两侧路基段逐渐减小至零;（2)采用小阻力扣件可明显降低钢轨及轨道结构的受力，但同时会增加轨板相对位移，需要重点关注钢轨在桥台处的爬行;（3)采用较大纵向水平线刚度的低墩桥对列车荷载作用下桥上轨道结构纵向位移而言是不利的；（4)随着桥梁跨数的增加，轨道结构的纵向力与位移也不断增大，在6跨之前增幅明显，6跨之后增幅明显放缓并逐渐趋于平稳；（5)本研究成果对桥上CRTS I型板式无砟轨道的设计及结构安全性具有参考价值。

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有砟-无砟轨道过渡段动不平顺特性研究

李成辉，亓伟,耿浩，刘玉涛

铁道工程学报. 2017, 34(5): 20-25.

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摘要：研究目的：目前，有砟-无砟轨道过渡段轨下刚度的设置仅考虑施工便利性，线路动不平顺性未得到根治，仍存在较多的线路病害。为解决上述问题，需要研究有砟-无砟轨道过渡段的轨下刚度与动不平顺的关系，从而制定合理的过渡段过渡方式，达到减少线路维修、提高乘车舒适性的目的。研究结论：通过分析线路动不平顺的动不平顺线形、钢轨挠度变化率、线路动不平顺二次导等指标，得出以下结论：(1)现有有砟-无砟轨道过渡段的设置未完全解决线路轮轨力增值过大、行车平顺性差等问题； (2)良好的过渡段轨下刚度线形设计可显著改善线路过渡效果，建议采用线性过渡方案;若过渡段采用分段式过渡，过渡段分段数不得少于5段;过渡段的长度宜结合车速设置为20 ~ 30 m;(3)合理的轨下刚度设置方式可有效降低高速、重载线路有砟-无砟轨道过渡段病害问题，并可为其他过渡段设置提供参考。

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实测温度下大跨度桥上纵连无砟轨道受力研究

戴公连，葛浩，刘文硕，粟淼

铁道工程学报. 2017, 34(5): 26-31.

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摘要：研究目的：既有桥上纵连板式无砟轨道研究多考虑桥梁整体温度变化而忽略温度梯度的影响，为探明高速铁路大跨度桥上纵连板式无砟轨道系统受力规律，本文基于长期实测温度场数据，利用统计方法获得结构具有概率保证的非线性温度模式，建立考虑钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩的空间一体化有限元模型，选取沪昆客运专线某大跨连续梁桥工程实例，计算分析实测非线性温度模式下桥上各层轨道结构相对位移以及钢轨纵向附加力的分布规律。研究结论：(1)只考虑轨道板及底座板实测温度模式时，钢轨附加应力基本为0;(2)桥梁温度梯度会引起梁缝处钢轨附加应力的急剧增大，在研究桥上纵连板式无砟轨道时需考虑桥梁温度梯度的影响；（3)大跨度连续梁桥固结机构处水泥沥青砂浆变形会超过其实测极限变形位移，建议在连续梁固结机构上方同样设置剪力钢筋;（4)无砟轨道断板会导致钢轨附加应力急剧增大，因此应严格限制纵连板式无砟轨道断裂的发生，若需更换轨道板及底座板时，应在合龙温度范围进行更换;（5)本研究结果可为大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计与改进提供参考。

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考虑轨道谱特征的高铁列车地震安全性评估

郭恩栋1，张树强1，贺芊2

铁道工程学报. 2017, 34(5): 32-37.

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摘要：研究目的：轨道不平顺是高速列车运行过程中产生垂向振动的主要根源，利用轨道谱能从波长和幅值两方面描述轨道不平顺特征和规律。为分析不同轨道谱对我国高铁列车在地震作用下行车安全性的影响，本文建立高速铁路车-轨耦合分析模型，分别采用中国高速铁路轨道谱和德国低干扰谱数值模拟的轨道不平顺样本作为轨道系统激励，选取典型地震动作为外部激励，基于车轨耦合动力学原理，计算不同地震动强度下列车运行的安全性指标。研究结论：( 1)采用德国低干扰谱进行高速铁路地震安全性评价相对于中国高速铁路轨道谱偏于保守，但两者的差异随地震动强度的增大而逐渐减小;（2)建议完善我国高速铁路轨道统计谱并应用于高铁列车地震安全性评估研究中，在保证安全的同时提升高铁运输效率；（3)本研究对评估我国高速铁路行车安全性以及合理确定我国高速铁路地震报警阈值具有借鉴意义。

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邻近开挖对桥梁桩基变形与内力影响分析

魏丽敏1，辛学忠2，何群1，夏启迪3，翟顺1

铁道工程学报. 2017, 34(5): 38-44.

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摘要：研究目的:邻近开挖会对桥梁桩基造成不利影响，严重时将影响高速铁路的运营品质与安全。本文通过现场原型试验，获得深厚软土地区3种开挖工况下邻近桩基的工作性状，采用ABAQUS有限元软件对试验过程进行三维数值模拟，通过与试验结果的对比分析，验证计算模型与参数的合理性。基于验证后的计算模型，探讨无支护开挖主要参数(基坑宽度、边缘净距、基坑深度）对桩身变形与内力的影响规律。研究结论：(1)邻近开挖引起的桩身位移与弯矩分布范围约为设计时主动受力桩的2. 1 ~ 2. 8倍，劣化了桩基的工作状态，在高速铁路运营维护中应引起高度重视;（2)基坑宽度大于5倍的边缘净距时，可忽略继续向外侧加宽基坑对邻近桩基的影响；（3)当边缘净距大于30 m(相当于6倍的基坑宽度）时，开挖窄浅基坑 (宽度小于等于5 m且深度小于等于3m)对邻近桩基的影响不大;（4)桩顶水平位移、桩身最大弯矩随深宽比增加大致呈指数型增长趋势，且间距越小，其增长速率越大;（5)本研究成果可供高铁桥梁桩基设计、施工、运营维护借鉴。

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影响繁忙干线框构桥顶进效果的因素分析

沈宇鹏1，左瑞芳1，杨丽明2，陈万成3，金振山4

铁道工程学报. 2017, 34(5): 45-51.

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摘要：研究目的:框构桥作为后建铁路与公路穿越既有线时平改立的主要形式之一，在顶进施工过程中，各施工参数及工程条件会导致既有线轨道及路基的几何形位变化，对既有线上列车的安全运营产生不利影响。本文以既有津山铁路线下框构桥顶进工程为研究对象，采用MIDAS/GTS有限元软件，建立框构桥顶进施工模型，分析影响框构桥顶进效果的影响参数，并与现场监测结果进行对比，探讨施工参数和工程条件对既有线路基沉降、轨道水平及路基水平位移的影响规律。研究结论：( 1)开挖进尺对既有路基沉降的影响显著，开挖进尺越大，路基沉降越大;（2)提高注浆强度能有效控制路基沉降，注浆强度每增加10 MPa，路基最大沉降量平均降低约10% ;(3)顶进力是引起既有路基水平位移的主要原因，顶进力每增长50 kPa，水平位移增长约30% ;(4)框构桥跨径、埋深及填料弹性模量对路基沉降、轨道水平及路基水平位移均有较大影响，且均随跨径的增大及埋深和填料弹性模量的减小而增大; (5) 该研究成果可为同类框构桥工程的设计提供借鉴。

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制动工况下高墩铁路桥梁纵向动力响应研究

朱志辉,闫铭铭,徐智伟,余志武,戴公连

铁道工程学报. 2017, 34(5): 52-58.

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摘要：研究目的：为研究高速列车制动对高墩桥梁纵向动力响应的影响，本文利用自主研发软件TTBLS - DYNA 建立列车-轨道-桥梁耦合系统纵向动力模型，分别采用有限元方法建立轨道-桥梁三维空间模型，采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线，通过数值积分方法求解车辆和桥梁耦合动力方程，进行耦合系统纵向动力响应分析，并以石夹沟高墩简支梁桥为例进行车-桥纵向耦合振动分析。研究结论：( 1)高速列车在高墩桥梁上快速制动时，对高墩桥梁纵向振动影响较小，主梁纵向位移最大值为0. 17 mm，纵向加速度最大值为58 mm/s2；(2)列车制动过程中，主梁纵向位移具有累积性，最大值一般出现在列车制动停车之前，而纵向振动加速度与之相反，最大值一般出现在列车停车瞬间；（3 )按照现行《铁路桥涵设计规范》制动力静力计算方法得到的最大墩底弯矩为3 960.7 KN ? m，本文算法得到的最大值为 1 152.0 kN ? m，仅为规范静力算法的31.5%，表明规范对制动力的取值具有较大的安全储备;（4)本研究成果可为高墩铁路桥梁的设计提供参考。

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桥梁事故的统计特征分析及安全风险防控原则

赵少杰1,唐细彪2,任伟新3

铁道工程学报. 2017, 34(5): 59-64.

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摘要：研究目的：近年来，桥梁坍塌事故屡有发生。为充分认识这些事故背后共同的力学机理和坍塌原因，以便能在桥梁建设运营的各环节有针对性地做好安全风险防控，降低桥梁坍塌事故率，故开展本研究。研究结论：(1)通过对大量桥梁坍塌破坏事故的统计分析，获得了各类桥型、各种破坏原因下桥梁事故的统计分布特征，结果显示：刚构桥的综合安全性最好，而拱桥相对最差;施工自身因素是造成施工期桥梁坍塌破坏的主因，而运营期桥梁破坏多是车辆超载等车船因素造成的；（2)结合力学理论，在技术层面对桥梁破坏事故的共性原因进行了分析总结，得出：桥梁坍塌破坏是结构抗力和外部作用这对矛盾在发展中外因占据了主导地位后的结果;（3)探讨了桥梁在设计、施工等环节中应该注意的安全风险防控原则，并给出了相关建议;（4)本研究成果可为桥梁在设计、施工及运营维护阶段的安全风险防控工作提供指导和参考。

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隧道洞口段危岩崩塌落石冲击风险评价研究

刘洪亮1, 胡杰1,李利平1,王庆瀚2,石少帅1,孙尚渠1

铁道工程学报. 2017, 34(5): 65-73.

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摘要：研究目的:西南山区隧道进出口段往往位于沟谷，地形切割强烈，洞口仰坡易发生崩塌落石灾害。为评价落石灾害风险，本文建立新的隧道洞口段危岩落石风险的综合评估流程以及多指标综合评估模型，克服以往确定指标权重时人为因素影响较大的缺陷，为今后隧道洞口坡段落石灾害治理决策、落石计算和防治工程等设定风险等级提供依据。研究结论：(1)将可拓学理论引人隧道洞口危岩落石风险评估中，建立了隧道洞口危岩落石风险的可拓综合评估流程，构建了落石风险的多指标可拓综合评估模型;( 2)对定性指标做定量化处理并对评价指标进行归一化处理，使得评估指标具有可比性，并提出用简单关联函数确定各指标权重;( 3)构建了隧道洞口危岩落石风险分级的物元可拓模型，将落石风险等级定为极低风险、低风险、中等风险、高风险与极高风险五类，通过工程实例验证并利用层次分析-模糊数学综合评价法进行对比，验证了该评价模型的评估结果是合理的、可行的;(4)本研究结果可为落石风险评估提供一种新的思路。

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电源快速切换技术在牵引变电所的应用分析

吴仕平，王汉林，吕良君，李永国，严后杨

铁道工程学报. 2017, 34(5): 74-77.

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摘要：研究目的:通过研究电气化铁路牵引变电所电源快速切换技术，以应对电气化铁路牵引变电所主要设备检修或主变压器轮换运行时，只能采取全所停电的倒闸方式，存在效率低下、过度依赖于维修“天窗”的问题。本文首先系统地介绍电源快速切换技术的基本原理，基于铁路牵引变电所的电气主接线实际应用场景，研究电源快速切换装置在牵引变电所设备检修及轮换运行中的工程应用方案，并分析各种方案的验证结果，以期对该技术的推广积累经验。研究结论：( 1)电源快速切换技术能实现牵引变电所电源无缝切换，主变压器倒闸过程中能保持对外不间断供电，避免了全所停电的状况;（2)电源快速切换技术在保障牵引供电可靠性的同时，提高了牵引变电所主设备维修的工作效率;（3)电源快速切换装置可以提供串联切换和并联切换，使得牵引变电所主电气设备维修工作时间安排更加灵活，不受制于维修“天窗”时间限制；（4)随着硬件性能的提高和软件功能的完善，该技术在电气化铁路牵引变电所倒闸操作中具有较大的推广应用前景。

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铁路站房结构损伤与传感器故障识别研究

黄祖光，申兆武，陈艳春

铁道工程学报. 2017, 34(5): 78-82.

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摘要:研究目的:传统站房结构健康监测系统的设计假设传感器都能够正常工作，然而传感器故障却经常发生，监测系统会将由传感器故障导致的监测数据变化认为是结构损伤，因此需要在监测系统的设计中考虑传感器故障，以便降低监测系统的误报率。研究结论：(1)传感器失效使采样数据的维度或者数据规模降低，传感器故障导致采样的均值发生偏移，依据已生成的控制界限进行监测将使系统失控运行长度增加；（2)在训练数据处理中，通过协整关系构建传感器输出数据的正常范围，不需要大量测试数据，还可以消除温度、环境和载荷等对结构损伤识别的影响 ; (3)提出两层数据处理模式，将非基于模型的传感器故障诊断放在数据预处理模块，将结构损伤识别放在故障诊断模块，在系统实现上比较方便 ;(4)该研究结果可为降低铁路站房结构健康监测的误报率提供参考。

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基于摩尔-库仑准则的双护盾TBM掘进参数研究

王玉锁，何俊男，吴浩，冯高飞，李正辉，王涛，周良，王志龙

铁道工程学报. 2017, 34(5): 83-88.

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摘要：研究目的:青岛地铁在国内首次将双护盾TBM应用于城市轨道交通工程，并取得成功，拓宽了双护盾 TBM的应用领域。本文结合双护盾TBM在青岛地铁2号线的应用，基于Mohr - Coulomb准则，根据双护盾 TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力、围岩强度之间需要满足的力学协调性，针对不同围岩级别，对双护盾TBM施工中掘进参数及模式选择进行研究，从而为双护盾TBM选型及适应性分析提供依据。研究结论：( 1)对于二级、三级、四级围岩地层，刀盘推力可由撑靴提供，可采用双护盾掘进模式；（2) 五级围岩（软岩、强风化)条件下，撑靴撑力、围岩承载力及刀盘推力三者不能满足力学协调性，滚刀无法成功破岩，故无法实施双护盾模式施工，可采用单护盾掘进模式，由管片方式提供反力；（3)根据双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力和围岩强度之间的力学协调性，得到不同围岩级别下相应的掘进参数；（4)该研究成果可为城市轨道交通工程 TBM 施工提供理论参考。

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城市轨道交通单线U型梁振动与噪声分析

罗文俊，程龙

铁道工程学报. 2017, 34(5): 89-93.

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摘要：研究目的：针对日益严重的桥梁结构低频噪声问题，本文建立钢轨、无砟轨道、桥梁结构的梁-板振动有限元预测模型，分析城市轨道交通单线U型梁在垂向轮轨力作用下20 ~200 Hz范围内频域的振动及其近场、远场的结构噪声特性，同时分析U型梁各板件的声贡献量。通过对U型梁进行振动噪声分析，提出截面优化建议。研究结论：(1)U型梁的振动幅值峰值出现在31.5 ~63 Hz左右，翼板的振动幅值最大，其次是底板和腹板;(2)由钢轨到U型梁的振动功率级损失在16.9 ~20 dB左右，U型梁各板件的振动功率级与其声压贡献量的规律基本一致，底板 > 腹板 > 翼板;（3)在近场点各板件的声压级峰值都在50 Hz，底板的声压级最大，其次是腹板和翼板;(4)远场噪声主要受底板的作用影响，其声压贡献量达到81%左右，因此应作为主要降噪对象，而翼板的振动峰值虽大，但对声场的影响很小，几乎可以忽略不计；（5)该研究成果可为城市轨道交通的桥梁采取减振降噪措施提供借鉴。

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铁路工程勘察设计项目全寿命周期风险管理研究

郑宏波

铁道工程学报. 2017, 34(5): 94-99.

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摘要:研究目的:铁路工程勘察设计项目管理具有较强的动态性特征，项目实施过程中面临的风险常因环境的影响而发生变化。为降低风险造成的损失，基于铁路工程勘察设计工作的全寿命周期角度，应对项目中可能出现的风险进行全面管理。本文通过科学构建风险管理模型，以实现有效进行风险识别、风险分析以及风险控制的目的，确保项目目标的顺利实现。研究结论：(1)应从项目全寿命周期角度，将风险管理体系集成平台、风险因素分布与风险管理流程有机结合；（2)铁路工程勘察设计过程中的风险分布具有显著的波动性;（3）基于PDCA环构建循环闭合的铁路工程勘察设计项目风险管理环，可以提高风险管理流程之间协同工作的效率;（4)本研究成果对从事铁路工程勘察设计及相关工作的单位具有一定借鉴意义。

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信息化条件下科技期刊与国企科技进步关系研究

冯莎莎

铁道工程学报. 2017, 34(5): 100-104.

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摘要：研究目的：信息技术的快速发展促使信息传播媒介由传统纸质平台逐步转变为现代电子平台。科技期刊作为科技信息传播的重要载体，在信息化条件下经历着机遇与挑战并存的现状。在期刊多样化发展的背景下，如何实现科技期刊的准确定位，发挥其在推动国有企业科技创新与进步工作中的驱动力是当前需重点研究和探讨的问题。研究结论：( 1)科技期刊是国有企业科技成果展示与转换的重要平台，也是国有企业科技创新发展的重要途径；（2)国有企业科技进步促进了科技期刊的质量提升和良好发展，实现了科技期刊服务科技进步的使命;(3)信息技术的快速发展和逐步成熟使科技期刊运作模式发生变化的同时，也优化了科技期刊在国有企业科技发展中的作用机制；（4)本文研究成果可为信息化条件下科技期刊和国有企业之间双效互动、相互促进发展提供一些参考。

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2017年, 第34卷, 第5期　
刊出日期：2017-07-15

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