铁道工程学报

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黄生根, 徐锐, 黄启坤, 李梓俊, 胡波

铁道工程学报. 2025, 42(9): 1-7.

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研究目的：目前对超深圆形地连墙的研究成果较少,对其变形特性的研究滞后于工程实践。本文结合棋盘洲长江公路大桥南锚锭超深圆形基坑工程,通过建立平面极坐标方程推导水平位移公式;利用FLAC^3D软件建立不均匀地层条件的三维模型,对圆形地连墙的力学特性和变形规律进行对比分析。
研究结论：(1)基岩对地连墙嵌固作用明显;地连墙深层水平位移在同一深度区域差异性较小;(2)环向应力的变化规律与深层水平位移变化相似,环向应力最大值位置与深层水平位移最大值点相近,环向应力横向分布较为均匀,最大值点横向变化规律近似余弦函数;(3)本研究成果可为超深圆形地连墙整体力学特性和变形规律的分析提供借鉴,并可为实际工程应用提供参考。

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动荷载作用下砂粉土填料颗粒迁移特性研究

张家生, 张磊, 王晅, 丁瑜, 闫宏业, 贾羽, 吴红刚

铁道工程学报. 2025, 42(9): 8-14.

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研究目的：高速铁路路基随着运营时间的持续累积会不可避免地出现老化现象,由此引发的翻浆冒泥病害呈现日益加剧的趋势。高速列车动荷载作用下细颗粒迁移特性研究对于分析铁路翻浆冒泥等路基病害演化机制具有重要意义。本文通过开展高速列车动荷载作用下饱和砂粉土路基细颗粒迁移试验,分析不同细粒含量（粉土含量）、动荷载幅值等对土样超孔隙水压、轴向应变和细颗粒迁移特性的影响。
研究结论：(1)试验通过控制路基土样中细粒含量探究细颗粒迁移的内在机制,得出细粒含量的增加会增大砂粉土填料路基土样中超孔隙水压力峰值;(2)增加动荷载幅值和频率均会加大超孔隙水压峰值,且频率增加不利于路基土内超孔隙水压力扩散;随着超孔隙水压力梯度的增加,土样中细颗粒迁移平均高度也会增加;(3)本试验研究结果对于认识高速铁路路基的翻浆冒泥致灾机理具有重要意义。

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内置组合型钢边坡锚固反力结构局压试验研究

王浩, 杨宇轩, 陈叶健, 严耿明, 吴志刚, 蔡晖, 廖小平

铁道工程学报. 2025, 42(9): 15-20.

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研究目的：传统边坡锚固反力结构普遍存在内部构造单一、承载能力不足、施工效率低下等问题。本文提出一种内置组合型钢的新型预制边坡锚固反力结构,通过设计6种不同内部骨架与配钢率的节点试件,开展室内节点局压试验,对比分析各试件的破坏模式、裂缝发展规律、承载性能及变形特性,以探究该结构的力学性能优势。
研究结论：（1）试件的破坏模式表现为裂缝沿局压区域对角线自顶部-侧面-底部贯通的局压劈裂形态;（2）内置型钢试件裂缝扩展范围和最大裂缝宽度显著小于纯钢筋试件,且内置型钢试件在破坏前的裂缝扩展历时更长;（3）中心方钢管具有较强的约束能力,增强了反力结构的节点抗压承载力,纯型钢试件、型钢与钢筋组合试件的极限荷载相较于纯钢筋试件分别提升了13%、17%;（4）该结构的变形协调能力优于采用螺旋筋的纯钢筋结构,钢管的约束作用使横向应变发展更趋平缓;(5)本文研究结果可为边坡锚固工程的反力结构设计与承载性能研究提供新思路。

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轨道-箱梁系统刚度退化下振动演变规律研究

罗锟, 王凯新, 王伟

铁道工程学报. 2025, 42(9): 21-27.

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研究目的：混凝土结构在服役过程中会发生一定程度刚度退化,为研究混凝土结构刚度退化对既有轨道-箱梁系统振动的影响,本文以列车400 km/h运行为工程背景,通过建立考虑刚度退化的轨道-箱梁耦合系统模型,分析高速铁路不同服役年限与刚度退化、系统振动响应之间的映射关系,以期厘清高速铁路提速运营后的刚度退化趋势及振动演变规律。
研究结论：(1)随着轨道-箱梁系统服役时间的持续增加,以及列车移动荷载长期共同作用下,轨道-箱梁系统刚度将持续退化;刚度退化速度在系统服役初期骤减,中期趋于稳定,当系统服役超过53年后持续增长,服役60年后系统刚度将退化至初始刚度的88.7%以下;(2)随着刚度的持续退化,轨道-箱梁系统振动响应将持续增加,服役第60年,轨道板、箱梁顶板的振动位移将分别增大约22.15%和11.58%;(3)刚度退化会降低轨道-箱梁系统的自振频率,其中一阶自振频率将由5.69 Hz降至5.47 Hz;(4)本文研究成果可为既有轨道-箱梁系统提速至400 km/h及其安全运营管理提供理论依据。

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基于轴箱垂向振动加速度的波磨特征区间分析

雷震宇, 王志强

铁道工程学报. 2025, 42(9): 28-31.

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研究目的：为快速有效地识别地铁线路上的轮轨波磨,本文以实测轴箱垂向振动加速度数据进行波磨特征研究。通过描述实测线路的基本情况和测试的基本参数,对加速度数据进行分区频域变换,提取相应的特征频率和幅值,以确定波磨程度和分布区间,并结合现场调研,验证区间分析方法的有效性。
研究结论：（1）轴箱垂向振动加速度幅值可以用于判别钢轨波磨和车轮多边形的损伤程度,并确定损伤发生区间位置;（2）轴箱垂向振动加速度特征频率可以用于识别钢轨波磨和车轮多边形损伤,并能够确定两种损伤的发生区间;（3）运营车辆车轮和特定轨道区间测试验证了波磨区间分析方法的可行性,且该方法由于能够快速识别轮轨波磨,可为地铁养护维修作业提供参考。

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铁路简支梁桥组合减隔震体系适应性研究

江辉, 李新, 陈良江, 周勇政, 王岚, 卢文良, 宋光松

铁道工程学报. 2025, 42(9): 32-37.

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研究目的：铁路桥梁建设持续向藏东南、川西、滇西北等高烈度地震区延伸,减隔震支座与各类阻尼器组合使用的减隔震桥梁愈加广泛。为探明地震动特性、结构特性对此类减隔震桥梁抗震性能的影响规律,本文以铁路原型桥梁、原型桥墩为工程背景,建立具有不同墩高、墩高差的22个桥梁模型,探究桥墩刚度、相邻墩刚度比变化,场地类型变化和长周期、近断层特性的作用影响机理,明确组合减隔震体系适应性。
研究结论：（1）墩底弯矩（支座变形）随墩高增加而增加（降低）;相邻墩高差会放大高墩弯矩响应与矮墩墩上支座变形响应;长周期、近场地震动以及软弱场地会限制组合减隔震体系的适应性;（2）Ⅰ~Ⅱ类场地桥墩纵向刚度限定值≥396 kN/cm;Ⅲ类场地需>634 kN/cm;Ⅳ类场地则需>1 056 kN/cm;（3）在Ⅰ、Ⅱ类场地下,邻墩纵向刚度比应大于0.3;Ⅲ类和Ⅳ类场地的邻墩纵向刚度比应分别大于0.39和0.55;（4）对于Ⅱ类及更坚硬场地,以及不同地震动特性下,桥墩纵向刚度限定值≥1 207 kN/cm;（5）本文研究思路与结论对于规范铁路桥梁减隔震设计、确定合理的设计参数具有指导意义,可为相关技术标准的制定提供参考与借鉴。

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高速铁路矮塔斜拉桥地震功能易损性分析

谢明志, 韩晨, 刘嘉兴, 杨永清, 黄胜前

铁道工程学报. 2025, 42(9): 38-44.

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研究目的：为探明高铁矮塔斜拉桥功能损伤,结合工程实践,建立其易损性研究框架,考虑不确定性,采用增量动力分析法（IDA）,开展功能易损性分析,生成构件及系统功能易损性曲线,深入探明功能与承载损伤的区别和联系。
研究结论：（1）构件层面,高速铁路矮塔斜拉桥由于梁端转角变化所引起损伤超越概率是最大的,需加强桥梁地震功能损伤的控制;（2）低强度地震下,对于轻微及中等损伤,发生承载损伤的超越概率大于功能损伤,伴随地震动强度的增大,功能损伤超越概率逐渐增大;（3）系统损伤方面,对于中等及严重损伤,结构最易发生功能损伤,高铁功能损伤不同于传统承载易损性,差异较大;（4）本研究可为桥梁地震功能损伤对震后桥梁运营安全评估及抗震设计提供参考,具有理论及实践意义。

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考虑自平衡条件新型组合箱梁力学性能研究

唐先习, 张己存, 甘亚南, 甘子玉, 岑峰

铁道工程学报. 2025, 42(9): 45-51.

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研究目的：波形腹板钢箱-组合梁是一种新型钢混结构,其力学性能研究有助于该类结构的优化设计。本文引入剪滞翘曲应力自平衡条件,且以能量变分法为基础建立该类结构的弹性控制微分方程,进而基于理论探索、有限元模拟和试验研究,实现波形腹板钢箱-组合梁力学性能的精细化分析。
研究结论：(1)波形腹板钢箱-组合梁的边界约束愈强烈,自平衡条件对其力学性能的影响愈显著,对于简支箱梁,本文自平衡条件影响率在3.5%~-3.5%之间,但是连续组合箱梁自平衡条件的影响大幅增加,集中荷载钢底板与腹板相交处影响率达-23.6%,而均布荷载为13.1%;(2)自平衡条件对连续组合箱梁剪滞效应影响较大,与传统剪滞理论相比较,均布荷载下自平衡条件增强了该类结构剪力滞效应;在钢底板与腹板相交处,传统理论剪滞系数为1.25,而本文理论为1.42,然而集中荷载与之相反,钢底板和腹板相交处,传统理论与本文理论剪滞系数分别为1.64和1.28;(3)本文方法计算精度明显提高,且波形腹板钢箱-组合梁钢底板正应力更为突出,其值约为RC顶板的20倍;(4)本文研究明确了自平衡条件对波形腹板钢箱-组合梁力学性能的影响规律,对完善该类结构设计理论具有促进作用。

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小跨度整体式板梁在重载铁路中的应用研究

陈树礼, 王泽涛, 周晔, 许宏伟, 刘永前

铁道工程学报. 2025, 42(9): 52-57.

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研究目的：针对大轴重运输条件下既有铁路小跨度桥梁开裂严重、挠度偏大和振动加剧等系列问题,以某重载铁路30余孔12.0 m跨度板梁更换施工为背景,采用静载试验、数值模拟和实际工程应用等手段,开展新型小跨度整体式预应力板梁在大轴重运输条件下的静力适应性试验和极限承载能力研究,探索繁忙干线短时天窗条件下小跨度梁快速换架技术。
研究结论：(1)1.2倍设计静活载作用下,小跨度整体式预应力板梁各关键截面的荷载-应变/位移曲线均呈线性变化,各控制截面应变及位移实测结果均小于理论计算值;试验过程中,板梁未发生开裂且始终处于弹性工作阶段;(2)整体式板梁发生破坏时的跨中弯矩为1.67×10⁴ kN·m,破坏特征为顶部混凝土压溃;(3)采用“吊车+走行台车”的整体换架技术,能够在4 h短时天窗时间内实现整孔小跨度板梁的更换作业;（4）本研究成果可为重载铁路桥梁强化改造提供参考和借鉴。

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基于有限元法的CSW组合箱梁温度效应研究

王丽娟, 赵磊, 刘欣益, 武维宏, 曾志刚, 刘世忠

铁道工程学报. 2025, 42(9): 58-65.

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研究目的：鉴于CSW组合箱梁温度效应突出的计算不方便以及应用推广困难,本文建立一种新的梁单元——波形钢腹板（CSW）梁单元,基于多项式位移分布模式推导CSW梁单元的位移形函数,据虚功原理推导CSW梁单元的刚度矩阵。基于最小总势能原理推导了顶板和钢腹板的温度荷载效应下的温度力列阵,最后将温度效应整合到CSW梁单元计算中,为CSW梁单元纳入广泛使用的杆系结构有限元系统奠定了理论基础。
研究结论：（1）通过对比三种模型的计算结果表明,三种模型竖向位移整体上变化趋势基本一致,峰值也较为接近,最大相对误差未超过5%,证明静力荷载与温度荷载下本文理论推导的计算结果吻合;（2）采用 MATLAB 编程语言开发了 CSW 梁桥的计算程序,并将该程序的计算结果分别与 ANSYS 模型的仿真结果以及试验获取的数据进行比对分析,以此来验证所推导公式的准确性;（3）该方法能够有效考虑温度场对结构力学性能的影响,为复杂环境下的CSW梁桥分析提供技术支持。

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基于SCSM模型的TBM多模式掘进参数优化策略

薛亚东, 李雨轩, 罗炜, 王化武, 郭永发, 汪加轩

铁道工程学报. 2025, 42(9): 66-72.

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研究目的：随着隧道工程逐步向大埋深、长距离方向发展,全断面隧道掘进机TBM因自动化程度高、环境扰动小、施工高效等优点受到广泛应用。然而,由于TBM在硬岩地层中的掘进参数调整依赖于司机经验,掘进性能与地质环境难以匹配,缺乏有效的破岩提升策略,易导致掘进效率较低、刀具荷载超限、工程超期等问题。为此,本研究改进CSM模型提出一种SCSM模型用于掘进参数与地质环境之间的关系表达,根据设备推力、扭矩、出渣量极限性能约束对掘进参数优化问题可行域分区,采用多模式求解最优控制参数。
研究结论：（1）以引松工程的现场掘进数据为基础,通过线性拟合得到临界推力经验公式,依托引汉济渭工程考虑临界推力以及FPI,建立破岩模式分区模型,针对所构建的分区可行域,根据TBM性能极限定义极硬岩,提出适用于极硬岩的磨岩模式以及片岩、混合模式的优化策略;（2）以引汉济渭岭南工程K29+169.2~K33+613.1标段为例,应用本文研究成果,优化后的掘进能耗降低了5.6%,施工进度提升显著;（3）研究结果表明基于多模式掘进参数优化策略可充分挖掘中低强度下掘进机的性能,对于极硬岩情况可兼顾工期与能耗进行多目标优化。

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高水压大直径盾构隧道破坏特征研究

苏昂, 何川, 周欣, 王峻, 封坤, 张力

铁道工程学报. 2025, 42(9): 73-79.

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研究目的：为探明高水压大直径盾构隧道的破坏特征,以苏通GIL输电管廊盾构隧道工程为依托,采用“盾构隧道结构体加载装置”开展错缝拼装管片结构原型加载破坏试验,对管片结构的破坏过程进行分析,探明管片结构的破坏机理和承载性能,从而为高水压大直径盾构隧道的设计提供参考。
研究结论：（1）管片结构形变呈“横鸭蛋”形,最大直径变化率为9.52‰,最大纵缝张开量为12.87 mm; （2）拱顶、拱底内弧面受拉开裂破坏,裂纹最大宽度分别为4.5 mm、11.5 mm,裂纹总长54.80 m,总数量为235条,以纵向裂纹为主;左拱脚、右拱肩外弧面受拉开裂破坏,裂纹总长64.70 m,总数量为65条,裂纹最大宽度 0.1 mm;（3）管片破坏经历弹性、弹塑性及破坏三个阶段,管片开裂对结构整体刚度下降影响不明显,破坏机理为：裂缝深度增大,钢筋屈服,中心轴不断上移,核心混凝土有效承载面积减小,管片总体刚度不断减小,直到结构发展成为几何可变机构,使得弯矩和偏心距降低、位移增长,结构承载力下降,管片结构局部失稳破坏,管片极限承载荷载为2 827.2 kN,极限承载力安全系数为1.632;（4）本研究成果可为高水压大直径盾构隧道的设计提供参考。

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隧道极高地应力反演及大变形预警标准研究

于清浩

铁道工程学报. 2025, 42(9): 80-85.

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研究目的：针对极高地应力环境下不同等级大变形隧道施工期动态预警难题,本文以四川某极高地应力软岩隧道为工程背景,开展地应力反演与围岩大变形规律量化研究;研发基于遗传算法的地应力反演程序,为数值模拟提供可靠的地应力边界条件;构建不同大变形等级下围岩与支护结构协同演化曲线,通过对曲线的耦合分析,确定围岩稳定性动态预警阈值;引入位移贡献率权重,实现不同施工阶段各台阶变形贡献值的动态量化。
研究结论：（1）基于遗传算法开发的地应力智能反演模型,融合了地质构造场与监测数据,实现了极高地应力场95%置信度精准重构;（2）构建了围岩-支护协同演化曲线,揭示了特征曲线交叉演化节点与围岩失稳的临界关联性,提出了稳定性判别预警指标;（3）提出了“大变形等级-施工阶段”双控动态预警体系,形成了“监测-诊断-调控”的全周期决策链,为保障隧道施工安全、制定切实可行的预警策略提供依据;（4）本文研究成果可为极高地应力隧道施工期大变形灾害的分级预警与精准防控提供技术支撑,对类似复杂地质条件隧道工程提供参考。

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铁路供电集群监测的VCRS热点缓存替换策略

屈志坚, 李迪, 邓芳明

铁道工程学报. 2025, 42(9): 86-91.

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研究目的：铁路供电集群监测数据中心数据量急剧增加,容易使得监测系统产生延迟,对铁路供电安全造成巨大威胁。针对海量电力数据的处理问题,行业内普遍采用数据库技术缓存热点数据,但现有的缓存替换策略命中率不高,难以有效应对复杂多变的数据访问模式。本文在现有缓存替换策略的基础上设计一种新的VCRS缓存替换策略,通过与传统缓存算法对比,验证方法的高效性。
研究结论：(1)提出的VCRS缓存替换策略,在以“时间”为淘汰指标的LRU算法和以“频率”为淘汰指标的LFU算法的基础上进行改进,可充分利用缓存资源,改善整个系统的访问性能;(2)VCRS缓存替换方法在不同的数据访问场景下,可以获得比LRU算法和LFU算法更高的缓存命中率,且耗时与现有缓存替换方法相当;(3)本研究成果可应用于铁路供电集群监测领域,为提高监控系统的快速响应提供新思路。

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超大断面地铁双线隧道开挖地表沉降规律研究

樊江苏, 刘涛影, 唐敏

铁道工程学报. 2025, 42(9): 92-98.

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研究目的：为研究超大断面双线隧道施工引起的地表沉降规律,本文依托瑞典斯德哥尔摩地铁蓝线延长线8714项目工程,采用数值模拟对不同开挖工法（CD法、CRD法和双侧壁导坑法）及双线施工间距下超大断面隧道变形特征及地表沉降规律进行分析,以求得到合适的开挖工法及双线施工间距。
研究结论：（1）隧道开挖过程中的拱周变形和地表沉降证明双侧壁导坑开挖工法是最合适的,对围岩稳定性的破坏最小;（2）双线隧道开挖完成后,地表横向沉降曲线呈V形沉降槽,由于前后线施工叠加效果,最大沉降位置偏向后行隧道;（3）双线隧道开挖面间距越大,施工后隧道围岩受扰动、地表沉降值就越小,故建议在实际施工时采取先开挖左线再进行右线施工的方法;（4）本研究结论可为类似超大断面地铁双线隧道的设计与施工提供参考和借鉴。

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轨道交通U型梁日照温度场试验及数值模拟

李奇, 江前辉, 吴定俊, 汪吉豪

铁道工程学报. 2025, 42(9): 99-104.

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研究目的：轨道交通U型梁几何外形具有特殊性,有关其温度场的研究较为缺乏,亟需获得U型梁日照温度场分布规律,进而为温度效应的精确计算提供依据。采用现场测试及数值模拟的方法对青岛某轨道交通U型梁温度场进行研究。基于实测太阳辐射强度数据,修正晴空理论模型相关参数,建立U型梁温度场三维瞬态有限元分析模型,确定其边界条件和初始条件。将数值计算温度场与现场实测结果进行对比验证,并进一步对比U型梁与箱梁的日照温度梯度。
研究结论：（1）7月份正午时截面温差最大达17 ℃,顶板和底板上部温度最高,沿顶板和底板高度方向竖向向下温度呈现非线性降低趋势;（2）U型梁腹板遮挡效应导致底板阴影区温度低于光照区,形成明显的横向温度差异;（3）除梁端附近外,U型梁温度分布沿纵向变化较小,U型梁外表面棱角处因双向对流作用,温度更接近环境温度,在其周围形成条带状温度分布;（4）U型梁与箱梁相比没有顶板的遮挡效应,两者日照温度梯度存在明显差异,有必要进一步针对U型梁温度梯度的规范取值模式及大小进行深入研究;（5）本研究结论对U型梁的设计与运营维护具有参考作用。

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中国高铁盈亏平衡分析及运营策略研究

谷玉荣, 曹馨语, 常远, 赵莉琴, 雷书华

铁道工程学报. 2025, 42(9): 105-112.

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研究目的：高铁的平稳运行对服务我国构建新发展格局和推动经济高质量发展至关重要。为应对我国高铁债务扩张与效益提升滞缓的挑战,本研究构建“节流-开源-可持续”分析框架,采用作业成本法精细核算成本构成,通过盈亏平衡与敏感性分析识别盈利关键影响要素,并基于“能源-经济-环境”（3E）理论量化评估高铁综合效益优势。
研究结论：（1）我国高铁运营的平均成本为0.372元/（人·km）,其中资本成本占主导（46.15%）,运输成本（36.16%）次之;（2）保本运营与收支平衡两种情景下的列车日开行密度分别为25列/日和84列/日;（3）敏感性分析表明,上座率提升对降低盈亏平衡点影响最显著,线路造价次之;（4）我国高铁运营效益的提升路径主要包括实施全生命周期精细化成本管控、多措并举拓展收入来源及充分发挥高铁绿色低碳的比较优势;（5）本研究成果可为高铁投融资与运营管理提供决策参考,助力我国高铁可持续发展。

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大型建筑企业建设项目投资策略研究

耿文瑞, 陈艳春

铁道工程学报. 2025, 42(9): 113-119.

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研究目的：目前,基于造价信息与数据的全过程造价控制体系研究相对罕见,对工程投资目标非线性预测与控制的研究有待深入。本文针对大型建筑企业建设项目难以避免的投资超支问题,以某大型建筑企业房建项目为例,综合集成余弦相似度算法、误差反向传播网络（简称BP神经网络）、显著性理论、挣值法和PDCA循环,以实现对大型建筑企业建设项目投资的有效控制。
研究结论：(1)从工程建设单位视角出发,充分发挥大型建筑企业建设经历丰富、历史案例充足的优势,建立大型建筑企业已完工程案例数据库,可为后续研究提供基础;(2)采用余弦相似度算法、BP神经网络和显著性理论,从总投资目标,分部分项工程与措施项目投资目标,人工费、材料费与施工机具使用费投资目标三个层面构建建设项目投资目标三级预测模型,可提高投资目标预测准确性;(3)运用挣值法和PDCA循环管理理念,对显著性子目工程投资目标进行动态分析与优化提升,并建立投资偏差分级预警体系,可实现有效的建设项目投资控制;(4)本研究可为大型建筑企业建设项目投资控制提供参考。

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2025年, 第42卷, 第9期　
刊出日期：2025-09-15

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