وتمثل شبكات السكك الحديدية العالية السرعة بعض أكثر نظم النقل تطوراً وكثافةً في رأس المال التي بنيت على الإطلاق، إذ تمتد مئات أو حتى آلاف الكيلومترات، وتربط المراكز الاقتصادية الرئيسية، وتخفض فترات السفر، وتوفر بديلاً منخفض الكربون للسفر الجوي، ومع ذلك فإن شبكتها الصغيرة جداً - الخناق والأنفاق والأسلاك الفوقية - والوصلات الفوقية - تجعلها عرضة أيضاً للفيضانات الحرارية.

ومع أن تغير المناخ يكثف تواتر وشدة الأحداث الجوية الشديدة، فإن مسألة القدرة على التكيف انتقلت من الاهتمام الهندسي النظري إلى أولوية تشغيلية عاجلة، فبناء خط سكك حديدي مرتفع السرعة يمكن أن ينجو من حدث ما قبل القرن لم يعد كافيا؛ ويجب تصميم البنية التحتية ورصدها وإدارتها لمعالجة الوضع الطبيعي الجديد للمخاطر المتعددة والمتداخلة، وتستكشف هذه المادة الاستراتيجيات والتكنولوجيات والعالم الحقيقي للقدرة على التكيف.

The Growing Threat Landscape for High-Speed Rail

فالكوارث الطبيعية تفرض تهديدا متعدد المستويات على نظم الصحة الجنسية والإنجابية، فالآلام المادية المباشرة، والهيكلات المنهارة، وخطوط الاتصالات المقطعة - يمكن أن تؤدي إلى خسائر فادحة في الأرواح وإلى بلايين في تكاليف الإصلاح، ولا بد أن تكون الآثار غير المباشرة، مثل انقطاع الخدمات التي يقطعها الركاب، أو وقف لوجستيات الشحن، أو قطع الربط الإقليمي، قد تمزقت عبر اقتصادات بعد فترة طويلة من وقوع الكارثة نفسها، ولا سيما في المناطق الجنوبية الغربية، حيث يتوقع أن تتسع شبكات التنوع البيولوجي في المناطق الجنوبية الكبرى على نطاقها بشكل كبير في مراحلها.

إن التوقعات المناخية تزيد من تعقيد الصورة، إذ أن الهواء الوارمر يرتفع إلى درجة أكبر من الرطوبة، مما يؤدي إلى تهطال أشد وفيضان أكثر حدة، ومن ثم فإن ارتفاع مستويات سطح البحر يهدد ممرات السكك الحديدية الساحلية، بينما يمكن أن تسبب درجات الحرارة المرتفعة في تصادم السك الحديدية الصلبة (البنك) في السك الحديدية الصلبة، فعلى سبيل المثال، يلاحظ أن شركات النقل الجوي اليابانية قد شهدت زيادة كبيرة من الناحية الإحصائية في عمليات التكي.

العناصر الرئيسية للارتقاء في البنية التحتية للسكك الحديدية العالية السرعة

وتستند نظم إعادة التأهيل الاجتماعي إلى أربعة أركان مترابطة: التصميم الهندسي القوي، والرصد المتقدم والإنذار المبكر، والتأهب التشغيلي، وتكرار الشبكة، وكل ركيزة تعزز الأخرى، وتنشئ نظاما يمكن أن يستوعب الصدمات، وتحافظ على الوظائف الأساسية خلال الأزمة، وتسترد بسرعة بعد ذلك.

التحسينات الهندسية والتصميمية

إن خط الدفاع الأول هو البنية الأساسية المادية ذاتها، فالبلدان المعرضة للزلازل مثل اليابان وتايوان وتركيا قد رائدت في استخدام علامات العزلة السيزمية، ونظم المسار المرنة، وعززت الأعمدة الأساسية للنقاش الخرسانية، وهي تتيح للهياكل أن تقطع الحركة الأرضية بدلا من أن تكسر، فعلى سبيل المثال، فإن المنافذ على متن محركات توهوكو شينكانسن اليابانية تخسر على المطاط وفول أفقي يصل إلى 60 سنتا.

وتتطلب القدرة على الصمود في الفيضانات مجموعة مختلفة من الاستراتيجيات: ارتفاع أسرة المسارات، وضخامة التصريف، وشبه المياه الجوفية الكهربائية، وتبنى خطوط HSR الصينية في دلتا نهر يانغتزي المعرضة للفيضانات على ارتفاع 2-3 مترا فوق سهل الفيضانات البالغ 200 سنة، وبالإضافة إلى ذلك، يجري تصميم نظم طهيية شاملة بدعم منشق للقطعة التي تزيلها الأسلاك التي تصيب الحطام، مما يحول دون حدوث توترات.

ويشكل الصمود الريح تحدياً خاصاً بالنسبة للجسور الطويلة المدى والقنوات، وقد وضع خط مينو في فرنسا، وإن لم يكن حصراً HSR، مثالاً على ذلك بإدراج المعارض الدينامية الهوائية والرواسب الجماعية الملتوية لتخفيف الهتزات التي تسببها دودة دودة دودة دودة دودة دودة دودة، وقد تؤدي هذه القيود إلى وجود قيود جانبية كبيرة في مجال سرعة سرعة الرياح في كوريا الجنوبية.

  • Seismic design:] Base isolation, flexible joints, and ductile materials;
  • Flood design:] elevated tracks, high-capacity drainage, waterproofed electronics;
  • Wind design:] Aerodynamic bridge profiles, wind fences, and speed-reduction protocols;
  • Fire safety:] Tunnel fire suppression systems, flame-resistant materials, and eviction refuges;

نظم الرصد المبكر والإنذار المبكر المتقدمة

فالقوة المادية وحدها غير كافية إذا لم يتمكن المشغلون من اكتشاف المخاطر قبل أن يتسببوا في ضرر، إذ تقوم شبكات التصحاح العالي الحديثة بنشر صفائف حساسية كثيفة ترصد حركة الأرض، ومستويات المياه، وسرعة الرياح، والإجهاد الهيكلي في الوقت الحقيقي، ويمكن للكابلات الفيبرالية التي تُبث على طول السرير أن تعمل كمجسات صوتية موزعة، وتلتقط موجات زلزالية بعد أن يبدأ التمزق.

ويمتد الإنذار المبكر إلى ما بعد الزلازل، كما أن أجهزة الاستشعار التي تعمل على مستوى المياه اللاسلكية التي يتم تركيبها في المعابر النهرية، وترسل البيانات إلى مراكز المراقبة، مما يؤدي إلى خفض السرعة أو إغلاق خطوط المياه قبل أن تصل مياه الفيضانات إلى مستوى المسار الصحيح، وبالمثل، يمكن أن ترصد أجهزة الاستشعار الساتلية (رادار الانارة الاصطناعية) التخريب الأرضي أو تحركات الانحلال الأرضية على الممرات الطويلة، مما يتيح الاكتشاف الاستباقي.

ويوفر النظام الأوروبي لمراقبة القطارات، الذي يستخدم في العديد من خطوط المسؤولية الاجتماعية، إطارا لإدماج هذه المدخلات المستشعرة في القرارات التنفيذية، وعندما يصدر إنذار، يقوم النظام تلقائيا بإبلاغ القيود على السرعة أو أوامر المكابح الطارئة لكل قطار في المنطقة المتضررة - لا يلزم التدخل البشري، وهذا التشغيل الآلي أمر حاسم لأن نوافذ الرد كثيرا ما تقاس في ثوان.

البروتوكولات التنفيذية والاستجابة في حالات الطوارئ

ويجب دعم التكنولوجيا بإجراءات قوية، ويحتفظ كل مشغل من مشغلي البيوتادايين السداسيين بخطط واسعة النطاق للاستجابة للكوارث تشمل إجلاء الركاب من الأنفاق، والإمداد بالطاقة في حالات الطوارئ من أجل توجيه الإشارات، وتنسيق الاتصالات مع السلطات المدنية، وتقوم اليابان بعمليات حفر شاملة مرتين في السنة تشمل جميع خطوط شينكانسن، وتحفيز زلزال رئيسي يليه تسونامي، ولا تختبر هذه العمليات النظم التقنية فحسب، بل أيضا عمليات اتخاذ القرارات للموظفين تحت ضغط الوقت.

كما أن البروتوكولات الواضحة تحكم عملية إعادة التشغيل بعد وقوع كارثة، ويجب على المفتشين التحقق من حالة المسارات، والسلامة اللاسلكية العامة، ووظيفية نظام الإشارات قبل السماح للقطار باستئناف الخدمة بسرعة مخفضة، ويستخدم العديد من المشغلين مركبات جوية غير مأهولة (الملابس) للتعجيل بعمليات التفتيش هذه، ولا سيما في المناطق التي تضررت فيها الطرق، ولا يزال الجمع بين الرصد الآلي والحكم الإنساني هو المعيار الذهبي لضمان السلامة دون تأخير لا داعي له.

إعادة التوحيد وتصميم الشبكات

وحتى أفضل خط وحيد مصمم يمكن أن يكون نقطة فشل واحدة، إذ أن المصممين المقاومين يدعون إلى تغيير المسارات: خطوط موازية، وخيارات للمواءمة البديلة، وشبكات مترابطة تتيح للمتدربين إعادة توجيه الأقسام المتضررة، كما أن شبكة HSR الصينية، التي تضم ممرات تحويل متعددة شمالية وشرق غربية، توفر في كثير من الأحيان إعادة التكتم، ولو كان خطا واحدا، قد تم قطعها، ووصلت خطوط الشحن.

كما ينطبق إعادة التوحيد على الطاقة والاتصالات، حيث توجد في معظم خطوط التقلبات الهوائية الحديثة وحدات فرعية كهربائية مزدوجة المديونية ومولدات ديزل احتياطية لنظم الإشارات والمحطة الحرجة، وكثيرا ما تكون شبكات الاتصالات قائمة على الألياف مع دعم الموجات الدقيقة، وتكفل هذه الطبقات أنه حتى إذا فشلت الهياكل الأساسية الأولية، فإن النظم الثانوية يمكن أن تبقي الشبكة تعمل جزئيا أو على الأقل تيسير الإجلاء الآمن.

Global Case Studies in Resilience

شينكانسن اليابان: نقطة الانسجام عن الاهتزاز

وقد عملت شبكة شينكانسن لأكثر من 60 عاما دون وفاة ركاب واحد من جراء كارثة طبيعية - وهي سجل ملحوظ نظرا لأن اليابان تختبر نحو 20 في المائة من زلزال العالم البالغ حجمها 6+، ولا يوجد جوهر هذا النجاح في نظام أوردا (نظام الإنذار بالأرض المسببة للصدمات الأرضية ونظام السلاح) باستخدام مزيج من المزلاجات الساحلية ومقاييس التكتل الأرضية الخفية في المنطقة، يمكن أن يصدر جهاز إنذار في غضون ثلاث ثوان من الكشف عن الأضرار.

الصين: الدفاعات الأرضية في سكال

وفي أعقاب ارتفاع شبكة الصين، وهي أكبر شبكة في العالم، تجتاز بعض أكثر المناطق تعرضاً للفيضانات والأعاصير الطاغية على الكوكب، وبعد مرور 2021 حالة من الفيضانات على مقاطعة هينان، نفذ السكك الحديدية الصينية معايير أكثر صرامة لتصميم خطوط جديدة في المناطق المعرضة للفيضانات، وهي تشمل زيادة المواسير بمقدار 0.5 متر إضافي، ووضع كتيبات عن ارتفاع مستويات المياه عند مضاعفات الجسور، ونشر مواد حقيقية

الاتحاد الأوروبي لحقوق الإنسان: التنسيق بين الشركات

وتواجه شبكة فرسان أوروبا ذات السرعة العالية، التي تربطها بها صلات عديدة عبر الحدود، تحديات فريدة في مجال القدرة على التكيف بسبب اختلاف المعايير واللغات الوطنية، وقد مولت مبادرة شيفتر-2 رايل التابعة للاتحاد الأوروبي مشاريع لتطوير نظم للإنذار المبكر تكون قابلة للتشغيل المتبادل وقواعد بيانات مشتركة لتقييم المخاطر، وعلى سبيل المثال، يستخدم نظاما متكاملا للتأخيرات الجوية في باريس، مما يحفز على إحداث تغييرات حقيقية في البيانات المتعلقة بأوقات الطقس(23).

الاعتبارات الاقتصادية والتشغيلية

وتتحمل الاستثمارات في مجال التكيف مع هذه الظاهرة علامة أسعار يمكن تبريرها على أساس بسيط من حيث التكلفة، ولا سيما فيما يتعلق بالتشييد الجديد، وقد تؤدي عوامل العزلة السيزمية إلى زيادة تكاليف الموصلات بنسبة تتراوح بين 10 و15 في المائة؛ وتزيد نظم الطاقة الزائدة وشبكات الاستشعار من نفقات الصيانة الجارية، ومع ذلك فإن تكلفة عدم الاستثمار تكون أعلى بكثير، وقد أدى الزلزال الذي وقع في عام 2011 في نيوزيلندا، والذي ألحق أضراراً جسيمة بشبكة التصليحات في المنطقة(1).

كما أن القدرة على التكيف في العمليات لها بعد إنساني، إذ أن من يتأخرون أو يلغون الخدمة بسبب الإخفاقات المتصلة بالطقس قد ينتقلون إلى السفر جواً أو براً، مما يقوض الأهداف النموذجية التي تبرر الاستثمار في مجال الصحة الجنسية والإنجابية في المقام الأول، وبالتالي فإن الأداء الموثوق به في مواجهة المخاطر الطبيعية يصبح ميزة تنافسية بالنسبة لمشغلي الصحة الجنسية والإنجابية.

الابتكارات والتوجيهات المستقبلية

وفي المستقبل، تعد عدة تكنولوجيات ناشئة بزيادة تعزيز قدرة HSR على التكيف، ويجري تدريب نماذج استخباراتية وتعلم آلي للتنبؤ بإمكانية وجود أساليب فشل محددة - مثل التصفيق على جزء معين من الخط استنادا إلى درجات الحرارة المتوقعة، والخفض التدريجي للشمس في السرعة قبل الزمان أو عمليات التفتيش على الطقس المبرد، وتنتج علوم المواد عن ذلك أضرار مركبة ذاتية يمكن أن تلحقها بالنفس من خلال عمليات التفتيش المتطورة.

كما أن الحلول القائمة على الطبيعة تكتسب مشققا، ففي ألمانيا، قام ديوتشي باهن بتجربة تصميمات " محطة الإسفنج " التي تستخدم الرصفات القابلة للطبيع، والحدائق المطرية، وأحواض الاستبقاء تحت الأرض لاستيعاب هطول الأمطار الغزيرة والحد من مخاطر الفيضانات المحيطة بالهياكل الأساسية الحيوية، ويجري استكشاف خطوط التلال الساحلية، والأراضي الرطبة المحار كحواجز الموجية التي تحسن أيضا التنوع البيولوجي.

وأخيرا، تساعد شبكات تبادل المعارف الدولية العاملين الأقل خبرة في مجال المشغلين الذين يتعلمون من المناطق المعرضة للكوارث، وينشر الاتحاد الدولي للسكك الحديدية مبادئ توجيهية بشأن القدرة على مواجهة الزلازل والفيضانات، في حين أن الاتفاقات الثنائية بين اليابان والصين والمشغلين الأوروبيين تيسر نقل التكنولوجيا، وحيث أن شبكات HSR تواصل التوسع في المناطق ذات الهياكل الأساسية الأقل تطورا لإدارة الكوارث، سيكون هذا التعاون أساسيا لضمان عدم بقاء القدرة على مواجهة الكوارث.

خاتمة

إن مستقبل السكك الحديدية العالية السرعة يتوقف على قدرتها على تحمل التقلبات المتزايدة للعالم الطبيعي، والخبر الجيد هو أن الاستراتيجيات الهندسية والرصدية والتشغيلية التي ثبتت وجودها بالفعل - وهي بحاجة إلى تمويلها وتنفيذها وتحسينها باستمرار، ومن آثار الظواهر السيزمية التي تنجم عن شينكانسن إلى الفيضانات التي تفرز خطوطا جديدة للصين، فإن القدرة على التكيف أصبحت تشكل تحدياً في مجال البناء.

For further reading, see the International Union of Railways’ resilience guidelines, Japan’s Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism Shinkansen safety report, and European Union Agency for Railways publications on operational safety6.