北京城市軌道交通新一輪建設高峰下的設備技術創新展望

丁樹奎

(北京市軌道交通建設管理有限公司 北京 100037)

近年來，國內城市軌道交通正迎來建設大潮，北京的軌道交通也得到了快速發展。建設高潮從20世紀90年代2條線路起步，到2011年開通了15條運營線路，運營里程達372 km。預計至2012年底，北京開通線路達到16條，運營里程達442 km。到2015年，建成后續的7號線、14號線等線路后，北京城市軌道交通的通車里程將達到703 km。

1 設備技術創新的應用現狀

大規模的城市軌道交通發展不斷給設備系統的建設帶來新的需求。例如:對統一建設標準的需求，網絡化規劃設計、換乘站設備整合等網絡發展的需求，對設備系統自主化、集成化、成套化、體系化的需求，建設與運營的風險與安全管理需求等。因此，設備技術的創新對滿足這些需求、促進城市軌道交通建設的進一步發展變得更加重要。

在北京市軌道交通建設的過程中，自主知識產權、國產化的設備，以及新技術、新產品的應用層出不窮，體現了北京地鐵建設的人文、綠色、科技三大理念。在這三大理念的指引下，北京市軌道交通的建設者通過自主研發以及“引進、消化、吸收、創新”國外先進技術和設備，研究應用了大量新技術、新工藝、新標準、新設備，重點開展了設備系統人性化、節能減排、減振、網絡化、國產化等方面的研究，大大提高了北京軌道交通關鍵設備的科技含量、國產化水平和服務水平，綜合建設的技術水平和管理水平顯著提升。大量的創新技術和設備在新投入的運營線中亮相，如國內首套自主知識產權CBTC信號系統，自主知識產權的國產B型車，自主知識產權綜合監控平臺軟件，國產通信傳輸系統、安全門，可變換數字電子乘客導向系統，新型環?？照{制冷系統，多線共用AFC中心等，為線路的安全、高水平運營做出了貢獻。

2 設備系統進一步創新展望

城市軌道交通建設還將持續高速進行，越來越多的城市將從軌道交通的少量線路運營轉變為網絡化運營。網絡化建設和運營的安全、方便乘客、高效運行要求以及低碳環保要求等，都將在發展中變得越來越重要，而設備系統和關鍵技術的創新發展仍將是軌道交通建設下一步關注的重點之一。

在目前的形勢和發展趨勢下，設備系統進一步的創新將在以下幾個方向有所發展和突破。

2.1 關鍵技術和裝備進一步自主知識產權化

城市軌道交通的技術發展水平是國家的科技水平和工業發展水平的重要體現。國內城市軌道交通進入大規模建設階段，設備系統的核心技術完全依賴引進已不能適應建設和運營的需要。繼續整合國內現有的技術和產業資源，實現核心技術自主化，才能真正滿足我國城市軌道交通發展的需要。

多年來，在北京市政府和行業協會的大力推進下，車輛的牽引系統、制動系統以及信號系統等核心技術的研發已獲得突破，示范工程也相繼投入運營，產業基礎已經具備。在北京的軌道交通建設中，越來越多的自主知識產權技術和設備得到上線應用。如亦莊線、昌平線的自主知識產權CBTC信號系統，房山線的國產B型車，亦莊線、房山線、昌平線、8號線和9號線的國產綜合監控軟件平臺、安全門系統和通信傳輸系統等。而且，自主知識產權的技術和設備經過示范工程的應用進一步成熟后，在后續新線中已顯示出競爭優勢，如CBTC信號系統連續在北京地鐵14號線、7號線中標，國產B型車也在北京地鐵7號線中標。

隨著更多設備領域被不斷研究突破，將出現更多的自主創新成果和自主化、國產化的關鍵設備部件，如電客車的牽引傳動系統、通信專用無線系統、AFC的軟件和紙幣識別模塊及閘機的門模塊等。

核心技術自主化才能給國內軌道交通更大的發展空間。壯大國內產業，離不開更多的自主化產品和技術的推廣應用。借助國內軌道交通建設大潮，進一步推進產業化，才能最終形成中國特色的軌道交通技術體系和核心技術產業鏈。

在推進的過程中，需要抓緊解決3個問題:一是符合國情的各種標準的出臺、完善;二是符合國情的RAMS體系的形成及應用;三是掌握自主知識產權的企業形成與國際發達國家企業的競爭能力，國內企業間能形成競爭局面。

2.2 全面深入應用RAMS體系

RAMS(reliability，availability，maintainability，safety)管理是目前通行的進行系統安全保障管理的工具，能為軌道交通系統做出全面的安全性、可靠性、可使用性及可維護性評估;設立有效、系統的安全及RAMS管理體系，尋求可靠、可用與安全之間的平衡;促進行業發展的規范化、國際化;實現軌道交通的安全可靠運營;降低全壽命周期費用。

我國的城市軌道交通雖然已經處于建設高峰期，每年開工建設的線路數量不少，但和發達國家的同行業相比，建設水平還存在差距。參建單位的系統集成能力不強，尤其是在設備系統全生命周期的RAMS管理上，雖有一些應用，但還存在嚴重不足，其主要表現如下:

1)RAMS應用面很窄，只是在某些設備系統的工程階段;

2)RAMS工作滯后于產品的設計研發，錯過了提高系統可靠性的最佳時機;

3)設備供應商對RAMS不夠重視，沒有在產品生產的各個環節中滲透實施RAMS管理，只是在投標和提供產品時提交模板化的系統保證文件，RAMS管理流于形式;

4)建設管理單位對產品和工程的RAMS管理被邊緣化。即使有RAMS管理機構，也沒有真正深入有效地對供貨商和整個工程的系統保證進行分析和研究、驗證，尤其是面對緊張工期的時候。同時，由于邊緣化，配備的系統保證人員業務能力不夠，在進行系統保證審核時又缺乏相應的專業知識，往往很難發現產品、工程中存在的安全問題。

目前，國內城市軌道交通建設對系統安全保障的要求日益迫切，軌道交通近期出現的幾次重大事故也暴露出工程建設中存在系統安全管理不足的問題。而RAMS管理的重要內容就是安全管理，通過一系列的風險識別、風險評估、風險規避、風險預防等手段進行事先安全管理。

在城市軌道交通的進一步發展中，RAMS管理的應用也將會進一步深入。管理者將開展一系列的RAMS管理工作，加快全面推行RAMS，包括加強對供應商系統保證工作的實地檢查;加強系統保證文件的執行，如進行真正徹底的危害分析記錄;使用驗證體系和工具進行數據計算驗證，對可靠性、可用性、可維護性、安全性進行評估;遵循與實施擬定的RAMS指標，保證軌道交通系統在投入服務時已被充分整合，滿足有關可用性、可靠性、可維護性、安全性等要求，提高項目運作的效率與效益，等等。

同時，RAMS的管理將從某些設備系統的工程階段發展到對全設備系統、全項目工程、全生命周期，做到真正的深入、全面。

2.3 面向線網進行設備配置和資源共享

當更多的城市從單線運營、多線運營轉向網絡化運營時，網絡化的軌道交通線網將成為城市交通的骨干，對城市公共交通格局產生重大的影響。

在網絡化的軌道交通格局下，資源共享的需求將更加突出，線路規劃時將會更加注重軌道交通網絡的總體性和統一性，突出車輛、信號、供電、通信、車輛段、維修基地、控制中心、主變電站等統籌規劃、資源共享的先進理念。在設備系統的選型和配備上，將會以提高運行效率和降低運營成本為目標進行整合和集成，從傳統的面向單一線路設計配置設備，上升為面向全網的、區域內的線網設計配置設備，同時做到系統結構簡潔、經濟合理。

這一創新發展有利于實現軌道交通資源的充分利用和運營管理的集約化、規?；?、社會化，以及技術管理的規范化;有利于控制建設投資和后期運營維護費用，對城市軌道交通網絡建設具有十分重要的意義。

如供電系統，在設置主變電所或電源開閉所時，不再局限于單一線路，而是從線網規劃并結合建設時序綜合考慮，減少建設主變電所或電源開閉所的數量，降低供電網絡的線路投資，減少占用城市電網的中壓出線間隔，而僅僅需要加大電源容量、線路容量和主變壓器容量，從而大大降低了建設造價。制冷系統也可以進行區域規劃，在區域內的多線路共同設置制冷系統。

又如，對于中小型規模的網絡(如線路數量在10條以下)，控制中心按專業進行集成，即一個專業中心覆蓋多條線路。如SCADA(電力監控)、環境與設備監控等系統，其中心設備可以集中設置，連接分布于各線各站的現場終端。對于無線通信系統，區域內的若干條線路共用一個集成交換機，在設備技術條件允許的前提下，實現互聯互通和資源共享。

北京市軌道建設公司對2010—2015年建設線路的AFC系統建設做了有益的嘗試，即建設多線共用AFC系統線路中心(MLC)。MLC是新型的AFC地鐵線路中心系統，實現了按專業集成。相對于傳統的每線一中心的方式，MLC將原本分散于各線的車站管理控制職能和數據匯總傳輸職能有機地整合起來，從而實現了對多條線路的車站系統集中控制、統一管理，提高了各線路之間的協調配合效率，簡化了線路與清分中心(ACC)的接口，統一了售檢票業務鏈各層之間的接口標準，避免了各條線路分別建立線路中心的重復建設，降低了系統建設和運營維護的成本。

2.4 滿足低碳要求的技術和設備配備

低碳經濟是應對全球氣候變化的基本途徑和戰略選擇。城市軌道交通服務于民眾的基礎生活，投資大，項目運營時間長，對社會和環境有著巨大的影響，也必須要低碳化發展。線路的建設和運營將更加注重節能減排，最大限度地減少碳排量，節約能源消耗，減輕對環境的影響。

目前，很多節能環保技術和設備已經在北京的城市軌道交通工程中開始應用，如新型照明光源和照明智能控制、通風空調系統節能技術、電能吸收裝置和再生制動裝置等。

在下一步的工程建設中，設備系統的低碳性將得到更多的重視，更多的節能環保技術和設備會在更多的線路和站點上得到應用，特別是進行專項的低碳設計，并設置節能目標，圍繞目標推進低碳技術的應用系統化。城市軌道交通項目從規劃和設計時就將進行低碳化設計，而且將考慮項目的全生命周期，對項目的建設期間和運營期進行全方位的節能和環保分析設計。在工程建設中，將選用更多低碳環保技術，如再生技術、低能源損耗技術等，選配更多能耗低、回收利用率高的設備和材料。

2.5 面向乘客的信息服務技術廣泛發展

城市軌道交通是以服務乘客為中心的交通系統，其規劃設計將不僅是面對車輛和線路等的調度者、使用者及維護者，而首要的是提供對乘客的服務。這種理念的轉變帶給面向乘客服務的設備與技術以無限大的發展空間，也將會成為創新發展的重要方向之一。智能化、信息化、數字化技術的應用推廣將為這樣的創新發展提供堅實的基礎。

在近年的線路建設中，北京軌道交通實施了可變換數字電子乘客導向系統，利用數字導向技術，快速調整客流組織、對乘客起到信息互動、信息更新及時的作用，引導乘客便捷地到達目的地。另外，在一些車站使用了三維立體街區圖，在圖面上立體展現地鐵車站周邊建筑群的信息、道路信息及一些輔助信息等，乘客可以很直觀、輕松地了解到地鐵站附近的公交線路、醫院、商場、學校等信息。

面向乘客的信息系統是城市軌道交通工程的窗口，是實現高水平服務的關鍵。未來的城市軌道交通會更加安全、高效，但其根本是要提供更高水平的服務。因此，更多面向乘客的信息技術和設備會得以研發和投入使用，例如:

1)手機支付在自動售檢票系統的應用。手機支付是未來的發展趨勢。在自動售檢票系統推廣手機支付，可以更快地響應消費者對金融服務的需求，有效減少乘客排隊購票、充值的時間，在降低服務成本、提高支付效率、提升客戶服務質量等方面具有重要的意義。

2)在自動售檢票系統實現一卡通在線充值。自動售檢票系統通過自動售票機與一卡通系統聯機充值，能夠有效解決地鐵運營與一卡通票款快速準確清分的問題。

3)乘客信息系統的廣泛、定向、高清、動態發展方向。在地鐵空間，包括車站、車輛內、地面周邊以及乘客的手機里，建立起動態的乘客信息顯示，傳播實時、高清的乘車信息，讓乘客身處地下空間，仍然能夠時刻保持與外部世界和線路服務信息的雙向交流，從而安全、高效地在地鐵中行走。

3 結語

城市軌道交通的技術發展水平，尤其是核心技術和關鍵設備的發展水平是國家的科技和工業發展水平的重要體現。核心技術與關鍵設備的創新發展與應用，是城市軌道交通實現人文、科技、綠色的建設與運營，提供高效率、低成本的安全運行的必經之路。

新技術與新設備的應用將提升運營服務水平，維持企業競爭力和可持續發展，在設備生命周期的范圍內降低建設成本和運營成本。如何繼續不斷地創新，提升軌道交通的設備整體技術裝備水平，建立安全、高效、環保、低維護的新型軌道交通設備系統，并在此基礎上，利用設備和技術創新來提升城市軌道交通的建設水平、運營水平和乘客服務水平，將是國內城軌建設者繼續思考和奮斗的方向。

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