2019年9月,国务院发布《交通强国建设纲要》,明确提出了2035年基本建成交通强国的目标,城市轨道交通进入高质量发展时代。城轨交通技术装备以创新发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础,面向高质量发展需要,搭载人工智能、大数据、云计算、智能感知、5G通信等技术,在自主化、智能化、标准化、绿色化等方面发展。
制造业是立国之本、兴国之器、强国之基,是国民经济的主体。打造具有国际竞争力的制造业,是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。城市轨道交通装备制造业作为创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展的典型代表,是我国高端装备制造领域自主创新程度最高、国际创新竞争力最强、产业带动效应最明显的行业之一。目前,我国制造优势产业已初步形成,但高端核心领域仍有不足,自主技术及其中国品牌的核心竞争力还比较薄弱,要求城轨行业在城轨交通车辆、牵引、制动、信号、供电等涉及安全的核心系统实现自主化、产业化已经刻不容缓。
为适应日益增长的城市轨道交通建设、运营发展需求,我国通过加快构建形成“产学研用”相结合的城轨交通创新体系,不断深化城轨关键装备及核心技术的自主创新,正逐步扭转大量关键核心技术受制于人的被动局面,有效带动了上下游相关企业协同发展,进一步提高了城轨技术装备在国际市场的影响力和竞争力,为国家重大战略和重大工程的实施提供了有力支撑。2017年12月30日,我国第一条拥有完全自主知识产权的全自动运行(FAO)轨道交通线路——北京燕房线正式通车运营。这是我国城轨发展史上的里程碑事件。2019年3月19日,国家有关部门组织召开燕房线示范工程现场会,充分肯定通过“产学研用”协同创新,突破了轨道交通全自动运行关键技术,形成了具有自主知识产权的标准体系。
未来将继续深入推进城市轨道交通关键技术装备自主化发展,重点围绕城市轨道交通关键系统及核心技术,以适应城市轨道交通网络化运营、一体化管理的发展趋势,适应新型城镇化发展的新型车辆装备、安全保障系统及装备的自主研发和工程化应用,持续提升城市轨道交通智能化管理水平和安全保障能力,提高我国城市轨道交通装备的技术水平和核心竞争力。
当前大数据、云计算、人工智能、物联网等智能技术的快速发展和相互融合,不断促进社会生产和消费从工业化向自动化、智能化转变,新技术与制造业的深度融合正在世界范围内掀起一场全新的科技革命和产业变革。随着世界主要城轨交通强国正积极推进新技术、新材料、新工艺与轨道交通的融合发展,国内的新一轮产业技术革命也正与加快转变经济发展方式发生历史交汇。把握住新技术革命带来的机遇,推动城轨交通技术装备智能化发展,是我们赢得全球轨道交通科技竞争主动权的重要战略抓手,也是推动我国城轨交通装备制造业跨越发展、相关产业优化升级、生产力整体跃升的重要战略资源。面对新技术革命带来的新机遇、新挑战、新要求,我国相继制定了政策指导文件,为今后一段时间的轨道交通装备发展指明了方向。
中国城市轨道交通协会于2020年3月发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》,提出应用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G、卫星通信、区块链等新兴信息技术,全面感知、深度互联和智能融合乘客、设施、设备、环境等实体信息,经自主进化,创新服务、运营、建设管理模式,构建安全、便捷、高效、绿色、经济的新一代中国式智慧型城市轨道交通。智能技术装备是智慧城轨的重要组成部分,应准确把握城市轨道交通智能化发展趋势,主动引入新科技、新技术,以智能化、数字化为方向,研发适用于互联互通的全自动运行系统,实现不同制式的轨道交通信号系统互联互通、车辆匹配,实现市区城轨、市城快轨、城际铁路的“三网融合”,研究集约型车辆网络基础平台,研制智能化列车自主运行控制系统,构建智能通信平台推动5G+技术在城轨的应用落地,在车站级集成各弱电专业所有装备信息综合感知与实时控制,研究基于云架构、大数据、5G+的人脸识别、智能分析、智能视频感知的智能视频系统,构建数字化和智能化的运维基础设施,以及车辆智能运维系统。
多年以来,我国城市轨道交通无论是技术装备,还是工程建设标准,都未能实现统一的接口标准,各装备供货商之间的系统也无法互联互通,因此,城市轨道交通线路长期以来大多采用独立运营、跨线降级的方式运行。近年来,互联互通已成为国内城市轨道交通技术装备新的发展方向,以信号系统为例,其正逐步通过规范统一系统总体架构、通信协议、工程设计标准等,在系统层面实现CBTC及降级模式下的互通互换及联通联运。互联互通已成为城市轨道交通的重要发展趋势。作为当前城市轨道交通尤其是城轨装备制通领域亟须解决的核心瓶颈问题之一,城轨交通技术装备的互联互通及互操作相关系列标准的建立,将极大地推动行业的可持续发展。
同时,既有的城轨车辆也存在产品平台多样化、研发和试验检测平台多样化、车辆零部件互换性和模块化程度不高、检修水平和智能化水平较低等问题,造成研发投入重复,创新合力难以形成,增加了用户的维护和全寿命周期成本,制约了城市轨道交通的健康快速发展。
因此,以用户需求为主线,结合新产品、新技术、新材料的技术升级换代,适应城市轨道交通装备的互联互通需求,开展城轨交通技术装备互联互通及互操作标准的研究,构建安全、可靠、智能、舒适、经济、环保的标准化城轨交通装备,推动建立标准体系及架构,建立支撑城轨交通装备的技术标准、技术规范,降低城轨交通装备的差异性,形成标准化、模块化、智能化的自主知识产权车辆、信号、供电等城轨交通装备,满足互联互通和统型要求,形成协会团体标准并开展标准全过程试验验证,实现标准与技术、标准与创新、标准与认证的相辅相成,最终建立与国际接轨的中国城市轨道交通标准化技术装备和标准化体系,更好地助力中国城轨交通装备制造“走出去”。
以“绿色、环保、节能”等为核心的可持续发展理念已成为国际社会的普遍共识,城轨交通装备作为方便快捷、绿色环保的产品,越来越受到青睐。发展城轨交通能对改善城市污染状况、提高大气环境质量和改善居民生存环境起到积极的作用。尽管城轨交通已经是一种绿色交通方式,但随着民众对绿色和可持续发展的要求越来越高,城轨交通在绿色、节能、低碳、环保方面依然有一定的改善空间,这主要表现为以下两个方面:
1.大规模城市轨道交通和基础设施建设对沿线周边产生了噪声、振动、电磁污染问题,而民众对城市环境要求越来越严格,尤其是在夜间,对地铁运行产生的振动响应更为敏感。未来,应重点关注轨道交通噪声和振动的消解措施,合理预测轨道交通可能产生的噪声和振动影响,从轮轨关系、弓网关系等角度研究城轨交通装备减振降噪的问题。
2.城轨交通迅猛发展的同时,也带来了巨大的电能消耗。尽管城轨交通是低能耗交通工具,但是随着城轨交通网络规模的不断扩大,线路行车密度的不断增加,系统的电耗总量呈现阶段性上升趋势,其中牵引能耗和车站通风能耗占总能耗比例较大。因此,未来应把节约能源作为重要考虑因素,构建交流中压环网与推广直流牵引网的双向变流技术,加快直流保护、直流配电开关关键部件的国产化开发应用进度,车站综合节能、可再生能源系统技术装备广泛应用;研究探索直接使用市电系统供电的方案,实现线网级能源调度,提升列车智能水平,实现列车的最佳化运行控制;推广永磁牵引技术、SiC(碳化硅)变流技术等,降低列车重量,提高能源利用效率,使我国城轨交通总体节能率大幅提高。