轨道交通智能化 技术创新当自强

“作为全国第一条地铁，北京地铁1号线自1971年运行至今已历经整整半个世纪。其间，北京市轨道交通运行里程从最初的23.6公里增加到727公里（截至2020年底），增长近30倍。”北京市轨道交通设计研究院研究员张波在接受《中国科学报》采访时说。

而据中国城市轨道交通协会最新统计，2020年我国地铁运营总里程6200余公里，在建5000余公里。“目前，我国轨道交通运营里程已经位居世界第一位，智能运维也处于世界前列。”北京交通大学副教授王耀东表示。

不过，多位专家向《中国科学报》表示，当前我国轨道交通智能数据采集设备、高精尖传感器等设备对外依存度仍然较高，亟须加强自主创新，推动交通强国建设。

运维日趋智能化

“我们轨道交通起步较晚，但发展较快。”在近日举行的聚焦轨道交通领域的2021年北京地区广受关注学术成果报告会上，北京公交有轨电车有限公司总工程师董皓在接受《中国科学报》采访时说。

根据中国城市轨道交通2020年度统计和分析报告，截至去年底，我国有45个城市开通城市轨道交通运营线路244条，运营线路总长度7969.7公里，其中地铁运营线路6280.8公里，占比78.8%，其他制式城轨交通运营线路占比21.2%。当年新增运营线路长度1233.5公里。

伴随着轨道交通运营里程的增长，我国轨道交通智能运维也步入世界前列。

以北京地铁为例，张波表示，50年来北京地铁发生了三大转变：从最初的以战备防空为核心，转变为以交通运输和解决大城市病为核心；传统的人工设计、施工和运维方式，逐渐转变为数字化、信息化的方式；接下来智慧化将成为城市轨道交通发展趋势。

在数字化城市轨道交通建设方面，当前我国基于建筑信息模型（BIM）的相关研究和应用风头正盛。“BIM有助于将实体建筑信息化，把所有的数据集成到一个模型上，通过虚拟地铁来管控，实现地铁智慧化。”张波向《中国科学报》解释。

据介绍，基于BIM的数字轨道交通包括三个层次：一是实现轨道交通的数字化；二是实现轨道交通数字化孪生建设，在轨道交通实体建设的同时，同步建设一套数字地铁；三是依托BIM，推动后续参数化（或智能化）设计，实现智能施工、绿色施工以及智慧运维等全产业的升级。

同时，对于给出行安全带来挑战的地铁隧道“病害”——隧道裂缝、渗漏水、沉降、衬砌剥落、掉块等，国内相应检测技术也日趋智能化。例如，在裂缝检测方面，王耀东和同事把机器视觉技术、图像处理技术、人工智能技术应用在地铁隧道检测中。

“机器视觉的特点是效率高、可移动、非接触，特别是信息处理自动化、智能化，性价比高，且容易操作。”王耀东说，这种智能巡检技术有助于解放人力，服务运维。

对外依存性技术需自强

尽管我国轨道交通运营里程和智能运维水平已处于世界前列，但多位专家在接受《中国科学报》采访时仍强调，轨道交通领域仍亟须加强自主创新。

“我国轨道交通智能数据采集设备、高精尖传感器还需要从国外进口。有些国外检测设备功能相对单一，但因为核心技术垄断地位，报价却达到数百万元，甚至上千万元。”王耀东说。他表示，我国仍需大力推进基础研究创新，将主动权掌握在自己手中。

对此，张波也表示，当前基于BIM的轨道交通基础建模软件仍来自国外，亟须开发基础软件。

事实上，去年美国禁止哈工大等高校使用科学计算软件MATLAB事件曾引起广泛关注。“各种设备、软件长期依赖国外，终究不是办法。国产设备当自强，对于轨道交通领域一些基础的设备和软件，我们必须走自主化、国产化的道路。”北京交通大学副教授张永生说。

尽管短板仍然存在，但在北京市交通委公交设施设施管理处处长、北京大学兼职教授孙壮志看来，不必为此感到气馁。以高铁为例，他指出，我国在许多“卡脖子”技术方面已经有所突破，“比如车辆、转向架等核心和关键部件已经实现国产化”。

在他看来，我国的轨道交通发展有诸多优势，如有大规模的市场为技术创新提供“实验场”；国家对技术创新持非常开放的态度，使得高铁在国内比国外有了更高程度的商业化应用；知晓差距并坚持追赶，最终实现并行，并在一些领域实现引领。

“在轨道交通行业，我们还存在一些‘卡脖子’的地方，比如轴承（涉及材料、加工设备、工艺等多个点），以及一些设备和软件。但我们有强大的市场推动力，有创新的原动力，假以时日，这些技术瓶颈一定会突破。”孙壮志自信地说。

科技创新赋能产业发展

未来30年，我国将加快建设交通强国。2035年，基本建成“人民满意、保障有力、世界前列”的交通强国，到2050年全面建成交通强国，实现“人享其行、物优其流”的美好愿景。

在这一“路线图”的指引下，“十四五”时期，科技创新将加速赋能交通运输发展。

对此，北京交通大学交通运输学院教授姚恩建表示，随着5G、人工智能、大数据、物联网等技术的发展，数字化、网联化、智能化将成为轨道交通的发力点。同时，推动轨道交通的整体发展，需要夯实科技发展基础，推进“产学研用”深度融合。

“在人才培养方面，除了基础教学，我们要时刻关注行业，注重与产业、行业的交流合作，加强学生对于整个行业发展的了解和解决行业实际需求、实际问题的能力，通过产学研用的融合，提升人才培养质量。”他说。

“目前，智慧轨道交通仍处于起步阶段，首先要实现整体数字化，在此基础上与智能化产品、机械装备相融合，最终实现人文、绿色、高度智慧化的轨道交通，给城市居民出行带来极大的便利。”张波认为，我国智慧轨道交通发展前景可期。

（中国科学报）

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