像“搭積木”一樣建造地鐵站、遠(yuǎn)程就能檢修地鐵軌道……眼下，城市軌道交通設(shè)計(jì)和運(yùn)維技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)了。

近年來(lái)，鐵四院以“智慧城軌”為引領(lǐng)，創(chuàng)建并形成了城軌TOD開(kāi)發(fā)、全自動(dòng)運(yùn)行、裝配式智能建造、智能運(yùn)維及綜合監(jiān)測(cè)、城市地下大空間等八大創(chuàng)新技術(shù)。

30余年，30余座城，100余條線，3000余公里，占比全國(guó)20%，鐵四院扎根城市軌道交通，聚焦“綜合開(kāi)發(fā)、智慧城軌、綠色低碳、安全韌性”，闖出了一條高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng)新之路，成為城市軌道勘察設(shè)計(jì)的領(lǐng)跑者。

裝配式建造將成為未來(lái)地鐵建設(shè)新趨勢(shì)

武漢地鐵前川線湯馬區(qū)間2號(hào)風(fēng)井施工現(xiàn)場(chǎng)（鐵四院 供圖）

8月14日，驕陽(yáng)似火。武漢地鐵前川線湯馬區(qū)間2號(hào)風(fēng)井施工現(xiàn)場(chǎng)，挖掘機(jī)加長(zhǎng)臂，運(yùn)輸車等各種機(jī)械往來(lái)穿梭，一派熱火朝天的施工景象。

今年3月，湯馬區(qū)間2號(hào)風(fēng)井采用裝配式空心鋼管混凝土支撐技術(shù)完成基坑施工，為全國(guó)首創(chuàng)。經(jīng)測(cè)算，相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土支撐，裝配式技術(shù)可降低碳排放量約75%。

截至目前，武漢地鐵運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到435公里，位居全國(guó)第五、世界前十。隨著地鐵網(wǎng)越來(lái)越復(fù)雜，地下作業(yè)空間狹小、污染排放高、施工方式粗放、勞動(dòng)力需求大等成為制約地鐵施工的難題。

近年來(lái)，國(guó)家已經(jīng)在地面民用建設(shè)大力推行裝配式建筑，鐵四院率先在國(guó)內(nèi)嘗試研發(fā)了地下車站裝配疊合式設(shè)計(jì)建造成套技術(shù)。

面對(duì)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的迫切需求，近年來(lái)，鐵四院以BIM協(xié)作平臺(tái)為手段，預(yù)判優(yōu)化建造工序和工藝，同時(shí)引入激光技術(shù)，構(gòu)建智能化吊裝防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等全流程的智能制造。

該技術(shù)結(jié)合建筑、裝修、管線等裝配式一體化方案研究，以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、模數(shù)協(xié)同以及集成化、信息化為目標(biāo)，以BIM協(xié)作平臺(tái)為手段，引入三維動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)全過(guò)程模擬裝配建造，預(yù)判優(yōu)化建造工序與工藝，同時(shí)建造過(guò)程中引入激光技術(shù)，構(gòu)建智能化吊裝防碰撞預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等信息交互，全面提升裝配式地下車站的智能建造技術(shù)。

鐵四院城地院副總工程師徐軍林介紹說(shuō)，他們研發(fā)了裝配式路面鋪蓋系統(tǒng)，根據(jù)不同跨度可以選用不同型號(hào)鋪蓋，解決了現(xiàn)澆混凝土鋪蓋存在的問(wèn)題；還研發(fā)了一體化綜合支架系統(tǒng)、地鐵裝配板式軌道系統(tǒng)，以及裝配式站臺(tái)板、裝配式樓梯、裝配式支撐、預(yù)制軌頂風(fēng)道等，同時(shí)還配套開(kāi)發(fā)了裝配式建造設(shè)備機(jī)械。

據(jù)了解，未來(lái)，裝配式智能建造技術(shù)還將在武漢地鐵3號(hào)線二期工程、無(wú)錫地鐵5號(hào)線、濟(jì)南地鐵8號(hào)線、深圳地鐵15號(hào)線等多個(gè)城市的城軌工程中推廣應(yīng)用。

準(zhǔn)點(diǎn)率提升到99.99%，全自動(dòng)運(yùn)行為列車安全護(hù)航

武漢地鐵5號(hào)線（鐵四院 供圖）

伴隨著城市發(fā)展、交通客流量攀升，軌道交通面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)高效、安全、低耗運(yùn)營(yíng)，全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

去年12月26日，武漢地鐵5號(hào)線開(kāi)通。這條網(wǎng)紅線路是武漢首條采用全自動(dòng)駕駛技術(shù)的地鐵線路。坐在地鐵里，從車頭、車尾位置，直接可以看到窗外風(fēng)景，仿佛坐上了一臺(tái)“時(shí)光穿梭機(jī)”。

這是武漢首條全自動(dòng)駕駛線路，日均客流26.38萬(wàn)人次，鐵四院在地鐵5號(hào)線實(shí)現(xiàn)了108個(gè)全場(chǎng)景應(yīng)用，在全國(guó)首次提出了自動(dòng)聯(lián)掛、摘鉤場(chǎng)景。

據(jù)了解，目前全國(guó)14個(gè)城市有24條線路開(kāi)通全自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行旅程500公里，其中鐵四院共有5條線路實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，“地鐵5號(hào)線”成為全國(guó)網(wǎng)紅線路。

確保列車自動(dòng)運(yùn)行、精準(zhǔn)停車、安全平穩(wěn)的關(guān)鍵，就在于列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，即列車的“神經(jīng)中樞”。

鐵四院通號(hào)院副總工程師劉濤介紹，早在2013年，該院便成立了全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)科研團(tuán)隊(duì)，這是國(guó)內(nèi)較早跟蹤該技術(shù)的研究團(tuán)隊(duì)。經(jīng)過(guò)多年探索，鐵四院編制完成了全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)技術(shù)系列規(guī)范，定義了108個(gè)地鐵全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，創(chuàng)建了1085項(xiàng)技術(shù)需求。

運(yùn)用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)后，與傳統(tǒng)線路相比，武漢地鐵5號(hào)線故障率由百萬(wàn)列公里1.8次下降為0.7次，準(zhǔn)點(diǎn)率從99.89%提升至99.99%，旅行速度從普通線路的35公里/小時(shí)提升至37.55公里/小時(shí)。

在軌道交通監(jiān)測(cè)方面，該院還牽頭承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《城市地下基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行綜合監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》，構(gòu)建了以物聯(lián)、智慧、安全為本的軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行綜合監(jiān)測(cè)體系。

劉濤介紹說(shuō)，鐵四院全自動(dòng)運(yùn)行設(shè)計(jì)項(xiàng)目類型涵蓋地鐵、市域、跨座式單軌、懸掛式單軌等各種制式，參與設(shè)計(jì)的在建項(xiàng)目逾20條，并承擔(dān)了多個(gè)省市首條全自動(dòng)運(yùn)行項(xiàng)目攻堅(jiān)任務(wù)，已成為國(guó)內(nèi)FAO設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)最豐富的團(tuán)隊(duì)。

能源管理系統(tǒng)打造全生命周期的“綠色地鐵”

昆明地鐵5號(hào)線采用智能供電技術(shù)（鐵四院 供圖）

城軌全自動(dòng)列車及站場(chǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵保障之一是電力。隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)的形成，用電總量隨之大幅增長(zhǎng)，降低運(yùn)行耗能、減少用電總量是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。 

鐵四院利用綜合設(shè)計(jì)院優(yōu)勢(shì)，多年來(lái)深耕優(yōu)化節(jié)能策略，聯(lián)合知名高校、設(shè)備制造企業(yè)開(kāi)發(fā)的城軌能源智能管理系統(tǒng)（uiems）成為全國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等主要用能負(fù)荷動(dòng)態(tài)節(jié)能管控的城市軌道交通能源智能管理系統(tǒng)。

鐵四院電化院副總工程師何斌介紹說(shuō)，該系統(tǒng)以數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，針對(duì)占地鐵耗能近80%的三大用能體系（牽引、暖通、照明），建立分層級(jí)能耗評(píng)價(jià)系統(tǒng)，為能耗指標(biāo)提供可量化評(píng)價(jià)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)用能動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

該系統(tǒng)將發(fā)電廠經(jīng)電力傳輸線送來(lái)的電能，變換成適合列車所需的電壓，并分送到接觸軌的系統(tǒng)叫牽引變電所。而運(yùn)用uiems系統(tǒng)后，將原本獨(dú)立運(yùn)行的牽引變電系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)控，可節(jié)能約5%。

該系統(tǒng)在地鐵各個(gè)公共區(qū)域安裝CO2傳感器、濕度溫度傳感器，實(shí)時(shí)感受環(huán)境溫度和人流密度，并結(jié)合車站環(huán)境，分析出調(diào)節(jié)需求，根據(jù)環(huán)境變化動(dòng)態(tài)調(diào)整，“人多多吹風(fēng)，人少少吹風(fēng)”，可節(jié)能約8.8%。

該系統(tǒng)還安裝照度傳感器、人體感應(yīng)傳感器，感受照度變化、人流疏密，綜合考慮自然光線和廣告照明，實(shí)時(shí)調(diào)整燈光照度，根據(jù)列車進(jìn)出站情況，提前預(yù)測(cè)照明需求，調(diào)節(jié)屏蔽門(mén)上方燈帶，車來(lái)燈亮，車走燈熄。智能照明系統(tǒng)可節(jié)能1.8%。

據(jù)計(jì)算，運(yùn)用該系統(tǒng)后，遠(yuǎn)期每年可減少244萬(wàn)噸二氧化碳排放量，相當(dāng)于每年約多種14000多棵樹(shù)。

城軌TOD，帶來(lái)軌道上的“新家園”

無(wú)錫新陽(yáng)路車輛段綜合開(kāi)發(fā)（鐵四院 供圖）

TOD（Transit Oriented Development）是“以公共交通為導(dǎo)向的城市發(fā)展模式”，其中的公共交通主要是指火車站、機(jī)場(chǎng)、地鐵、輕軌等軌道交通及巴士干線，以公交站點(diǎn)或交通樞紐為中心、以400米～800米（5分鐘～10分鐘步行路程）為半徑建立中心廣場(chǎng)或城市中心，其特點(diǎn)在于集工作、商業(yè)、文化、教育、居住等于一身的“混合用途”，能方便地選用小汽車、公交、自行車、步行等多種出行方式。城市重建地塊、填充地塊和新開(kāi)發(fā)土地均可以利用TOD理念來(lái)建造。TOD的主要方式是通過(guò)對(duì)土地、交通等相關(guān)因素的一體化規(guī)劃設(shè)計(jì)來(lái)協(xié)調(diào)城市發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的交通擁堵和用地不足的矛盾。

武漢光谷廣場(chǎng)地下空間綜合體、杭州西站、杭州秦望通道工程、杭州五常車輛基地上蓋綜合開(kāi)發(fā)、深圳西麗樞紐、蘇州天鵝蕩車輛段上蓋開(kāi)發(fā)、惠州北站綜合交通樞紐配套工程、無(wú)錫雪浪車輛段上蓋開(kāi)發(fā)等，都是“鐵四院TOD融合方案”的典范之作。

鐵四院城地院副總工程師梁田介紹說(shuō)，“鐵四院TOD融合方案”包括：規(guī)劃爭(zhēng)取政策支持加強(qiáng)軌道營(yíng)收能力；合理控制土地開(kāi)發(fā)規(guī)模，客觀評(píng)價(jià)土地開(kāi)發(fā)價(jià)值；系統(tǒng)整合軌道交通規(guī)劃、沿線用地以及相關(guān)配套規(guī)劃；系統(tǒng)測(cè)算工程建設(shè)成本和用地成本；盤(pán)整沿線可用土地，高效利用站點(diǎn)周邊用地；多方測(cè)算成本效益實(shí)現(xiàn)資金平衡等技術(shù)模塊。

該院目前積累了軌道沿線開(kāi)發(fā)規(guī)劃、站點(diǎn)周邊城市設(shè)計(jì)、站城一體綜合開(kāi)發(fā)、場(chǎng)城一體綜合開(kāi)發(fā)、綜合交通樞紐開(kāi)發(fā)、軌道交通站點(diǎn)開(kāi)發(fā)、地下空間開(kāi)發(fā)、市政隧道TOD開(kāi)發(fā)等TOD八大板塊設(shè)計(jì)技術(shù)。

截止到2022年，鐵四院在全國(guó)30余個(gè)城市已承攬TOD設(shè)計(jì)項(xiàng)目120余個(gè)，其中建成15個(gè)項(xiàng)目、300萬(wàn)平方米；在建53個(gè)項(xiàng)目、650萬(wàn)平方米；規(guī)劃中項(xiàng)目110余個(gè)、1000萬(wàn)平方米，堪稱中國(guó)TOD開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的引領(lǐng)者。

無(wú)論是飛馳的高鐵、快捷的城軌、跨越茫茫群山和大海的橋隧，還是繁華的站場(chǎng)綜合體、生機(jī)盎然的城市新區(qū)，都留下鐵四院的身影。鐵四院近70年的發(fā)展，始終堅(jiān)信不斷奮發(fā)，耕行不輟，美好終會(huì)踏浪而來(lái)。

【編輯：金雨】