城市轨道交通行业技术创新发展现状及技术创新需求及方向

城市轨道交通工程创新技术指南 城市轨道交通行业技术创新发展现状及技术创新需求及方向

一、概述

我国现代城市轨道交通是以1965年7月开工建设的北京地铁为开端的。从1965年到2000年的35年是我国城市轨道交通的起步阶段，内地仅有北京、天津、上海、广州4个城市建成7条地铁线路，共计146km。为适应发展需求、缓解城市交通拥堵的状况，2000年后，我国加大了对城市交通基础设施的投入，强调轨道交通对解决城市交通问题和引导城市发展有着重要作用。从此，我国城市轨道交通建设步入了提速阶段。“十一五”期间，建设1500km左右的轨道交通，总投资4000多亿元。到2008年，我国已经成为世界上轨道交通发展最快、建设规模最大的国家，有10个城市、共拥有29条城市轨道交通运营线路，运营里程从1995年的43km增加到了775.6km。截止到2018年末，我国内地共计35个城市开通城市轨道交通并投入运营，开通城市轨道交通线路196条，运营线路长度达到5766.6km，其中，地铁4511.3km，占比79%；其他制式城市轨道交通运营线路长度约1255.3km，占比21%。

1.    城市轨道交通行业技术创新发展现状

2008年后，城市轨道交通在优化城市空间、缓解城市的交通拥挤、保护环境等方面作用更加凸显。随着我国新型城镇化建设的快速发展，城市轨道交通的地位越来越重要，已经步入了高速发展阶段。政府对城市轨道交通大力支持，助推产业向规范化发展，营造了良好的政策发展环境，促进了城市轨道交通产业快速、健康发展。在“一带一路”和“走出去”的指引下，城市轨道交通紧随高铁共同开创国际市场新局面。各地企业在城市轨道交通勘察设计、建设管理、监理咨询、施工等技术和管理创新方面获得了长足进步，并在许多领域取得重大突破，尤其是大量涌现适应我国各地不同水文地质条件及周边环境的各类明挖法、矿山法、盾构法等细化的新技术、新材料、新工艺、新工法和新设备。大直径盾构和矿山法在我国得到了长足的发展，特别是大跨度暗挖技术广泛应用，日渐成熟。再比如：基于建筑信息模型（BIM）的信息化、智能化的设计、建造、监测、运营管理等技术应用；智慧化城市轨道交通技术应用；基于可持续化的、绿色的各种城市轨道交通创新结构形式、节能、降噪技术应用；基于绿色建造的核心工法、新材料、新技术研发应用；针对城市特殊环境的施工变形（位移）精细监测监控技术和控制隧道变形、周边紧邻（贴）构建筑物变形控制的精细化建造技术应用；大量大型、新型、提高工效的施工机械设备实现国产化且占比大幅度提高。这些涉及城市轨道交通新技术的研发和大量应用，取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益，为我国城市轨道交通建设进一步发展奠定了坚实的基础。

尽管我国城市轨道交通工程建设在近年间取得了辉煌的成就，但是，现阶段在新技术研发应用等方面依然存在一些问题，如：综合技术类：（1）新技术研发的政策与管理制度不全，缺少研发基金和政策扶持，资金投入不足，研发专业人员少，激励机制不足；（2）缺乏国家、地方、企业级的标准；应用成本太高，参建单位对新技术应用动力不足，研发应用率低，为了研发而研发，研发应用分离严重；（3）应用风险的分担机制不健全，不愿意尝试新技术，觉得新技术不靠谱。规划、设计、施工有脱节，应用推广协同性差；（4）行业内的信息化需求不统一，多头重复研发，功能与实际需求不匹配，推广过程中耗费大量的人力、物力和运行维护成本。土建技术类：（1）现场采用的工艺、工法多为既有的类型或简单组合，技术革新较少；（2）因缺乏设计、招标、合同等支撑，导致新技术应用缺乏依据和支持；（3）缺乏资金来源，建设合同中未明确科技研发相关费用支付，各承包商自有研发基金投入参差不齐；（4）现场缺乏专业性人才，技术能力弱，导致先进的技术应用存在变形。设备安装类：（1）设备安装质量标准不全、要求不具体，设备安装技术和工艺没有得到全面重视；（2）设备安装阶段大多处于赶工状态，技术创新无法有效开展；（3）专用仪器设备类型多，市场小，研发周期长，导致安装机械化、自动化水平难以提高。

2.     城市轨道交通行业技术创新需求及方向

城市轨道交通具有全天候、运量大、速度快、安全、准点、节能及节地的特点，对支撑城市公共交通的正常运行起着骨干作用。住房和城乡建设部与国家发展和改革委员会联合发布的《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》指出，超大城市和特大城市应积极建设城市轨道网络，符合条件的大城市应当结合城市发展和交通需求因地制宜地建设轨道交通系统。“十三五”期间按国家规划将新增城市轨道交通运营里程共3000km以上，推进城市轨道交通建设已经成为我国城市发展的其中一个核心问题。另一方面，当前世界范围内以技术突破甚至颠覆性技术创新为基础的产业变革呈现加速状态，产学研深度融合及新技术创新与应用已经成为新时代行业发展与升级最突出的特点之一。因此，在总结过去十年行业新技术研发应用情况的同时，需要进一步归纳分析我国城市轨道交通行业仍需解决的实际问题，厘清行业技术创新的需要和方向、掌握行业技术发展的主动权。只有这样，才能保证行业的可持续发展和产业升级；才能为实现国家“新型城镇化”“一带一路”“制造强国”“从中国制造到中国创造”和“走出去”等提供重要基础保障；才能对构建国家现代化综合交通运输体系、保证在经济社会发展新常态下实现全面建成小康社会目标和伟大复兴的“中国梦”带来积极作用。

• 2.1     城市轨道交通行业技术创新需求

根据本次新技术征集的成果以及对我国城市轨道交通行业科技发展现状的分析，结合大量文献调查、调研、行业技术骨干座谈、专家咨询等工作，将与本《指南》相关的城市轨道交通行业技术创新需求归纳为下面几个方面：

（1）行之有效的安全风险分析、管理及控制技术；

（2）行之有效的工程建设质量创优管理及控制技术；

（3）信息化、智能化大系统集成技术；

（4）机械化及绿色建造新技术、新材料、新工艺、新设备；

（5）基于全生命周期理念的综合节能等可持续发展新技术；

（6）各种不同轨道制式互联、互通及互补；

（7）政府、行业协会和企事业单位建立健全一整套切实可行、行之有效、符合国情的城市轨道交通技术创新的政策法规、考核评价体系和监督管理机制。

这几个需求层层相扣，有机结合，从不同方面体现了在城市轨道交通行业发展中“以人为本”的原则。其中安全可靠、优质高效、舒适便捷、绿色环保是城市轨道交通行业的根本需求，已经成为政府、行业和全社会关注的焦点。绿色化、机械化、标准化建造及信息化、智能化集成技术是行业整体水平提升及产业升级的方法和着力点。综合节能技术的研究满足了国家和行业在节能减排、环保可持续发展方面的需要。各种不同轨道制式的互联、互通及互补是实现我国“新型城镇化”战略、区域协同发展模式的有效保障。而提高行业内对科研的政策支持和思想认识，源源不断的提供科研资金及人才资源是我国城市轨道交通行业科学合理、平稳发展的保障。

• 2.2    城市轨道交通行业技术创新方向

研究行业发展方向，旨在指明相关研究的关键问题及重难点，引导各科研单位和技术人员的研发方向，不断推动行业的产业升级和技术发展。围绕行业技术创新的几个关键词：安全、高效、绿色、智能、可持续发展，结合上述行业技术创新需求，城市轨道交通行业技术创新的方向可归纳为以下几个方面。

• 2.2.1   行之有效的工程建设质量创优和安全风险分析、管理及控制技术

本类需求主要有三个研究方向：工程建设质量创优、工程风险分析与管理新技术以及不同施工工法的完善与创新。工程建设质量是建筑施工企业的生命，代表着企业的形象，与企业的兴衰发展紧密相连，优质工程是企业实力和综合素质的集中反映，创建优质工程活动是建筑施工企业占领市场的最佳途径，是企业创新发展的动力。工程风险分析与管理新技术是在以往工程经验的基础上，按照风险识别、评估和决策的逻辑关系，以类比的方法对不同的现场情况和施工条件下的工程不可见因素进行梳理和分析，制定并前置相关的风险管控措施；不同施工工法的完善与创新是将其他前沿行业的高新技术应用到本行业中去，根据现有施工工法的“差错漏碰”有针对性的改良与完善，或者是提出全新的、颠覆性的建造新思路和方法。

工程建设质量创优、工程风险分析与管理新技术发展方向主要有：

（1）对不同施工条件和地层情况下的施工质量控制和风险重难点进行系统化的梳理和总结，如复合地层、富水地层、软土地层、不停运线路拆解等，提出可靠有效的应对方法；

（2）施工质量管控与风险判断与管理新技术，如基于大数据、云计算、物联网的人工智能质量检查、检测、验收及风险判断和管理方法。

（3）施工工法的完善与创新发展方向主要有：

1）全人工智能化、机械化高效施工技术；

2）全时自动化远程监测技术；

3）真三维物探勘探技术；

4）盾构下穿建（构）筑物土体加固与风险控制技术；

5）地下水控制新技术。

• 机械化及绿色化建造新技术、新材料、新工艺、新设备

绿色施工是指工程建设中，在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源与减少对环境负面影响的施工活动。需要发展的绿色建造新技术有很多，包括装配式建造技术、减振降噪技术、封闭降水及水收集技术、建筑垃圾减量及回收再利用技术、施工扬尘控制技术等。主要发展的方向有：

（1）如何利用先进的建造技术取代传统的劳动密集型的建造方式，使城市轨道交通工程向工业化、机械化方向发展，为解决我国劳动力相对紧缺问题作出贡献；

（2）如何提升设计和施工理念，依靠现代化的施工技术、装备及组织管理方法，更安全、更经济、更高效、更节约地进行城市轨道交通工程的建造；

（3）绿色建造新材料的研发、应用与推广；

（4）如何减少城市轨道交通工程对现有建（构）筑物或周边环境带来的不利影响，努力实现“四节一保”。

• 智能化、信息化轨道交通大系统集成技术

随着万物互联时代的到来，各种数字化模拟技术、自动化监测及控制技术的出现，使得城市轨道交通系统整体智能化、信息化变得可能。尤其是基于最先进的三维数据设计和工程软件所构建的“可视化”BIM数字建筑模型，为建设单位、设计单位、施工单位及运营单位等各环节人员提供了统一的科学协作平台，能有效的节省能源和成本、降低污染和提高效率。主要发展方向有：

（1）基于建筑信息模型BIM的多专业综合协同设计，多维度可视化的设计优化与施工管理技术；

（2）利用大数据和物联网技术，对收集到的信息结合数字音视频分析、VR等技术手段，有针对性地开展智能化施工的研究，例如全时自动化监测与预警、施工质量检测、检验等。

• 基于全生命周期理念的综合节能和能力保持

为满足国家在节能减排和设施能力保持方面的需求，应对工程设计及施工方案进行基于全生命周期理念的优化，从规划设计、施工策划、施工组织、设备和材料采购、现场操作等各方面充分考虑节能减排的要求。主要发展方向有：

（1）全过程节能减排施工方案的综合评估体系；

（2）对不同施工条件和地层情况下的“四节一保”进行系统化的梳理和总结；

（3）高强度、高性能、自修复材料的研发、应用与推广；

（4）工业化的材料加工和配送；

（5）可再生资源的应用与推广。

• 各种不同轨道制式以及轨道交通与其他公共交通的互联、互通及互补

多制式轨道交通协同发展已经成为城市轨道交通系统发展的大趋势。根据我国城市轨道交通现状，努力构建符合我国国情需要的包含城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通的整体运营网络，为实现我国“新型城镇化”战略、区域协同发展模式提供有效保障。主要发展方向有：

（1）相同制式或车型的限界、受电方式等基础条件统一新技术；

（2）设备资源共享新技术；

（3）不同运营模式相关新技术（相同制式列车互联互通运行、不同制式列车互联互通运行、单一线路快慢车组合运行等）；

（4）网络化运营调度及控制新技术；

（5）大型综合枢纽的复杂地下公共空间建造技术。

• 面向轨道交通综合业务一体化监控管理需求的开放式融合集成平台技术

在超大网络规模的城市轨道交通运营管理中，线路调度指挥效率与应急处置能力是衡量轨道交通发展水平的重要因素。通过系统集成技术实现对列车运行控制和设备综合监控的管理协同，以及实现对车辆和车站机电设备的联动控制，是提升线路运营管理水平、提高调度指挥效率的重要途经，也是现代轨道交通技术发展的必然趋势。但是，由于车辆、信号等系统的专业性较强，相关系统的软件架构和运算控制机制存在较大差异，系统集成难度较大。部分集成商基于商业利益的考量而采取的封闭与限制策略，更是让系统集成和互联互通变得遥不可及，极大制约了城市轨道交通运营管理水平的进一步提升。

从解决系统集成和互联互通问题的实际需求出发，引入面向服务架构（SOA）的技术，构建新一代的系统平台——“面向轨道交通综合业务一体化监控管理需求的开放式融合集成平台”，在确保各专业系统安全性和独立性的基础上，通过弱耦合方式实现系统之间的互联互通，从而实现轨道交通业务的综合调度和集成管理，为提升城市轨道交通运营管理水平提供全新的解决方案。

• 提高行业对科研的政策支持和重要性的认识，优化资源配置

城市轨道交通是国家和社会发展进度的象征，百年大计不是能一蹴而就的，尤其是对重点科研项目和有一定经验的行业人才的培养，更是需要给与足够的重视、提供充足资金保障、做到先“好”后“快”。行业内需要建立较为完善的、系统化、层次化的技术创新评价体系、法律法规、规范制度及人才培养机制，持续保持和激发科研单位和技术人员对技术创新的积极性、创造性，源源不断地为行业技术创新、科技发展提供顶层的源动力。

本文内容来源住建部

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