目前，中国的城市轨道交通进入了一个快速发展期，北京、天津、上海、广州、深圳、南京、重庆、武汉、大连及长春等10个城市已经开通运营的线路总长 接近770公里。到2009年年底，国务院又批复了22个城市的地铁建设规划，总投资预计达到8820亿元。如何将中国城市轨道交通近年来在建设运营中创造的新技术、积累的好经验用以指导其他在建和筹建城市的轨道交通建设，如何提高技术水平和社会经济效益，走出一条适合中国国情的城市轨道交通发展道路，实现又好又快的目标，是我们面临的重要问题。一些专家、学者对此也非常关注，他们不仅积极参与国内外城市轨道交通的种种论坛，并且发表相关论文对中国城市轨道交通的设备技术取得的成就以及如何提高运营效率来阐述自己的观点，这些举措对于提升中国城市轨道交通产业的健康发展提供了不竭动力。

加强科技创新力度  为中国城轨健康发展注入不竭动力
本刊记者 刘继峰/ 北京报道

    经过多年发展，中国地铁技术装备取得了长足进步。作为世界最大的城市轨道交通建设市场，上万亿元的商机促使中国地铁装备国产化步伐加快，并且已悄然跨入城市轨道交通设备的“高端俱乐部”。如此庞大的市场，如何展现中国城市轨道交通设备技术近些年来所取得的辉煌成就，怎样提升中国地铁运营效率，相信国内专家和学者结合自身的一些经历，能给我们带来更多的有益启示。
日新月异的广州地铁国产化装备技术
    广州市轨道交通四号线在国内率先进行了较大规模的机电系统的集成——设置了主控系统（MCS）。通过建立一个统一的运行平台和集中监控体制，协调各个系统之间的基础数据的统一管理和共享，从而提高了系统间的业务关联，在各种突发事件的情况下准确地提供系统间的联动反应，最大限度地保证了乘客的安全，提高轨道交通的服务质量和综合运营效率。
    徐余明（中铁第四勘察设计院集团有限公司）：广州地铁四号线主控系统是以乘客、环境及设备的防灾和安全为核心，并为安全行车和调度指挥提供应急处理方案及丰富的信息，目的是为了进一步提高城市轨道交通服务质量和安全运营的管理水平。从系统的功能模块上区分，广州地铁四号线主控系统是由设置在控制中心的中央级主控系统（CMCS），设置于各车站、车辆段的主控系统（SMCS）、主干网络（MBN）、软件测试平台（STP）、软件测试平台（STP）、网络管理系统（NMS）和及培训管理系统（TMS）所组成。
    广州地铁四号线主控系统首次集成了多个机电子系统，实现了这些系统既有的全部功能，通过统一的软硬件平台，进一步完善了集成子系统原有的高层管理和监控功能。（一）统一、通用的人机界面。四号线主控系统通过针对于地铁开发的主控系统应用软件，在人机接口（MMI）上首次将各集成和互联子系统的图形用户界面进行了统一设置。（二）控制功能。主控系统可对全线各车站的环境进行控制，对乘客的流动进行指导，同时控制各种被集成的现场主要设备的运转。（三）监控功能。主控系统可对乘客、列车、供电、设备、环境、灾害以及各集成系统设备、互联系统主要设备的工作状态进行监控。（四）报警功能。当出现灾害或重大事件时，主控系统可对调度员、车站工作人员及乘客进行声光报警。（五）管理功能。主控系统还具备强大的管理功能，具备安全认证管理、操作员工作站角色分配、文件管理、报表管理、打印管理等多项功能。（六）具备各运行模式下的联动功能。主控系统集成了多个子系统的功能，对不同类型的对象实施监控，同时也提供了在正常和非正常事件发生时的各系统之间的业务关联和联动功能。（七）具备辅助决策支持功能。四号线主控系统首次在轨道交通中采用辅助决策支持功能，用于在事故或紧急事件情况下，为操作人员提供指导和帮助。（八）具备系统软件的测试功能，四号线主控系统具备对自身软件的测试功能。（九）主干网络具备自恢复机制。（十）具备模拟培训、仿真功能。（十一）提供了完善的后备控制机制。（十二）提供了充分的冗余机制。即主控系统的服务器、工作站、FEP、网络均采用双套冗余配置，主要的服务器、工作站以及重要子系统的通信控制器配置双网卡同时接入两个网络。（十三）可满足系统的扩展需求。（十四）、系统的可靠性指标。（十五）系统的响应性指标。

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    广州地铁三号线火灾模式联动由火灾自动报警系统（简称FAS）、机电设备监控系统（简称EMCS）、主控系统（简称MCS）、通信系统、智能低压、通风空调等相关专业联合实现。系统集计算机技术、自动控制、信息收集与处理、数据分析、网络技术于一体，引领中国城市轨道交通技术发展的方向，解决了FAS、EMCS、MCS、低压配电智能低压等多个系统的联合协调动作的关键技术问题。
    徐明杰（广州市地下铁道设计研究院）：广州地铁三号线工程范围包括主线的13个车站、支线的5个车站、2个主变电站、1个车辆段、1座控制中心大楼和1个集中供冷站等与地铁运营有关的建筑。在设有EMCS的车站、控制中心大楼和集中供冷站，火灾模式指令由EMCS负责分解，控制智能低压等实现火灾模式联动，没有设置EMCS的地面建筑（停车场、车辆段、变电站），火灾联动直接由FAS实现。FAS由设置在OCC的系统管理工作站和各车站控制室、车辆段和主变电站消防控制室的火灾自动报警系统以及全线通信网络构成。车站级火灾自动报警系统采用专用火灾报警控制盘和图形工作站等组成。EMCS接收FAS、主控系统发送的火灾模式指令，根据环控工艺要求，实现模式指令分解，只能低压控制器等根据EMCS发出的控制指令，完成对风阀、风机、电梯、照明、导向系统等设备的控制，实现火灾模式指令的执行。各系统协调动作，有效地整合系统资源，大量减少二次电缆，节省投资，节省救灾时间。采用该技术设计的广州地铁三号线、四号线已经于2005年底投入运行。采用该技术设计的广州地铁五号线、六号线已进入施工阶段。广州轨道交通三号线、四号线近两年的运行实践证明FAS、EMCS、MCS、低压配电等专业配合良好，系统运行稳定，操作使用简单，控制系统自动化水平高，维护工作量小，管理维护手段先进。
    随着低压职能元器件的日益丰富和成熟，低压智能控制系统已不断应用到各行各业中，广州轨道交通顺应智能低压控制系统的发展，率先在国内地铁行业中引入低压智能控制系统技术，综合采用PLC、马达保护器、软启动、智能仪表、人机界面等智能元器件，新技术的应用解决了许多传统低压电气控制系统中难以解决的问题，并增加了许多新的功能。
    谭晓梅（广州地下铁道总公司）：地铁智能低压控制系统与其他智能系统相比较而言有自己的特点，地铁智能低压控制系统有模式控制的概念，而模式控制最终而言，主要设备控制对象是控制各种马达，但要达到准确与安全的控制效果并非易事。在地铁智能低压控制系统中，因实际需要采用了控制网/设备层网络/MB+网络，这在其他低压控制系统中是不多见的，这几种网络的先进性在于它的高速度、透明性、实时性、开放性。这种网络架构也使得系统架构显得特别简单，层次明晰清楚。地铁智能低压控制系统是一个有很高控制要求的系统，既要求系统结构简单，达到安全控制要求，又需要系统硬件冗余、网络冗余。地铁智能低压控制系统是一个高可靠性、先进性的控制系统。
    智能低压控制系统技术，现在已经应用于地铁行业，已成功应用在2005年12月开通的广州轨道交通三号线首通段和四号线大学城专线段。它完全适用于中国所有的轨道交通领域。2003年1月至2004年9月，广州地铁智能配电控制技术，经过系统的方案研究及装置试制、样机制造、设备现场安装调试等阶段。广州地铁智能配电控制系统自2005年调试开通至今，系统运行相当稳定可靠，充分验证了智能低压系统的实用性和科学性，已完全具备推广应用条件。
    广州地铁四号线在广州地铁建设中第一次含有高架，高架段总里程为27.8公里。高架车站多，高架区间长，防雷涉及范围广。广州地铁四号线穿越目前的空旷地区，属于高雷区。为了保障人身、设备和建筑的安全，根据高架车站和区间的结构特性，并结合各种雷电危害类型，研究和实践高架段先进的防雷技术非常必要。
向东（广州市地下铁道设计研究院）：高架车站按建筑二类防雷等级设置防雷措施。广州地铁四号线高架车站主要有两种类型：（1）车站屋面是金属材料和大面积玻璃的组合；（2）车站屋面全部采用金属材料。以后广州地铁各条新线的高架车站基本上都会采用这两种类型。此外，高架区间构筑物按三类防雷设计。当雷击发生时，对于乘客来说，因为集中在车辆法拉第笼的保护范围内部，没有雷击危险。所以高架区间的防雷，主要是保护高架区间、区间设备和区间维修人员的安全。采用滚球法进行防雷范围计算。由于高架桥的对称结构，仅对高架桥左侧的防雷范围进行计算。左侧桥面及其中间疏散平台角钢横梁可以等效为两个不等高避雷针的保护范围。经校核，高架桥面及其桥面设施均处于两避雷针的保护范围之内。
    广州地铁四号线工程高架段运营已近一年，期间未发生任何雷击引起的安全事故。这说明广州地铁的防雷做法是完善的。在高架段防雷设计中，广州市地下铁道设计研究院结合特点的建筑条件、环境要求，以先进的设计思路为设计的起点，遵循安全、可靠的原则，同时着眼于环保、节能，便于维护、节省成本的设计理念。在保证功能的前提下，设计中采用了国内外先进的防雷技术与做法，参考了国内外相关的防雷规范，充分结合已有建筑与设备条件，研究、设计和运用了新技术、新材料、新工艺，取得了重大的科技成果，实现了技术先进、工程投资降低、建设周期短、工程质量优良、运营成本降低的整体筹划目标。
    建设票务清分中心系统，将大力推动城市轨道交通AFC系统建设标准和规范的制定 ，不但能解决不同集成商开发的系统之间互通、兼容的问题，避免旧线改造和重复建设，还可以引入竞争，有效地降低设备招标报价，节省投资，并未AFC系统实现单项设备、车站设备的招标模式奠定基础。
    杨承东（中铁第四勘察设计院集团有限公司）：2005年投入试运营的广州市轨道交通AFC综合中央计算机系统是国内第一个AFC清分系统，改变了之前国内城市轨道交通AFC系统普遍采取的“二级管理、三级控制”的传统设计和运营模式，提出了“清分中心——线路中心——车站”三级管理架构，为中国轨道交通AFC系统结构体系的设计翻开了崭新的一页，产生了深远的影响，这一架构目前已得到国内其他城市进行轨道交通AFC系统设计时的普遍采用。广州市轨道交通AFC综合中央计算机系统具备全线网运营管理、线路清分 以及对外清分的功能，是国内轨道交通第一AFC清分系统，入选第11批中国企业新记录（2006年），首次将借鉴国外和香港地区地铁建设运营经验而引入的AFC清分系统的理念化为现实，系统能够完成轨道交通各条线路之间，与城市通卡、银联、移动运营商及其他相关系统之间的收益清算、交易数据的整体处理及统计分析，并具备对轨道交通各线路AFC系统整体运营管理的功能。广州市轨道交通所设计的清分系统功能和组织结构已成为国内众多城市清分中心设计的范例。
    在广州市轨道交通AFC综合中央计算机系统的建设过程中，积极进行了制定广州市轨道交通AFC系统建设标准和规范的工作，在全国各城市中走在了前面。AFC系统建设标准和规范的制定，在很大程度上解决了不同集成商开发的AFC系统之间互通、兼容的问题，同时为引入竞争，节省投资，实现单项设备、单站设备的招标模式奠定了基础。目前，制定AFC系统建设标准和规范，已经成为AFC业界的共识，更成为国内各城市进行轨道交通线网规划和AFC系统建设时必须优先考虑的问题之一。

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重视科技创新发展  京、沪地铁比翼双飞
    目前各城市的乘客信息系统建设尚未提出统一的技术规范和施工规范，这对城市轨道交通乘客信息系统的长期发展和标准化建设显然是不利的。北京市轨道交通建设管理有限公司作为城市轨道交通建设管理单位和参建单位，结合工程实践，在总结了北京市轨道交通乘客信息系统工程质量控制实践经验的基础上，充分考虑到现有技术水平和今后的发展方向，在全国轨道交通行业进行了深入调查与研究，编制了《城市轨道交通乘客信息系统工程的质量验收标准》。
    丁树奎（北京市轨道交通建设管理有限公司）：无线局域网（WLAN）技术是以无线信道作为传输媒介的计算机局域网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它能使用户真正实现随时随地的快带网络接入。WLAN技术实现了无线工作站的可移动性，从而创造了乘客信息系统（PIS）向着视频高速数据业务发展的条件。此外，电力载波通信（PLC）技术是指利用电力线传输数据和语音信号的一种通信方式。通过研究，电力载波通信技术在地铁列车组网中的应用得到了证实。城市轨道交通乘客信息系统（PIS）技术特点如下：（1）在国内，上海地铁1、2、3号线已经开通了PIS系统，但车载移动视频是采用准实时方式，即利用列车进站或回库的时间将事先录制好的视频信息通过无线集群的方式发送给列车，待列车在隧道内行驶时向旅客播放。该方式技术含量低、实施简单，但信息实时性和灵活性较差。（2）随着乘客信息系统在城市轨道交通中的广泛应用，显示终端控制器作为乘客信息系统的关键技术组成部分，足以显示其广阔的应用前景和发展潜力。（3）形成和出台《城市轨道交通乘客信息系统工程的质量验收标准》将填补国家标准中的此项空白，从而促进全国各城市轨道交通领域乘客信息系统建设的科学化和标准化发展进程，为乘客信息系统在城市轨道交通的全面应用提供技术储备和奠定技术基础。此标准作为北京市轨道交通建设管理有限公司企业标准正在执行推广，将为其他线路的乘客信息系统建设实践提供参考。
    车站计算机联锁在中国铁路使用已有20多年 ，在其技术发展中起着重要的作用。如今，各种制式的计算机联锁系统——双机热备结构、三取二冗余结构、二取二乘二冗余结构，已广泛在国家铁路和地方铁路推广使用，有成熟的技术和产品。1998年开展地铁车辆段计算机联锁设备的研制，于1999年在北京地铁四惠车辆段开通使用。2002年针对地铁正线车站使用的计算机联锁设备进行开发研制，于2003年在北京地铁13号线全线16个正线车站使用，于2005年在重庆轻轨全线车站开通使用。近年来已在地铁20多车辆段、停车场使用。
    段武（中国铁道科学研究院）：计算机联锁是城市轨道交通信号系统的基础设备，实现车站或车辆段道岔、信号、区段间的安全联锁，确保列车在车站或车辆段运行的安全。直接控制道岔转换和信号开放。与ATS、ATP等设备以通信接口连接，实现综合控制。该产品在铁路上道使用近20年，现已形成系列产品，有TYJL-Ⅱ型、Ⅲ型、TR9型、ADX型计算机联锁系统。其中TR9型的硬件采用美国TRICONEX公司的TRICON三取二容错控制系统，ADXa型的硬件采用日立公司的二乘二取二结构铁路专用安全计算机系统，Ⅱ型为自主研发的双机热备结构，Ⅲ型为自主研发的二乘二取二硬件安全冗余结构，Ⅱ型和Ⅲ型具有完全自主知识产权。所有型号的联锁软件均为自主研发，并通过铁道部制式测试。该系统计算机联锁产品均可实现区域控制，一套联锁设备可控制多个车站。也可完成站间闭塞、区间运行方向控制、轨道电路的编码控制等功能，实现地面设备一体化控制。TYJL-Ⅱ型和ADXA型联锁作为国铁主推产品，在城市轨道交通领域的联锁产品使用最多的是Ⅱ型联锁，该型号产品已有600多个车站在使用，技术成熟，稳定可靠。
    “上海城市轨道交通供电系统关键技术研究与应用”综合、系统地解决了目前城市轨道交通供电系统运营、建设所面临的关键技术问题。相关成果已在上海城市轨道交通4、7、8、10、11号线等线路中得到了应用，并在设备设施投资规模以及运营维修成本等方面取得了明显的经济效益和社会效益，起到了提高运营自动化管理水平，节能环保、解决工程建设的技术难点、规范建设标准的作用，为国内其他城市轨道交通建设提供了有益参考。
    周剑鸿（上海申通轨道交通研究咨询有限公司）：上海城市轨道交通供电系统关键技术研究与应用具有如下技术性能：（1）在国内首次试验并应用电流选跳保护新技术，针对轨道交通供电网络特点，采用快速的网络通信和逻辑判断技术，取代传统的双重保护配置的新理念，实现故障快速的切除，解决了传统继电保护在轨道交通领域中无法解法的难题，为轨道交通供电系统提供了一种新型、可靠的保护技术；（2）在对轨道交通线路电力负荷实测和特性分析研究的基础上，首创提出了负荷计算的同时率、需要系数方法及110KV、35 KV、10 KV各类变电站变压器容量选择的建议方案及其措施，对轨道交通供电系统设计规范提出了建设性的意见；（3）在工程建设过程中，经常遇到在长大盾构隧道或低矮净空条件下，接触网下锚的液压补偿装置。该装置体积小，可在隧道拱顶完成下锚补偿，避免了隧道开挖，降低工程造价，减少工程量，缩短工程周期，提高了施工安全性，简化了施工设计，为连续机械化施工带来方便，填补了中国地铁建设的一项空白；（4）制定出额定电压1500V轨道交通直流电力电缆标准，可供设计单位选择电缆，指导生产单位生产电缆的依据，填补了国内轨道交通直流电力电缆的空白，对轨道交通的建设、安全运行发挥了重要作用。

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提升地铁科技含量  重庆、南京、长春竞相发展 
    国产新一代列车自动监控系统（ATS）是依据重庆轻轨二号线工程的调度指挥模式，综合采用现代通信技术、计算机技术、网络技术和自动监控技术而研发的具有自主知识产权的高可靠高实时自动监控系统。目前，该系统已在重庆轻轨二号线工程中得到应用。
    张琦（中国铁道科学研究院）：ATS系统具有列车运行图计算机辅助编制，列车运行图自动调整，列车运行自动追踪，列车实际运行图自动描绘，列车进路自动监控，列车运行及设备工作状态实时监视，发车指示器自动控制，各种运营（运输指标）自动统计，调度命令自动下达以及报警信息、系统运行日志和操作事件自动记录分类等功能。在系统的帮助下，能够完全实现城市轨道交通行车调度指挥的集中化和自动化。系统的成功研制对相关信号技术主要由国外厂商垄断方面作出了有效的突破。本系统有以下三方面技术特点：（1）系统研制从本土化原则出发，在系统功能的定义，人机界面的设定等各方面，充分考虑中国城市轨道交通运营管理的自有特点，贴近用户需求，更加适合国内城市轨道交通系统的使用；（2）系统研制中引进了大铁路CTCA分散自律的功能，结合城轨ATS系统的特点，实现了在中心ATS系统故障的情况下，车站ATS系统能够在一定时间内继续正常运转，增强了系统的可用性；（3）系统采用通用的接口模式，能够与多种厂商的ATP系统和CI系统实现互通互连，具有广泛的适应性。
    引进一套国外同类型ATS系统的合同估计在5000万人民币，而应用本项目研制的系统，造价大概为2000万人民币，降幅达到60%。本套系统100%认定为国产化，能够有力地提升信号系统的国产化率。ATS系统实现了轨道交通调度指挥系统的现代化和自动化，保证了运营安全，提高了生产效率，减轻调度指挥人员的劳动强度，有较高的社会效益。
    国产化城市轨道交通列车自动超速防护（ATP）系统是保证地铁列车运行安全提高行车效率的重要设备，系统采用目标距离速度控制方式构成的列控系统，地面轨道电路可以向列车传递用于列车连续曲线速度控制的信息（包括目标速度、目标距离、轨道电路标号及频率等），它的主要作用是保证行车列车按照规定的速度安全运行。
    张苑（北京全路通信信号研究设计院）：国产化城市轨道交通列车自动超速防护（ATP）系统是国家发改委和铁道部共同立项，由中国铁路通信信号集团公司联合清华大学共同研制开发的具有自主知识产权的国产化城市轨道交通列车超速防护（ATP）系统。该系统的开发从1999年7月启动，2002年10月在北京通过了由铁道部组织的专家测试。2002年11月，铁道部组织专家对城市轨道交通列车自动防护（ATP）系统国产化项目进行了技术审查，并以铁道部科技司科技信函〔2002〕122号给出了技术审查意见。据此，中国铁路通信信号总公司与长春轨道客车股份有限公司展开了相关的技术合作。于2003年8月至2004年5月，在长客试车环线进行ATP试验，该试验线路全长1.16公里，共装备1套区域控制中心、6套数字化无绝缘轨道电路，1段环线设备、2套车载ATP设备。取得了良好的试验效果并通过了专家组的现场测试。
    2005年9月，北京全部通信信号研究设计院与长春市轨道交通有限责任公司就其承担的国家计委国债项目“城市轨道交通列车自动防护系统国产化开发项目”开展了相关的技术合作，即国产化ATP系统地面设备利用长春轻轨一号运营线南湖大路站——车场站两站一区间线路，且车载设备安装在唐山厂实验列车上，进行运营线工程化试验。该工程已于2006年4月开通运行，且系统系列设备运行情况良好。2006年5月，国产化ATP系统中标长春轻轨二期净月线信号系统工程，该工程线路全长17.4公里，17个车站，共装备6套区域控制中心、203套数字无绝缘轨道电路、47段环线设备、74套车载ATP设备。长春轻轨二期净月线信号系统工程已于2006年12月成功开通运营，且国产化ATP系统及其配套子系统的系列设备运行稳定、可靠，满足了设计和运营要求。
目前，现有的国外C-GIS设备，其设计理念都是根据供电系统中性点接地系统设计，绝缘电压值低于中国中性点非有效接地供电系统，所以产品绝缘指标无法满足中国特殊供电系统的要求，也无法达到中国GB和DL等相关标准规定的有效值。国产化C-GIS设备在轨道交通、城市电网改造、石化、军工、核电工业等国家重点经济领域均可进行应用。
    朱自强（南京地下铁道有限责任公司）：欧美等发达国家的G-GIS设备，考虑到产品一次性使用的特性，其密封气箱采用全封闭式工艺结构，受设备气箱全封闭焊接结构的工艺限制，其真空断路器灭弧单元（真空灭弧室）的安装水平均采用水平方式。由于断路器真空灭弧室受到重力作用，严重影响了真空灭弧室波纹管的使用寿命，进而大大降低了真空断路器的电气和机械寿命。根据目前现有G-GIS设备存在的技术问题，国产化G-GIS设备从根本上解决了电气、机械寿命和绝缘等技术问题。研制产品具有以下主要创新点：（1）真空断路器功能单元和三工位隔离开工及主母线功能单元的气箱结构均采用可开启式结构，可实现母线不断电状态下断路器检修，达到免维护产品具备可维护性能；（2）真空断路器功能单元中的灭弧室采用垂直安装方式，有效提高了产品的电气寿命；（3）采用超微晶合金技术的全屏蔽可触摸插拔式电压互感器；（4）采用了高通容量、低残压值的阀片技术的全屏蔽可触摸插拔式氧化锌避雷器；（5）采用了高压屏蔽等技术的电缆终端及内锥绝缘子，符合中国电网特性的高绝缘性能；（6）研制产品采用五防机械联锁，性能可靠、动作准确、显示直观。
    国产化C-GIS设备于2003年开始按工程进度要求供货、送电、投运，设备分别安装在南京地铁一号线一期工程110KV安德门、迈皋桥两个地面站及珠江路、奥体中心等11个地下站，计135面GIS开关柜，2003年12月安德门110KV主变电站环网对空载、容性负载240公里送电，送电一次成功，目前全线设备运行正常，SF6气压指示正常，未出现泄露现象，电气机械性能良好、灵敏度较高、可靠性高。

    目前地铁正在中国各大城市急速铺就，背后正是中国轨道装备业的异军突起。在地铁建设热潮下，各大城轨制造企业纷纷提升技术打造国产化特色产品，就如何满足不同城市的特殊需求大做贡献。这些措施及举措，都大大提升了中国城市轨道交通装备国产化进程，特别是一些技术实力的高新企业不仅立足于中国市场，他们还把自主研发的高端产品成功推向了国外。