城市軌道交通對促進城市結構調整、城市布局整合、土地開發(fā)利用，以及城市和交通運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展都有著巨大影響。圖為鐵四院規(guī)劃建設的武漢光谷廣場地下空間綜合體。

隨著我國軌道交通的快速發(fā)展，其也滲入到城市經(jīng)濟建設的方方面面中。軌道交通的建設，不僅促進了城市商業(yè)結構的變更，提升了沿線房地產的價值，同時還帶動工業(yè)用地向郊區(qū)遷移，大幅改善了城市的環(huán)境。

“城市軌道交通系統(tǒng)的規(guī)劃設計直接影響城市的基本布局和功能定位,對城市發(fā)展有極強的引導作用。”談到這一話題時，獨立分析師徐宏對記者說，城市軌道交通對促進城市結構調整、城市布局整合、土地開發(fā)利用，以及城市和交通運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展都有著巨大影響。

正是因為城市軌道交通有著如此重要的作用，建設者們必須在核心技術領域持續(xù)突破，才能讓城市軌道交通建設“又快又穩(wěn)”。近日，記者從中鐵第四勘察設計院集團有限公司(以下簡稱“鐵四院”)了解到，該院以“智慧城軌”為引領，創(chuàng)建并形成了城軌TOD開發(fā)、全自動運行、裝配式智能建造、智能運維及綜合監(jiān)測、城市地下大空間等八大創(chuàng)新技術，引領城軌建設邁入高速發(fā)展賽道。

綠色發(fā)展成為城軌建設新趨勢

截至2022年年末，武漢地鐵運營里程達到435公里，位居全國第五、世界前十。不過，隨著地鐵網(wǎng)越來越復雜，地下作業(yè)空間狹小、污染排放高、施工方式粗放、勞動力需求大等成為制約地鐵施工的難題。

2022年8月，驕陽似火。武漢地鐵前川線湯馬區(qū)間2號風井施工現(xiàn)場，加長臂挖掘機、運輸車等往來穿梭，一派熱火朝天的施工景象。

“在湯馬區(qū)間2號風井作業(yè)過程中，我們采用了裝配式空心鋼管混凝土支撐技術，順利完成基坑的施工工作，這一技術為全國首創(chuàng)。”鐵四院城地院副總工程師徐軍林介紹說，經(jīng)測算，相對于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土支撐，裝配式技術可降低碳排放量約75%，明顯減少了對環(huán)境造成的影響。

記者了解到，近年來國家已經(jīng)在地面民用建設大力推行裝配式建筑，鐵四院率先在國內嘗試研發(fā)了地下車站裝配疊合式設計建造成套技術。據(jù)悉，面對產業(yè)現(xiàn)代化的迫切需求，鐵四院以BIM協(xié)作平臺為手段，預判優(yōu)化建造工序和工藝，同時引入激光技術，構建智能化吊裝防碰撞預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了設計、生產、施工等全流程的智能制造。

徐軍林表示，該技術結合建筑、裝修、管線等裝配式一體化方案研究，以標準設計、模數(shù)協(xié)同以及集成化、信息化為目標，以BIM協(xié)作平臺為手段，引入三維動態(tài)仿真技術全過程模擬裝配建造，預判優(yōu)化建造工序與工藝;同時建造過程中引入激光技術，構建智能化吊裝防碰撞預警系統(tǒng)，實現(xiàn)設計、生產、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。

“我們研發(fā)了裝配式路面鋪蓋系統(tǒng)，根據(jù)不同的跨度可以選用不同的型號鋪蓋，解決了現(xiàn)澆混凝土鋪蓋存在的問題;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)，以及裝配式站臺板、裝配式樓梯、裝配式支撐、預制軌頂風道等，同時還配套開發(fā)了裝配式建造設備機械。”徐軍林說。

按照規(guī)劃，未來裝配式智能建造技術還將在武漢地鐵3號線二期工程、無錫地鐵5號線、濟南地鐵8號線、深圳地鐵15號線等多個城市推廣采用。

除了推廣裝配式建造模式，以此降本增效，不斷綠色發(fā)展外，鐵四院的建設者們還不斷在城軌運行的各個階段進行創(chuàng)新，通過能源管理系統(tǒng)著力打造全生命周期的“綠色地鐵”。

眾所周知，城軌全自動列車及站場運行的關鍵保障之一是電力。隨著軌道交通網(wǎng)絡的形成，用電總量隨之大幅增長，降低運行耗能、減少用電總量是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。

因此，鐵四院利用綜合設計院優(yōu)勢，多年來深耕優(yōu)化節(jié)能策略，聯(lián)合知名高校、設備制造企業(yè)開發(fā)了城軌能源智能管理系統(tǒng)(uiems)，成為全國首個實現(xiàn)對牽引系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等主要用能負荷動態(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，該系統(tǒng)以數(shù)據(jù)監(jiān)測為基礎，針對占地鐵耗能近80%的三大用能體系(牽引、暖通、照明)，建立分層級能耗評價系統(tǒng)，為能耗指標提供可量化評價依據(jù)，實現(xiàn)用能動態(tài)優(yōu)化。

據(jù)了解，將發(fā)電廠經(jīng)電力傳輸線送來的電能，變換成適合列車所需的電壓，并分送到接觸軌的場所，叫牽引變電所。何斌透露，運用城軌能源智能管理系統(tǒng)后，將原本獨立運行的牽引變電系統(tǒng)統(tǒng)一調控，可節(jié)能約5%。

與此同時，城軌能源智能管理系統(tǒng)在地鐵各個公共區(qū)域安裝CO2傳感器、濕度溫度傳感器，實時感受環(huán)境的溫度和人流的密度，并結合車站環(huán)境，分析出調節(jié)需求，根據(jù)環(huán)境變化動態(tài)調整，實現(xiàn)“人多多吹風，人少少吹風”，可節(jié)能約8.8%。

“城軌能源智能管理系統(tǒng)還安裝了照度傳感器、人體感應傳感器，感受照度變化、人流疏密，綜合考慮自然光線和廣告照明，實時調整燈光照度。根據(jù)列車進出站情況，可提前預測照明需求，調節(jié)屏蔽門上方燈帶，車來燈亮，車走燈熄。智能照明系統(tǒng)可節(jié)能1.8%。”何斌表示，運用城軌能源智能管理系統(tǒng)后，遠期每年可減少244萬噸二氧化碳排放量，相當于每年約多種1.4萬棵樹。

通過技術創(chuàng)新打造更好乘坐體驗

伴隨城市發(fā)展、交通客流量攀升，軌道交通面臨越來越大的挑戰(zhàn)，為實現(xiàn)高效、安全、低耗運營，全自動運行技術應運而生。

2021年年末，武漢地鐵5號線開通，這條網(wǎng)紅線路是武漢首條采用全自動駕駛的地鐵線路，坐在地鐵里，從車頭、車尾位置，直接可以看到窗外風景，仿佛乘坐上了一輛時光穿梭機。

這是武漢首條全自動駕駛線路，日均客流26.38萬人次。鐵四院在地鐵5號線實現(xiàn)了108個全場景應用，在全國首次提出了自動聯(lián)掛、摘鉤場景。

據(jù)了解，目前全國14個城市開通了全自動運行的24條線路，運行旅程500公里，其中鐵四院共有5條線路實現(xiàn)無人駕駛，“地鐵5號線”也成為市民和游客紛紛“打卡”的網(wǎng)紅線路。

“確保列車自動運行、精準停車、安全平穩(wěn)的關鍵，就在于列車運行控制系統(tǒng)。這正是列車運行的‘神經(jīng)中樞’所在。”鐵四院通號院副總工程師劉濤介紹，早在2013年，鐵四院便成立了全自動運行技術科研團隊，這是國內較早跟蹤該技術的研究團隊。

經(jīng)過多年探索，鐵四院編制完成了全自動運營技術系列規(guī)范，定義了108個地鐵全自動運營場景，創(chuàng)建了1085項技術需求。而在全自動運行技術后，與傳統(tǒng)線路相比，武漢地鐵5號線故障率由百萬列公里1.8次下降為0.7次，準點率從99.89%提升至99.99%，旅行速度從普通線路的35公里/小時提升至37.55公里/小時。

在軌道交通監(jiān)測方面，鐵四院還牽頭承擔了國家重點研發(fā)計劃《城市地下基礎設施運行綜合監(jiān)測關鍵技術研究與示范》，構建了以物聯(lián)、智慧、安全為本的軌道交通基礎設施運行綜合監(jiān)測體系。

劉濤介紹說，鐵四院全自動運行設計項目類型涵蓋地鐵、市域、跨坐式單軌、懸掛式單軌等各種制式，參與設計的在建項目逾20條，并承擔多個省市首條全自動運行項目攻堅，已成為國內FAO設計經(jīng)驗最豐富的團隊。

值得注意的是，城市軌道交通的建設，不僅僅能夠提升人們的出行體驗。越來越多的城軌站點，已成為市民休閑和消費的中心廣場或城市中心。以城軌站點為圓心向外輻射，通過對土地、交通等相關因素的一體化規(guī)劃設計，來協(xié)調城市發(fā)展過程中產生的交通擁堵和用地不足的矛盾，最終將讓城軌站點實現(xiàn)集工作、商業(yè)、文化、教育、居住等為一身的“混合用途”。

鐵四院同樣深知這一發(fā)展趨勢。鐵四院城地院副總工程師梁田介紹，目前該院積累了軌道沿線開發(fā)規(guī)劃、站點周邊城市設計、站城一體綜合開發(fā)、場城一體綜合開發(fā)、綜合交通樞紐開發(fā)、軌道交通站點開發(fā)、地下空間開發(fā)、市政隧道TOD開發(fā)等TOD八大板塊設計技術。

截止到2022年，鐵四院在全國30余個城市已承攬TOD設計項目180余個，其中建成15個項目、300萬平方米;在建53個項目、650萬平方米;規(guī)劃中110余個項目、1000萬平方米。

在這一理念下，武漢光谷廣場地下空間綜合體、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發(fā)、深圳西麗樞紐、蘇州天鵝蕩車輛段上蓋開發(fā)、惠州北站綜合交通樞紐配套工程、無錫雪浪車輛段上蓋開發(fā)等，都是“鐵四院TOD融合方案”的典范之作。

像“搭積木”一樣建造地鐵站、遠程就能檢修地鐵軌道……眼下，城市軌道交通設計和運維技術越來越先進了。也正是憑借在技術上的不斷突破創(chuàng)新和持續(xù)扎根城市軌道交通，鐵四院才能聚焦“綜合開發(fā)、智慧城軌、綠色低碳、安全韌性”，闖出一條高質量發(fā)展的創(chuàng)新之路。