城市軌道交通對促進(jìn)城市結構調整、城市布局整合、土地開(kāi)發(fā)利用，以及城市和交通運輸的可持續發(fā)展都有著(zhù)巨大影響。圖為鐵四院規劃建設的武漢光谷廣場(chǎng)地下空間綜合體。

隨著(zhù)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(jìn)了城市商業(yè)結構的變更，提升了沿線(xiàn)房地產(chǎn)的價(jià)值，同時(shí)還帶動(dòng)工業(yè)用地向郊區遷移，大幅改善了城市的環(huán)境。

“城市軌道交通系統的規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(huà)題時(shí)，獨立分析師徐宏對記者說(shuō)，城市軌道交通對促進(jìn)城市結構調整、城市布局整合、土地開(kāi)發(fā)利用，以及城市和交通運輸的可持續發(fā)展都有著(zhù)巨大影響。

正是因為城市軌道交通有著(zhù)如此重要的作用，建設者們必須在核心技術(shù)領(lǐng)域持續突破，才能讓城市軌道交通建設“又快又穩”。近日，記者從中鐵第四勘察設計院集團有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鐵四院”)了解到，該院以“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)運行、裝配式智能建造、智能運維及綜合監測、城市地下大空間等八大創(chuàng )新技術(shù)，引領(lǐng)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(yíng)里程達到435公里，位居全國第五、世界前十。不過(guò)，隨著(zhù)地鐵網(wǎng)越來(lái)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(dòng)力需求大等成為制約地鐵施工的難題。

2022年8月，驕陽(yáng)似火。武漢地鐵前川線(xiàn)湯馬區間2號風(fēng)井施工現場(chǎng)，加長(cháng)臂挖掘機、運輸車(chē)等往來(lái)穿梭，一派熱火朝天的施工景象。

“在湯馬區間2號風(fēng)井作業(yè)過(guò)程中，我們采用了裝配式空心鋼管混凝土支撐技術(shù)，順利完成基坑的施工工作，這一技術(shù)為全國首創(chuàng )。”鐵四院城地院副總工程師徐軍林介紹說(shuō)，經(jīng)測算，相對于傳統現澆混凝土支撐，裝配式技術(shù)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(lái)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(chē)站裝配疊合式設計建造成套技術(shù)。據悉，面對產(chǎn)業(yè)現代化的迫切需求，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(shí)引入激光技術(shù)，構建智能化吊裝防碰撞預警系統，實(shí)現了設計、生產(chǎn)、施工等全流程的智能制造。

徐軍林表示，該技術(shù)結合建筑、裝修、管線(xiàn)等裝配式一體化方案研究，以標準設計、模數協(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(dòng)態(tài)仿真技術(shù)全過(guò)程模擬裝配建造，預判優(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)，構建智能化吊裝防碰撞預警系統，實(shí)現設計、生產(chǎn)、施工等信息交互，全面提升裝配式地下車(chē)站的智能建造技術(shù)。

“我們研發(fā)了裝配式路面鋪蓋系統，根據不同的跨度可以選用不同的型號鋪蓋，解決了現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、地鐵裝配板式軌道系統，以及裝配式站臺板、裝配式樓梯、裝配式支撐、預制軌頂風(fēng)道等，同時(shí)還配套開(kāi)發(fā)了裝配式建造設備機械。”徐軍林說(shuō)。

按照規劃，未來(lái)裝配式智能建造技術(shù)還將在武漢地鐵3號線(xiàn)二期工程、無(wú)錫地鐵5號線(xiàn)、濟南地鐵8號線(xiàn)、深圳地鐵15號線(xiàn)等多個(gè)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(gè)階段進(jìn)行創(chuàng )新，通過(guò)能源管理系統著(zhù)力打造全生命周期的“綠色地鐵”。

眾所周知，城軌全自動(dòng)列車(chē)及站場(chǎng)運行的關(guān)鍵保障之一是電力。隨著(zhù)軌道交通網(wǎng)絡(luò )的形成，用電總量隨之大幅增長(cháng)，降低運行耗能、減少用電總量是實(shí)現可持續發(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(lái)深耕優(yōu)化節能策略，聯(lián)合知名高校、設備制造企業(yè)開(kāi)發(fā)了城軌能源智能管理系統(uiems)，成為全國首個(gè)實(shí)現對牽引系統、暖通系統、照明系統等主要用能負荷動(dòng)態(tài)節能管控的城市軌道交通能源智能管理系統。

鐵四院電化院副總工程師何斌介紹說(shuō)，該系統以數據監測為基礎，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(jià)系統，為能耗指標提供可量化評價(jià)依據，實(shí)現用能動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

據了解，將發(fā)電廠(chǎng)經(jīng)電力傳輸線(xiàn)送來(lái)的電能，變換成適合列車(chē)所需的電壓，并分送到接觸軌的場(chǎng)所，叫牽引變電所。何斌透露，運用城軌能源智能管理系統后，將原本獨立運行的牽引變電系統統一調控，可節能約5%。

與此同時(shí)，城軌能源智能管理系統在地鐵各個(gè)公共區域安裝CO2傳感器、濕度溫度傳感器，實(shí)時(shí)感受環(huán)境的溫度和人流的密度，并結合車(chē)站環(huán)境，分析出調節需求，根據環(huán)境變化動(dòng)態(tài)調整，實(shí)現“人多多吹風(fēng)，人少少吹風(fēng)”，可節能約8.8%。

“城軌能源智能管理系統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(xiàn)和廣告照明，實(shí)時(shí)調整燈光照度。根據列車(chē)進(jìn)出站情況，可提前預測照明需求，調節屏蔽門(mén)上方燈帶，車(chē)來(lái)燈亮，車(chē)走燈熄。智能照明系統可節能1.8%。”何斌表示，運用城軌能源智能管理系統后，遠期每年可減少244萬(wàn)噸二氧化碳排放量，相當于每年約多種1.4萬(wàn)棵樹(shù)。

通過(guò)技術(shù)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(lái)越大的挑戰，為實(shí)現高效、安全、低耗運營(yíng)，全自動(dòng)運行技術(shù)應運而生。

2021年年末，武漢地鐵5號線(xiàn)開(kāi)通，這條網(wǎng)紅線(xiàn)路是武漢首條采用全自動(dòng)駕駛的地鐵線(xiàn)路，坐在地鐵里，從車(chē)頭、車(chē)尾位置，直接可以看到窗外風(fēng)景，仿佛乘坐上了一輛時(shí)光穿梭機。

這是武漢首條全自動(dòng)駕駛線(xiàn)路，日均客流26.38萬(wàn)人次。鐵四院在地鐵5號線(xiàn)實(shí)現了108個(gè)全場(chǎng)景應用，在全國首次提出了自動(dòng)聯(lián)掛、摘鉤場(chǎng)景。

據了解，目前全國14個(gè)城市開(kāi)通了全自動(dòng)運行的24條線(xiàn)路，運行旅程500公里，其中鐵四院共有5條線(xiàn)路實(shí)現無(wú)人駕駛，“地鐵5號線(xiàn)”也成為市民和游客紛紛“打卡”的網(wǎng)紅線(xiàn)路。

“確保列車(chē)自動(dòng)運行、精準停車(chē)、安全平穩的關(guān)鍵，就在于列車(chē)運行控制系統。這正是列車(chē)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(dòng)運行技術(shù)科研團隊，這是國內較早跟蹤該技術(shù)的研究團隊。

經(jīng)過(guò)多年探索，鐵四院編制完成了全自動(dòng)運營(yíng)技術(shù)系列規范，定義了108個(gè)地鐵全自動(dòng)運營(yíng)場(chǎng)景，創(chuàng )建了1085項技術(shù)需求。而在全自動(dòng)運行技術(shù)后，與傳統線(xiàn)路相比，武漢地鐵5號線(xiàn)故障率由百萬(wàn)列公里1.8次下降為0.7次，準點(diǎn)率從99.89%提升至99.99%，旅行速度從普通線(xiàn)路的35公里/小時(shí)提升至37.55公里/小時(shí)。

在軌道交通監測方面，鐵四院還牽頭承擔了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃《城市地下基礎設施運行綜合監測關(guān)鍵技術(shù)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測體系。

劉濤介紹說(shuō)，鐵四院全自動(dòng)運行設計項目類(lèi)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(gè)省市首條全自動(dòng)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(lái)越多的城軌站點(diǎn)，已成為市民休閑和消費的中心廣場(chǎng)或城市中心。以城軌站點(diǎn)為圓心向外輻射，通過(guò)對土地、交通等相關(guān)因素的一體化規劃設計，來(lái)協(xié)調城市發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的交通擁堵和用地不足的矛盾，最終將讓城軌站點(diǎn)實(shí)現集工作、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(xiàn)開(kāi)發(fā)規劃、站點(diǎn)周邊城市設計、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八大板塊設計技術(shù)。

截止到2022年，鐵四院在全國30余個(gè)城市已承攬TOD設計項目180余個(gè)，其中建成15個(gè)項目、300萬(wàn)平方米;在建53個(gè)項目、650萬(wàn)平方米;規劃中110余個(gè)項目、1000萬(wàn)平方米。

在這一理念下，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(chē)輛基地上蓋綜合開(kāi)發(fā)、深圳西麗樞紐、蘇州天鵝蕩車(chē)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(chē)輛段上蓋開(kāi)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(shù)越來(lái)越先進(jìn)了。也正是憑借在技術(shù)上的不斷突破創(chuàng )新和持續扎根城市軌道交通，鐵四院才能聚焦“綜合開(kāi)發(fā)、智慧城軌、綠色低碳、安全韌性”，闖出一條高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng )新之路。