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轨道交通智能化 技术创新当自强 2021-05-14 09:59  作者或来源:中国科学报

 “作为全国第一条地铁,北京地铁1号线自1971年运行至今已历经整整半个世纪。其间,北京市轨道交通运行里程从最初的23.6公里增加到727公里(截至2020年底),增长近30倍。”北京市轨道交通设计研究院研究员张波在接受《中国科学报》采访时说。

  而据中国城市轨道交通协会最新统计,2020年我国地铁运营总里程6200余公里,在建5000余公里。“目前,我国轨道交通运营里程已经位居世界第一位,智能运维也处于世界前列。”北京交通大学副教授王耀东表示。

  不过,多位专家向《中国科学报》表示,当前我国轨道交通智能数据采集设备、高精尖传感器等设备对外依存度仍然较高,亟须加强自主创新,推动交通强国建设。

  运维日趋智能化

  “我们轨道交通起步较晚,但发展较快。”在近日举行的聚焦轨道交通领域的2021年北京地区广受关注学术成果报告会上,北京公交有轨电车有限公司总工程师董皓在接受《中国科学报》采访时说。

  根据中国城市轨道交通2020年度统计和分析报告,截至去年底,我国有45个城市开通城市轨道交通运营线路244条,运营线路总长度7969.7公里,其中地铁运营线路6280.8公里,占比78.8%,其他制式城轨交通运营线路占比21.2%。当年新增运营线路长度1233.5公里。

  伴随着轨道交通运营里程的增长,我国轨道交通智能运维也步入世界前列。

  以北京地铁为例,张波表示,50年来北京地铁发生了三大转变:从最初的以战备防空为核心,转变为以交通运输和解决大城市病为核心;传统的人工设计、施工和运维方式,逐渐转变为数字化、信息化的方式;接下来智慧化将成为城市轨道交通发展趋势。

  在数字化城市轨道交通建设方面,当前我国基于建筑信息模型(BIM)的相关研究和应用风头正盛。“BIM有助于将实体建筑信息化,把所有的数据集成到一个模型上,通过虚拟地铁来管控,实现地铁智慧化。”张波向《中国科学报》解释。

  据介绍,基于BIM的数字轨道交通包括三个层次:一是实现轨道交通的数字化;二是实现轨道交通数字化孪生建设,在轨道交通实体建设的同时,同步建设一套数字地铁;三是依托BIM,推动后续参数化(或智能化)设计,实现智能施工、绿色施工以及智慧运维等全产业的升级。

  同时,对于给出行安全带来挑战的地铁隧道“病害”——隧道裂缝、渗漏水、沉降、衬砌剥落、掉块等,国内相应检测技术也日趋智能化。例如,在裂缝检测方面,王耀东和同事把机器视觉技术、图像处理技术、人工智能技术应用在地铁隧道检测中。

  “机器视觉的特点是效率高、可移动、非接触,特别是信息处理自动化、智能化,性价比高,且容易操作。”王耀东说,这种智能巡检技术有助于解放人力,服务运维。

  对外依存性技术需自强

  尽管我国轨道交通运营里程和智能运维水平已处于世界前列,但多位专家在接受《中国科学报》采访时仍强调,轨道交通领域仍亟须加强自主创新。

  “我国轨道交通智能数据采集设备、高精尖传感器还需要从国外进口。有些国外检测设备功能相对单一,但因为核心技术垄断地位,报价却达到数百万元,甚至上千万元。”王耀东说。他表示,我国仍需大力推进基础研究创新,将主动权掌握在自己手中。

  对此,张波也表示,当前基于BIM的轨道交通基础建模软件仍来自国外,亟须开发基础软件。

  事实上,去年美国禁止哈工大等高校使用科学计算软件MATLAB事件曾引起广泛关注。“各种设备、软件长期依赖国外,终究不是办法。国产设备当自强,对于轨道交通领域一些基础的设备和软件,我们必须走自主化、国产化的道路。”北京交通大学副教授张永生说。

  尽管短板仍然存在,但在北京市交通委公交设施设施管理处处长、北京大学兼职教授孙壮志看来,不必为此感到气馁。以高铁为例,他指出,我国在许多“卡脖子”技术方面已经有所突破,“比如车辆、转向架等核心和关键部件已经实现国产化”。

  在他看来,我国的轨道交通发展有诸多优势,如有大规模的市场为技术创新提供“实验场”;国家对技术创新持非常开放的态度,使得高铁在国内比国外有了更高程度的商业化应用;知晓差距并坚持追赶,最终实现并行,并在一些领域实现引领。

  “在轨道交通行业,我们还存在一些‘卡脖子’的地方,比如轴承(涉及材料、加工设备、工艺等多个点),以及一些设备和软件。但我们有强大的市场推动力,有创新的原动力,假以时日,这些技术瓶颈一定会突破。”孙壮志自信地说。

  科技创新赋能产业发展

  未来30年,我国将加快建设交通强国。2035年,基本建成“人民满意、保障有力、世界前列”的交通强国,到2050年全面建成交通强国,实现“人享其行、物优其流”的美好愿景。

  在这一“路线图”的指引下,“十四五”时期,科技创新将加速赋能交通运输发展。

  对此,北京交通大学交通运输学院教授姚恩建表示,随着5G、人工智能、大数据、物联网等技术的发展,数字化、网联化、智能化将成为轨道交通的发力点。同时,推动轨道交通的整体发展,需要夯实科技发展基础,推进“产学研用”深度融合。

  “在人才培养方面,除了基础教学,我们要时刻关注行业,注重与产业、行业的交流合作,加强学生对于整个行业发展的了解和解决行业实际需求、实际问题的能力,通过产学研用的融合,提升人才培养质量。”他说。

  “目前,智慧轨道交通仍处于起步阶段,首先要实现整体数字化,在此基础上与智能化产品、机械装备相融合,最终实现人文、绿色、高度智慧化的轨道交通,给城市居民出行带来极大的便利。”张波认为,我国智慧轨道交通发展前景可期。

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