北京地鐵亦莊線、昌平線日前開通運(yùn)營，這標(biāo)志著我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（簡稱CBTC系統(tǒng)）”工程取得成功，我國成為繼德國、法國、加拿大后第四個成功掌握該項(xiàng)核心技術(shù)、應(yīng)用于實(shí)際工程并順利開通運(yùn)營的國家。
我國軌道交通信號研發(fā)團(tuán)隊(duì)在幾十年積累的基礎(chǔ)上，歷經(jīng)10年的努力，實(shí)現(xiàn)了CBTC系統(tǒng)的自主創(chuàng)新，并探索出一條聯(lián)合自主創(chuàng)新的路徑。
我國加快軌道交通建設(shè)，但信號控制系統(tǒng)一直依靠引進(jìn)
CBTC項(xiàng)目首席專家、北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任唐濤說，近年來北京市乃至全國下大力氣加快進(jìn)行軌道交通路網(wǎng)建設(shè)，到2015年北京總長561公里的軌道交通網(wǎng)絡(luò)將正式形成，2020年將達(dá)到1000公里的建設(shè)規(guī)模。而2009年底北京運(yùn)營的里程僅為198公里，十年內(nèi)還有近800公里的線路需要建設(shè)；全國每年以400公里的建設(shè)速度增長，近十年將有近6000公里的建設(shè)，而其中作為保證行車安全、提高運(yùn)輸效率的信號控制系統(tǒng)一直依靠引進(jìn)，核心技術(shù)掌握在外國人手里，給我們建設(shè)的成本、按期開通、運(yùn)營管理與維護(hù)帶來了巨大影響。
2004年開始，北京市積極響應(yīng)國家自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，立項(xiàng)首次開展“基于通信的城軌CBTC系統(tǒng)研究”。到目前為止，自主創(chuàng)新CBTC系統(tǒng)歷經(jīng)核心技術(shù)攻關(guān)、自主研發(fā)、室內(nèi)測試、中試、示范工程等階段。2010年12月30日，歷經(jīng)十幾年的核心技術(shù)研發(fā)、中試，特別是近三年的示范工程，在絕對保證安全的基礎(chǔ)上，北京地鐵亦莊線全功能開通CBTC，解決了一直困擾國內(nèi)長期引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)與裝備的瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了幾代“信號人”的夢想，使中國的軌道交通系統(tǒng)用上了自己的“大腦與神經(jīng)系統(tǒng)”，完全聽從自己的“指揮官”安全而高效的運(yùn)營。該項(xiàng)目的成功實(shí)施與應(yīng)用，為國家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)與社會效益，初步計(jì)算國家投入研究經(jīng)費(fèi)不到3億元，通過該項(xiàng)目的研究與應(yīng)用，使得引進(jìn)系統(tǒng)的價格降低20%以上，按照每年600公里建設(shè)投資60億元計(jì)算，每年節(jié)約了12億元的外匯。同時該項(xiàng)目在亦莊線和昌平線應(yīng)用也將比引進(jìn)系統(tǒng)節(jié)約10%以上的資金，以后國內(nèi)6000公里的市場將會帶來近300億元的市場份額，且是可持續(xù)發(fā)展的市場與產(chǎn)業(yè)。
首套列車自動控制系統(tǒng)達(dá)到國際先進(jìn)水平
北京交大軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國家工程研究中心主任郜春海說，隨著城市軌道交通高速度、高密度的發(fā)展，如何保障線路上所有列車的安全、可靠、高效、準(zhǔn)點(diǎn)、節(jié)能、舒適、精確停車運(yùn)行，還要滿足軌道交通客流不斷增長的發(fā)展需求，是一個涉及軌道交通所有專業(yè)的問題與難題，而列車自動控制系統(tǒng)正是解決這個難題的系統(tǒng)，它是軌道交通的“大腦和神經(jīng)系統(tǒng)”，是有效解決并平衡安全、可靠、高效、節(jié)能、舒適、準(zhǔn)確等綜合指標(biāo)的復(fù)雜協(xié)同控制系統(tǒng)。
北京地鐵亦莊線成為中國第一條采用完全自主知識產(chǎn)權(quán)列車自動控制系統(tǒng)的地鐵線路，實(shí)現(xiàn)了“自動駕駛”、“無人折返”和“安全運(yùn)營”三項(xiàng)目標(biāo)，成為城市軌道交通國產(chǎn)信號控制系統(tǒng)的里程碑。
在安全、可靠、高效方面，系統(tǒng)為線路上每個列車配備上了“千里眼、順風(fēng)耳和安全衛(wèi)士”，“千里眼、順風(fēng)耳”（地車雙向的、實(shí)時的、冗余的、大容量傳輸系統(tǒng)）可以讓每個列車實(shí)時知道前面列車、線路和車站的準(zhǔn)確信息，“安全衛(wèi)士”（專業(yè)稱ATP系統(tǒng)）即保證線路上盡量多的列車追蹤運(yùn)行，不管在任何情況下不能超速、撞車，絕對“全天候”的保證行車安全，遇到情況，自動降速或停車，兩個高速追蹤運(yùn)行的列車停車后的間隔距離可以做到30米左右，完全可以實(shí)現(xiàn)90秒的行車間隔。
準(zhǔn)點(diǎn)、舒適、節(jié)能、精確停車。在具備安全衛(wèi)士的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)為每個列車還配備了“最優(yōu)秀的調(diào)度員和司機(jī)”（列車自動駕駛系統(tǒng)，專業(yè)稱ATO系統(tǒng)），“最優(yōu)秀的調(diào)度員”可以根據(jù)運(yùn)行時刻表及時調(diào)整列車的運(yùn)行速度和時間，同時要求根據(jù)線路上的上下坡度靈活、節(jié)能地控制列車“油門和剎車”（對應(yīng)專業(yè)術(shù)語“牽引與制動”），最終還要保證列車準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，誤差要求在5秒以內(nèi)；“最優(yōu)秀的司機(jī)”根據(jù)調(diào)度員的時刻表和節(jié)能要求，不同地點(diǎn)、不同時間、不同車況給出對應(yīng)的“油門和剎車”指令，實(shí)現(xiàn)列車的自動啟動、自動巡航、自動定點(diǎn)停車，保證旅客的最大舒適度。一般情況下，旅客在車內(nèi)可不用抓扶手。同時還能使幾百噸的龐然大物每次在車站停車時精度誤差不超過30厘米，并可實(shí)現(xiàn)與站臺屏蔽門的同開同關(guān)。
探索“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”自主創(chuàng)新模式
唐濤說，亦莊線完全自主創(chuàng)新的CBTC工程歷經(jīng)了近十年的艱苦攻關(guān)，采用了“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”的模式。北京市從2004年開始就響應(yīng)國家自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，緊盯國際上剛剛發(fā)展的CBTC系統(tǒng)技術(shù)，集中了全國行業(yè)單位與專家的優(yōu)勢力量，連續(xù)三期支持該項(xiàng)目的滾動，每期不同主體單位牽頭，經(jīng)歷了基礎(chǔ)理論研究、核心技術(shù)攻關(guān)、實(shí)驗(yàn)室仿真演算、非運(yùn)營線路試驗(yàn)、運(yùn)營線路測試、大規(guī)模的中試，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國際領(lǐng)先水平，以及通過國際獨(dú)立第三方最高安全等級SIL4的產(chǎn)品安全認(rèn)證，才終于在亦莊線上示范應(yīng)用。
亦莊線信號系統(tǒng)示范工程完成了既定目標(biāo)：突破了CBTC核心技術(shù)瓶頸、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了移動閉塞，滿足客流不斷增長的需要；提升了我國包括建設(shè)、運(yùn)營、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、供應(yīng)商、施工、安全認(rèn)證等方面的專業(yè)技術(shù)與管理能力；探索了一條進(jìn)行核心技術(shù)研發(fā)、中試、示范工程與產(chǎn)業(yè)化的途徑；形成了“中國創(chuàng)造”的自主創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，為國內(nèi)軌道交通提供完全自主、性能先進(jìn)、安全可靠的列車自動控制系統(tǒng)技術(shù)與裝備。
打通了“首臺套”政策與國家招標(biāo)法結(jié)合的通道。北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司作為示范工程重大專項(xiàng)的承擔(dān)單位，又是受北京市政府委托的軌道交通工程建設(shè)管理單位，一方面要按照國家招投標(biāo)法進(jìn)行所有工程機(jī)電設(shè)備的國際采購，另一方面又要將這個沒有任何應(yīng)用業(yè)績、受首臺套政策支持的核心技術(shù)嫁接在實(shí)際工程中。目前國家在如何實(shí)施首臺套政策還沒有成熟的辦法，本項(xiàng)目是北京市軌道交通第一個享受該政策的。在這樣的情況下，亦莊線CBTC示范工程創(chuàng)造性采取一系列方式與方法，打通了法律與政策互相融合的通道。
搭建最小系統(tǒng)平臺減少現(xiàn)場調(diào)試時間。針對列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜協(xié)同的事件驅(qū)動系統(tǒng)，需要基于列控系統(tǒng)分布式仿真的時間管理、事件調(diào)度、數(shù)據(jù)交換機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)，以及基于中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)真實(shí)子系統(tǒng)與仿真模型的互聯(lián)，構(gòu)建了“硬件最小化、功能最大化”的最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靈活的虛實(shí)互換和虛實(shí)互控，完成設(shè)計(jì)、研發(fā)、工程實(shí)施、系統(tǒng)升級等不同階段的系統(tǒng)特定功能及全功能驗(yàn)證，大大降低了每個階段的風(fēng)險(xiǎn)，對于一個工程項(xiàng)目來說，大大減少了在現(xiàn)場調(diào)試與測試的時間。
建立首席專家與實(shí)施專家的全程咨詢與決策機(jī)制。亦莊線CBTC系統(tǒng)示范工程是一個典型的“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”結(jié)合的典型案例。為保證示范工程的順利實(shí)施，成立了專門的核心技術(shù)與示范工程實(shí)施課題組，老中青結(jié)合，主要成員均主持或參加過相關(guān)領(lǐng)域課題的研究，對國內(nèi)外信號系統(tǒng)核心技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢全面了解，具有豐富的科研、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的現(xiàn)場知識。在項(xiàng)目主持單位北京市交通委的組織協(xié)調(diào)下，建立了固定的聯(lián)絡(luò)與例會制度，設(shè)立項(xiàng)目技術(shù)首席專家和示范工程首席專家制度。