2022年度城市轨道交通科技进步奖获奖项目展示（上）.pdf

15城市轨道交通，2023 年第 6 期协会发布CAMET Issue2022 年度城市轨道交通科技进步奖获奖项目展示（上）文：中国城市轨道交通协会【编者按】2022 年度城轨科技进步奖根据中国城市轨道交通协会城轨科技进步奖奖励办法和中国城市轨道交通协会城轨科技进步奖实施细则，经网络申报、形式审查、推荐审查、评审、审定和公示，共产生特等奖 2 项、一等奖 16 项和二等奖 18 项，共 36 个项目。为进一步宣传推广 2022年度城轨科技进步奖的项目成果和应用实践，特总结相关项目内容及特点，本期刊登特等奖及一等奖，下期刊登二等奖。一、上海轨道交通车辆智能运维系统长期以来，车辆系统因其系统复杂、部件繁多、运行环境恶劣、安全可靠性要求高等问题，其综合性、完整性数字化维护策略的实现是行业难题之一。本项目依托国家重点示范工程，从理论、技术、装备及维护策略优化等方面提出并成功实践了完整、系统的车辆智能运维技术体系。主要创新点：一是首创了基于 RCM（以可靠性为中心的维护）+APS（先进计划与排程）为核心的车辆全生命周期维护理论，建立了针对超大体量、多目标（接近万个目标要求）、多约束（接近万个约束条件）的最优求解模型，具备能够适应超过 10000 辆列车超大体量全寿命周期均衡维修的计算优化能力，满足“风险、绩效与成本”三大价值平衡的核心诉求。二是研发超大规模多制式高并发轨道车辆数据联网技术，针对车辆多车型、多制式的场景，通过研发应用车联网云边协同计算、多协议信号融合以及全自主化 IOTDB时序数据库技术，解决了多元异构超大规模数据采集、并发接入、海量数据存储的难题。已实现上海地铁 49 种车型制式，7460 辆车的同时并发接入，每秒百万级的数据点同时读写水平。三是研发复杂工况下小样本深度学习的车辆自动检测技术。针对日检环境复杂和故障样本少的场景，首次提出适用轨道交通领域的孪生卷积神经网络检测模型，融合深度学习与增量学习技术，显著提升故障特征泛化能力，识别准确率比传统算法高出约 20%。四是研发走行部与轮轨关系车载在线监测、诊断和预测技术。解析状态特征值-运营里程的机制，建立寿命分布的可靠寿命评估模型，形成关键部件专家知识库，开发走行部与轮轨振动 PHM 系统，实现走行部关键部件车载实时故障诊断，准确率 98%，率先实现走行部关键部件转为“状态修”。依托本项目，授权专利 82 件（发明 37 件，实用新型 45 件），出版专著 1 本、论文 48 篇（SCI/EI 检索 7 篇），登记软著 15 项。根据查新及专家评价，此项目总体达到国际领先水平。项目成功完整应用于上海地铁 20 条线路、7460 辆车辆：列车平均无运营故障间隔里程从 6.4 万公里提升至 20 万公里，列车可用率从 93%提升至 97%，检修人车比下降 38%。项目技术成果还成功应用特等奖DOI:10.14052/ki.china.metros.2023.06.00516CAMET Issue协会发布城市轨道交通，2023 年第 6 期于北京、广州、深圳、成都、天津、波哥大等国内外近 30 个城市地铁项目，创造直接经济收入70 亿元，具有良好的社会价值。二、地铁车站预制装配化建造技术研究与应用建筑产业化是国家建筑业发展的必然趋势之一。历经 10 年探索，研发并成功应用了地铁车站预制装配化建造技术，为大型复杂地下工程提供了一种全新的工业化建造模式，将车站结构拆分成标准化构件，全部构件在工厂制作，运至现场拼装，形成装配式车站。此研究应用开拓了我国地铁车站预制装配化建造的先河，取得了覆盖理论与结构设计、构件生产、施工技术及装备等三大体系具有自主知识产权的技术成果。项目主要技术成果：一是国内外首次研发以干式接头连接技术为核心的预制装配化建造技术，创建了全新的地铁车站工业化建造模式。研发形成了结构理论、标准化设计、模块化产品、机械化装配、规范化标准、信息化管理为核心，支撑装配化建造全过程的技术体系，实现了结构 100%装配率，全面取消防水层且不渗不漏。二是提出并研发了一种新型注浆式榫槽接头，创建了接头结构理论、设计方法及连接工艺，揭示了接头的力学特性和变刚度特征，发现了截面“抵抗矩”作用效应，提出了接头抗弯刚度、抗弯抗剪承载力计算方法，研发了新型专用注浆材料、工艺和装备，攻克了装配式结构干式、快速、可靠连接的核心关键技术，为装配化建造体系的构建奠定了坚实的基础。三是提出了基于接头刚度多次迭代的结构整体分析方法并形成了设计关键技术，首创新型闭腔薄壁轻量化构件及设计方法，揭示了变刚度接头连接的大型多体装配式结构体系的静、动力力学行为；发现了闭腔薄壁构件剪力滞后效应和剪应力分布规律，提出了合理空腔率指标及关键构造设计参数。四是研发了基于装配化建造模式的全套生产施工工艺及专用装备，实现了大型复杂装配式车站的高质和高效生产施工；研发了基于边模吊挂、侧模支杆变形控制、底模流转和自动化温控养护技术的隧道窑式生产系统；研发形成了基面精平法、导向定位法、预应力张拉控制法等一系列关键技术，攻克了多点张拉协同、动态荷载确定、接缝宽度精准控制等重大拼装难题。本项目已获授权国家发明专利 19 件，软件著作权 11 项，形成行业和地方标准 4 项，国内外主流期刊发表论文 54 篇，出版专著 2 部。成果成功应用于多座城市，已建和在建装配式车站数量达42 座，成为国内外规模最大的装配式车站集群，近三年产值 89.147 亿元，实现利润 7.18 亿元。行业专家组成的评价委员会认为“成果实现了地铁车站及预制装配建造技术的重大突破，整体技术达到国际领先水平，综合效益显著，具有广泛的推广应用前景”。一、城市轨道交通量化评估与决策支持关键技术及应用当前我国城市轨道交通领域的评估、规划与决策支持类软件主要依赖国外进口，面临“卡脖子”风险。项目团队在国家重点研发计划、国家自然科学基金课题等重点科技项目支持下，瞄准城市轨道交通量化评估与精细化决策支持需求，攻克了一系列核心技术瓶颈，自主研发了面向全国 60座城市的“城市轨道交通量化评估与决策支持平台”，并依托平台编制了中国城市轨道交通沿线发展态势年度报告。项目主要技术创新点：一是针对城市轨道交通规划中数据信息割裂、多源数据偏差大等突出问题，研发了基于多源时空数据融合的“建筑体级”城市人口信息分析技术，首次形成城市全域、全量、精细至建筑单体的常住人口、就业岗位等标准化人口分布数据体系，革命性地将轨道沿线人口分布数据精准度提升到建筑单体分析粒度。二是针对传统出行调查数据样本量小、时效性低、出行链信息漏采等问题，首次提出基于手环的出行轨迹调查与出行链辅助校核技术，研发了基于深度学习的移动位置数据校核与出行需求链重构技术，实现全链条、全时程、多尺（粒）度的出行需求特征精细化计算及评估。三是针对城市轨道交通评估中沿线多源数据融合差、特征提取难等问题，提出了城市轨道交通沿线多维时空尺度的人口、岗位、出行、设施等数据融合标准与综合量化评估体系；研发了多层次轨道交通运营特征提取及其与沿线时空数据耦合分析及客流仿真预测、基一等奖17城市轨道交通，2023 年第 6 期协会发布CAMET Issue于多尺度空间数据标准的轨道周边用地一体化数据融合与评估等关键技术。四是针对城市轨道交通规划中多源数据分散、标准不一、使用低效等痛点，自主研发了集多源数据采集、存储、加工、融合、计算、服务全过程一体的数字化底座平台，实现了城市级大规模建筑体粒度空间特征在线查询分析、万亿级 OD 实时计算、数据快速可视化等秒级响应。构建了“1个数据底座+7个应用系统”的城市轨道交通数字化决策支持产品体系。项目研发历时七年，授权发明专利 23 项（含1 项国际专利）、软件著作权 12 项，发表高水平论文 35 篇，其中 SCI 论文 7 余篇（含高被引论文 5篇），出版专著 7 部，主编标准规范 4 项。项目成果已服务国家发改委“全国城市轨道交通建设规划审批”，并在中咨公司及北京城建院的全国轨道交通评估项目中应用；此外，还应用在住建部“全国城市体检”、北京市规自委等政府相关机构及行业规划设计单位工作中。产生直接经济效益3.68亿元，涉及的轨道交通项目投资额约 1.64 万亿元。二、穿越复杂海域地铁盾构隧道建造关键技术研究及应用厦门地铁过海隧道工程穿越地质环境复杂多变，遭遇孤石及孤石群、破碎带、砂层、基岩凸起等多种不良地质，加之高水压、高矿化度地下水环境，导致泥水盾构施工过程中面临滚刀磨损快、刀具更换难、刀盘结泥饼、联络通道施工风险高、地下水腐蚀性强等众多难题。本项目以厦门地铁 2 号线、3 号线过海隧道工程盾构施工技术、联络通道施工技术以及长期健康运营结构性能评价为研究对象，开展了刀具磨损预测、海底换刀技术、联络通道冻结施工技术、隧道结构选型及抗震、跨海区间衬砌防水及耐久性材料海底隧道长期健康监测与结构安全性评价等方面研究，形成了穿越复杂海域地铁盾构隧道建造关键技术体系。主要创新点：一是研发了多自由度滚刀加速磨损实验装置及滚刀磨损评价实验方法，建立了滚刀磨损预测体系；二是提出了“改进楔形体计算有效应力+数值仿真计算渗透力”泥水盾构仓内压力联合计算方法，研发了抗高矿化度海水泥浆离析的新型泥浆配制方法，并创新采用了“衡盾泥填仓+海上注浆加固”技术，保障了海底泥水盾构带压进仓换刀作业安全，提出了盾构穿越海底孤石及破碎带综合处理方法；三是首次测取了厦门地区海底典型地层冻土物理力学性质参数，研发了新型伸缩式注浆工艺，提出了高水压动水环境下强透水破碎地层中“洞内注浆+冷冻法”高效冻结方法，保证了冻结施工安全；四是分析了单双层衬砌的力学特性，提出了“单层管片衬砌+适时分段增设二衬”的设计思路、衬砌结构关键设计参数、抗震设防范围与措施；五是研发了混凝土模作为接触边界条件的系列试验装置，提出了防海蚀高抗裂盾构管片混凝土耐久性保障成套技术；六是研发了隧道收敛变形及道床沉降高精度自动化监测方法，研发了螺栓轴力薄膜式传感器及无损监测方法，提出了跨海段地铁隧道结构安全关键指标定量评价方法。该项目取得了一系列科技成果，具体包含：授权国家专利 33 项，发表论文 42 篇，出版专著1 部，取得软著 1 项，获省部级工法 1 项。上述创新成果在厦门海域复杂环境地质条件下地铁 2号线、3 号线盾构隧道设计施工运营中得到了成功的应用，并在其他工程中得到了成功推广，取得了显著的经济效益和社会效益。三、导轨式胶轮系统（云巴）制式创新及关键技术研发与应用导轨式胶轮系统（云巴）是比亚迪历时 7 年自主研制的低运量轨道交通系统，是轨道与汽车技术的跨界融合，具有小型化、轻量化、绿色化、智能化等特点。重庆云巴是全球首条云巴市政线，全长 15.4 公里，设站 15 座，技术经济指标 1.13亿元/正线公里。线路 2021 年 4 月 16 日开通初期运营，已经运营超 600 天，总客流约 400 万人次。18CAMET Issue协会发布城市轨道交通，2023 年第 6 期线路于 2019 年 12 月被中国城市轨道交通协会列为示范工程，受到社会各界广泛关注。该项目创新点：一是创新城轨。云巴采用高架独立路权，快捷可达；采用磷酸铁锂电池驱动，无供电接触轨，安全高效、低碳节能；胶轮走行，噪音小，地形适应性好，可进入社区，服务最后一公里，实现自主化低运量轨道交通制式创新，填补行业空白。二是自主城轨。云巴结合新能源汽车的技术经验，核心技术跨界应用，如电池、电控、IGBT 等，实现了关键技术的自主化创新突破；在传统轨道交通基础上，对轨道梁、道岔、车辆、供电、通号等技术均进行了自主研发，尤其是滑块式秒级道岔、高精度偏心工字钢轨道梁、车桥耦合、智能供电管理、深度集成的全自动运行系统等，处于世界领先地位，实现核心技术自主化、国产化创新和智能制造。三是智慧城轨。重庆云巴示范线在小运量系统中率先实现全系统无人化、少人化运营，处于世界前列。采用全自动无人驾驶技术，运用深度集成综合调度系统，实现行车、调度、运维和乘客服务的智能化与智慧化，打造智慧“交通大脑”。四是绿色城轨。云巴采