“作為全國第一條地鐵，北京地鐵1號(hào)線自1971年運(yùn)行至今已歷經(jīng)整整半個(gè)世紀(jì)。其間，北京市軌道交通運(yùn)行里程從最初的23.6公里增加到727公里(截至2020年底)，增長近30倍。”北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院研究員張波在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。

而據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會(huì)最新統(tǒng)計(jì)，2020年我國地鐵運(yùn)營總里程6200余公里，在建5000余公里。“目前，我國軌道交通運(yùn)營里程已經(jīng)位居世界第一位，智能運(yùn)維也處于世界前列。”北京交通大學(xué)副教授王耀東表示。

不過，多位專家向《中國科學(xué)報(bào)》表示，當(dāng)前我國軌道交通智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備、高精尖傳感器等設(shè)備對(duì)外依存度仍然較高，亟須加強(qiáng)自主創(chuàng)新，推動(dòng)交通強(qiáng)國建設(shè)。

運(yùn)維日趨智能化

“我們軌道交通起步較晚，但發(fā)展較快。”在近日舉行的聚焦軌道交通領(lǐng)域的2021年北京地區(qū)廣受關(guān)注學(xué)術(shù)成果報(bào)告會(huì)上，北京公交有軌電車有限公司總工程師董皓在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。

根據(jù)中國城市軌道交通2020年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告，截至去年底，我國有45個(gè)城市開通城市軌道交通運(yùn)營線路244條，運(yùn)營線路總長度7969.7公里，其中地鐵運(yùn)營線路6280.8公里，占比78.8%，其他制式城軌交通運(yùn)營線路占比21.2%。當(dāng)年新增運(yùn)營線路長度1233.5公里。

伴隨著軌道交通運(yùn)營里程的增長，我國軌道交通智能運(yùn)維也步入世界前列。

以北京地鐵為例，張波表示，50年來北京地鐵發(fā)生了三大轉(zhuǎn)變：從最初的以戰(zhàn)備防空為核心，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越煌ㄟ\(yùn)輸和解決大城市病為核心;傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維方式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化、信息化的方式;接下來智慧化將成為城市軌道交通發(fā)展趨勢(shì)。

在數(shù)字化城市軌道交通建設(shè)方面，當(dāng)前我國基于建筑信息模型(BIM)的相關(guān)研究和應(yīng)用風(fēng)頭正盛。“BIM有助于將實(shí)體建筑信息化，把所有的數(shù)據(jù)集成到一個(gè)模型上，通過虛擬地鐵來管控，實(shí)現(xiàn)地鐵智慧化。”張波向《中國科學(xué)報(bào)》解釋。

據(jù)介紹，基于BIM的數(shù)字軌道交通包括三個(gè)層次：一是實(shí)現(xiàn)軌道交通的數(shù)字化;二是實(shí)現(xiàn)軌道交通數(shù)字化孿生建設(shè)，在軌道交通實(shí)體建設(shè)的同時(shí)，同步建設(shè)一套數(shù)字地鐵;三是依托BIM，推動(dòng)后續(xù)參數(shù)化(或智能化)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智能施工、綠色施工以及智慧運(yùn)維等全產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。

同時(shí)，對(duì)于給出行安全帶來挑戰(zhàn)的地鐵隧道“病害”——隧道裂縫、滲漏水、沉降、襯砌剝落、掉塊等，國內(nèi)相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)也日趨智能化。例如，在裂縫檢測(cè)方面，王耀東和同事把機(jī)器視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用在地鐵隧道檢測(cè)中。

“機(jī)器視覺的特點(diǎn)是效率高、可移動(dòng)、非接觸，特別是信息處理自動(dòng)化、智能化，性價(jià)比高，且容易操作。”王耀東說，這種智能巡檢技術(shù)有助于解放人力，服務(wù)運(yùn)維。

對(duì)外依存性技術(shù)需自強(qiáng)

盡管我國軌道交通運(yùn)營里程和智能運(yùn)維水平已處于世界前列，但多位專家在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)仍強(qiáng)調(diào)，軌道交通領(lǐng)域仍亟須加強(qiáng)自主創(chuàng)新。

“我國軌道交通智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備、高精尖傳感器還需要從國外進(jìn)口。有些國外檢測(cè)設(shè)備功能相對(duì)單一，但因?yàn)楹诵募夹g(shù)壟斷地位，報(bào)價(jià)卻達(dá)到數(shù)百萬元，甚至上千萬元。”王耀東說。他表示，我國仍需大力推進(jìn)基礎(chǔ)研究創(chuàng)新，將主動(dòng)權(quán)掌握在自己手中。

對(duì)此，張波也表示，當(dāng)前基于BIM的軌道交通基礎(chǔ)建模軟件仍來自國外，亟須開發(fā)基礎(chǔ)軟件。

事實(shí)上，去年美國禁止哈工大等高校使用科學(xué)計(jì)算軟件MATLAB事件曾引起廣泛關(guān)注。“各種設(shè)備、軟件長期依賴國外，終究不是辦法。國產(chǎn)設(shè)備當(dāng)自強(qiáng)，對(duì)于軌道交通領(lǐng)域一些基礎(chǔ)的設(shè)備和軟件，我們必須走自主化、國產(chǎn)化的道路。”北京交通大學(xué)副教授張永生說。

盡管短板仍然存在，但在北京市交通委公交設(shè)施設(shè)施管理處處長、北京大學(xué)兼職教授孫壯志看來，不必為此感到氣餒。以高鐵為例，他指出，我國在許多“卡脖子”技術(shù)方面已經(jīng)有所突破，“比如車輛、轉(zhuǎn)向架等核心和關(guān)鍵部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化”。

在他看來，我國的軌道交通發(fā)展有諸多優(yōu)勢(shì)，如有大規(guī)模的市場(chǎng)為技術(shù)創(chuàng)新提供“實(shí)驗(yàn)場(chǎng)”;國家對(duì)技術(shù)創(chuàng)新持非常開放的態(tài)度，使得高鐵在國內(nèi)比國外有了更高程度的商業(yè)化應(yīng)用;知曉差距并堅(jiān)持追趕，最終實(shí)現(xiàn)并行，并在一些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)引領(lǐng)。

“在軌道交通行業(yè)，我們還存在一些‘卡脖子’的地方，比如軸承(涉及材料、加工設(shè)備、工藝等多個(gè)點(diǎn))，以及一些設(shè)備和軟件。但我們有強(qiáng)大的市場(chǎng)推動(dòng)力，有創(chuàng)新的原動(dòng)力，假以時(shí)日，這些技術(shù)瓶頸一定會(huì)突破。”孫壯志自信地說。

科技創(chuàng)新賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

未來30年，我國將加快建設(shè)交通強(qiáng)國。2035年，基本建成“人民滿意、保障有力、世界前列”的交通強(qiáng)國，到2050年全面建成交通強(qiáng)國，實(shí)現(xiàn)“人享其行、物優(yōu)其流”的美好愿景。

在這一“路線圖”的指引下，“十四五”時(shí)期，科技創(chuàng)新將加速賦能交通運(yùn)輸發(fā)展。

對(duì)此，北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院教授姚恩建表示，隨著5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化將成為軌道交通的發(fā)力點(diǎn)。同時(shí)，推動(dòng)軌道交通的整體發(fā)展，需要夯實(shí)科技發(fā)展基礎(chǔ)，推進(jìn)“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合。

“在人才培養(yǎng)方面，除了基礎(chǔ)教學(xué)，我們要時(shí)刻關(guān)注行業(yè)，注重與產(chǎn)業(yè)、行業(yè)的交流合作，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于整個(gè)行業(yè)發(fā)展的了解和解決行業(yè)實(shí)際需求、實(shí)際問題的能力，通過產(chǎn)學(xué)研用的融合，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。”他說。

“目前，智慧軌道交通仍處于起步階段，首先要實(shí)現(xiàn)整體數(shù)字化，在此基礎(chǔ)上與智能化產(chǎn)品、機(jī)械裝備相融合，最終實(shí)現(xiàn)人文、綠色、高度智慧化的軌道交通，給城市居民出行帶來極大的便利。”張波認(rèn)為，我國智慧軌道交通發(fā)展前景可期。馮麗妃