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廣州地鐵的新技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新論文
摘 要 闡述了廣州地鐵關(guān)于技術(shù)創(chuàng)新的思考和實踐；簡要介紹了廣州地鐵剛性接觸網(wǎng)、地鐵站臺屏蔽門、車站集中供冷、全非接觸式IC卡自動售檢票、移動閉塞、線性電機(jī)等新技術(shù)應(yīng)用成果及應(yīng)用前景；表達(dá)了以技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，以技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本觀點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 城市軌道交通 技術(shù)創(chuàng)新 理念 新技術(shù) 應(yīng)用 技術(shù)進(jìn)步 可持續(xù)發(fā)展
隨著我國改革開放的不斷深化和社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，進(jìn)入到上個世紀(jì)90年代，以北京、上海和廣州為代表的國內(nèi)大城市，從改善城市交通狀況、促進(jìn)城市協(xié)調(diào)發(fā)展的目的出發(fā)，分別修建了城市軌道交通線路。此后，國內(nèi)其他一些大城市也相繼制定了各自的城市軌道交通規(guī)劃，并開始籌建城市軌道交通系統(tǒng)。時至今日，城市軌道交通已成為我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。城市軌道交通是社會效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益都十分突出的項目。經(jīng)濟(jì)效益是基礎(chǔ)，社會效益是目的，環(huán)境效益是條件。只有處理好三者的關(guān)系，才能使城市軌道交通具有長久的生命力。
城市軌道交通建設(shè)為什么要應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，為什么要走技術(shù)創(chuàng)新之路？我認(rèn)為，這是由城市軌道交通必須實現(xiàn)人性化、高效率、低成本的投入與運(yùn)營方能顯現(xiàn)其生命力的特性所決定的。人性化，也就是設(shè)計與建設(shè)必須遵循以人為本的原則。建設(shè)軌道交通的目的是為人服務(wù)的，為人們出行迅速、便捷、舒適服務(wù)。同時還要注重減少對他人居住與活動的影響，改善環(huán)境質(zhì)量；高效率，就是通過新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，達(dá)到運(yùn)輸?shù)淖罴研?yīng)，并滿足不同時段的運(yùn)輸需要，實現(xiàn)效率優(yōu)先的目的；三是降低成本。技術(shù)永遠(yuǎn)是為經(jīng)濟(jì)服務(wù)的，不為經(jīng)濟(jì)服務(wù)的技術(shù)沒有絲毫生命力。我們所講的成本，首先是運(yùn)營成本，其次是建設(shè)成本。必須從提升運(yùn)營服務(wù)水平的角度、從維持企業(yè)競爭力和可持續(xù)發(fā)展的角度來考慮新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用。通過技術(shù)的升級與綜合自動化水平的提高，可有效提升服務(wù)水平、在設(shè)備生命周期的范圍內(nèi)降低運(yùn)營成本。
通過新技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，使安全、舒適、方便、快捷、環(huán)保的軌道交通成為可能，事實上，只有滿足乘客需求的城市軌道交通系統(tǒng)，才能贏得乘客的滿意并樂于乘坐，而它也因此獲得持久的生命力。同時，軌道交通的發(fā)展，必定會促進(jìn)城市的發(fā)展，城市發(fā)展了必然會增大對軌道交通的需求，從而使軌道交通建設(shè)步入與城市發(fā)展互相促進(jìn)、互相帶動的良性發(fā)展循環(huán)。
創(chuàng)新，是廣州地鐵工程建設(shè)的精髓。這幾年，廣州地鐵積極探索，進(jìn)行了制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新，為城市創(chuàng)造環(huán)境、為社會創(chuàng)造效益，不斷開拓地鐵前進(jìn)發(fā)展的道路。就技術(shù)創(chuàng)新而言，在各級領(lǐng)導(dǎo)與社會各界的關(guān)心、支持下，廣州地鐵作了一些嘗試，取得了一些成績。當(dāng)然，我們的創(chuàng)新不是單純地追求最完美和最卓越，而是追求技術(shù)上的先進(jìn)性與工程實際相結(jié)合以及技術(shù)上的先進(jìn)性與以人為本的服務(wù)理念、高效率低成本的運(yùn)營理念相結(jié)合。
技術(shù)創(chuàng)新是有風(fēng)險的，廣州地鐵為什么敢冒風(fēng)險？中國過去有一句“行話”：中國的軌道交通要用中國成熟的交通設(shè)備。但是我們要看到與西歐、北美等發(fā)達(dá)國家的城市軌道交通水平相比，中國的差距很大。為縮短差距，我們不能等待，不能“從猿到人”，必須沖破狹隘的地域、國別觀念，放眼世界、放眼未來，通過外引內(nèi)聯(lián)，盡快利用外國先進(jìn)的技術(shù)來武裝自己，加快我們的發(fā)展。為擁有中國知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，為滿足安全、可靠、舒適，同時戰(zhàn)略成本又是合理、最低的新技術(shù)的應(yīng)用，廣州地鐵愿意第一個吃螃蟹。
在此，我愿意就廣州地鐵在新技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新上所做的一些工作與各位一起交流和分享，由于時間有限，這里僅舉其中幾例，以資借鑒。
一、廣州地鐵二號線技術(shù)創(chuàng)新的簡要情況
廣州地鐵二號線用3年的時間建成，3年半時間實現(xiàn)開通運(yùn)營，這在全國可能是一個創(chuàng)造。在一體化的經(jīng)營模式下，我們利用豐富的運(yùn)營經(jīng)驗、指導(dǎo)設(shè)計和建設(shè)行為，引導(dǎo)和審視各類先進(jìn)、可靠、成熟的新技術(shù)、新工藝在二號線的應(yīng)用，通過技術(shù)創(chuàng)新，全面提升了線路的設(shè)計水平,節(jié)約了工程投資，大幅度縮短了建設(shè)工期，全面提升工程質(zhì)量，有效地降低運(yùn)營成本，使廣州地鐵二號線工程總體技術(shù)水平達(dá)到了一個新的高度，并在技術(shù)上為廣州地鐵的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也在客觀上促進(jìn)了全國軌道交通行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
二號線工程實施的技術(shù)創(chuàng)新之路可概括為：保證地鐵(電氣鐵路)“弓網(wǎng)、車、軌”等核心系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性，供電、信號、通信、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控等主要機(jī)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)瞄準(zhǔn)國際先進(jìn)水平，在已建成運(yùn)營的地鐵一號線的基礎(chǔ)上，在保證線路總體技術(shù)水平有所提高的前提下，實現(xiàn)國家要求的70％的機(jī)電設(shè)備國產(chǎn)化率；合理選用和綜合應(yīng)用施工方法，在保證施工安全的前提下，積極穩(wěn)妥地采用新工法新工藝，提前實現(xiàn)隧道通、軌道通、電通，創(chuàng)造了提前開通的前提條件。
我們注重工程前期工作，在設(shè)計階段，采用先進(jìn)的設(shè)計理念，優(yōu)化建筑設(shè)計，改善線路和周邊的建筑和環(huán)境之間的關(guān)系。在施工階段，積極穩(wěn)妥地采用先進(jìn)施工方法，保證順利穿越珠江，順利穿越五個地質(zhì)斷裂和溶洞地區(qū)；并注意及時解決在十分復(fù)雜的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下修建地鐵隧道、車站遇到的重大技術(shù)問題；在設(shè)備采購階段，積極穩(wěn)妥地采用技術(shù)含量高、安全節(jié)能、環(huán)保的成熟設(shè)備，保證各機(jī)電系統(tǒng)的安全性、可靠性，降低運(yùn)營成本；在機(jī)電安裝階段，注重解決各機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間接口技術(shù)問題，保證單機(jī)設(shè)備、單個系統(tǒng)的先進(jìn)性和整個系統(tǒng)整合后，整條線路的技術(shù)先進(jìn)性的統(tǒng)一。
1、成功研制和應(yīng)用剛性接觸網(wǎng)，填補(bǔ)國內(nèi)空白
我們自主組織進(jìn)行科技攻關(guān)，成功研制剛性接觸網(wǎng)。和傳統(tǒng)的柔性接觸網(wǎng)相比，剛性接觸網(wǎng)不僅大大改善了二號線地鐵列車不間斷供電系統(tǒng)的安全性、可靠性，可維護(hù)性，而且國產(chǎn)化率達(dá)到90％以上，填補(bǔ)了該項技術(shù)的國內(nèi)空白，有力地推動了中國軌道交通的技術(shù)進(jìn)步，這不僅對于國內(nèi)地鐵建設(shè)，而且對中國電氣化鐵路的建設(shè)都具有劃時代的意義。
廣州地鐵二號線地下區(qū)段全部采用剛性接觸網(wǎng)供電方式，并一舉取得圓滿成功，使這種具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、占用空間小、受力條件好，無斷線之虞、維修工作量小、弓網(wǎng)受流特性好、國產(chǎn)化率高等諸多優(yōu)點(diǎn)的供電方式，在此后國內(nèi)地鐵新線的設(shè)計中被廣泛的采用，已經(jīng)取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。剛性接觸網(wǎng)造價比傳統(tǒng)的柔性接觸網(wǎng)降低15%，由于國產(chǎn)化研制成功，實際造價比進(jìn)口同類剛性接觸網(wǎng)節(jié)省近60%。同時，維修人員的配備可比柔性接觸網(wǎng)減少50%以上，剛性接觸網(wǎng)每年維修費(fèi)用僅為傳統(tǒng)柔性接觸網(wǎng)的1/9。
2、國內(nèi)首次成功應(yīng)用站臺屏蔽門技術(shù)，做到安全、節(jié)能、環(huán)保、美觀
地鐵二號線采用了世界最先進(jìn)的第三代屏蔽門系統(tǒng)，這也是國內(nèi)第一條采用屏蔽門系統(tǒng)的地鐵線路。站臺屏蔽門系統(tǒng)安裝在站臺邊緣，將站臺區(qū)域與隧道軌行區(qū)完全隔離，減少了站臺區(qū)與軌行區(qū)之間冷熱氣流的交換，減小了車站供冷系統(tǒng)的負(fù)荷，降低環(huán)控系統(tǒng)的空調(diào)能耗（約20％）；屏蔽門系統(tǒng)的設(shè)置防止了乘客掉下站臺，節(jié)省了車站管理人員；屏障了列車運(yùn)行時的噪音對車站的影響，消除列車活塞風(fēng)對站臺的影響，改善了地鐵車站的空氣質(zhì)量，保證了乘客候車的舒適度；此外，設(shè)計精美且具有時代感的站臺屏蔽門，不僅可以增加乘客在站臺候車時的安全感，而且給車站也增添了明快的色彩，美化了車站的裝飾效果。
3、在國內(nèi)地鐵首次應(yīng)用集中供冷系統(tǒng)新技術(shù)，節(jié)約投資、節(jié)能、環(huán)保
根據(jù)廣州地鐵二號線線路特征和線路周邊的環(huán)境條件，有效解決車站供冷設(shè)施布置難、對地鐵車站周邊影響大的問題，將集中供冷技術(shù)成功應(yīng)用于二號線地鐵車站供冷系統(tǒng)中，因地制宜，設(shè)立集中冷凍站和利用自然冷源，并攻克長距離高效率冷凍水輸送等技術(shù)難題，避免了在鬧市區(qū)地鐵車站設(shè)冷卻塔給周邊景觀帶來的不利影響，美化了環(huán)境；同時減少了車站環(huán)控機(jī)房的面積，降低了車站的規(guī)模，減少了土建成本，較大幅度地降低了能耗。
另外，廣州地鐵二號線集中供冷系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用變頻節(jié)能技術(shù)，降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本；設(shè)備集中管理，便于運(yùn)營維護(hù)；利用自然冷源，體現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保意識。
4、自動售檢票系統(tǒng)成功應(yīng)用非接觸式全I(xiàn)C卡技術(shù)，引領(lǐng)專業(yè)發(fā)展方向
為實現(xiàn)多條地鐵線路之間旅客的不檢票換乘，并達(dá)到快速輸散旅客的設(shè)計要求，降低運(yùn)營成本，并配合政府要求的城市公交“一卡通”工程建設(shè)，地鐵二號線采用了非接觸式IC卡自動售檢票系統(tǒng)，與廣州公交“一卡通”系統(tǒng)兼容，并且在國際上首次采用了非接觸式IC卡單程票代幣（Token）模式，代表了本專業(yè)的發(fā)展方向。同時對已投入一號線運(yùn)營使用的磁卡系統(tǒng)進(jìn)行了IC卡技術(shù)改造，實現(xiàn)了一、二號線之間的不檢票換乘，并且為今后軌道交通新線之間的不檢票換乘創(chuàng)造了最基本的條件。
此項新技術(shù)，是世界上首次在地鐵自動售檢票系統(tǒng)中成功應(yīng)用，堪稱自動售檢票技術(shù)進(jìn)步的一個里程碑。
5、復(fù)合地層盾構(gòu)施工技術(shù)成功地應(yīng)用
在全面總結(jié)一號線盾構(gòu)隧道施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，我們突破傳統(tǒng)思路，在廣州地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件下采用盾構(gòu)技術(shù)成功穿越珠江；國內(nèi)首次成功應(yīng)用了寬度1.5米的盾構(gòu)管片；隧道管片接縫防水設(shè)計采用了性能優(yōu)越的進(jìn)口EPDM彈性止水條，進(jìn)一步提高了地鐵盾構(gòu)隧道的防水效果；施工中采用了德國VMT公司研制的同步激光自動導(dǎo)向系統(tǒng)SLS-T進(jìn)行施工測量，免去了測量對施工的干擾，提高了隧道施工精度；研制出新型盾尾同步注漿配合比，成功應(yīng)用膠結(jié)材料盾尾同步注漿技術(shù)，進(jìn)一步提高了在復(fù)合地層用盾構(gòu)技術(shù)修建的地鐵隧道的質(zhì)量。
我們已總結(jié)出一套適應(yīng)于廣州地區(qū)復(fù)合地層的盾構(gòu)機(jī)選型方法，為盾構(gòu)法作為未來新線建設(shè)中修建隧道主導(dǎo)工法地位的確立，不僅從概念上，而且從實踐上提供了依據(jù)。
6、車輛模塊化生產(chǎn)
在實現(xiàn)70％國產(chǎn)化率的前提下，廣州地鐵二號線車輛的總體技術(shù)水平不低于從德國進(jìn)口的一號線車輛水平，并有不同程度的改進(jìn)和提高，代表了國產(chǎn)化車輛的最高水平。我們首次采用模塊化車體，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，車廂美觀，維修方便；整車設(shè)計考慮了各部件的降噪和隔噪措施，使整車噪音降低；采用新型轉(zhuǎn)向架，改善受力條件，強(qiáng)度提高，提高安全性；主逆變器采用先進(jìn)的IGBT開關(guān)單元，使設(shè)備體積下降，噪音降低；車輛控制和監(jiān)視采用總線方式，容量大，傳輸控制方便。
二、移動閉塞技術(shù)在三號線的應(yīng)用
廣州地鐵三號線是全國第一條最高時速達(dá)120公里的快線，采用小編組、高密度的行車組織方式。與之相匹配，我們在三號線采用了代表著世界先進(jìn)列車控制技術(shù)發(fā)展方向的移動閉塞信號系統(tǒng)，它提供比傳統(tǒng)的固定閉塞系統(tǒng)更為安全、更加高效、靈活的列車運(yùn)行。該系統(tǒng)不僅能提高列車運(yùn)行速度，增加列車運(yùn)行密度從而提高線路通過能力，而且能夠輔助列車司機(jī)駕駛并能實現(xiàn)列車定點(diǎn)停車和節(jié)能，并能安全地處理系統(tǒng)信息從而實現(xiàn)中央系統(tǒng)計劃的自動列車控制。移動閉塞技術(shù)集安全、靈活、經(jīng)濟(jì)節(jié)能于一身，既能滿足軌道交通大運(yùn)量、高頻率、可靠運(yùn)行的要求，又延長了設(shè)備的生命周期，具有優(yōu)越的性能價格比，其采用將大大提升地鐵三號線的運(yùn)營效率，并將為廣大市民的出行提供更快捷、更舒適的服務(wù)。
三、線性電機(jī)在四號線的應(yīng)用
廣州市地質(zhì)條件復(fù)雜，建成區(qū)建筑物密集，加上珠江水系的影響，線路必須多次穿越珠江，從整個路網(wǎng)規(guī)劃的情況來看，目前所采用的傳統(tǒng)的軌道交通系統(tǒng)已經(jīng)不能很好地滿足工程建設(shè)和運(yùn)營的需要了，必須探索新的途徑。直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)就是根據(jù)這一需要而提出的。
四號線采用線性電機(jī)，開創(chuàng)了國內(nèi)地鐵的先河。線性電機(jī)在國外已是成熟產(chǎn)品、但在國內(nèi)尚屬空白。該系統(tǒng)爬坡能力強(qiáng)，特別適用于在老城區(qū)為避開拆遷及多次穿越珠江而造成的大坡度、小轉(zhuǎn)彎半徑的地域條件，使選線更具靈活性，減少隧道埋深。有利于線路由地下至地面、高架的過渡，并具有節(jié)能、低噪的優(yōu)點(diǎn)；而且，由于線性電機(jī)具有免維修的特點(diǎn)，可大幅度減少檢修人員，降低維修成本。由于車輛轉(zhuǎn)彎半徑小，可大大縮減車輛段及綜合維修基地的用地面積，四號線車輛段面積因此由30公頃降為11公頃。
通過地鐵二、三、四號線建設(shè)過程中技術(shù)創(chuàng)新的實踐，我們深刻體會到，廣州地鐵的先進(jìn)性能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，能夠取得技術(shù)進(jìn)步與降低成本的雙重效果。應(yīng)當(dāng)說，更安全、更可靠、造價更合理、技術(shù)更先進(jìn)是一項工程建設(shè)的成功標(biāo)志。同時，我們充分認(rèn)識到，單個設(shè)備的先進(jìn)不等于整條線路的先進(jìn)，例如，我們著眼于未來的發(fā)展，在三號線增設(shè)了全線的主控系統(tǒng)，實現(xiàn)從追求單個設(shè)備和單個系統(tǒng)的先進(jìn)性到追求整條線的先進(jìn)性的歷史跨越。隨著廣州城市軌道交通事業(yè)的快速發(fā)展，我們更認(rèn)識到僅僅實現(xiàn)一條線的先進(jìn)性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，從建設(shè)為運(yùn)營，運(yùn)營為經(jīng)營，經(jīng)營為效益的理念出發(fā)，既要考慮建設(shè)階段造價的合理性，更要考慮系統(tǒng)在整個壽命周期的服務(wù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化，因此我們始終樹立全局與可持續(xù)發(fā)展的觀念，將實現(xiàn)廣州地鐵整個路網(wǎng)的先進(jìn)性作為我們追求的真正目標(biāo)。
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