郜洪民 賓海豐 付連著

(中國鐵道科學(xué)研究院，100081，北京∥第一作者，副研究員)

目前，我國城市軌道交通(以下簡為“城軌”)進(jìn)入發(fā)展的高峰時(shí)期，部分城市已進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營階段，通車?yán)锍探咏l(fā)達(dá)國家城市水平。“十一五”期間，全國特大城市的地鐵和輕軌通車?yán)锍坛^了1 500 km。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國家批復(fù)的25個(gè)軌道交通建設(shè)規(guī)劃城市至2016年將新建軌道交通線路89條，總建設(shè)里程達(dá)到2 500 km，投資超過9 000億元。我國業(yè)已成為當(dāng)今世界最大的城軌市場，因此，以信號(hào)、車輛為代表的核心裝備技術(shù)自主化對于支撐行業(yè)未來的健康可持續(xù)發(fā)展尤為關(guān)鍵。

1 我國城軌信號(hào)自主化發(fā)展現(xiàn)狀

信號(hào)系統(tǒng)主要由ATS(列車自動(dòng)監(jiān)視)、ATP(列車自動(dòng)保護(hù))、ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)、CI(計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖)、DCS(數(shù)據(jù)通信)、信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備等多個(gè)子系統(tǒng)組成，其設(shè)備遍布于全線各處和所有列車，是城軌列車安全運(yùn)行的控制中樞，具有數(shù)字化、一體化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)特點(diǎn)。

我國城軌的蓬勃發(fā)展，為信號(hào)系統(tǒng)提供了廣闊的應(yīng)用市場。與之相對應(yīng)，我國城軌信號(hào)系統(tǒng)的自主研發(fā)工作卻長期嚴(yán)重滯后于城軌建設(shè)的發(fā)展。目前，國內(nèi)尚無供貨商可以獨(dú)立提供整套與國外同類產(chǎn)品具有競爭力的信號(hào)系統(tǒng)，在城軌建設(shè)中信號(hào)系統(tǒng)只能整系統(tǒng)進(jìn)口或者關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)口，國內(nèi)供貨商僅提供配套設(shè)備和部分技術(shù)服務(wù)。

國外信號(hào)技術(shù)的引進(jìn)，一方面暫時(shí)滿足了國內(nèi)城軌行業(yè)的發(fā)展需要，另一方面也使得我們有機(jī)會(huì)接觸到國外城軌信號(hào)前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢。然而，毫無疑問，國外廠商沒有動(dòng)力和義務(wù)把核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓進(jìn)來?，F(xiàn)實(shí)情況是，國內(nèi)城軌信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的引進(jìn)過程，似乎成為了國外信號(hào)技術(shù)的試驗(yàn)過程，很多在國外尚未有成熟應(yīng)用業(yè)績的新技術(shù)、新系統(tǒng)被引進(jìn)，為日后運(yùn)營帶來了不穩(wěn)定因素。

目前我國城軌信號(hào)系統(tǒng)基本以西門子、阿爾斯通、泰雷茲、安薩爾多等國外廠商為主。在建設(shè)運(yùn)營過程中，這種現(xiàn)狀暴露出以下弊端:

(1)建設(shè)階段，信號(hào)核心技術(shù)掌握在外商手里，用戶處于弱勢地位，只能被動(dòng)接受進(jìn)口信號(hào)系統(tǒng)高昂的造價(jià)和較長的調(diào)試工期。

(2)運(yùn)營階段，采用進(jìn)口設(shè)備對系統(tǒng)維護(hù)和服務(wù)造成了巨大困難，甚至一些輕微的系統(tǒng)故障都難以得到及時(shí)處理;此外，備品備件長期依賴于國外供應(yīng)商也導(dǎo)致了維護(hù)成本增加。

(3)更新擴(kuò)容階段，對于系統(tǒng)的更新改造或延長線建設(shè)，受既有信號(hào)制式的制約，難以實(shí)現(xiàn)多個(gè)廠家競爭，無法有效管控工程造價(jià);對于建設(shè)有多條地鐵(輕軌)線路的城市，多種信號(hào)制式間難以實(shí)現(xiàn)資源共享、互聯(lián)互通，造成了資源浪費(fèi)。

由此可見，必須盡快擺脫長期依賴國外設(shè)備的局面，探索一條符合我國國情的城軌信號(hào)系統(tǒng)自主化發(fā)展道路。

2 自主化發(fā)展路線圖

我國城軌建設(shè)項(xiàng)目急切需要安全、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、適用的國產(chǎn)信號(hào)系統(tǒng)，包括政府主管部門、建設(shè)運(yùn)營單位以及科研院校在內(nèi)的我國軌道交通信號(hào)業(yè)界為此也做出了諸多努力和嘗試?；仡櫸覈擒壭盘?hào)系統(tǒng)自主化發(fā)展進(jìn)程，大致可劃分為以下三個(gè)階段。

2.1 國內(nèi)企業(yè)牽頭，整套引進(jìn)國外信號(hào)系統(tǒng)

為提高信號(hào)系統(tǒng)自主化水平，滿足國內(nèi)城軌項(xiàng)目建設(shè)的需要，國家政策規(guī)定:城軌信號(hào)系統(tǒng)必須以國內(nèi)企業(yè)總包或中外聯(lián)合體的形式承擔(dān)項(xiàng)目。2006年以來，已建和再建的城軌項(xiàng)目大多采用這種形式。此種方式的優(yōu)點(diǎn)是:暫時(shí)規(guī)避國內(nèi)尚不能提供整套城軌信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案的短處，滿足了工程建設(shè)現(xiàn)實(shí)需要，鍛煉培養(yǎng)了一批眼界開闊的工程技術(shù)人員。不足之處是:核心技術(shù)由外方掌控，信號(hào)系統(tǒng)真正的自主化程度很低;國內(nèi)企業(yè)為總包或聯(lián)合體牽頭方承擔(dān)項(xiàng)目，投入人力大，承擔(dān)了大量事務(wù)性、重復(fù)性、協(xié)調(diào)性工作，客觀上也造成工程和自主研發(fā)工作的脫節(jié)，牽制了自主研發(fā)工作的進(jìn)程，無法從根本上改善我國城軌信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀。

2.2 采用國產(chǎn)ATS、CI子系統(tǒng)配套集成

近幾年，根據(jù)國內(nèi)信號(hào)技術(shù)的實(shí)際水平，為進(jìn)一步促進(jìn)信號(hào)技術(shù)自主化發(fā)展，國家通過在城軌信號(hào)系統(tǒng)招標(biāo)中給予加分等扶持政策，鼓勵(lì)掌握ATS和CI系統(tǒng)技術(shù)的國內(nèi)企業(yè)實(shí)行項(xiàng)目總承包，進(jìn)一步提高信號(hào)系統(tǒng)自主化率，降低工程造價(jià)和運(yùn)營維護(hù)成本。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，采用國產(chǎn)ATS系統(tǒng)和CI系統(tǒng)的線路見表1。

表1 采用國產(chǎn)ATS系統(tǒng)和CI系統(tǒng)的線路統(tǒng)計(jì)表

采取這種拆分方式的優(yōu)點(diǎn)顯而易見:打破了國外廠商的技術(shù)壁壘，最大限度地應(yīng)用了國產(chǎn)成熟的信號(hào)技術(shù)，使分階段、分系統(tǒng)實(shí)施信號(hào)技術(shù)自主化發(fā)展成為可能。不足之處在于:由于無法全面掌握信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)處于弱勢被動(dòng)地位;采用國內(nèi)外設(shè)備結(jié)合的方式拼湊而成的信號(hào)系統(tǒng)，其技術(shù)平臺(tái)難以統(tǒng)一，接口設(shè)計(jì)繁雜。這種層次的自主化僅僅是適應(yīng)現(xiàn)階段發(fā)展需求的過渡方案，也是促進(jìn)信號(hào)系統(tǒng)全面自主化的一個(gè)必然要經(jīng)歷的中間階段。

2.3 國內(nèi)企業(yè)提供完整的信號(hào)系統(tǒng)

多年的建設(shè)實(shí)踐已經(jīng)證明，國內(nèi)企業(yè)通過項(xiàng)目合作引進(jìn)獲得國外廠家的核心技術(shù)是不現(xiàn)實(shí)的，只有國內(nèi)企業(yè)提供完整的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備和所有技術(shù)服務(wù)，特別是最為關(guān)鍵的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和ATP、ATO等關(guān)鍵技術(shù)，才能打破壟斷，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)真正的自主化。

在國家裝備自主化政策指引下，通過不懈努力，我國信號(hào)技術(shù)完全自主化工作已取得階段性進(jìn)展，進(jìn)入從點(diǎn)到面集合突破的關(guān)鍵時(shí)期。北京交通大學(xué)已研發(fā)出 CBTC關(guān)鍵的 ATP、ATO子系統(tǒng)，并獲得在實(shí)際工程中應(yīng)用的機(jī)會(huì);中國鐵道科學(xué)研究院與廣州地下鐵道總公司聯(lián)合研發(fā)的整套CBTC系統(tǒng)已于2010年完成現(xiàn)場測試，即將開始依托工程應(yīng)用。

3 自主化發(fā)展的要素分析

3.1 提供完整信號(hào)系統(tǒng)方案是平等參與市場競爭的立足點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)真正意義的自主化，就必須培育和發(fā)展若干家能提供完整城軌信號(hào)系統(tǒng)解決方案的國內(nèi)企業(yè)，參與市場競爭。

信號(hào)項(xiàng)目的實(shí)施貫穿于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備生產(chǎn)、軟件編制、接口協(xié)調(diào)、安裝調(diào)試、使用操作、維修維護(hù)、更新擴(kuò)能改造等系統(tǒng)的全生命周期過程中，客觀上要求供方主體提供產(chǎn)品和服務(wù)全程覆蓋。國外信號(hào)廠商都能夠提供完整的信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)解決方案，除了實(shí)現(xiàn)利潤最大化外，還能夠保障系統(tǒng)的完整性和安全性。因此，只有國內(nèi)信號(hào)廠商也能夠提供完整的信號(hào)系統(tǒng)，才能和國外廠商平等參與項(xiàng)目競爭，具有話語權(quán)，否則信號(hào)系統(tǒng)自主化就只能依附于他人，難以聚集合力實(shí)現(xiàn)突破。

提供完整方案的優(yōu)勢還在于:

(1)可精簡各子系統(tǒng)間的接口。隨著信號(hào)技術(shù)向一體化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，各子系統(tǒng)和設(shè)備間的接口復(fù)雜，難以拆分，如果無法實(shí)現(xiàn)一家單位或固定組合提供完整的信號(hào)系統(tǒng)，則在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和不同項(xiàng)目執(zhí)行過程中勢必存在大量重復(fù)性的開發(fā)工作，也很難實(shí)現(xiàn)接口設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，甚至有可能影響系統(tǒng)RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性)指標(biāo)。

(2)采用同一技術(shù)平臺(tái)，技術(shù)優(yōu)勢明顯。從國外成熟經(jīng)驗(yàn)看，城軌信號(hào)系統(tǒng)包括多個(gè)子系統(tǒng)，如果能由一家單位提供，就可以有條件實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)設(shè)備，如軌旁CI和ZC(區(qū)域控制器)子系統(tǒng)，車載ATP與ATO子系統(tǒng)等，采用統(tǒng)一技術(shù)平臺(tái)，從而有效縮短開發(fā)周期、減少開發(fā)成本、提高系統(tǒng)安全性和可靠性，并減少未來用戶備品備件的數(shù)量和種類，降低系統(tǒng)的運(yùn)營維護(hù)成本。

3.2 借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，建立城軌信號(hào)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品

制約我國城軌信號(hào)技術(shù)發(fā)展的因素之一，就是信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及準(zhǔn)入程序陳舊，尚未建立與國際接軌的產(chǎn)品和工程獨(dú)立認(rèn)證體系。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的基石，標(biāo)準(zhǔn)制定更是被看成行業(yè)競爭的戰(zhàn)略性行為。CENELEC(歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì))制定了一系列EN(歐盟標(biāo)準(zhǔn))，其中與信號(hào)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)譜系見圖1。它們中的多數(shù)已經(jīng)被IEC(國際電工技術(shù)委員會(huì))采納，上升為引領(lǐng)和評(píng)測世界城軌信號(hào)技術(shù)發(fā)展的國際標(biāo)準(zhǔn)。我國作為IEC/TC9專業(yè)委員會(huì)(IEC內(nèi)專門負(fù)責(zé)審議和頒布鐵路電氣設(shè)備(包括信號(hào)設(shè)備)的國際標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu))的具有投票權(quán)的成員國，應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾方面工作:

(1)應(yīng)積極參與并跟蹤國際標(biāo)準(zhǔn)制定、頒布和變更進(jìn)程，充分利用GB(國家標(biāo)準(zhǔn))和TB(鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))體系引入國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

(2)培育建立符合我國國情和國際行規(guī)的認(rèn)證體系，尊重信號(hào)系統(tǒng)生命周期的基本規(guī)律，全程引入國際通行的獨(dú)立第三方安全評(píng)估和認(rèn)證，改變以往信號(hào)領(lǐng)域傳統(tǒng)落伍的科研立項(xiàng)—專家評(píng)審—技術(shù)鑒定—推廣應(yīng)用的自主化應(yīng)用模式，克服一味追求速度的浮躁心態(tài)，從根源上杜絕人為安全隱患。

(3)在工程實(shí)施階段可效仿工程監(jiān)理模式，改變目前信號(hào)工程安全評(píng)估由供貨商出資被動(dòng)主導(dǎo)的現(xiàn)狀，采用由用戶出資主導(dǎo)，設(shè)備方和評(píng)估方相互制衡的方式，真正實(shí)現(xiàn)認(rèn)證過程的獨(dú)立與公正。

圖1 CENELEC鐵路應(yīng)用主要標(biāo)準(zhǔn)譜系

3.3 CBTC系統(tǒng)主流化趨勢為城軌信號(hào)技術(shù)自主化提供黃金機(jī)遇期

CBTC(基于無線通信的列車控制)系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的軌道電路，以無線網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)作為車地通信媒介，實(shí)現(xiàn)車對地高精度列車位置報(bào)告以及地對車LMA(移動(dòng)授權(quán))安全數(shù)據(jù)通信。它具有靈活的系統(tǒng)分級(jí)控制架構(gòu)、運(yùn)營效率高、便于維修、易于延伸和改造升級(jí)等眾多技術(shù)優(yōu)勢，日漸成為城軌信號(hào)技術(shù)的發(fā)展方向及城軌信號(hào)系統(tǒng)的首選制式。CBTC的技術(shù)原理如圖2所示。

圖2 CBTC原理框圖

選擇CBTC做為城軌信號(hào)系統(tǒng)自主化突破口，可最大限度地節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)我國城軌信號(hào)技術(shù)的跨越式發(fā)展。

(1)CBTC系統(tǒng)大量采用了目前先進(jìn)、成熟的COTS(商務(wù)現(xiàn)貨供應(yīng))信息技術(shù)，而近年來我國在無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)方面的飛躍發(fā)展為方案選型提供了多樣選擇。

(2)CBTC技術(shù)在國內(nèi)外建設(shè)中已有了成功的工程實(shí)例，主流廠商的CBTC系統(tǒng)在國內(nèi)均有在建項(xiàng)目實(shí)施，為自主創(chuàng)新創(chuàng)造了有利條件。

(3)采用CBTC技術(shù)，能夠破除軌道電路復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型、有限的數(shù)據(jù)流量、受環(huán)境影響的不確定性等不利因素局限。特別是近年來我國在信號(hào)理論研究、CTCS(中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng))體系、基礎(chǔ)性設(shè)備研制(如歐標(biāo)應(yīng)答器、計(jì)軸、安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、列車調(diào)度指揮等)等方面成果顯著，構(gòu)成CBTC系統(tǒng)的設(shè)備(見圖3)除ATP和ATO子系統(tǒng)外，其他均可利用既有成熟設(shè)備加以適應(yīng)性開發(fā)完成。

圖3 CBTC系統(tǒng)組成

3.4 集成與創(chuàng)新相結(jié)合，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

雖然我國信號(hào)供貨商目前尚不能提供完整的系統(tǒng)，但其許多子系統(tǒng)和關(guān)鍵設(shè)備已在軌道交通行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，一些產(chǎn)品還通過了獨(dú)立第三方安全認(rèn)證。城軌信號(hào)技術(shù)的自主創(chuàng)新需要采取系統(tǒng)集成與創(chuàng)新相結(jié)合的研發(fā)思路，最大化地借鑒和移植既有成熟可靠的信號(hào)安全技術(shù)和設(shè)備，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。如德國西門子信號(hào)系統(tǒng)的車載VE5系列ATP控制單元以及軌旁ECC(元素控制計(jì)算機(jī))聯(lián)鎖控制平臺(tái)等核心安全設(shè)備累計(jì)應(yīng)用年限已超過15年，在其多種制式信號(hào)系統(tǒng)中仍在廣泛引用。

信號(hào)系統(tǒng)的首要任務(wù)是確保列車運(yùn)行安全，設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)中的“求新、求快”，都有可能帶來嚴(yán)重后果。近年來，國內(nèi)外發(fā)生的軌道交通事故教訓(xùn)是極其慘痛的。安全、可靠、適用是信號(hào)技術(shù)自主化發(fā)展的基本準(zhǔn)則。

3.5 貫徹“官、產(chǎn)、學(xué)、研、用”協(xié)同推進(jìn)的創(chuàng)新原則

城軌信號(hào)系統(tǒng)自主研發(fā)是一項(xiàng)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的工作，貫徹“官、產(chǎn)、學(xué)、研、用”協(xié)同推進(jìn)的創(chuàng)新原則，才有可能實(shí)現(xiàn)突破。一個(gè)可行的方法是:在國家有關(guān)部門的協(xié)調(diào)和指導(dǎo)下，選擇國內(nèi)2～3家具有規(guī)模化運(yùn)營城軌線路的運(yùn)營單位，與國內(nèi)2～3個(gè)有實(shí)力的信號(hào)科研單位簽署“責(zé)、權(quán)、利”清晰的合作協(xié)議，形成2～3家城軌信號(hào)系統(tǒng)自主創(chuàng)新科研聯(lián)盟，在制定的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的框架下，共同推進(jìn)信號(hào)系統(tǒng)自主化工作。通過運(yùn)營單位和科研單位雙方資源及技術(shù)的互補(bǔ)性合作，科研和工程一體化實(shí)施，將有力推動(dòng)城軌信號(hào)系統(tǒng)自主化進(jìn)程。目前北京地鐵與北京交通大學(xué)、廣州地鐵與中國鐵道科學(xué)研究院的合作，均已取得階段性成果就是很好的例證。

3.6 國家政策扶植為信號(hào)技術(shù)自主化發(fā)展提供有效保證

城軌信號(hào)系統(tǒng)事關(guān)運(yùn)營安全，準(zhǔn)入門檻很高，在工程招投標(biāo)工作中通常會(huì)對信號(hào)系統(tǒng)的開通業(yè)績做出明確規(guī)定，無形中為信號(hào)系統(tǒng)的自主化發(fā)展工作設(shè)置了障礙。這也是長期以來國產(chǎn)設(shè)備難以取得有效突破的瓶頸。近年來，國家制定了包括《首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備試驗(yàn)、示范項(xiàng)目管理辦法》、《自主創(chuàng)新產(chǎn)品認(rèn)定管理辦法》等在內(nèi)的多項(xiàng)政策措施，鼓勵(lì)自主創(chuàng)新，加大扶持力度。客觀上，城軌信號(hào)系統(tǒng)自主化發(fā)展初期，需要國家在科研立項(xiàng)審批、審查鑒定，以及工程招投標(biāo)、市場準(zhǔn)入條件等方面制定有進(jìn)入和退出機(jī)制的具體扶植政策。信號(hào)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展壯大，離不開政府管理部門、科研單位、用戶單位等多方的協(xié)同努力，共同培育。

4 結(jié)語

城軌信號(hào)系統(tǒng)自主化發(fā)展的最終目標(biāo)并不是狹隘地把國外廠商拒之門外，而是要營造一個(gè)公開、公正、公平的市場環(huán)境，形成國產(chǎn)信號(hào)系統(tǒng)蓬勃發(fā)展與國外企業(yè)踴躍參加的良性互動(dòng)。以融洽的“研發(fā)－工程”關(guān)系為基礎(chǔ)，以若干自主創(chuàng)新示范工程為引導(dǎo)，以明確的國家技術(shù)政策為扶持，在不遠(yuǎn)的將來，我國自主化的城軌信號(hào)系統(tǒng)一定可以同國外廠商的設(shè)備平等地參與市場競爭，為推動(dòng)我國城軌可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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