北京地鐵亦莊線(xiàn)、昌平線(xiàn)日前開(kāi)通運營(yíng)，這標志著(zhù)我國具有完全自主知識產(chǎn)權的“基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統（簡(jiǎn)稱(chēng)CBTC系統）”工程取得成功，我國成為繼德國、法國、加拿大后第四個(gè)成功掌握該項核心技術(shù)、應用于實(shí)際工程并順利開(kāi)通運營(yíng)的國家。
我國軌道交通信號研發(fā)團隊在幾十年積累的基礎上，歷經(jīng)10年的努力，實(shí)現了CBTC系統的自主創(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，但信號控制系統一直依靠引進(jìn)
CBTC項目首席專(zhuān)家、北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任唐濤說(shuō)，近年來(lái)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，到2015年北京總長(cháng)561公里的軌道交通網(wǎng)絡(luò )將正式形成，2020年將達到1000公里的建設規模。而2009年底北京運營(yíng)的里程僅為198公里，十年內還有近800公里的線(xiàn)路需要建設；全國每年以400公里的建設速度增長(cháng)，近十年將有近6000公里的建設，而其中作為保證行車(chē)安全、提高運輸效率的信號控制系統一直依靠引進(jìn)，核心技術(shù)掌握在外國人手里，給我們建設的成本、按期開(kāi)通、運營(yíng)管理與維護帶來(lái)了巨大影響。
2004年開(kāi)始，北京市積極響應國家自主創(chuàng )新戰略，立項首次開(kāi)展“基于通信的城軌CBTC系統研究”。到目前為止，自主創(chuàng )新CBTC系統歷經(jīng)核心技術(shù)攻關(guān)、自主研發(fā)、室內測試、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上，北京地鐵亦莊線(xiàn)全功能開(kāi)通CBTC，解決了一直困擾國內長(cháng)期引進(jìn)這項技術(shù)與裝備的瓶頸問(wèn)題，實(shí)現了幾代“信號人”的夢(mèng)想，使中國的軌道交通系統用上了自己的“大腦與神經(jīng)系統”，完全聽(tīng)從自己的“指揮官”安全而高效的運營(yíng)。該項目的成功實(shí)施與應用，為國家帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟與社會(huì )效益，初步計算國家投入研究經(jīng)費不到3億元，通過(guò)該項目的研究與應用，使得引進(jìn)系統的價(jià)格降低20%以上，按照每年600公里建設投資60億元計算，每年節約了12億元的外匯。同時(shí)該項目在亦莊線(xiàn)和昌平線(xiàn)應用也將比引進(jìn)系統節約10%以上的資金，以后國內6000公里的市場(chǎng)將會(huì )帶來(lái)近300億元的市場(chǎng)份額，且是可持續發(fā)展的市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)。
首套列車(chē)自動(dòng)控制系統達到國際先進(jìn)水平
北京交大軌道交通運行控制系統國家工程研究中心主任郜春海說(shuō)，隨著(zhù)城市軌道交通高速度、高密度的發(fā)展，如何保障線(xiàn)路上所有列車(chē)的安全、可靠、高效、準點(diǎn)、節能、舒適、精確停車(chē)運行，還要滿(mǎn)足軌道交通客流不斷增長(cháng)的發(fā)展需求，是一個(gè)涉及軌道交通所有專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題與難題，而列車(chē)自動(dòng)控制系統正是解決這個(gè)難題的系統，它是軌道交通的“大腦和神經(jīng)系統”，是有效解決并平衡安全、可靠、高效、節能、舒適、準確等綜合指標的復雜協(xié)同控制系統。
北京地鐵亦莊線(xiàn)成為中國第一條采用完全自主知識產(chǎn)權列車(chē)自動(dòng)控制系統的地鐵線(xiàn)路，實(shí)現了“自動(dòng)駕駛”、“無(wú)人折返”和“安全運營(yíng)”三項目標，成為城市軌道交通國產(chǎn)信號控制系統的里程碑。
在安全、可靠、高效方面，系統為線(xiàn)路上每個(gè)列車(chē)配備上了“千里眼、順風(fēng)耳和安全衛士”，“千里眼、順風(fēng)耳”（地車(chē)雙向的、實(shí)時(shí)的、冗余的、大容量傳輸系統）可以讓每個(gè)列車(chē)實(shí)時(shí)知道前面列車(chē)、線(xiàn)路和車(chē)站的準確信息，“安全衛士”（專(zhuān)業(yè)稱(chēng)ATP系統）即保證線(xiàn)路上盡量多的列車(chē)追蹤運行，不管在任何情況下不能超速、撞車(chē)，絕對“全天候”的保證行車(chē)安全，遇到情況，自動(dòng)降速或停車(chē)，兩個(gè)高速追蹤運行的列車(chē)停車(chē)后的間隔距離可以做到30米左右，完全可以實(shí)現90秒的行車(chē)間隔。
準點(diǎn)、舒適、節能、精確停車(chē)。在具備安全衛士的基礎上，系統為每個(gè)列車(chē)還配備了“最優(yōu)秀的調度員和司機”（列車(chē)自動(dòng)駕駛系統，專(zhuān)業(yè)稱(chēng)ATO系統），“最優(yōu)秀的調度員”可以根據運行時(shí)刻表及時(shí)調整列車(chē)的運行速度和時(shí)間，同時(shí)要求根據線(xiàn)路上的上下坡度靈活、節能地控制列車(chē)“油門(mén)和剎車(chē)”（對應專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)“牽引與制動(dòng)”），最終還要保證列車(chē)準點(diǎn)運行，誤差要求在5秒以?xún)�；“最�?yōu)秀的司機”根據調度員的時(shí)刻表和節能要求，不同地點(diǎn)、不同時(shí)間、不同車(chē)況給出對應的“油門(mén)和剎車(chē)”指令，實(shí)現列車(chē)的自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)巡航、自動(dòng)定點(diǎn)停車(chē)，保證旅客的最大舒適度。一般情況下，旅客在車(chē)內可不用抓扶手。同時(shí)還能使幾百?lài)嵉凝嬋淮笪锩看卧谲?chē)站停車(chē)時(shí)精度誤差不超過(guò)30厘米，并可實(shí)現與站臺屏蔽門(mén)的同開(kāi)同關(guān)。
探索“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”自主創(chuàng )新模式
唐濤說(shuō)，亦莊線(xiàn)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(kāi)始就響應國家自主創(chuàng )新戰略，緊盯國際上剛剛發(fā)展的CBTC系統技術(shù)，集中了全國行業(yè)單位與專(zhuān)家的優(yōu)勢力量，連續三期支持該項目的滾動(dòng)，每期不同主體單位牽頭，經(jīng)歷了基礎理論研究、核心技術(shù)攻關(guān)、實(shí)驗室仿真演算、非運營(yíng)線(xiàn)路試驗、運營(yíng)線(xiàn)路測試、大規模的中試，各項性能指標均達到國際領(lǐng)先水平，以及通過(guò)國際獨立第三方最高安全等級SIL4的產(chǎn)品安全認證，才終于在亦莊線(xiàn)上示范應用。
亦莊線(xiàn)信號系統示范工程完成了既定目標：突破了CBTC核心技術(shù)瓶頸、具有完全自主知識產(chǎn)權、達到國際領(lǐng)先水平，實(shí)現了移動(dòng)閉塞，滿(mǎn)足客流不斷增長(cháng)的需要；提升了我國包括建設、運營(yíng)、設計、監理、供應商、施工、安全認證等方面的專(zhuān)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)，為國內軌道交通提供完全自主、性能先進(jìn)、安全可靠的列車(chē)自動(dòng)控制系統技術(shù)與裝備。
打通了“首臺套”政策與國家招標法結合的通道。北京市軌道交通建設管理有限公司作為示范工程重大專(zhuān)項的承擔單位，又是受北京市政府委托的軌道交通工程建設管理單位，一方面要按照國家招投標法進(jìn)行所有工程機電設備的國際采購，另一方面又要將這個(gè)沒(méi)有任何應用業(yè)績(jì)、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(méi)有成熟的辦法，本項目是北京市軌道交通第一個(gè)享受該政策的。在這樣的情況下，亦莊線(xiàn)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。
搭建最小系統平臺減少現場(chǎng)調試時(shí)間。針對列車(chē)運行控制系統是一個(gè)復雜協(xié)同的事件驅動(dòng)系統，需要基于列控系統分布式仿真的時(shí)間管理、事件調度、數據交換機制等關(guān)鍵技術(shù)，以及基于中間件技術(shù)實(shí)現真實(shí)子系統與仿真模型的互聯(lián)，構建了“硬件最小化、功能最大化”的最小系統，實(shí)現靈活的虛實(shí)互換和虛實(shí)互控，完成設計、研發(fā)、工程實(shí)施、系統升級等不同階段的系統特定功能及全功能驗證，大大降低了每個(gè)階段的風(fēng)險，對于一個(gè)工程項目來(lái)說(shuō)，大大減少了在現場(chǎng)調試與測試的時(shí)間。
建立首席專(zhuān)家與實(shí)施專(zhuān)家的全程咨詢(xún)與決策機制。亦莊線(xiàn)CBTC系統示范工程是一個(gè)典型的“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”結合的典型案例。為保證示范工程的順利實(shí)施，成立了專(zhuān)門(mén)的核心技術(shù)與示范工程實(shí)施課題組，老中青結合，主要成員均主持或參加過(guò)相關(guān)領(lǐng)域課題的研究，對國內外信號系統核心技術(shù)與標準的現狀和發(fā)展趨勢全面了解，具有豐富的科研、設計、建設、運營(yíng)和實(shí)踐經(jīng)驗和扎實(shí)的理論基礎和豐富的現場(chǎng)知識。在項目主持單位北京市交通委的組織協(xié)調下，建立了固定的聯(lián)絡(luò )與例會(huì )制度，設立項目技術(shù)首席專(zhuān)家和示范工程首席專(zhuān)家制度。