【交通运输】中国城市轨道交通机电设备系统发展历程及趋势

中国城市轨道交通机电设备系统发展历程及趋势要点：发展历程技术状况系统安全的沿革前沿技术与最新研究进展机电设备国产化动向市场空间及前景1．中国城市轨道交通机电设备系统的发展历程中国国内的城市轨道交通机电设备系统的发展，大致经历了三个阶段。发展阶段年代城市系统构成技术水准制造厂商运营管理第一阶段1965-1984北京独立分散传统工艺国内生产手工操作为主第二阶段1985-1999上海广州部分集成核心设备采用最新技术关键设备大部分国外自动化程度低第三阶段2000以后各城市多数集成广泛采用最新技术国内为主自动化程度高2．中国城市轨道交通机电设备系统的技术状况2.1车辆（RS）：中国城市轨道交通大部分采用轮轨式车辆，主要技术如下：列车编组：4节、6节、8节。车型：根据载客量大小分：A型、B型、C型三种类型。车体材料：采用铝合金挤压型材焊接结构或不锈钢车体材料。最高运行速度：80-100km/h。列车制动：电气制动、空气制动和停放制动。转向架：钢板压型焊接结构、无摇枕转向架。牵引控制：采用VVVF主逆变器技术。列车自动监测及故障诊断：设置微机控制列车自动监测及故障诊断装置。其它型式的车辆：上海－高速磁浮列车系统,北京和广州－直线电机列车系统，重庆－跨座式单轨列车系统。2.2信号（SIG）：信号系统的核心是列车自动控制系统ATC（automatictraincontrolsystem），ATC系统，包括三个子系统：列车自动监控子系统ATS（automatictrainsupervisionsubsystem）；列车自动防护子系统ATP（automatictrainprotectionsubsystem）；列车自动运行子系统ATO（automatictrainoperationsubsystem）。国内城市轨道交通的信号系统的制式，最早为固定闭塞信号系统，后来发展到准移动闭塞信号系统，近些年新建的项目大多为移动闭塞信号系统。CBTC系统已成为大多数城市轨道交通信号系统的发展趋势。今后，信号系统将逐步走向综合监控列的发展方向，纳入综合监控系统，实现城市轨道交通机电系统资源共享。1990年代，信号系统设备完全由国外厂商提供，目前部分产品可由国内厂商提供。典型的CBTC信号系统的结构框图2.3供电（PS）：供电系统组成：外部电源、主变电所及中压环网、牵引供电系统（牵引变电所及牵引网）、低压配电及照明供电系统（降压变电所及动力照明配电系统）、电力监控系统（SCADA）、杂散电流防护及接地系统。外部供电电压等级：500kV、220kV、110kV、35kV。内部供电电压等级：35kV、0.4kV。110kV和35kV断路器采用GIS设备。牵引供电电压等级：直流750V、1500V。车辆供电方式：接触网或接触轨接触轨主体材质：主要有低碳钢和钢铝复合两种。电力监控系统（SCADA）的电力调度系统由ISCS集成。供电系统的绝大部分设备都由国内生产厂商供货。2.4通信（COM）：通信系统一般设置专用通信、公安通信、公共通信三大通信系统。专用通信系统由传输系统、专用电话系统、无线通信系统、公务通信系统、时钟系统、信息网络系统、通信电源系统、集中网络管理等子系统和通信线路共同组成。传输系统普遍采用光缆组成环网，采用国际上最新的传输技术。公共通信系统为移动通信设置有技术升级换代的条件。早期通信设备大部分由国外厂商提供，目前，除了无线子系统的部分设备由国外厂商提供，绝大部分设备都由国内厂商的产品。2.5售检票（AFC）：自动售检票系统由清分中心CCHS（CentralClearingHouseSystem）、线路中央计算机系统LCC（LineCentralComputer）、车站计算机系统SC（StationComputer）、车站AFC设备SLE（StationLevelComputer）以及车票等组成。整个系统经由通信传输网和网络设备连接构成。中国城市轨道交通的自动售检票系统，从最早的磁卡式发展到现在普遍采用的非接触式IC卡制式，并与城市其它交通系统通用。系统设备大部分可以由国内承包商提供。2.6屏蔽门（PSD）：早期建设的城市轨道交通项目未设置屏蔽门和安全门系统，根据中国的国情，近期建设的项目一般都设置了屏蔽门和安全门系统，对节能和提高运营管理的安全性起到较好作用。系统设备绝大部分可由国内生产厂商提供。2.7综合监控（IntegratedSupervisionControlSystem，ISCS）：早期的城市轨道交通内，各种设备的监控系统采用独立设置方式，系统间一般很少或不进行互联。1990年代出现了对少数系统进行集成的主控系统。2000年代后建设的城市轨道交通项目，一般都采用集成度较高的综合监控系统。通过单一的软硬件平台，实现多个分立系统原有的管理监控功能。采用中央控制室和车站两级管理的三级监控体系，实施集中监视分散控制。ISCS集成的子系统有：电力监控系统（SCADA）、火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、广播系统（PA）、闭路电视监视系统（CCTV）、乘客信息系统（PIS）、屏蔽门监控系统（PSD）、防淹门系统（FG）。ISCS还可与自动售检票系统（AFC）、信号系统（SIG）、无线传输系统（RTS）、时钟系统（CLK）等进行互联实现部分管理信息的交换。2.8环境控制及隧道通风：地下车站的环境控制系统：由车站公共区空调通风与排烟系统、车站车轨区域排热系统、区间隧道活塞通风、机械通风（兼火灾防排烟）、车站设备及管理用房空调通风排烟系统、制冷空调循环水系统组成。新建设的地铁大都采用设置屏蔽门的闭式通风系统。环控系统控制由就地、车站控制室、中央控制室三级控制组成。设备完全由国内厂商生产。2.9给排水及消防：给排水及消防主要包括给水系统、排水系统及消防设施。车站、区间及车辆段给水水源采用城市自来水。给排水及消防设备完全由国内厂商提供。2.10电梯、自动扶梯：设备完全由国内厂商提供。2.11轨道：在必要的区段采用降低噪音的技术和装置。设备完全由国内厂商提供。2.12安防设施：由于国际恐怖活动的泛滥，国内所有城市轨道交通近期都设置了安防设施。包括监视设备、安检设备、防暴设备等。设备完全由国内厂商提供。2.13机电设备技术更新对城市轨道交通节能、减排、低碳、环保方略的实施起到了积极的推进作用。3．城市轨道交通系统安全的沿革中国高度重视轨道交通建设和运营的安全问题（包括应对各种突发事件），2007年颁发了《城市轨道交通运营管理办法》等一系列法规，加强轨道交通的安全管理工作，建立城市轨道交通安全评价制度，督促落实安全责任机制。早期的城市轨道交通沿用中国铁路建设运营的安全管理模式。RAMS（可靠性、可用性、可维护性、安全性）管理在世界各国铁路行业应用十分广泛。自2000年后，国内部分城市轨道交通项目（上海地铁10号线、磁浮线、北京4号线、深圳3号线、成都1号线）开展了RAMS工作。目前，国家正在制定和完善城市轨道交通RAMS相关的法规，今后RAMS工作将成为所有城市建设轨道交通必须遵循的强制性法规。国家对城市轨道交通机电设备的安全认证体制也正在建立和完善过程中。4．前沿技术与最新研究进展目前研究重点：技术制式的整合，标准化、模块化系统及标准体系研究车辆：低地板技术，转向架技术信号：CBTC技术、无人驾驶技术直线电机成套技术导向式轨道交通技术综合自动化控制系统：ISCS技术大城市轨道交通网络化运营资源共享运营及乘客信息管理技术系统安全可靠性技术城市轨道交通安全防范体系研究。综合研究具有高度智能化、集成化的快速反应事故防范预警系统和安全疏散、救援系统，保证轨道交通乘客安全。并能对突发的事故，尤其是恐怖性事故提供紧急疏散预案。环境控制研究：主要包括地下车站与周围环境的协调、高架及地面线景观、环境影响及控制对策等。中低速磁悬浮技术-试验阶段，2015年前开通。真空管道运输系统-前期研究5．轨道交通机电系统的国产化动向机电设备费用数量巨大，约占项目投资的35-40%。1990年代，国内生产厂商当时不能提供技术水平较高的系统设备，较早进行城市轨道交通建设的上海1号线和广州1号线，大量采用进口设备，导致项目建设费用过高。1999年,国家发布“关于城市轨道交通设备国产化实施意见”,提出：城市轨道交通全部车辆和机电设备的平均国产化率要确保不低于70%。在国产化政策扶持下,在中国国内逐步形成轨道交通工业生产体系。一批国外企业已在国内合资设厂,设备采购价格比全进口产品大幅下降。根据对广州地铁2号线后评价的情况,与广州地铁1号线相比,机电设备费用从2.550亿元/km下降到1.307亿元/km，降价效果明显。2000年后，大批国内生产厂商通过研发、更新、引进技术或合资，使得中国国内轨道交通工业生产体系快速发展。城市轨道交通全部车辆和机电设备的平均国产化率已超过70%，并且还在不断提高。中国城轨制造业，已经形成了一定水平的产业。近年来通过引进技术和消化吸收以及再创新，我国企业掌握了城轨的设计、制造、工艺等等关键技术和配套技术，基本能够满足我国客户和市场的需求，产品的可靠性、安全性已经在一定程度上得到国内用户的认可，并走向国际市场。6．城市轨道交通机电系统的市场空间及前景中国城市轨道交通经过40多年的发展，在城市经济发展中的地位已日显重要，中国已成为世界城市轨道交通发展最大和最快的地区。数十个城市正在大规模地进行城市轨道交通网络的规划和建设，已有十几个城市开始进入运营阶段，形成了空前规模的城市轨道交通机电设备系统市场。未来20年内，中国城市轨道交通机电设备的总投资将达数千亿元人民币，给世界带来了巨大的市场机遇。生产制造：目前，中国已具备很强的车辆生产制造能力，可为世界各国提供各种类型的轨道交通车辆。中国南车集团公司与中国北车集团公司所属车辆的主要生产厂商包括：长春客车厂、青岛四方机车车辆厂、株洲电力机车厂、浦镇车辆厂、唐山机车车辆厂等。其它分布在上海、北京、广东、江苏及其它各城市的机电设备生产制造厂家，已能为中国各城市轨道交通项目提供绝大部分的机电设备。例如：江苏常州地区已形成较大规模的轨道交通各类设备生产和研究的产业链，每年轨道交通机电设备的生产销售额已达到数百亿人民币。在车辆牵引制动、控制、信号、计算机、通信无线、售检票等领域，还需要国外厂商提供部分技术和产品。技术研究和开发：包括铁道科学研究院等科研院所和许多大学以及生产厂家，成立了许多专门从事轨道交通技术的研究机构，已培育了大批高级技术开发人员，成为促进城市轨道交通机电设备系统的技术进步的人力资源。国家每年提供大量资金给与这些机构进行轨道交通新型技术和工艺的研究和开发。系统集成和工程承包：早期中国的城市轨道交通机电设备系统集成和工程承包大多由国外著名公司承担，目前，几乎所有的机电设备系统，都可由国内承包商单独承包，少量进行合作承包。咨询顾问和技术服务：早期中国城市轨道交通的咨询顾问和技术服务几乎全部由国外咨询机构承担，目前也有许多国内机构开始从事该领域的服务，有较多国内机构与国外机构合作的成功案例。关键设备质量认证：国家有关部门正在着手制定城市轨道交通关键设备产品的质量认证标准和实施方案，建立适合中国国情的城市轨道交通产品质量认证体系。市场上将形成一批独立第三方认证评估机构，培训一批合格的认证审核人员。与城市轨道交通产品认证相关的认证、测试、培训等技术服务将逐步展开。作者：杜心言