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随着我国轨道交通的快速发展，其也渗入到城市经济建设的方方面面中。轨道交通的建设，不仅促进了城市商业结构的变更，提升了沿线房地产的价值，同时还带动工业用地向郊区迁移，大幅改善了城市的环境。
“城市轨道交通系统的规划设计直接影响城市的基本布局和功能定位,对城市发展有极强的引导作用。”谈到这一话题时，独立分析师徐宏对记者说，城市轨道交通对促进城市结构调整、城市布局整合、土地开发利用，以及城市和交通运输的可持续发展都有着巨大影响。
正是因为城市轨道交通有着如此重要的作用，建设者们必须在核心技术领域持续突破，才能让城市轨道交通建设“又快又稳”。近日，记者从中铁第四勘察设计院集团有限公司（以下简称“铁四院”）了解到，该院以“智慧城轨”为引领，创建并形成了城轨TOD开发、全自动运行、装配式智能建造、智能运维及综合监测、城市地下大空间等八大创新技术，引领城轨建设迈入高速发展赛道。
绿色发展成为城轨建设新趋势
截至2022年年末，武汉地铁运营里程达到435公里，位居全国第五、世界前十。不过，随着地铁网越来越复杂，地下作业空间狭小、污染排放高、施工方式粗放、劳动力需求大等成为制约地铁施工的难题。
2022年8月，骄阳似火。武汉地铁前川线汤马区间2号风井施工现场，加长臂挖掘机、运输车等往来穿梭，一派热火朝天的施工景象。
“在汤马区间2号风井作业过程中，我们采用了装配式空心钢管混凝土支撑技术，顺利完成基坑的施工工作，这一技术为全国首创。”铁四院城地院副总工程师徐军林介绍说，经测算，相对于传统现浇混凝土支撑，装配式技术可降低碳排放量约75%，明显减少了对环境造成的影响。
记者了解到，近年来国家已经在地面民用建设大力推行装配式建筑，铁四院率先在国内尝试研发了地下车站装配叠合式设计建造成套技术。据悉，面对产业现代化的迫切需求，铁四院以BIM协作平台为手段，预判优化建造工序和工艺，同时引入激光技术，构建智能化吊装防碰撞预警系统，实现了设计、生产、施工等全流程的智能制造。
徐军林表示，该技术结合建筑、装修、管线等装配式一体化方案研究，以标准设计、模数协同以及集成化、信息化为目标，以BIM协作平台为手段，引入三维动态仿真技术全过程模拟装配建造，预判优化建造工序与工艺；同时建造过程中引入激光技术，构建智能化吊装防碰撞预警系统，实现设计、生产、施工等信息交互，全面提升装配式地下车站的智能建造技术。
“我们研发了装配式路面铺盖系统，根据不同的跨度可以选用不同的型号铺盖，解决了现浇混凝土铺盖存在的问题；还研发了一体化综合支架系统、地铁装配板式轨道系统，以及装配式站台板、装配式楼梯、装配式支撑、预制轨顶风道等，同时还配套开发了装配式建造设备机械。”徐军林说。
按照规划，未来装配式智能建造技术还将在武汉地铁3号线二期工程、无锡地铁5号线、济南地铁8号线、深圳地铁15号线等多个城市推广采用。
除了推广装配式建造模式，以此降本增效，不断绿色发展外，铁四院的建设者们还不断在城轨运行的各个阶段进行创新，通过能源管理系统着力打造全生命周期的“绿色地铁”。
众所周知，城轨全自动列车及站场运行的关键保障之一是电力。随着轨道交通网络的形成，用电总量随之大幅增长，降低运行耗能、减少用电总量是实现可持续发展的迫切需求。
因此，铁四院利用综合设计院优势，多年来深耕优化节能策略，联合知名高校、设备制造企业开发了城轨能源智能管理系统（uiems），成为全国首个实现对牵引系统、暖通系统、照明系统等主要用能负荷动态节能管控的城市轨道交通能源智能管理系统。
铁四院电化院副总工程师何斌介绍说，该系统以数据监测为基础，针对占地铁耗能近80%的三大用能体系（牵引、暖通、照明），建立分层级能耗评价系统，为能耗指标提供可量化评价依据，实现用能动态优化。
据了解，将发电厂经电力传输线送来的电能，变换成适合列车所需的电压，并分送到接触轨的场所，叫牵引变电所。何斌透露，运用城轨能源智能管理系统后，将原本独立运行的牵引变电系统统一调控，可节能约5%。
与此同时，城轨能源智能管理系统在地铁各个公共区域安装CO2传感器、湿度温度传感器，实时感受环境的温度和人流的密度，并结合车站环境，分析出调节需求，根据环境变化动态调整，实现“人多多吹风，人少少吹风”，可节能约8.8%。
“城轨能源智能管理系统还安装了照度传感器、人体感应传感器，感受照度变化、人流疏密，综合考虑自然光线和广告照明，实时调整灯光照度。根据列车进出站情况，可提前预测照明需求，调节屏蔽门上方灯带，车来灯亮，车走灯熄。智能照明系统可节能1.8%。”何斌表示，运用城轨能源智能管理系统后，远期每年可减少244万吨二氧化碳排放量，相当于每年约多种1.4万棵树。
通过技术创新打造更好乘坐体验
伴随城市发展、交通客流量攀升，轨道交通面临越来越大的挑战，为实现高效、安全、低耗运营，全自动运行技术应运而生。
2021年年末，武汉地铁5号线开通，这条网红线路是武汉首条采用全自动驾驶的地铁线路，坐在地铁里，从车头、车尾位置，直接可以看到窗外风景，仿佛乘坐上了一辆时光穿梭机。
这是武汉首条全自动驾驶线路，日均客流26.38万人次。铁四院在地铁5号线实现了108个全场景应用，在全国首次提出了自动联挂、摘钩场景。
据了解，目前全国14个城市开通了全自动运行的24条线路，运行旅程500公里，其中铁四院共有5条线路实现无人驾驶，“地铁5号线”也成为市民和游客纷纷“打卡”的网红线路。
“确保列车自动运行、精准停车、安全平稳的关键，就在于列车运行控制系统。这正是列车运行的‘神经中枢’所在。”铁四院通号院副总工程师刘涛介绍，早在2013年，铁四院便成立了全自动运行技术科研团队，这是国内较早跟踪该技术的研究团队。
经过多年探索，铁四院编制完成了全自动运营技术系列规范，定义了108个地铁全自动运营场景，创建了1085项技术需求。而在全自动运行技术后，与传统线路相比，武汉地铁5号线故障率由百万列公里1.8次下降为0.7次，准点率从99.89%提升至99.99%，旅行速度从普通线路的35公里/小时提升至37.55公里/小时。
在轨道交通监测方面，铁四院还牵头承担了国家重点研发计划《城市地下基础设施运行综合监测关键技术研究与示范》，构建了以物联、智慧、安全为本的轨道交通基础设施运行综合监测体系。
刘涛介绍说，铁四院全自动运行设计项目类型涵盖地铁、市域、跨坐式单轨、悬挂式单轨等各种制式，参与设计的在建项目逾20条，并承担多个省市首条全自动运行项目攻坚，已成为国内FAO设计经验最丰富的团队。
值得注意的是，城市轨道交通的建设，不仅仅能够提升人们的出行体验。越来越多的城轨站点，已成为市民休闲和消费的中心广场或城市中心。以城轨站点为圆心向外辐射，通过对土地、交通等相关因素的一体化规划设计，来协调城市发展过程中产生的交通拥堵和用地不足的矛盾，最终将让城轨站点实现集工作、商业、文化、教育、居住等为一身的“混合用途”。
铁四院同样深知这一发展趋势。铁四院城地院副总工程师梁田介绍，目前该院积累了轨道沿线开发规划、站点周边城市设计、站城一体综合开发、场城一体综合开发、综合交通枢纽开发、轨道交通站点开发、地下空间开发、市政隧道TOD开发等TOD八大板块设计技术。
截止到2022年，铁四院在全国30余个城市已承揽TOD设计项目180余个，其中建成15个项目、300万平方米；在建53个项目、650万平方米；规划中110余个项目、1000万平方米。
在这一理念下，武汉光谷广场地下空间综合体、杭州西站、杭州秦望通道工程、杭州五常车辆基地上盖综合开发、深圳西丽枢纽、苏州天鹅荡车辆段上盖开发、惠州北站综合交通枢纽配套工程、无锡雪浪车辆段上盖开发等，都是“铁四院TOD融合方案”的典范之作。
像“搭积木”一样建造地铁站、远程就能检修地铁轨道……眼下，城市轨道交通设计和运维技术越来越先进了。也正是凭借在技术上的不断突破创新和持续扎根城市轨道交通，铁四院才能聚焦“综合开发、智慧城轨、绿色低碳、安全韧性”，闯出一条高质量发展的创新之路。
中青报·中青网记者 张真齐
