广州地铁的新技术应用与创新

卢光霖 (广州地铁总公司总经理 广州 510030)

随着我国改革开放的不断深化和社会经济的持续发展，进入到上个世纪90年代，以北京、上海和广州为代表的国内大城市，从改善城市交通状况、促进城市协调发展的目的出发，分别修建了城市轨道交通线路。此后，国内其他一些大城市也相继制定了各自的城市轨道交通规划，并开始筹建城市轨道交通系统。时至今日，城市轨道交通已成为我国城市基础设施建设领域的一个热点。城市轨道交通是社会效益、经济效益、环境效益都十分突出的项目。经济效益是基础，社会效益是目的，环境效益是条件。只有处理好三者的关系，才能使城市轨道交通具有长久的生命力。
城市轨道交通建设为什么要应用新技术、新设备，为什么要走技术创新之路？我认为，这是由城市轨道交通必须实现人性化、高效率、低成本的投入与运营方能显现其生命力的特性所决定的。人性化，也就是设计与建设必须遵循以人为本的原则。建设轨道交通的目的是为人服务的，为人们出行迅速、便捷、舒适服务。同时还要注重减少对他人居住与活动的影响，改善环境质量；高效率，就是通过新技术、新设备的应用，提高系统运行可靠性，达到运输的最佳效应，并满足不同时段的运输需要，实现效率优先的目的；三是降低成本。技术永远是为经济服务的，不为经济服务的技术没有丝毫生命力。我们所讲的成本，首先是运营成本，其次是建设成本。必须从提升运营服务水平的角度、从维持企业竞争力和可持续发展的角度来考虑新技术、新设备的应用。通过技术的升级与综合自动化水平的提高，可有效提升服务水平、在设备生命周期的范围内降低运营成本。
通过新技术的应用与创新，使安全、舒适、方便、快捷、环保的轨道交通成为可能，事实上，只有满足乘客需求的城市轨道交通系统，才能赢得乘客的满意并乐于乘坐，而它也因此获得持久的生命力。同时，轨道交通的发展，必定会促进城市的发展，城市发展了必然会增大对轨道交通的需求，从而使轨道交通建设步入与城市发展互相促进、互相带动的良性发展循环。
创新，是广州地铁工程建设的精髓。这几年，广州地铁积极探索，进行了制度创新、管理创新、技术创新，为城市创造环境、为社会创造效益，不断开拓地铁前进发展的道路。就技术创新而言，在各级领导与社会各界的关心、支持下，广州地铁作了一些尝试，取得了一些成绩。当然，我们的创新不是单纯地追求最完美和最卓越，而是追求技术上的先进性与工程实际相结合以及技术上的先进性与以人为本的服务理念、高效率低成本的运营理念相结合。
技术创新是有风险的，广州地铁为什么敢冒风险？中国过去有一句“行话”：中国的轨道交通要用中国成熟的交通设备。但是我们要看到与西欧、北美等发达国家的城市轨道交通水平相比，中国的差距很大。为缩短差距，我们不能等待，不能“从猿到人”，必须冲破狭隘的地域、国别观念，放眼世界、放眼未来，通过外引内联，尽快利用外国先进的技术来武装自己，加快我们的发展。为拥有中国知识产权的先进技术设备，为满足安全、可靠、舒适，同时战略成本又是合理、最低的新技术的应用，广州地铁愿意第一个吃螃蟹。
在此，我愿意就广州地铁在新技术应用与创新上所做的一些工作与各位一起交流和分享，由于时间有限，这里仅举其中几例，以资借鉴。
一、广州地铁二号线技术创新的简要情况
广州地铁二号线用3年的时间建成，3年半时间实现开通运营，这在全国可能是一个创造。在一体化的经营模式下，我们利用丰富的运营经验、指导设计和建设行为，引导和审视各类先进、可靠、成熟的新技术、新工艺在二号线的应用，通过技术创新，全面提升了线路的设计水平,节约了工程投资，大幅度缩短了建设工期，全面提升工程质量，有效地降低运营成本，使广州地铁二号线工程总体技术水平达到了一个新的高度，并在技术上为广州地铁的可持续发展奠定了基础，也在客观上促进了全国轨道交通行业的技术进步。
二号线工程实施的技术创新之路可概括为：保证地铁(电气铁路)“弓网、车、轨”等核心系统的技术先进性，供电、信号、通信、机电设备监控等主要机电系统关键技术瞄准国际先进水平，在已建成运营的地铁一号线的基础上，在保证线路总体技术水平有所提高的前提下，实现国家要求的70％的机电设备国产化率；合理选用和综合应用施工方法，在保证施工安全的前提下，积极稳妥地采用新工法新工艺，提前实现隧道通、轨道通、电通，创造了提前开通的前提条件。
我们注重工程前期工作，在设计阶段，采用先进的设计理念，优化建筑设计，改善线路和周边的建筑和环境之间的关系。在施工阶段，积极稳妥地采用先进施工方法，保证顺利穿越珠江，顺利穿越五个地质断裂和溶洞地区；并注意及时解决在十分复杂的工程地质和水文地质条件下修建地铁隧道、车站遇到的重大技术问题；在设备采购阶段，积极稳妥地采用技术含量高、安全节能、环保的成熟设备，保证各机电系统的安全性、可靠性，降低运营成本；在机电安装阶段，注重解决各机电系统内和系统间接口技术问题，保证单机设备、单个系统的先进性和整个系统整合后，整条线路的技术先进性的统一。
1、成功研制和应用刚性接触网，填补国内空白
我们自主组织进行科技攻关，成功研制刚性接触网。和传统的柔性接触网相比，刚性接触网不仅大大改善了二号线地铁列车不间断供电系统的安全性、可靠性，可维护性，而且国产化率达到90％以上，填补了该项技术的国内空白，有力地推动了中国轨道交通的技术进步，这不仅对于国内地铁建设，而且对中国电气化铁路的建设都具有划时代的意义。
广州地铁二号线地下区段全部采用刚性接触网供电方式，并一举取得圆满成功，使这种具有结构简单、安全可靠、占用空间小、受力条件好，无断线之虞、维修工作量小、弓网受流特性好、国产化率高等诸多优点的供电方式，在此后国内地铁新线的设计中被广泛的采用，已经取得了重大的经济效益和社会效益。刚性接触网造价比传统的柔性接触网降低15%，由于国产化研制成功，实际造价比进口同类刚性接触网节省近60%。同时，维修人员的配备可比柔性接触网减少50%以上，刚性接触网每年维修费用仅为传统柔性接触网的1/9。
2、国内首次成功应用站台屏蔽门技术，做到安全、节能、环保、美观
地铁二号线采用了世界最先进的第三代屏蔽门系统，这也是国内第一条采用屏蔽门系统的地铁线路。站台屏蔽门系统安装在站台边缘，将站台区域与隧道轨行区完全隔离，减少了站台区与轨行区之间冷热气流的交换，减小了车站供冷系统的负荷，降低环控系统的空调能耗（约20％）；屏蔽门系统的设置防止了乘客掉下站台，节省了车站管理人员；屏障了列车运行时的噪音对车站的影响，消除列车活塞风对站台的影响，改善了地铁车站的空气质量，保证了乘客候车的舒适度；此外，设计精美且具有时代感的站台屏蔽门，不仅可以增加乘客在站台候车时的安全感，而且给车站也增添了明快的色彩，美化了车站的装饰效果。
3、在国内地铁首次应用集中供冷系统新技术，节约投资、节能、环保
根据广州地铁二号线线路特征和线路周边的环境条件，有效解决车站供冷设施布置难、对地铁车站周边影响大的问题，将集中供冷技术成功应用于二号线地铁车站供冷系统中，因地制宜，设立集中冷冻站和利用自然冷源，并攻克长距离高效率冷冻水输送等技术难题，避免了在闹市区地铁车站设冷却塔给周边景观带来的不利影响，美化了环境；同时减少了车站环控机房的面积，降低了车站的规模，减少了土建成本，较大幅度地降低了能耗。
另外，广州地铁二号线集中供冷系统还具有以下优点：采用变频节能技术，降低了系统运行成本；设备集中管理，便于运营维护；利用自然冷源，体现节能和环保意识。
4、自动售检票系统成功应用非接触式全IC卡技术，引领专业发展方向
为实现多条地铁线路之间旅客的不检票换乘，并达到快速输散旅客的设计要求，降低运营成本，并配合政府要求的城市公交“一卡通”工程建设，地铁二号线采用了非接触式IC卡自动售检票系统，与广州公交“一卡通”系统兼容，并且在国际上首次采用了非接触式IC卡单程票代币（Token）模式，代表了本专业的发展方向。同时对已投入一号线运营使用的磁卡系统进行了IC卡技术改造，实现了一、二号线之间的不检票换乘，并且为今后轨道交通新线之间的不检票换乘创造了最基本的条件。
此项新技术，是世界上首次在地铁自动售检票系统中成功应用，堪称自动售检票技术进步的一个里程碑。
5、复合地层盾构施工技术成功地应用
在全面总结一号线盾构隧道施工经验的基础上，我们突破传统思路，在广州地区复杂的地质条件下采用盾构技术成功穿越珠江；国内首次成功应用了宽度1.5米的盾构管片；隧道管片接缝防水设计采用了性能优越的进口EPDM弹性止水条，进一步提高了地铁盾构隧道的防水效果；施工中采用了德国VMT公司研制的同步激光自动导向系统SLS-T进行施工测量，免去了测量对施工的干扰，提高了隧道施工精度；研制出新型盾尾同步注浆配合比，成功应用胶结材料盾尾同步注浆技术，进一步提高了在复合地层用盾构技术修建的地铁隧道的质量。
我们已总结出一套适应于广州地区复合地层的盾构机选型方法，为盾构法作为未来新线建设中修建隧道主导工法地位的确立，不仅从概念上，而且从实践上提供了依据。
6、车辆模块化生产
在实现70％国产化率的前提下，广州地铁二号线车辆的总体技术水平不低于从德国进口的一号线车辆水平，并有不同程度的改进和提高，代表了国产化车辆的最高水平。我们首次采用模块化车体，结构优化，车厢美观，维修方便；整车设计考虑了各部件的降噪和隔噪措施，使整车噪音降低；采用新型转向架，改善受力条件，强度提高，提高安全性；主逆变器采用先进的IGBT开关单元，使设备体积下降，噪音降低；车辆控制和监视采用总线方式，容量大，传输控制方便。
二、移动闭塞技术在三号线的应用
广州地铁三号线是全国第一条最高时速达120公里的快线，采用小编组、高密度的行车组织方式。与之相匹配，我们在三号线采用了代表着世界先进列车控制技术发展方向的移动闭塞信号系统，它提供比传统的固定闭塞系统更为安全、更加高效、灵活的列车运行。该系统不仅能提高列车运行速度，增加列车运行密度从而提高线路通过能力，而且能够辅助列车司机驾驶并能实现列车定点停车和节能，并能安全地处理系统信息从而实现中央系统计划的自动列车控制。移动闭塞技术集安全、灵活、经济节能于一身，既能满足轨道交通大运量、高频率、可靠运行的要求，又延长了设备的生命周期，具有优越的性能价格比，其采用将大大提升地铁三号线的运营效率，并将为广大市民的出行提供更快捷、更舒适的服务。
三、线性电机在四号线的应用
广州市地质条件复杂，建成区建筑物密集，加上珠江水系的影响，线路必须多次穿越珠江，从整个路网规划的情况来看，目前所采用的传统的轨道交通系统已经不能很好地满足工程建设和运营的需要了，必须探索新的途径。直线电机运载系统就是根据这一需要而提出的。
四号线采用线性电机，开创了国内地铁的先河。线性电机在国外已是成熟产品、但在国内尚属空白。该系统爬坡能力强，特别适用于在老城区为避开拆迁及多次穿越珠江而造成的大坡度、小转弯半径的地域条件，使选线更具灵活性，减少隧道埋深。有利于线路由地下至地面、高架的过渡，并具有节能、低噪的优点；而且，由于线性电机具有免维修的特点，可大幅度减少检修人员，降低维修成本。由于车辆转弯半径小，可大大缩减车辆段及综合维修基地的用地面积，四号线车辆段面积因此由30公顷降为11公顷。
通过地铁二、三、四号线建设过程中技术创新的实践，我们深刻体会到，广州地铁的先进性能够带来巨大的经济效益，能够取得技术进步与降低成本的双重效果。应当说，更安全、更可靠、造价更合理、技术更先进是一项工程建设的成功标志。同时，我们充分认识到，单个设备的先进不等于整条线路的先进，例如，我们着眼于未来的发展，在三号线增设了全线的主控系统，实现从追求单个设备和单个系统的先进性到追求整条线的先进性的历史跨越。随着广州城市轨道交通事业的快速发展，我们更认识到仅仅实现一条线的先进性还远远不够，从建设为运营，运营为经营，经营为效益的理念出发，既要考虑建设阶段造价的合理性，更要考虑系统在整个寿命周期的服务水平和经济效益的最优化，因此我们始终树立全局与可持续发展的观念，将实现广州地铁整个路网的先进性作为我们追求的真正目标。