科技支撐下的北京軌道交通

2009年，北京軌道交通在施線路將達(dá)13條。預(yù)計(jì)到2015年，13條新線陸續(xù)建成，北京軌道交通運(yùn)營總里程隨之猛增至561公里，并形成“三環(huán)、四橫，五縱，七放射”的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。

軌道交通掀起前所未有的建設(shè)高潮，離不開強(qiáng)大的科技支撐。據(jù)北京市科委有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，在現(xiàn)有的軌道交通線路建設(shè)中，建設(shè)者積累了多項(xiàng)先進(jìn)科學(xué)的施工技術(shù)，完成了穿越既有軌道線路、鄰近房屋建筑施工、下穿交通要道等“風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)”工程；創(chuàng)造實(shí)施了明挖法、蓋挖法，鋪蓋法、淺埋暗挖法，盾構(gòu)法等施工方法。近年來，北京市科委支持了一系列軌道交通建設(shè)方面的核心技術(shù)。

CBTC控制系統(tǒng)

為培育，推動我國自主知識產(chǎn)權(quán)的基于通信的CBTC(系統(tǒng)基于通信的列車控制系統(tǒng))系統(tǒng)的研發(fā)創(chuàng)新、中試、生產(chǎn)制造、示范工程與全面應(yīng)用，北京市科委相繼通過三期立項(xiàng)，在不同階段發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體中不同主體的階段優(yōu)勢，促進(jìn)科研和生產(chǎn)緊密結(jié)合，創(chuàng)新機(jī)制攻關(guān)地鐵高端核心技術(shù)，取得了明顯效果。

北京市科委組織北京交通大學(xué)與北京地鐵投資，建設(shè)、運(yùn)營三家公司簽訂了“北京城市軌道交通發(fā)展合作協(xié)議”，選取“基于通信的城軌CBTC系統(tǒng)研究”作為攻克地鐵高端和核心技術(shù)的突破口，攻克了CBTC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，完成整個CBTC系統(tǒng)的系統(tǒng)集成測試，并在北京地鐵1.3公里的試車線上進(jìn)行了功能和性能試驗(yàn)，達(dá)到了IEEE發(fā)車間隔90秒的標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)功能和性能技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

到目前，北京市利用4年的時(shí)間完整地完成了CBTC系統(tǒng)核心技術(shù)的研發(fā)，試驗(yàn)和工程化三個完整過程的接續(xù)，探索了一條官、產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合進(jìn)行核心技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用的體制和機(jī)制，充分發(fā)揮各方在研究，開發(fā)，應(yīng)用不同階段的優(yōu)勢和積極性，聯(lián)合攻克核心技術(shù)。下一步，北京市科委將繼續(xù)組織相關(guān)單位開展安全設(shè)計(jì)平臺和驗(yàn)證手段的研究與建設(shè)，以及核心技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化工作，將其做成一個高附加值的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，每年將為北京創(chuàng)造10億元以上的產(chǎn)值，節(jié)約外匯資金1.5億美元以上，在整個軌道交通信號系統(tǒng)的生命周期內(nèi)，節(jié)約三分之一的建設(shè)與運(yùn)營維護(hù)成本。

淺埋暗挖法

大跨度隧道采用淺埋暗挖法穿越既有地鐵構(gòu)筑物是城市建設(shè)中必須面臨的重要課題，也是難度最大的技術(shù)問題之一。北京地鐵五號線崇文門車站和東單車站隧道穿越工程的規(guī)模之大，條件之復(fù)雜以及控制標(biāo)準(zhǔn)之高是國內(nèi)外罕見的。

“淺埋暗挖法近距離穿越既有地鐵構(gòu)筑物(區(qū)間與車站)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題是由北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司等單位完成的。該課題的研究，形成了一套穿越既有線的關(guān)鍵技術(shù)，并在地鐵5號線崇文門站、東單站穿越既有地鐵線工程中得到了很好的應(yīng)用，既保證了新建施工的安全和按期完工，也保證了既有地鐵環(huán)線的運(yùn)營安全。從而為地鐵5號線按期投入運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)配套設(shè)施工程的承諾，緩解交通擁堵，方便市民出行做出重要貢獻(xiàn)。

超淺埋單拱大跨雙側(cè)洞法

“超淺埋單拱大跨雙側(cè)洞法暗挖地鐵車站施工技術(shù)研究”是由北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司等單位承擔(dān)的課題。本課題圍繞北京地鐵5號線張自忠路站而開展。該車站為國內(nèi)外第一座車站暗挖采用單拱流線型雙側(cè)洞法施工，為超淺埋隧道。針對超淺埋，單拱兩柱、大跨度，地下管線密布、拱頂為含水粉細(xì)砂層等復(fù)雜環(huán)境條件的雙側(cè)洞法地鐵車站施工存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，該課題運(yùn)用室內(nèi)土工、數(shù)值模擬分析，現(xiàn)場試驗(yàn)和監(jiān)控量測等研究手段，經(jīng)過2年多的研究和工程實(shí)踐，首次在國內(nèi)外成功開發(fā)并實(shí)施了單拱流線型大跨雙側(cè)洞法淺埋暗挖地鐵車站，形成了一整套關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下雙側(cè)洞法施工技術(shù)的重大突破，從實(shí)踐上突破了側(cè)洞法施工的傳統(tǒng)理念，開發(fā)，豐富了淺埋暗挖法施工地鐵車站或大斷面隧道的應(yīng)用領(lǐng)域。

通過應(yīng)用成果，成功修建了國內(nèi)外第一座單拱流線型雙側(cè)洞法地鐵車站，填補(bǔ)了空白，在業(yè)界引起了極大反響及傳統(tǒng)理念的突破。課題成果如地層變位分配控制原理，注漿大管棚。二襯施工新理念等在北京地區(qū)以及國內(nèi)地下工程界已逐步全面推廣。

小間距、長距離盾構(gòu)隧道施工技術(shù)

“北京地鐵小間距、長距離盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究”由北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司等單位完成。該課題緊密結(jié)合北京地鐵十號線三元橋站至亮馬河站區(qū)間小間距，長距離平行盾構(gòu)隧道旁穿南小街8號樓等建筑群的設(shè)計(jì)與施工實(shí)踐，首次在北京地鐵成功實(shí)施了小間距(最小凈距1.7m)，長距離盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)和施工，總結(jié)出一套較完整的設(shè)計(jì)，施工與監(jiān)測技術(shù)，既保證了兩隧道的安全也保證了鄰近樓房的安全，為國內(nèi)首創(chuàng)。

該課題將增量法和盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的修正慣用法有機(jī)地結(jié)合，提出了能夠反映小間距、長距離盾構(gòu)隧道施工全過程的計(jì)算方法。同時(shí)結(jié)合地層結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬計(jì)算，也解決了對鄰近樓房安全預(yù)測、口]題。研究提出了一套小間距，長距離平行盾構(gòu)隧道防護(hù)加固方案和措施、設(shè)計(jì)分析方法，并成功實(shí)施。通過后行盾構(gòu)的施工實(shí)踐，總結(jié)形成了一套完整的后行盾構(gòu)施工保障措施確保后行盾構(gòu)施工對先行隧道及其周圍土體以及地面環(huán)境的影響最小，相關(guān)的組織措施和現(xiàn)場管理方法行之有效。

該項(xiàng)目成果的成功實(shí)施避免，施工對城市地面、道路的占用，保證了地面交通的暢通。

火災(zāi)安全評價(jià)和應(yīng)急系統(tǒng)

隨著城市地鐵的不斷發(fā)展，隨著我國地鐵運(yùn)營線路和客運(yùn)量的增加，地鐵內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的可能性也隨之增加、災(zāi)害造成的損失也不斷擴(kuò)大，這已經(jīng)引起了有關(guān)方面的高度重視。地鐵火災(zāi)在威脅社會秩序和民眾的生命安全、造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，還導(dǎo)致社會的混亂，使人的心理產(chǎn)生恐懼，而且災(zāi)害處置的結(jié)果直接影響著國家政治經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和發(fā)展，已成為各級政府面臨的新挑戰(zhàn)。

“地鐵系統(tǒng)火災(zāi)安全評價(jià)和應(yīng)急系統(tǒng)研究”由北京市地鐵運(yùn)營有限公司完成。該項(xiàng)目主要以北京地鐵為研究對象，采用理論分析、數(shù)值模擬計(jì)算，現(xiàn)場測試及模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，主要解決了復(fù)雜條件下的地鐵火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散特性和人員疏散規(guī)律的數(shù)值模擬計(jì)算問題，準(zhǔn)確描述了火災(zāi)煙氣隨時(shí)間和空間變化的規(guī)律以及人員疏散規(guī)律，為優(yōu)化通風(fēng)排煙模式和制訂最佳疏散路線提供了充分的依據(jù)。同時(shí)，應(yīng)用這些研究成果，結(jié)合地鐵安全管理的實(shí)際情況，從預(yù)防，預(yù)備、響應(yīng)和恢復(fù)等方面系統(tǒng)地編制了地鐵火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真軟件，解決了應(yīng)急預(yù)案的系統(tǒng)性、完整性，實(shí)用性以及培訓(xùn)演練問題。

DKZ6新型地鐵客車

為全面提高我國軌道交通建設(shè)和運(yùn)營水平，打破國際上少數(shù)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)不銹鋼車的壟斷，使我國車輛技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，結(jié)合北京地鐵13號線車輛的制造，北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司和長春軌道客車股份有限公司聯(lián)合研制出我國第一列4輛編組輕型化無涂裝不銹鋼地鐵列車——DKZ6新型車。

該車在國內(nèi)首次采用鼓形輕量化不銹鋼車體；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝合理，承載能力強(qiáng)，30年壽命期內(nèi)車體免維護(hù)；采用點(diǎn)焊焊接工藝，滿足國際標(biāo)準(zhǔn)；車體外表面無需涂漆。

DKZ6新型車研制成功，為全國地鐵車輛的選擇提供了新的車型。車輛配套的電氣牽引系統(tǒng)，制動系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向架的開發(fā)與應(yīng)用，對我國不銹鋼地鐵車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)起到重大推動作用。該車制造和運(yùn)行檢修過程實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，節(jié)約能源，社會效益顯著。

軌道交通安全建設(shè)

為健全規(guī)范化、系統(tǒng)化、信息化和可操作的北京地鐵建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)、信息化管理系統(tǒng)，整體提高北京地鐵工程建設(shè)安全的技術(shù)和管理水平，最大程度地降低北京地鐵工程建設(shè)中安全事故的發(fā)生，北京市科委開展了“北京地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制及信息化管理平臺的研究與應(yīng)用”工作。

該項(xiàng)工作通過對地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)、管理體系以及地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理信息化平臺的研發(fā)與應(yīng)用開展科技攻關(guān)，形成一套系統(tǒng)的、貫穿北京地鐵建設(shè)土建實(shí)施全過程的安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)一套適合于北京地鐵建設(shè)特點(diǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控，評估預(yù)警與管理的信息化管理平臺，有效地控制施工風(fēng)險(xiǎn)，提高安全風(fēng)險(xiǎn)管理水平，降低地鐵建設(shè)對環(huán)境、市民生活和工作所帶來的不利影響。