城市軌道交通領域產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新模式及成果分析

張春光

（1. 軌道交通系統(tǒng)測試國家工程實驗室，北京 100081；2. 北京中鐵科軌道交通安全技術有限公司，北京 100081）

1 引言

產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新是以用戶、企業(yè)、高校和科研機構為核心，在政府、科技中介服務機構、金融機構等大力支持和協(xié)同下，以優(yōu)勢互補和利益共享為基本原則，按照一定的模式和機制，協(xié)同開展新技術研究開發(fā)、新產(chǎn)品試制及成果轉化應用等活動[1]。產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新作為整合創(chuàng)新資源、提高創(chuàng)新效率、加快創(chuàng)新成果落地的有效途徑，受到世界各國和地區(qū)的高度重視[2]。近年來，我國不斷深化科技體制改革，推動建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產(chǎn)學研深度融合的技術創(chuàng)新體系，創(chuàng)新實踐進程逐步加快、發(fā)展水平不斷提升、合作層次不斷加強，科技成果的轉化成功率穩(wěn)步增長。鑒于城市軌道交通在緩解交通擁堵和引導優(yōu)化城市空間布局的優(yōu)勢，我國城市軌道交通得到迅猛發(fā)展，在我國已基本形成了涵蓋城市軌道交通規(guī)劃設計、工程建設、運營管理、技術裝備等的全產(chǎn)業(yè)鏈，特別是在“交通強國戰(zhàn)略”實施進程中，城市軌道交通由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉變，突破大量核心關鍵技術，攻克了一些世界性難題，提升了我國在城市軌道交通領域的國際地位[3-4]。但我們也清晰的看到，與世界發(fā)達國家相比，我國城市軌道交通仍有一定差距，存在技術創(chuàng)新孤島問題，亟需在城市軌道交通領域整合創(chuàng)新資源，形成技術創(chuàng)新合力，全面提升自主創(chuàng)新能力。

2 產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新模式

產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新模式的選擇至關重要，直接關系到合作的效果乃至成敗。多年來，國內(nèi)外有關學者對產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新模式進行了大量研究[5-8]。由于合作主體、目標導向及合作形式千差萬別，合作模式的選擇應依據(jù)具體情況具體分析，不能完全照搬[9-10]。為滿足城市軌道交通快速發(fā)展的需要，全面提升城市軌道交通自主創(chuàng)新能力，在中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會引導下，在中國城市軌道交通協(xié)會的指導下，中國鐵道科學研究院集團有限公司（簡稱“鐵科院”）聯(lián)合深圳市地鐵集團有限公司（簡稱“深圳地鐵”）、中車株洲電力機車有限公司（簡稱“中車株機”）、北京鐵科英邁技術有限公司（簡稱“鐵科英邁”）等單位組建創(chuàng)新聯(lián)合體，圍繞城市軌道交通綜合檢測車的研制開發(fā)，以市場為導向，以企業(yè)為主體，以科技創(chuàng)新為動力，以資金、合同、協(xié)議為紐帶，采用科研與示范工程相結合的方式，在城市軌道交通領域共同開展科技創(chuàng)新和成果轉化，形成相輔相成的政產(chǎn)學研用全面技術創(chuàng)新合作模式，組織架構如圖1所示。

圖1 產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新模式組織架構圖

2.1 以市場為導向

以市場為導向，為產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新確立了目標。深圳是我國城市軌道交通發(fā)展最快的城市之一，截至2020年底深圳地鐵開通運營線路里程達423.36 km。隨著運營里程的不斷增加，其基礎設施日常養(yǎng)護維護工作日趨繁重，但由于檢測技術相對落后，檢測設備簡陋，檢測手段單一，多數(shù)情況下仍采用人工靜態(tài)檢測維護或?qū)ｍ棛z測車的方式，受人員技術水平、作業(yè)時間、現(xiàn)場設備條件的影響，檢測數(shù)據(jù)不準確，檢測效率低下，費時費力且存在安全隱患[11]，迫切需要研制一列集軌道、接觸網(wǎng)、通信、限界等基礎設施檢測能力于一體的城市軌道交通綜合檢測車，提高基礎設施維護保養(yǎng)的效率，保障城市軌道交通運營安全。

2.2 以企業(yè)為主體

以企業(yè)為主體，可以更加接近市場，快速反應，創(chuàng)造出更新穎、更適合市場的成果，有利于創(chuàng)新成果快速落地。在科技創(chuàng)新體系中，企業(yè)承擔著產(chǎn)品開發(fā)、轉化、應用和推廣的職能，占據(jù)創(chuàng)新主體地位。深圳地鐵作為用戶企業(yè)，從方向決策到方案設計，從項目建設到運行管理，發(fā)揮了用戶的主導作用；鐵科院作為科技型企業(yè)，主要承擔綜合檢測技術和數(shù)據(jù)處理分析技術研究，發(fā)揮了科技創(chuàng)新的牽引作用；中車株機和鐵科英邁作為產(chǎn)業(yè)企業(yè)，負責成果轉化、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造、系統(tǒng)集成和調(diào)試試驗等，在創(chuàng)新成果轉化方面發(fā)揮重要作用。城市軌道交通領域具有極強的凝聚力，長期以來在科研開發(fā)、綜合試驗、成果轉化方面開展了大量合作，同時，頻繁、密切的合作關系為產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新提供了強有力的組織保障。

2.3 以科技創(chuàng)新為動力

科學技術是第一生產(chǎn)力，創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力，產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新以科技創(chuàng)新為發(fā)展動力，致力于搶占技術創(chuàng)新制高點和突破關鍵核心技術瓶頸。項目以數(shù)字化、智能化為發(fā)展方向，確立高速度高精度動態(tài)檢測技術、智能檢測分析技術、數(shù)據(jù)處理分析技術等為關鍵核心技術，對標國際先進水平，結合現(xiàn)場檢測需要，瞄準更高水平的目標開展合作研究。

2.4 以資金、合同、協(xié)議為紐帶

根據(jù)需要采取以資金、合同、協(xié)議等多種紐帶并存的模式，建立長期合作、深度融合、資源共享的合作模式。鐵科院與深圳地鐵以資金為紐帶，組建股份制公司，建立利益共同體，形成長期合作、深度融合的合作模式；創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化過程以合同為紐帶，形成緊密的契約模式，促進了合作任務的按期高質(zhì)量完成；與高等院校、中小企業(yè)之間合作以協(xié)議為紐帶，有利于廣泛吸納合作伙伴，實現(xiàn)人才、設備、信息等資源共享。

2.5 政府引導、協(xié)會指導、科研機構和高等院校共同參與

政府引導、協(xié)會指導、科研機構和高等院校共同參與，可為產(chǎn)學研合作提供政策、資金、技術、理論等方面的支持。中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會作為政府部門，從組織、管理、監(jiān)督、資金等方面給予強有力的政策支持，為項目可持續(xù)發(fā)展提供保障；中國城市軌道交通協(xié)會在項目實施過程中提供技術指導和專家咨詢，確保了項目的創(chuàng)新性、先進性和可靠性；西南交通大學、北京交通大學、中南大學等高等院校，在學術研究和基礎理論研究方面做出了突出貢獻。

2.6 科研與工程相結合

由科研單位牽頭，產(chǎn)學研共同參與，設立“城市軌道交通基礎設施高速度高精度動態(tài)檢測技術攻關”和“基礎設施測試數(shù)據(jù)處理分析技術”專項科研課題，成立聯(lián)合創(chuàng)新課題組，設立軌道檢測技術、電務檢測技術、供電檢測技術、隧道檢測技術、通信檢測技術、車輛動態(tài)響應檢測技術、環(huán)境監(jiān)測技術、定位同步技術、數(shù)據(jù)處理分析技術等研究部，針對關鍵核心技術開展技術攻關。與此同時，在深圳地鐵建立城市軌道交通移動檢測實驗室和數(shù)據(jù)處理分析中心，將成果率先在深圳地鐵進行應用實踐，通過科研與示范工程相結合的方式，實現(xiàn)關鍵核心技術的快速落地，提高創(chuàng)新鏈整體效能。

綜上，該組織模式中，參與單位強強聯(lián)合、優(yōu)勢互補，將研發(fā)、生產(chǎn)、試驗、應用與推廣串聯(lián)在一起，打通了整個城市軌道交通產(chǎn)業(yè)鏈，既是創(chuàng)新成果的合作又是創(chuàng)新能力的合作，既滿足了用戶需求又提升了科技創(chuàng)新能力，推動了我國城市軌道交通領域檢測檢驗技術進步。

3 管理機制

3.1 信息溝通機制

為提高工作效率，促進產(chǎn)學研合作深度融合，建立高效信息溝通機制。成立項目指揮部，負責項目的整體指揮與協(xié)調(diào)；設項目辦公室，負責項目管理日常事務和信息溝通；實行“項目經(jīng)理制”，由項目經(jīng)理負責項目全過程的組織、協(xié)調(diào)、控制和監(jiān)督，加強部門間的橫向聯(lián)系；成立聯(lián)合工作組，在研發(fā)設計、接口對接、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等環(huán)節(jié)形成合力，將分散的行動變?yōu)榧行袆樱瑹o序的行為變?yōu)橛行虻男袨?，矛盾的關系變?yōu)閰f(xié)同的關系。

3.2 質(zhì)量過程管控機制

在科研方面，重點把控項目遴選、目標設定、立項管理、過程管理、結題驗收、成果轉化等關鍵環(huán)節(jié)，對標志性成果進行階段評審，實現(xiàn)項目的動態(tài)控制與管理；在工程應用方面，細化項目的功能用途、技術指標、質(zhì)量標準、交付方式等具體指標；在設計審查、生產(chǎn)制造、質(zhì)量監(jiān)督、出廠驗收、調(diào)試試驗、合同驗收等環(huán)節(jié)對項目進行過程管控，確保工程質(zhì)量。

3.3 持續(xù)改善工作機制

基于精益理念以研發(fā)流程為主線，開展研發(fā)工具、知識、質(zhì)量以及規(guī)范、標準的建設，通過持續(xù)改善不斷創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)的精益管理和精益設計，持續(xù)提升檢測設備的檢測精度和分辨率；在數(shù)據(jù)處理方面不斷完善功能，按照人因工程學設計操作界面使軟件操作性更強且更美觀，數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析更智能[12]。

3.4 利益共享與風險共擔機制

公平合理的利益分配機制，有利于調(diào)動產(chǎn)學研合作組織中人才、資本、信息、技術等方面的活力，實現(xiàn)富有成效的協(xié)同創(chuàng)新。綜合考慮合作各方的投入、貢獻、風險等因素，應用層次分析法建立合作項目的目標層、準則層和指標層。在投入方面合理測算投入的人力、設備、場地、物料、資金等資源的價值；在貢獻方面綜合評價成員在經(jīng)濟效益、技術成果、社會效益、競爭力、集成效應等方面的貢獻水平；在風險方面合理評估政策風險、組織風險、技術風險、市場風險、財務風險、環(huán)境風險等風險因子，探索構建基于投入成本、貢獻水平和風險的綜合利益分配模型，將利益共享與風險共擔結合在一起，實現(xiàn)參與各方的利益最大化，有效促進利益主體和客體完美有機結合，加強產(chǎn)學研合作組織的穩(wěn)定性和耦合性[13-14]。

3.5 平臺運行機制

城市軌道交通綜合檢測車作為基礎設施綜合檢測與試驗研究平臺，既服務于深圳地鐵運營維護，為基礎設施養(yǎng)護維修提供技術支持，同時又可以系統(tǒng)采集海量動態(tài)檢測試驗數(shù)據(jù)，開展基礎設施性能研究與規(guī)律預測。首先，應踐行“開放、流動、聯(lián)合、競爭”平臺運行管理機制，開放資源和信息，促進人才流動，加強合作與交流，積極開展聯(lián)合創(chuàng)新[15]。其次，依托平臺成立股份制公司，主要開展基礎設施檢測服務與評價、科技創(chuàng)新成果轉化等，利用技術服務、成果轉化等收益實現(xiàn)自我運營，并建立人、財、物獨立的管理機制。再次，開展質(zhì)量管理認證認可體系建設，通過質(zhì)量管理體系的有效運行、持續(xù)改進和不斷優(yōu)化，進一步提高平臺檢測/檢查能力，提升檢測/檢查結果的權威性與公信力。

綜上，信息溝通機制為項目高效實施提供有利條件，質(zhì)量過程管控機制為項目質(zhì)量保駕護航，持續(xù)改善工作機制為技術創(chuàng)新鋪平道路，利益共享與風險共擔機制加強了產(chǎn)學研合作的穩(wěn)定性和耦合性，平臺運行機制確保了平臺長期、持續(xù)、高效的運行。通過以上管理機制的創(chuàng)新實踐，為產(chǎn)學研深度融合提供示范與借鑒。

4 聯(lián)合創(chuàng)新成果

4.1 城市軌道交通綜合檢測車

城市軌道交通綜合檢測車以2輛編組（1動1拖）的B型電客車為載體，采用鋁合金全焊接結構車體，具備DC1500V接觸網(wǎng)供電或DC800V牽引蓄電池供電的雙電源供電模式。城市軌道交通綜合檢測車外觀如圖2所示。

圖2 城市軌道交通綜合檢測車

綜合檢測車裝備了軌道幾何檢測、鋼軌輪廓檢測、軌道狀態(tài)巡檢、鋼軌短波不平順檢測、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測、接觸網(wǎng)受流檢測、隧道限界檢測、通信檢測、車輛動態(tài)響應檢測、環(huán)境監(jiān)視和定位同步等基礎設施檢測系統(tǒng)，具備對軌道、牽引供電、通信、加速度、限界和周邊環(huán)境中影響列車運行安全的技術指標和相關信息進行實時檢測，并具有時空同步定位、數(shù)據(jù)傳輸和分析功能，可動態(tài)、系統(tǒng)、全面地掌握各項基礎設施的狀態(tài)，評估設備運用安全性，提高基礎設施檢測效率和設備養(yǎng)護維修效率。

主要創(chuàng)新點包括：

（1）融合了軌道、牽引供電、通信、加速度、限界等多項檢測功能，檢測速度可達120 km/h，檢測精度達到毫米級，其中，軌道水平檢測精度為±1.5 mm，軌道超高檢測精度為±5 mm，鋼軌輪廓檢測精度為0.2 mm，接觸網(wǎng)拉出值檢測精度為±10 mm，接觸網(wǎng)硬點檢測精度＜1%，隧道限界檢測檢測精度為±10 mm，車輛動態(tài)響應檢測精度為±0.05 m/s2，總體技術達到國際先進水平；

（2）軌道幾何檢測、軌道狀態(tài)巡檢、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測、接觸網(wǎng)檢測等多個系統(tǒng)實現(xiàn)智能檢測分析功能；

（3）列車配置先進的ATO信號系統(tǒng)（目前僅兼容深圳地鐵10號線線路，可展望通過研究實現(xiàn)全線網(wǎng)兼容），可以實現(xiàn)在運營期間穿插在客車間實施檢測；

（4）車輛配置了牽引蓄電池，可實現(xiàn)在停電情況下，采用蓄電池供電以最高速度40 km/h運行80 km，完成單線一個往返的檢測。

4.2 數(shù)據(jù)處理中心

數(shù)據(jù)處理中心是一個面向多專業(yè)檢測數(shù)據(jù)存儲管理及分析處理中心，實現(xiàn)對軌道檢測、軌道巡檢、車輛動態(tài)響應檢測、隧道侵限、接觸網(wǎng)檢測、通信檢測等數(shù)據(jù)管理與分析，可生成綜合超限報表、超限/傷損統(tǒng)計圖表、數(shù)據(jù)對比報告等。數(shù)據(jù)分析軟件界面如圖3所示。

圖3 基礎設施檢測數(shù)據(jù)分析軟件界面示意圖

主要創(chuàng)新點包括：

（1）實現(xiàn)周期動態(tài)檢測、人工檢查、在線監(jiān)測和養(yǎng)護維修作業(yè)等多源異構數(shù)據(jù)的實時收集與接入，為基礎設施檢測數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的存儲和管理平臺；

（2）建立專家綜合分析診斷系統(tǒng)，準確評估城市軌道交通基礎設施狀態(tài)，開展數(shù)據(jù)智能處理，預測變化趨勢，為城市軌道交通基礎設施養(yǎng)護維修提供技術決策支持；

（3）采用虛擬化平臺，整合服務器資源，實現(xiàn)IT資源的可彈性擴展和動態(tài)部署，提高數(shù)據(jù)存儲能力和數(shù)據(jù)處理效率。

5 結語

通過在城市軌道交通領域開展產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新實踐，攻克了高速度高精度動態(tài)檢測技術、智能檢測分析技術、數(shù)據(jù)處理分析技術等多項關鍵核心技術，形成了城市軌道交通綜合檢測車和數(shù)據(jù)處理中心等創(chuàng)新成果，為保障城市軌道交通運營安全提供技術支撐，將推動城市軌道交通新線聯(lián)調(diào)聯(lián)試模式創(chuàng)新，為城市軌道交通產(chǎn)品認證認可提供技術手段，是我國城市軌道交通領域產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新深度融合的范例，具有良好的示范效應。