為最“聰明”地鐵設(shè)計(jì)中國(guó)“腦”

文／矯陽(yáng)

每一天，武漢地鐵5號(hào)線運(yùn)營(yíng)都十分繁忙。

從喚醒、自檢、出庫(kù)、發(fā)車啟動(dòng)，到加減速、?？空?、開(kāi)關(guān)門、折返、沖洗、回庫(kù)……開(kāi)通10個(gè)月的武漢地鐵5號(hào)線，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)108個(gè)全自動(dòng)場(chǎng)景應(yīng)用，首次徹底取消司機(jī)駕駛室，是目前國(guó)內(nèi)最“聰明”的地鐵。

大部分日子，只要在武漢，中國(guó)鐵建鐵四院（以下簡(jiǎn)稱鐵四院）通信信號(hào)研究院副總工程師鄭生全都習(xí)慣搭乘5號(hào)線上班，其中一站就是“鐵四院站”。鄭生全尤其喜歡站在以往是司機(jī)駕駛室的“觀景平臺(tái)”里，與許多乘客一起，直觀感受飛速遠(yuǎn)去的隧道。

為武漢地鐵5號(hào)線設(shè)計(jì)中國(guó)“腦”的，正是鄭生全帶領(lǐng)的鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。

自己干，研究頂層設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2016年，武漢啟動(dòng)地鐵5號(hào)線建設(shè)。

“建中南地區(qū)首條全自動(dòng)駕駛地鐵”——這是建設(shè)方對(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的鐵四院提出的要求。

參與過(guò)多條地鐵通信、信號(hào)設(shè)計(jì)的鄭生全十分清楚，當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)外自動(dòng)駕駛地鐵運(yùn)營(yíng)里程已有904公里，國(guó)內(nèi)也已陸續(xù)開(kāi)通了北京機(jī)場(chǎng)快軌、廣州地鐵APM線及上海地鐵10號(hào)線等線路，設(shè)計(jì)一條類似的地鐵線路并非難事。

然而，鄭生全也十分清楚，國(guó)內(nèi)已開(kāi)通的全自動(dòng)駕駛地鐵線，除保留司機(jī)監(jiān)控，關(guān)鍵技術(shù)均為進(jìn)口，且與車輛、站臺(tái)門及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)的協(xié)同并不完美，全自動(dòng)效率受到影響。

當(dāng)時(shí)正在建設(shè)的北京燕房地鐵線，是國(guó)內(nèi)首條全自動(dòng)示范工程項(xiàng)目。相關(guān)設(shè)計(jì)文件能否借鑒？觀摩學(xué)習(xí)后，鄭生全發(fā)現(xiàn)，燕房線是一邊建設(shè)、一邊探索編寫應(yīng)用場(chǎng)景，沒(méi)有可參照的設(shè)計(jì)樣板。

“自己干！在前人基礎(chǔ)上，為地鐵設(shè)計(jì)一個(gè)中國(guó)‘腦’?！?016年12月，鐵四院地鐵全自動(dòng)運(yùn)行規(guī)范編制組成立，鄭生全被任命為負(fù)責(zé)人。他們的任務(wù)是，依托武漢地鐵5號(hào)線設(shè)計(jì)，研究相關(guān)頂層設(shè)計(jì)和需求標(biāo)準(zhǔn)，為建設(shè)城市全自動(dòng)地鐵提供指導(dǎo)性文件。

三年，編出108個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景

全自動(dòng)駕駛地鐵的中國(guó)“腦”，需要儲(chǔ)存什么應(yīng)用場(chǎng)景？

鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)深入地鐵車輛段，調(diào)研地鐵運(yùn)營(yíng)全流程。啟動(dòng)、運(yùn)行、進(jìn)站停車、開(kāi)關(guān)門、故障處置……通過(guò)觀察、記錄一個(gè)又一個(gè)場(chǎng)景，再協(xié)同各專業(yè)商討，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的全自動(dòng)解決方案。

“完成一個(gè)場(chǎng)景，平均費(fèi)時(shí)3個(gè)月?！辫F四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)主要成員鄒海平說(shuō)。

鄒海平遇到的一個(gè)核心系統(tǒng)場(chǎng)景，似乎無(wú)解：站臺(tái)門開(kāi)關(guān)屬機(jī)械電路控制，若有故障，在完全無(wú)人情況下，開(kāi)關(guān)必須交由信號(hào)列控系統(tǒng)，實(shí)施遠(yuǎn)程控制。

機(jī)械與信息，領(lǐng)域完全不同。一連數(shù)月，苦思無(wú)果。

一次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，鄒海平偶然發(fā)現(xiàn)，火車采用道岔變軌時(shí)，道岔與信號(hào)的方向，均由列控系統(tǒng)控制?？吹竭@個(gè)信息集成機(jī)械的范例，鄒海平直呼：“踏破鐵鞋無(wú)覓處，得來(lái)全不費(fèi)工夫！”

很快，站臺(tái)門控制被成功集成到列控系統(tǒng)，地鐵全自動(dòng)駕駛的一項(xiàng)關(guān)鍵集成技術(shù)突破了。

歷時(shí)3年反復(fù)論證，鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)終于完成了城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行《需求規(guī)范》。108個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景、1086條功能需求，合計(jì)數(shù)10萬(wàn)字，詳盡描述了全自動(dòng)運(yùn)行所有場(chǎng)景和設(shè)計(jì)規(guī)范，賦予機(jī)器以人類智慧。

一個(gè)聰明的中國(guó)“腦”，由此誕生。

2018年，《需求規(guī)范》通過(guò)專家評(píng)審，被認(rèn)為是“國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，對(duì)國(guó)內(nèi)其他全自動(dòng)運(yùn)行項(xiàng)目建設(shè)具有積極示范作用”。

提升“聰明”度，徹底取消駕駛室

傳統(tǒng)軌道車輛設(shè)計(jì)，全是司乘分開(kāi)。司機(jī)在駕駛室，監(jiān)管安置于此的所有信號(hào)車載設(shè)備，銜接調(diào)度運(yùn)營(yíng)流程，處理緊急情況。

根據(jù)對(duì)地鐵全自動(dòng)駕駛技術(shù)的研判，鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)大膽提出：徹底無(wú)人化，堅(jiān)決去掉司機(jī)駕駛室，提升地鐵的“聰明”度。

“對(duì)大運(yùn)量地鐵線路，徹底取消駕駛室，國(guó)內(nèi)外沒(méi)先例?！毙碌脑O(shè)計(jì)目標(biāo)，引發(fā)了巨大爭(zhēng)議。

運(yùn)營(yíng)方質(zhì)疑：“完全無(wú)人，運(yùn)營(yíng)安全能否保證最大化？”

車輛制造企業(yè)尤其擔(dān)心：“取消駕駛室，車輛制造改動(dòng)太大，相關(guān)信號(hào)、通信、綜合監(jiān)控都要調(diào)整?！?/p>

通信設(shè)備供應(yīng)方提出：“改變安置在駕駛室的信號(hào)設(shè)備，牽一發(fā)動(dòng)全局?！?/p>

面對(duì)諸多意見(jiàn)，在建設(shè)方鼎力支持下，鄭生全帶領(lǐng)鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，以多年的技術(shù)積淀，通過(guò)反復(fù)、細(xì)致的技術(shù)探討，最終提出了令人信服的設(shè)計(jì)方案。

為確保無(wú)虞，鄭生全先后兩次專程去新加坡考察，觀察車輛駕駛室每個(gè)細(xì)節(jié)；為協(xié)調(diào)各專業(yè)參建方達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鄒海平每天要處理上百個(gè)電話。

“那段時(shí)間，我的頭發(fā)掉得特別厲害?！?017年，鄒海平年僅35歲。

歷經(jīng)4年多艱辛努力，2020年5月31日，首列無(wú)駕駛室的全自動(dòng)駕駛地鐵列車下線，代表了國(guó)內(nèi)先進(jìn)智能列車的工業(yè)化、信息化、智慧化水平。

“沒(méi)有駕駛室，列車運(yùn)營(yíng)更精準(zhǔn)。在滿足同等運(yùn)力條件下，武漢地鐵5號(hào)線共減少兩列上線列車。”鄒海平說(shuō)。

黨的二十大報(bào)告為交通強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)建設(shè)擘畫了藍(lán)圖，這令鄭生全和鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)信心倍增?，F(xiàn)在，他們已經(jīng)開(kāi)始研究更“聰明”的地鐵“大腦”。

“我們正在挑戰(zhàn)互聯(lián)互通技術(shù)，編制一張高智能的網(wǎng)絡(luò)指揮網(wǎng)，改變目前地鐵單線運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)環(huán)境下跨線運(yùn)行?！编嵣f(shuō)。

到2023年，國(guó)內(nèi)將啟動(dòng)建設(shè)19個(gè)地鐵網(wǎng)絡(luò)、共40條線，總長(zhǎng)超過(guò)1200公里，均將以互聯(lián)互通模式設(shè)計(jì)。

“聰明”地鐵的標(biāo)準(zhǔn)是什么？未來(lái)地鐵還會(huì)怎樣“聰明”？中國(guó)的鐵路工程技術(shù)人員，正在不斷探索……