装备制造：中国城市轨道交通技术装备发展动态
发布时间：2022-08-17分类：行业动态来源:搜狗微信
【轨道交通网-RTAI 智慧城轨网-城市轨道交通门户网站讯】
伴随经济发展，中国城市交通拥堵问题日趋严重，城市轨道交通以其运量大、全天候、安全等特点，成为缓解城市交通压力的重要方式。近年来，国内城市轨道交通行业快速发展，新运营里程持续扩大。截至2018年12月31日，我国已建成并投入运营的城市轨道交通线路为5761.4公里（不含港澳台，包含地铁、轻轨、单轨、市域快轨、现代有轨电车、磁（悬）浮交通、APM）。其中，地铁4354.3公里，占线路总长的75.6%；轻轨255.4公里，占线路总长的4.4%；单轨98.5公里，占线路总长的1.7%；市域快轨656.5公里，占线路总长的11.4%；现代有轨电车328.7公里，占线路总长的5.7%；磁浮交通57.9公里，占线路总长的1.00%；APM10.2公里，占线路总长的0.2%。2018年中国各城市轨道交通运营线路规模统计如表1所示。表1 2018年各城市城轨交通运营线路规模统计汇总由以上的统计数据可知，中国内地的城轨交通已经进入持续健康发展的新阶段，运营规模创历史新高，城轨交通发展日渐网络化、差异化，制式结构多元化，网络化运营逐步实现。截至2018年底，据不完全统计，共有63个城市的城轨交通线网规划获批（含国家发改委批复的44个城市和地方政府批复的19个城市），其中，城轨交通线网建设规划在实施的城市共计61个，线路总长7611.0公里（不含已开通运营线路），包含地铁、轻轨、单轨、市域快轨、现代有轨电车和APM6种制式。其中，地铁6118.8公里，占比80.4%；轻轨28.8公里，占比0.4%；单轨101.9公里，占比1.3%；市域快轨665.0公里，占比8.7%；现代有轨电车691.6公里，占比9.1%；APM4.9公里，占比0.1%；无磁浮交通规划线路。同时，建设规划线路3条及以上的城市有38个，27个城市扣除已运营线路后的建设规划规模均超100公里。规划车站总计5129座（按线路累计计算），其中换乘站1372座，换乘站占比约为26.8%（见表2）。表2 2018年各城市城轨交通规划线路规模统计汇总注：①表中1～44项中的地铁、轻轨、单轨、市域快轨、APM线路为国家发改委审批项目，1～44项中的现代有轨电车、磁浮交通线路和44项以后项目均为地方政府审批项目，国家发改委审批项目总计6864.4公里，占比90.2%，地方政府审批项目总计746.6公里，占比9.8%；②已开通运营的线路不再计入此统计表内；③截至统计期末，获批情况未公示的项目不计入在内；④景区内旅游线路、工业园区内仅供员工使用的通勤线路、科研试验线等不承担城市公共交通职能的线路不计入在内。截至2018年底，国家发改委批复的44个城市规划线路总投资达38911.1亿元。其中上海、北京、广州、杭州、深圳、武汉6市的投资计划均超过2000亿元，6市规划线路投资总额为15438.8亿元，占全国已批复规划线路投资的37.1%；成都、重庆、青岛、天津、西安、苏州、福州、厦门、长沙9市规划线路投资总额均在1000亿元以上。城市轨道交通计划总投资额稳步增长，各城市线路规模持续扩大，并逐渐成网，城市轨道交通已从单一线路化发展逐步迈入网络化发展时代。二、中国城市轨道交通关键技术、核心产品及装备研发现状近年来，为全面提升我国轨道交通装备技术水平和核心竞争力，进一步提高轨道交通装备自主研发产品质量保障能力、试验验证能力，实现从中国制造向中国创造转型并推进我国轨道交通装备走出去，我国通过统筹安排系列自主化产品研制与产业化应用项目等措施，围绕城市轨道交通车辆、轨道交通控制系统等重点领域的主要任务，进行了一系列科研探索和创新实践，极大地推动了我国城市轨道交通装备产业向中高端迈进取得突破性进展，进一步健全完善了轨道交通装备产品体系，并在智能化城市轨道交通关键装备工程化应用方面取得了初步成效，城市轨道交通全产业链配套与服务能力、产品质量保障能力得到明显提升。对中国城市轨道交通关键技术、核心产品及典型装备研发现状以及未来技术发展趋势进行概括梳理如下。《城市公共交通分类标准》（CJJ/T 114-2007）明确了城市轨道交通系统包括地铁系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统等，一般不同的轨道交通系统对应着不同的车辆形式。我国地铁车型分为A型、B型以及L型（采用直线电机牵引）。A型地铁列车长度一般在21～24米，宽度为3米；B型地铁列车长度一般在19～21米，宽度为2.8米；L型地铁列车长度一般在16～19米，宽度为2.8米，目前国内使用较少，仅有早期的北京机场线、广州地铁4、5、6号线在使用。近年来，地铁车辆技术的发展逐渐表现出车辆高速化、车辆结构轻量化及安全舒适性要求提高、列车智能化、牵引变流技术SiC代替IGBT、永磁直驱牵引技术、以太网列车通信网络技术以及变频制冷和热泵采暖空调节能技术等趋势。单轨车辆按照走行模式和结构，主要分为悬挂式和跨座式两类。其中，中运量跨座式单轨交通系统特色鲜明，其单向客运能力为每小时1万～3万人次，且在编组方式、能源利用、系统整合、车辆轻量化、维修保养、建设成本以及运营安全等方面具有一定的优势。中运量跨座式单轨车辆采用动力电池+地面储能电站+车辆智能电源管理系统的组合，可以充分吸收制动回馈能量，能量利用效率大大提高。此外，车辆设计有智能化控制系统，信号系统、通信系统及储能电站等数据均与车辆系统进行实时交互，实现功能高度整合。新型中运量跨座式单轨通过云系统把车辆的控制与线路信号紧密结合，并且通过云平台的大数据智能化管理，把车辆运营、维保、乘客服务等无缝对接，提高了系统效率，降低了运营风险。现代有轨电车从制式方面可以分为钢轮钢轨车辆和胶轮导轨车辆。胶轮导轨车辆仅有法国劳尔公司生产，且胶轮车辆造价高昂，国内仅有天津泰达和上海张江两条线路使用；钢轮钢轨车辆因技术成熟且造价低廉，正逐渐成为国内新建有轨电车线路的首选。目前，国内有能力生产有轨电车并具备交付业绩的厂商有南京浦镇、大连机车、青岛四方、长春客车、株洲机车和唐山客车等。在需求和新技术的推动下，中低速磁浮车辆技术发展显示出智能化中低速磁浮车辆+的新形势，全自动运行系统（FAO）将车辆控制与列车控制系统深度融合，从而实现控制的便捷、高效，减少了车载基础设备的资源浪费。此外，随着维护检修智能化技术的提高（如检修机器人的投入使用），中低速磁浮车辆车载设备标准模块化趋势也逐渐显现。应用方面，2016年5月，长沙磁浮快线实现商业载客试运营，最高运行速度达100km/h；2017年12月，北京S1磁浮线实现商业载客试运营，最高运营速度达100km/h，更高等级速度的中速磁浮列车已生产下线；2018年6月，在株机下线商用磁浮2.0版中速磁浮列车，设计时速为160km/h；2018年11月，新一代中低速磁浮车在中车大连下线，最高运行时速达160km/h。由于APM车辆只适用于小区域范围内的客流旅客疏运，国内开通的APM线路只有广州、北京、上海3条。目前，我国APM车辆核心设备产业化已具备了良好的技术能力储备，在引进新技术的同时，不断对车辆一些关键部件进行结构及性能优化，逐步具备产品升级改造能力，设备采购和维护成本不断降低。随着我国APM车辆、信号、牵引系统等核心机电设备国产化、产业化进程的推进，APM捷运系统将有望更多地融入我国大城市的轨道交通网络中。市域快轨车辆采用更大功率的牵引动力，最高运行时速可达160km，速度等级较普通地铁车辆提高近一倍。市域快轨在交通制式上、线路敷设方式上呈现多样化特点，因此在系统技术与设备标准上也进行了适当调整。目前，国内一些城市在开展中心城区城市轨道交通建设的同时，已着手开展市域快轨线网规划的编制工作，个别城市已启动了市域快轨建设。以北京为例，目前已至少规划3条R线、6条S线，以及新机场线与其他各市郊专线等，要求车辆运营时速在120～160km，皆属于市域快轨交通。为满足区域经济快速发展和城市群崛起对城际轨道交通的需求，我国成功研制CRH6型城际动车组。CRH6型城际动车组在保持和谐号高速动车安全、可靠等优点的基础上，吸收了传统地铁车辆轻型、载客多等优点，兼具高速列车和地铁列车的部分优势，完善和补充了我国轨道交通车辆的层次架构。该系列动车组分为时速200km/h的CRH6A、时速160km/h的CRH6F和时速140km/h的CRH6S三种速度级别类型。城市轨道交通车辆电气牵引和控制系统包括交流电传动系统、网络控制和诊断系统、辅助电源系统三大车载电气子系统。随着电力电子技术、信息技术、新型材料等新技术的发展和现代控制技术的进步，城市轨道交通车辆电气牵引和控制系统也在向更高效、安全、绿色、智能方向发展。近年来，在高能效永磁同步电机驱动、以太网列车控制和诊断、高频辅助变流器、智能运维等方面，已取得技术突破和阶段性成果，相关成果开始应用于实践并逐步批量应用。我国中车株洲电力机车研究所有限公司（简称中车株洲所）等机构从2000年以后便开始进行永磁同步牵引电动机的研究，自2010年在沈阳地铁2号线装车应用研究以来，先后在地铁车辆和有轨电车上得到应用。目前典型的应用项目有长沙地铁、北京地铁、天津地铁、浦镇低地板、佛山高明低地板、青海德令哈低地板、韩城空轨车辆等。永磁同步电机驱动系统的关键技术如系统设计、永磁同步电机设计、永磁材料可靠性及其应用、变流及其控制策略等获得突破，并通过数个项目的实践和应用验证，不但日趋成熟，而且在向无位置传感器控制、电机不解体维护新型结构、轻量化等方向发展。此外，满足轨道交通特定线路及车辆需求条件的低地板车、城轨地铁等，也逐渐在应用或研究永磁直驱系统以实现其特殊需求。中车株洲所等单位在2012年就已经完成了基于实时以太网技术的网络控制平台研发，DTECS-2是完全符合即将颁布的IEC 61375国际标准的最新版本，其网络架构分为两级：以太骨干网，采用骨干网交换机，链路汇聚方式进行冗余；编组网，采用编组网交换机，环网方式进行冗余。目前，相关成果已实现装车应用，如长沙地铁1号线和3号线、红河低地板车、洛杉矶地铁、北京新机场线等。隔离变压器工作频率为18～20kHz，重量轻；效率达92%～94%；电路技术串联或并联设计，适应DC1500V/750V电网；前级Boost/Buck预稳定变换器；IGBT零电压开通，小电流关断，损耗低；整流二极管零电流关断，损耗低无反向恢复问题。目前，高频辅助变压器不仅在城轨地铁中有应用，而且在有轨电车、空轨实现了装车考核。国内相关单位如中车株洲所等已研发出成熟的牵引、辅变、网络、制动等成型产品并已批量应用于机车、动车、城轨等轨道交通领域，行业内产品应用经验丰富，能为整车设备的智能化管理研究提供技术支撑，可以提供针对列车关键部件的检测、诊断和预测等服务。现有的车载信息化与智能化平台CMD、WTDS、OCS已经在机车、动车、城轨领域批量运用，具备采集车载所有数据的功能，为城市轨道交通领域智能化系统的设计、测试以及模型训练提供数据支撑。制动系统作为城市轨道交通车辆的重要组成部分，承担车辆运行的调速、停车控制等功能，其性能直接影响车辆的运行组织和运营安全。模块化、小型化、轻量化是制动系统产品的主要发展方向，而网络化和智能化将是未来的控制技术发展方向，对产品的安全性、可靠性、可维护（修）性也会有更高的要求，同时生命周期成本要逐步降低。基于目前制动系统的制动力管理、停车控制、防滑控制性能，以车辆整体运行要求为目标，制动系统是制动力控制的执行机构，而整列车的制动车控制需在减少制动磨耗、管理制动力、提高运行效率等方面进行协同。就制动系统而言，网络化主要是需要采用统一的以太网，实现从设备到列车再到地面通信协议和数据的一致。目前，国内的主要设备生产商都可以提供以太网连接设备，完全使用以太网控制的城轨列车已开始进行设计和生产。关于智能诊断，制动系统自身的智能化发展目前还处于起步阶段。制动智能诊断技术主要发展方向为把目前广泛使用的固定判定条件的诊断方式发展为具有历史数据及趋势分析的智能诊断和预测诊断，以更好地支撑智能化的预防性维修。基础制动装置多数部件均使用铸造成型的工艺方法，为避免各种因素对结构强度的影响，在设计时结构冗余度较高，带来的负面效果就是重量偏大。通过采用强度更高的材料，使结构能够更加简洁，能够以较小的截面来满足强度要求，从而达到减重的目的。无油空气压缩机面临的最大问题是润滑油乳化、装置的轻量化和节能环保。目前，由车辆耗风低引起的工作率低和乳化问题，会引起压缩空气含油量过高；若液态油进入车辆管路，对车辆造成的影响非常大，甚至引起制动系统故障，严重时需对部件进行返厂大修。不仅如此，有油空气压缩机漏油会带来环境污染等诸多问题。考虑无油空气压缩机对于空气质量的高要求，其是否完全适用还有待观察，与此同时无油空气压缩机的价格高昂，也将是延缓其在国内市场进一步推广的重要影响因素。因此，无油空气压缩机应用也会得到广泛关注。城市轨道交通系统中，牵引供电和配电系统相关设备的选择及新技术、新产品、新工艺、新材料等的应用，始终遵循技术先进、安全可靠、节能环保、投资经济、运营方便的原则。为了使供电系统可靠地运行，应选用具有一定运行经验的、成熟的、可靠的节能型产品，并应充分考虑运营维护的安全、便利性。主变压器采用有载调压三相双绕组（或加平衡绕组）交流电力变压器，具有损耗低、噪声低、局放小、抗短路能力强、可靠性高、寿命长、现场安装维护方便的特点。近年来，在主变电所采用静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）进行无功补偿，该技术代表了无功补偿技术的发展已在轨道交通供电系统主变电所实现了广泛应用。近年来接触网方面新技术、新产品、新工艺、新材料等获得了较大的发展和应用，主要体现在接触网承力索铜铬锆合金绞线、接触网地下区段纳米导电精、接触网防雷技术、专用回流轨回流系统、双重绝缘技术以及全自动驾驶城市轨道交通无人区接触网系统方案的应用等领域。目前国内北京、上海、南京等早期开通过的轨道交通线路电力监控系统采用以线路为单元单独构建电力监控系统，但是随着综合监控系统在轨道交通中应用的成熟和广泛，电力监控系统的中央级和车站级基本都会采用集成于综合监控系统中，电力监控系统的变电所综合自动化系统则单独设置。未来，基于云技术架构的综合监控系统以及基于IEC61850的数字化变电站综合自动化系统将得到更为广泛的应用。储能介质（超级电容、电池、飞轮等）技术不断发展，超级电容储能方案已在广州、东莞、青岛、北京等地挂网试验，在北京8号线四期2座牵引变电所正式运行。目前，国内供货商逐渐掌握了相关核心原材料的生产技术，采用国内生产设备替代进口生产设备，使超级电容器大幅度降低成本成为可能，为电容储能装置在轨道交通推广应用提供了有利条件。但电容的寿命受充放电次数（温度在25℃时，电容充放电寿命为100万次）和环境温度影响较大，性能还需进一步提升。线路级能源管理系统智能表计技术成熟，已广泛应用在轨道交通供电系统、动力照明系统供电回路的智能计量。同时，给排水系统设置远传水表和通风系统设置智能热力表计技术成熟，已被广泛应用在国内轨道交通车站和车辆基地，为能源管理系统提供数据支撑。城市轨道交通信号系统是指挥列车运行，保证列车安全，提高运输效率的关键设备，通常由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙机等设备及其他附属设施构成。2000年以来，在技术和市场的推动下，出现了基于通信的列车控制系统（CommunicationBasedTrain Control，CBTC）。CBTC应用初期，其核心技术掌握在西门子、泰雷兹、阿尔斯通等少数国际巨头手中，不同核心技术提供方的技术封闭性导致了不同厂家的信号系统之间无法进行接口，增加了运营管理的成本和难度。近年来，各家掌握CBTC核心技术的厂商有意愿为线网级运营提供更加适用的信号系统，同时，为推进互联互通工作，中国城市轨道交通协会组织相关单位讨论明确了互联互通的具体需求，并已完成全部12个规范的编制和发布工作。重庆市轨道交通4号线、5号线、10号线及环线作为国家级示范工程，首先应用互联互通信号系统；北京地铁5号线是纵向互联互通需求的典型代表。网络化、自主化、智能化、云计算化是轨道交通发展的重要方向，面对行业的发展，信号系统的重要发展方向主要表现为以下三方面。互联互通FAO（I-FAO）是指轨道交通路网内，装载不同厂商信号设备的全自动运行列车跨线和共线运行，从而实现轨道交通路网间的联通、联运。互联互通全自动运行的关键技术及创新点涉及：统一适用于全自动运行的轨道交通互联互通的信号系统需求和系统架构、统一适用于全自动运行互联互通的子系统需求分析和功能分配、适用于全自动运行互联互通的一系列接口规范、满足全自动运行高可靠性的互联互通设备的优化以及优化基于全自动运行的轨道交通互联互通信号系统的LTE综合承载数据流。基于车车通信的全自动运行突破了目前所有轨道交通列车控制系统均依赖于车站和轨旁设备实现列车运行控制的固有模式，完全依靠车载实现列车控制，列车之间可通过无线通信完成信息交互，从而直接获知前行列车的位置和速度，并控制列车运行。基于云平台的大数据应用及调度可以满足行车调度指挥智能化和集成化的需要，满足网络化运营、应急管理发展以及全自动运行的需要，采用云平台的大数据应用及调度的新一代信息化体系是城轨信息化建设的发展趋势。通信系统设备是城市轨道交通主要的组成部分，一般由专用通信系统、民用通信引入系统、公安通信系统组成。在以互联网+大数据+人工智能三位一体解决方案为核心的新兴产业融合基础技术在国内迅速兴起的环境下，在轨道交通自动化、信息化、智能化的运营管理和调度指挥理念的推动下，轨道交通通信系统技术装备也在向着IP化、集中化、综合化方向发展。目前可应用于轨道交通的传输技术主要包括：OTN（开放式传输网络）、MSTP（多业务传送平台）、纯IP技术以及PTN（分组传送网络）。随着以视频、云计算、物联网为代表的新兴业务对带宽需求剧增，加之传输系统呈现高速率、高容量的发展趋势，现有的骨干光传输系统迫切要求进一步提升传输容量，光传输复用维度也从单纯的时分复用发展到时间、波长、频率、偏振态、传输模式的多维复用、多管齐下。LTE技术在城市轨道交通正在得到广泛应用，部分城市正在开展建设宽窄带融合，是涵盖无线调度、车地数据传输等业务的综合无线通信系统的有益尝试。未来，LTE技术将进一步拓展在城市轨道交通运营管理中的应用领域，提供承载语音、视频、数据等业务的综合无线业务平台将成为未来一段时间的发展趋势。城市轨道交通综合监控系统是一个功能强大的、开放的、模块化的、可扩展的分布式控制系统，是一个集成和互连了多个子系统的综合系统。综合监控系统的发展以城市轨道交通运营为目标，作为面向轨道交通运营的数字化信息共享平台，超越了独立系统的局限性，将各个系统的信息进行采集、集中处理、集中调度、联动控制，并适当提供统计、分析、辅助决策功能，为调度、维护人员提供最简便、直接的手段，做出快速、高效的响应。近年来，以ISCS为核心的线路生产信息集成平台逐渐发展和成熟，在轨道交通的系统集成上，借助以云计算、物联网、智能传感和大数据技术为代表的新一代信息技术开始有效地应用，轨道交通系统逐步集成并呈现智能化、网联化、协同化趋势，开始注重智能巡检、节能等领域技术的发展。目前，人工智能、大数据、毫米波、太赫兹、CT技术等新兴技术逐渐应用到安检防爆领域，如基于智能识别算法的X光安检机智能识别机，是对X光安检机生成的图像进行智能判别的专用设备，目前已经在北京地铁、厦门BRT、重庆地铁、成都地铁得到应用；采用安全的主动式毫米波技术的毫米波人体安检门，以非接触的方式对人体体表进行快速查验，已在深圳地铁等展开试点应用；太赫兹安检设备在北京等地地铁有试点应用。未来，随着AI技术、大数据等技术的进一步发展，以及与安检技术的不断融合、转化，为适应轨道交通的行业特点，未来安检设备的发展将呈现集成化、智能化、大数据、服务标准化等趋势。云计算是一种新兴的共享基础架构的方法。建立在云计算技术发展基础之上的城市轨道交通云平台技术，充分利用云计算技术对城市轨道交通企业的资源进行整合，打通各专业系统数据壁垒，以提升整体信息化系统的弹性、动态性、整体性。目前，城市轨道交通云平台技术发展处于IaaS阶段，随着云计算、大数据、物联网等新技术与城市轨道交通的深度融合，新一代信息化体系架构将助推基于IaaS架构的城市轨道交通云平台的建设与发展。针对城市轨道交通云平台的技术应用，国内相关单位从两个方面展开了深入研究：一是业务系统云化部署，二是运用云计算技术有效提升城市轨道交通信息化发展水平。针对城市轨道交通安全与既有线路改造困难的问题，深圳、温州、武汉等城市在新建线路中针对部分业务系统在不改变系统原有架构基础上使用云化部署方案。此方案可解决单系统的资源弹性扩展与动态部署问题，但是没有打破系统与系统之间的信息传递壁垒，目前温州S1线一期工程西段开通试运行。呼和浩特、太原等城市则充分利用新建城市的后发优势，在建设之初就搭建基于车站、线网中心两级架构的线网级融合云平台，将传统模式下的车站、线路中心、线网中心三级架构进行优化升级，后续新线接入线网中心云平台，而且根据城市轨道交通业务系统安全等级、生产调度响应及时性等要求配置不同的资源池。此外，在推动城市轨道交通云平台技术的创新实践中，中国城市轨道交通协会牵头编制了《新一代智慧城轨体系的信息技术系统的IT架构及信息安全规范》，在此基础上，正在推进云平台架构、网络架构、安全保护、线网指挥调度、大数据平台五个方面相关技术标准、设计标准的编制工作。规范的编制、发布对城市轨道交通云平台的推广发展将起到引领作用。未来，随着云计算与人工智能、BIM技术的不断结合，以及私有云与公有云共存的融合云模式的逐步应用，IaaS层服务向PaaS、SaaS层深入发展，城市轨道交通云平台技术将迎来新一轮的发展。自2000年以来，国内外相关学者开展了很多关于BIM技术的理论研究。从2010年起，BIM技术开始在实践项目中应用。我国BIM标准研究起步较晚，主要因为我国工程项目组织结构复杂、组织管理模式较难满足基于BIM的项目全生命周期管理需要等，以运营为导向的建设项目全生命周期集成管理还处于探索阶段。目前，BIM技术已逐渐在城市轨道交通项目中普及，从以设计和施工阶段的应用为主逐渐过渡到运营阶段的应用，同时由以单一的设计和施工企业应用为主转变为业主方在项目设计、施工以及运维阶段全面应用。根据最新的行业调查结果，截至2018年12月，全国已有29个城市107条轨道交通线路使用了BIM技术。在北京、上海、广州、深圳、无锡、南京等城市的轨道交通工程中，业主在合同中明确规定需要使用BIM技术指导设计与施工，主要应用于建设期，部分应用于运营期，设计阶段仍是目前国内城市轨道交通BIM技术应用最广泛、最成熟的阶段。未来，BIM技术凭借其可视化、集成化等优势，或将进一步应用于城市轨道交通资产管理等领域。需要指出的是，一直以来，缺乏统一的BIM技术标准是制约BIM技术在我国建筑行业落地应用与发展的主要障碍之一。目前，国内城市轨道交通工程BIM技术数据标准正处于研究制定和不断完善的过程中，行为标准方面主要以交付标准为主，行业标准与地方标准方面都在开展研究，且多集中于企业标准层次，面向数据标准制定的工作较少，影响力小。我国北京、上海、重庆、广州、深圳等城市的轨道交通已运用专业的轨检和弓网检测车，近年逐渐出现了检测功能集成的趋势。针对我国城市轨道交通基础设施规模大、运量大、线路繁忙的特点，基础设施检测工作对于智能化、综合性的检测设备的需求愈发突出，以提高检测效率和检测质量为目标，研发适用于城市轨道交通基础设施检测的综合检测技术将成为下一阶段的重要发展趋势。国内地铁应用的轨道几何测量系统均以惯性测量原理和结构光测量技术为主，检测系统主要由激光摄像组件、惯性测量组件、信号处理单元、数据处理单元几个部分组成。轨道检测车在轨道的动态安全检查和指导养护维修方面起到了很重要的作用，解决了人工测量效率低、检测准确度不高的问题。随着嵌入式技术和图像技术的发展，轨道检测设备将向小型化、智能化的方向进一步发展。随着国铁领域高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）投入运行，覆盖动态检测、静态监测、专业检测车、运营车在线监测等的供电安全现代化检测监测技术手段和装备体系已经形成，初步实现了对牵引供电设备全方位、全覆盖、周期性的检测和实时在线监测。国内各地铁公司目前也在借鉴高速铁路6C系统的建设经验，探索为地铁快速建立高质量的供电安全检测监测技术和装备体系。但其设备运营维护一般以供电车间为主，这对于6C系统各检测监测装置的部署、各检测项目的配置及检测精度、检测数据的分析应用都提出了新的问题。三、中国城市轨道交通技术装备制造企业市场竞争力及出口情况在国家利好政策引导和市场强劲需求拉动下，我国轨道交通装备制造业正进入高速成长期。2017年，中国轨道交通装备制造业销售收入达到6109亿元，2018年中国轨道交通装备制造业销售收入超过6560亿元，预计2018～2022年的年均复合增长率约为7.43%，到2022年中国轨道交通装备制造业销售收入将达到8738亿元，展现了轨道交通装备持续快速发展的广阔前景。我国共有7家装备制造企业具备城市轨道交通车辆投标资质，年产能约为9200辆，城市轨道交通车辆逐渐呈现产能过剩趋势。此外，具有投标资质的牵引企业有12家，信号企业有11家，市场基本呈现饱和状态。城市轨道交通车辆方面，随着新型整车及其部件的生产设备和制造基地建设的加快推进，轨道交通装备制造新的增长极逐步形成，市场竞争态势逐渐增强。2017年，国内最大的城轨车辆供应商中国中车在国内共交付车辆约5400辆，京车装备公司国内交付车辆292辆。中车长客轨道车辆有限公司依托现代跨座式单轨交通车辆关键技术自主开发及整车集成应用项目，开展400米中小运量车辆调试线建设，新增铝合金车体生产设备，产能建设持续推进。成都轨道交通产业园建设取得阶段性成果，各业务板块全部投入生产。围绕整车及关键部件开展生产线建设，取得了良好的产销业绩。中车株洲电力机车有限公司年产50列（250辆，4模块或6模块编组）储能式现代有轨电车项目完成批量生产。中车株洲时代新材料科技股份有限公司开发的城市轨道交通车辆用减振降噪产品得到广泛应用，其中，轴箱弹簧在国内外大量装车运用，总数量超10万件，国内总销售额超过1.4亿元、市场占有率达80%以上，海外业务实现总销售收入超过1.1亿元；抗侧滚扭杆和空气弹簧在全世界范围内广泛应用，抗侧滚扭杆年销售额达0.8亿元以上，空气弹簧年销售额达1亿元以上。数据显示，2015～2017年，长客股份、青岛四方、南京浦镇位居中国地铁车辆市场前三，合计中标金额超过1030亿元，市场占比接近74%。此外，受行业利好形势及招投标政策变动影响，部分央企、地方国企以及民营企业也纷纷投资布局城轨交通车辆市场，如中国铁建、中国中铁、中国通号、比亚迪等，原车辆供应商京车装备公司拟在保定满城进行扩建，市场同质化竞争激烈，城轨车辆市场面临产能过剩风险，只有结合供给侧结构性改革，鼓励差异化创新，才能继续保持城轨车辆产业竞争力。通信、信号系统领域，目前国内分别有十余家供货商，竞争相对比较充分。信号系统方面，目前有多家厂商掌握了CBTC信号系统核心技术，自主化产品替代工作正逐步展开。截至2019年4月18日，对国内（大陆）CBTC市场情况进行统计可知，卡斯柯占据总路线的30%（65条线），位居首位；泰雷兹、交控以及合众科技分别占据总线路的15%（33条）、15%（32条）和11%（25条），列第二、三、四位，具体市场占有情况如图1所示。LTE-M技术方面，作为我国拥有核心自主知识产权的国际通信标准技术，自行业协会力推使用LTE制式综合承载城轨交通生产业务以来，截至2017年11月，已有108条（含已开通和在建项目）拟采用或已采用LTE承载相关应用，其中92条拟采用或已采用LTE替代CBTC。预计十三五期间城轨交通信号系统的市场空间为548.24亿元，年均复合增速高达20%。城市轨道交通信号系统是用于列车进路控制、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备工况监测及维护管理的高效综合自动化系统，通常由列车运行自动控制系统和车辆段信号控制系统两大部分组成。城轨交通信号系统是保证列车安全、高效运行的关键设备，而CBTC是当前主流的信号系统。城轨交通信号系统是保证列车运行安全、实现行车指挥和列车运行现代化、提高运输效率的关键系统设备，其主要功能在于进行列车进路控制及调度、信息管理、工况监测、维护管理。轨道交通控制系统方面，随着创新能力的提升，我国在城轨全自动运行系统等方面的技术优势逐渐凸显，带动产品的应用范围不断扩大。依托北京燕房线开展研发和示范应用的城市轨道交通全自动运行系统，将提升我国在轨道交通领域的技术优势，培育多元化市场环境，推动轨道交通高端装备的产业化，为后续在全国乃至全球的运用打下基础。牵引系统方面，目前国内共有十余家牵引系统供货商，竞争相对比较充分，其中中车时代电气市场占有率比较高。近两年，民营牵引系统供货商逐渐崭露头角，如江苏经纬和深圳威腾等都已开始获得市场订单，受行业形势影响，还有部分国企与民营企业欲涉足牵引市场，但仍面临投资规模大、研发周期长、应用风险大等诸多挑战。自2017年开始，将进一步扩大市场开放度，取消外资企业投标限制，增加市场的竞争性。近年来，我国轨道交通装备企业在国际产业链分工中的地位进一步提高，整车及车轴等相关技术对外输出或产品出口规模持续扩大，成为国际城轨交通市场重要产品、重要领域的有力竞争者。凭借关键技术自主突破和产业化能力的不断增强，我国轨道交通装备制造企业如中国中车、中国通信等的国际化经营步伐明显加快，在海外市场的竞争力不断增强，海外业务成效显著，目前，我国城市轨道交通技术装备已出口至亚、非、拉、美等十多个国家和地区。目前，中国中车的产品已经出口至全球六大洲100多个国家和地区，出口产品实现了从中低端到高端的升级，出口市场实现了从亚非拉到欧美的飞跃，出口形式实现了从产品出口到产品、资本、技术、服务等多种形式组合的出口。近年来，中国中车陆续获得沙特麦加朝觐地铁、以色列特拉维夫轻轨维保项目，获得马来西亚42列无人驾驶轻轨车辆机电总包项目，产品+服务模式稳步推进。截至2017年10月底，中国中车城轨车辆出口签约数为825辆。美国波士顿地铁车辆项目由中车长春轨道客车股份有限公司（简称中车长客）承担。已于2014年11月19日与业主正式完成合同签约，2014年12月18日业主正式下达了开工通知。本项目招标标的为284辆地铁车（其中包括152辆橙线地铁车和132辆红线地铁车），以及备件、手册、检测试验设备和培训、司机模拟驾驶仪等备选设备。项目资金来自马萨诸塞州州政府资金预算。在6个月的投标时间内，中车长客第一时间成立了中美两国的专业化联合团队，制定了明确的竞标策略，编制了合格的投标方案文件，最终成功中标。该项目是整个中车集团、中国轨道交通装备企业，乃至整个中国高端交通装备企业首次登陆美国高端市场的关键一步，同时是轨道交通装备企业进行欧美跨国投资/经营并进入美国市场的重要一步，进一步开拓了中国中车轨道交通装备全球业务板块。2015年6月8日，中国中车旗下大连机车公司收到了由印度铁道部发来的加尔各答南北线14列112节地铁车辆合同文本。此批列车车型为宽轨，4动4拖8辆编组，最大载客量达2500人，最高运行时速为80公里。首列车于2017年初交付。这是南北车合并为中国中车后，首次对外宣布斩获海外订单。加尔各答是印度第三大城市。为缓解城市公交运输压力，印度铁道部决定招标采购加尔各答地铁车辆，更换加尔各答长达23.45公里的地铁南北线已使用30多年的老旧车辆。2015年2月，大连机车公司中标该项目。这是大连机车研制的城轨车辆继出口中东与东南亚之后，首次进入南亚市场。2015年12月，以色列特拉维夫都会区公共运输有限公司（NTA）宣布，将向中车长客采购120列100%低地板轻轨车辆，装备特拉维夫市第一条城市轨道交通线路。这是中国轨道交通装备企业在以色列面向全球的招标中首次胜出，对中国轨道交通产品进入国际城市轨道交通高端市场具有重要战略意义。这次中标的以色列项目的全部标的，除120列100%低地板轻轨车辆，还包括16年的车辆检修维护，这也是中车长客检修维护服务出口年限最长的项目。2016年1月，那格浦尔69辆地铁车辆项目由马哈拉施特拉邦地铁公司全球公开招标，同年10月，中车大连机车车辆有限公司（简称中车大连公司）收到马哈拉施特拉邦地铁公司全球公开招标地铁项目69辆地铁车辆的设计、生产、供货、调试、试运行和培训，以及主要系统部件的10年维护保养的中标通知书，2017年3月29日完成合同签订工作。在合同签订后，中车大连公司快速推进项目实施，完成了设计、物料采购及首列车生产等工作。2018年11月，由中车大连公司设计制造的中国首列出口印度那格浦尔地铁车辆正式下线。该车采用不锈钢车体，最大设计速度为80km/h，各项技术指标居于世界先进水平。那格浦尔项目是中车大连公司继加尔各答项目之后在印度市场获得的第二个大订单。2016年3月，中国中车旗下南京浦镇车辆有限公司（简称中车浦镇）与德里地铁公司签订诺伊达地区地铁线车辆采购合同，合同总额达1.09亿美元（约合人民币7.25亿元）。诺伊达是印度的名胜地区，此次来自全球的3家国际性大公司参与竞标，中车浦镇公司以其完善的技术、优良的品质和优质的服务一举夺魁。此次签订的订单共涉及19列车76辆。列车采用不锈钢车体，两动两拖4节编组，整列载客1034人。诺伊达地铁线路全长29km，2017年7月开始交付，2018年4月交付完毕。此前在2008年时，南京浦镇就在印度孟买获得108辆地铁车辆订单，这也是当时中国地铁类首个整车出口海外的项目。2015年6月，中车浦镇制造的列车在孟买地铁一号线全面投入运营。2017年3月，中国中车与洛杉矶市的大都会交通局签订协议，要为洛杉矶新造64辆地铁车辆，整个订单价值6.47亿美元（约合人民币44.7亿元），全部列车将在2021年9月交付完成。此外，价值1.375亿美元（约合人民币9.45亿元）的费城45列新造通勤列车订单同样由中国中车获得。2017年8月，由中车株洲电力机车有限公司（简称中车株机公司）牵头组成的联合体与马来西亚国家基建公司签订供货合同，将在未来两年内为吉隆坡轻轨三号线提供42列车辆。订单中的40列车辆将在中车株机公司旗下马来西亚中车轨道交通装备有限公司制造。这是首个由中国企业牵头主导的海外全自动无人驾驶轻轨车辆项目，对于中国轨道交通装备出海具有里程碑意义。中国通号是轨道交通通信信号领域技术、产品和服务供应商，是全球最大的轨道交通控制系统解决方案提供商，拥有轨道交通控制系统设计研发、设备制造及工程服务等完整产业链，是中国城市轨道交通走出去的重要成员企业。近年来，中国通号推进海外工程项目建设，积极推进巴基斯坦拉合尔橙线，巴基斯坦铁路改造项目（7+24站），阿根廷Sarminto、Miter线，伊朗德黑兰1、2、3、4号线，伊朗库姆单轨线等项目；陆续签订了德黑兰地铁四号线电力电缆、库姆单轨道岔、埃塞道口等涉外销售合同。沙特麦加轻轨南线全线长17.6km，沿线设9座车站，1座车辆段，其中信号系统由系统管理中心、列车控制中心、车站控制中心、车载控制中心组成，通信系统由传输、无线、时钟、电话、广播、门禁、乘客信息、电视监控、宽带无线接入平台、综合维修、综合监控组成。项目范围包括信号系统、通信系统和综合监控系统的维保工作。项目合同于2013年4月签订。M和S铁路为阿根廷的市郊通勤铁路。M线全长70km，共38个车站；S线全长38km，共17个车站。项目范围包括信号系统的升级改造，含设计、供货、安装、安装督导、调试、开通及质保期服务等内容，主要系统包括车载和地面配套设备。项目合同于2013年7月签订。（一）城轨交通网络快速发展将带动城轨交通技术装备需求持续增长作为现代城市公共客运交通体系的骨干，城市轨道交通在促进城市经济发展、优化城市结构布局以及改善城市生态环境等方面可以发挥基础性和先导性作用，世界主要大城市大多具有完善成熟的轨道交通系统，城市轨道交通线网密度较大。而放眼国内，由于城轨交通地域分布不均，两极分化严重，供给远远不足，大部分一、二线城市的城轨交通发展水平仍低于主要国际城市，城轨占公共交通出行比例、人均地铁里程以及地铁密度均远低于国际水平，我国城市轨道交通建设仍有巨大的发展空间和潜力。进入21世纪以来，在新型城镇化快速推进和城市优先发展公共交通的大形势下，中国城市轨道交通的发展呈现世界罕见的速度和规模，发生了翻天覆地的变化。随着我国城市轨道交通的快速发展，轨道交通投资额也逐年快速提高，2008年我国城市轨道交通完成投资金额1144亿元，至2017年已增长到4739亿元，复合年均增长率达17.11%。目前，我国城市轨道交通发展任务仍十分繁重，2016年以来，全国城市轨道交通继续保持快速增长、良性发展的态势，城轨投运线路规模、投资规模以及在建规模均创历史新高。我国城市轨道交通建设规模仍将保持快速增长态势。据相关预测，到十三五期末，我国运营线路成网规模超过400km的城市将超过10个，其中，北京、上海将成为千公里级的城轨交通巨网城市，广州、深圳、重庆、天津、南京、成都、武汉、郑州等将成为线网规模400km以上的城轨交通大网城市。因此，未来一段时间内，各城市中城轨新线的持续开建与通车，将使包括地铁、轻轨、有轨电车等在内的城轨交通技术装备市场的巨大需求逐步释放，在此背景下，轨道交通装备行业仍将呈现强劲的增长态势。（二）制造业转型升级将促进城轨交通技术装备自主化水平进一步提升制造业是立国之本、兴国之器、强国之基，是国民经济的主体；打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。轨道交通装备制造业作为创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展的典型代表，是我国高端装备制造领域自主创新程度最高、国际创新竞争力最强、产业带动效应最明显的行业之一。目前，我国制造业优势产业已初步形成，但高端核心领域仍有不足，要求城轨行业在一些关键领域抢占先机、取得突破，推动制造业转型升级。为适应日益增长的城市轨道交通建设、运营发展，我国通过加快构建形成产学研用相结合的城轨交通创新体系，不断深化城轨关键装备及核心零部件的自主研发和产业化，城轨交通装备产业也实现了长足发展。我国城市轨道交通装备产业的创新发展，已逐步扭转了大量关键核心技术受制于人的被动局面，为满足国内外市场需求的标准化、谱系化、多样化技术产品的进一步研发奠定了坚实的产业基础。各类关键技术的产业化对国民经济、社会民生、环境可持续等产生了积极影响，有效带动了上下游相关企业协同发展，进一步提高了城轨技术装备在国际市场的影响力和竞争力，为国家重大战略和重大工程的实施提供了有力支撑。未来三年，我国将继续深入推进城市轨道交通关键技术产业化发展，重点围绕智能化、系列化、高效化以及与安全有关的城市轨道交通关键系统及装备，适应城市轨道交通网络化运营、一体化管理发展趋势，重点开展智能化关键系统及装备、适应新型城镇化发展的新型车辆装备、安全保障系统及装备的自主研发和工程化应用，持续提升城市轨道交通智能化管理水平和安全保障能力，增强我国城市轨道交通装备的技术水平和核心竞争力。当今世界，在移动互联网、大数据、超级计算、传感网、脑科学等新理论、新技术的驱动下，一些重大颠覆性技术创新正在催生新产业新业态，信息技术、生物技术、制造技术、新材料技术、新能源技术广泛渗透到几乎所有领域，带动了以智能、绿色、泛在为特征的群体性重大技术变革，科技创新链条愈发灵巧，技术更新和成果转化更加快捷，产业更新换代也逐渐加快。大数据、云计算、人工智能、物联网等智能技术的快速发展和相互融合，不断促进社会生产和消费从工业化向自动化、智能化转变，社会生产力持续提高，劳动生产率不断飞跃，新技术与制造业的深度融合正在世界范围内掀起一场全新的科技革命和产业变革。随着世界主要轨道交通强国积极推进新技术、新材料、新工艺与轨道交通的融合发展，国内的新一轮产业技术革命也正与加快转变经济发展方式发生历史性交汇。把握住新技术革命带来的机遇，推动城轨交通技术装备智能化发展，是我们赢得全球轨道交通科技竞争主动权的重要战略抓手，也是推动我国轨道交通装备制造业跨越发展、相关产业优化升级、生产力整体跃升的重要战略资源。面对新技术革命带来的新机遇、新挑战、新要求，我国相继制定了《中国制造2025》《十三五国家战略性新兴产业发展规划》等政策指导文件，为我国今后一段时间的轨道交通装备发展指明了方向。未来三年，我国应准确把握城市轨道交通智能化发展趋势，围绕先进适用智能化城市轨道交通装备、新型技术装备研发试验检测平台等领域，组织实施一批产业基础好、掌握一定核心技术、市场潜力大、带动能力强的关键技术研发及产业化项目，进一步完善多样化、系列化的城市轨道交通装备体系，推进城市轨道交通技术装备的智能化发展。（四）适应互联互通需求将促进城轨交通技术装备加快标准化步伐多年以来，我国城市轨道无论是技术装备，还是工程建设标准，由于种种原因，都未能实现统一的接口标准，各装备供货商之间的系统也无法互联互通，因此，城市轨道交通线路长期以来大多采用独立运营、跨线降级的方式运行。近年来，互联互通已成为国内城市轨道交通技术装备新的发展方向，以信号系统为例，其正逐步通过系统总体架构、通信协议、工程设计标准等的统一，在系统层面实现CBTC及降级模式下的互通互换及联通联运。互联互通已成为城市轨道交通的重要发展趋势，作为当前城市轨道交通尤其是城轨装备制造领域亟须解决的核心瓶颈问题之一，城轨交通技术装备的互联互通及互操作相关系列标准的建立，将极大地推动行业的可持续发展。由于我国城市轨道交通需求多样，运营制式及运输产品种类丰富，有必要对城市轨道交通规划、建设、运营、维修、养护全生命周期制定全覆盖、全过程的标准体系。城市轨道交通标准体系的建立，有利于解决城市轨道交通工程建设、运营和管理中具有全局性和共性的突出问题，有利于加快建设进程和提高建设质量，有利于实现装备制造业的标准化和模块化，并最终实现网络运营与维修养护。今后的城市轨道路网建设过程中，在网络规划阶段就应把运营互联互通作为重要考虑因素，并在招投标阶段对各专业提出优先考虑满足互联互通标准的要求。未来一段时间，在国内外市场需求旺盛的背景下，我国应适应城市轨道交通装备的互联互通需求，积极开展城轨交通技术装备互联互通及互操作标准的研究，推动建立标准体系及架构，形成标准化、模块化、智能化的自主知识产权车辆，满足互联互通和统型要求，建立城市轨道交通标准车辆技术平台，形成协会团体标准并开展标准全过程试验验证，不断推动中国城市轨道交通装备标准化工作，实现标准与技术、标准与创新、标准与认证的相辅相成，最终建立与国际接轨的中国城市轨道交通标准体系，更好地助力中国城市轨道装备制造走出去。（五）国际竞争将催生领先的城市轨道交通技术装备制造企业目前，国际轨道交通装备特别是机车车辆市场的总体形势是供大于求，西方企业垄断大部分的国际市场，不断拓展中国市场，中国企业开拓国际市场时，不仅要面对庞巴迪（Bombardier）、阿尔斯通（Alston）、西门子（Siemens）、通用电气（GE）以及GM/EMD等世界知名企业的竞争，而且要迎接印度、韩国等产品技术水平相当国家的铁路装备企业的挑战，特别是在目前国内产能过剩的情况下，国内企业在海外项目的竞争显得更加复杂、激烈。在全球范围内，轨道交通装备供应体系主要分为机车车辆和基础设施装备两大类。机车车辆方面，传统的国际市场结构主要由欧系、日系两大机车车辆制造阵营构成。欧系以加拿大庞巴迪、法国阿尔斯通、德国西门子、瑞士施塔德勒等为代表，其产品销往世界多个国家，2015年欧洲供应商约占据了全球68%的市场份额，居主导地位。日本是欧洲之外的传统轨道交通装备强国，其在国内市场表现优异，在国际市场上也占有较大份额。近年来，已占据国内绝大部分市场的中国企业正积极推进轨道交通装备走出去，逐渐成为国际寡头市场新兴的竞争者。基础设施装备方面，奥地利Voestalpine集团、德国Vossloh集团、俄罗斯BetEltrans公司和Elteza公司、印度钢铁管理局等是轨道结构部件的主要制造商，占有较大市场份额，但俄罗斯和印度公司主要以区域市场或本国市场为主。德国西门子公司、法国泰雷兹集团（Thales）、意大利安萨尔多公司（Ansaldo STS）等为国际性的通信信号系统装备制造商，在全球市场占据主导地位。综合来看，世界轨道交通装备市场呈现寡头竞争格局，国外少数知名轨道装备及系统供应商依托长期技术积累、雄厚的资金支持，积极推进技术创新、产品升级，以有效巩固、扩大独占性市场利益。但是，只有激烈的市场竞争，才能催生领先的城市轨道交通技术装备制造企业。作为全球轨道交通装备市场的新兴参与者，中国企业正面临巨大的市场机遇，必须持续推进关键技术的研发和产业化，提高全产业链核心竞争力，努力在走出去中实现新突破。未来一段时间，面对国外尤其欧美发达国家市场在技术、标准等方面激烈的竞争和严苛的准入壁垒，中国将继续提高城市轨道交通装备产品关键技术装备的自主化率和国产化率，巩固在国内市场的主导地位，发展高端技术装备产品，建立能够适应多样化需求的产品系列，推动行业检测试验等平台建设，提高试验检验等技术基础能力，不断推升我国城市轨道交通研发、设计、制造、检验等整体实力，进一步扩大城市轨道交通装备产品关键技术装备在境外市场的份额，增强中国城市轨道交通技术装备的国际竞争力和影响力。
相关文章
