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为城市轨道交通安上“中国芯”——记北京交通大学CBTC自主创新科研团队

发布时间: 2014-05-06

随着社会的不断发展和城市化进程的逐渐提高,城市轨道交通在安全性、可靠性、运输效率和整体服务质量方面提出了更为严格的要求,研发具有完全自主知识产权的列车控制系统——是北京交通大学校长宁滨及其CBTC科研团队的追求。基于通信的列车控制系统(CBTC Communication Based Train Control),作为城市轨道交通信号系统的新技术,被公认为最佳解决方案,已成为世界上许多地铁运营商的首选。2010年年末,北京地铁亦庄线、昌平线的顺利开通运营,标志着北京交通大学CBTC科研团队的多年的努力终于结出丰硕成果,我国成为继德国、法国、加拿大之后,第四个成功掌握该项核心技术并成功开通运营的国家。该科研团队解决了信号系统核心技术依赖外国公司的难题,为我国大中城市大规模城轨建设与运营提供了国产化技术与装备保障,并培养了一批高端信号专业技术与管理人才,提升了国家轨道交通控制系统的整体技术水平。

厚积薄发 刻苦攻关

“这样一项核心技术,投资大、周期长、风险大,三五年时间是不可能完成的。外国人的系统也是长期积累的结果,也是用血的教训换来的。我们的成功,首先要归功于学校几代人的刻苦攻关。”CBTC项目总负责人、北京交通大学校长宁滨在总结团队发展时将其成功经验概括为20个字:“紧盯需求、创新技术、开放交流、执著追求、团结协作。”

作为一所和轨道交通行业息息相关紧密相连的行业特色鲜明的百年名校,北京交通大学始终以服务国家经济社会发展为己任,早在上个世纪60年代,该校汪希时教授就在国际上首次提出列车移动闭塞运行控制的观点并开始相关理论研究;90年代CBTC团队进入第二代研究,研究人员着手相关单项设备的理论研究和开发;2004年,北京市科委和科技部连续立项支持CBTC核心技术与共性技术攻关,项目核心技术主体由北京交通大学牵头。2007年年底,攻克了CBTC系统的关键技术,完成了CBTC系统的系统集成测试,在北京地铁运营公司1.3公里的试车线上进行了功能和性能试验,并通过专家验收,各项功能和性能技术指标达到国际先进水平,打破了国外在该领域的技术垄断。

2008年,宁滨率领科研团队向国家财政部申请了“基于通信的CBTC研发中试与平台建设”专项,在大连快轨3号线上建成了首条国产、自主知识产权的CBTC的中试线,试验线路长达8.9公里,实现并验证了多列车的移动闭塞ATP/ATO功能。为进行现场测试与验证,课题组还在实验室建成了一套CBTC系统设计、核心技术研发、集成测试、系统验证各类平台。试验表明,CBTC系统各项技术指标达到中试预期的目标和要求,达到国际先进水平,为示范工程的成功实施奠定了坚实基础。

CBTC系统中试试验于2008年3月份开始,历时九个多月,于2008年年底进入系统调试与测试阶段。试验总里程5120公里,制动次数2895次,实现在运营停车点停车2088次,为列车实际运行提供了坚实的实验基础。2009年4月,在大连召开了以施仲衡院士为组长的专家审查会议,专家组对大连中试项目一致给与了高度的评价。

2009年,科技部配套支持 “北京轨道交通核心技术研发及示范工程”专项,将该项目纳入国家科技支撑项目,通过该支撑项目,由北京市轨道交通建设管理公司牵头,联合北京及其示范工程相关单位在亦庄线上实施具有完全自主知识产权的CBTC系统。

找准定位 协同创新

我国当前科技创新方面最大的问题,一是分散,大家都在搞;二是封闭,互相之间没有形成合力;三是低效,国家投入很多,但投入和产出不匹配。显然,从解决我国科技创新中存在的问题来看,也迫切需要协同创新。

作为科技第一生产力和人才资源的重要结合点,大学在这一过程中处于特殊地位。北京交通大学CBTC自主创新的历程就是一个由大学牵头,协调各方开展协同创新的成功案例。在这个过程中,北京交通大学具备开放的心态,做好大学的事情,并成功协调了协作单位,使之愿意承担可控的风险并预见到成功带来的收益,积极参与。与协作单位组成一个有效的协同机构,定期沟通,及时解决在协同创新中出现的问题。

CBTC自主创新这一项目的顺利完成先后得到了北京市及科技部、建设部、财政部、教育部等部委的大力支持。2002年,北京交通大学与相关政府基金支持单位以开展基础理论研究的方式,开始筹划自主CBTC科学问题的分析与研究。2004年,北京市科委积极响应国家自主创新战略,启动以北京交通大学、北京市地铁运营公司等单位为核心的“基于通信的城轨CBTC系统研究”,从而拉开了分五期支持该项目的序幕。一期项目陆续攻克了CBTC系统的关键技术,完成系统集成测试,并研制出国内第一台具有自主知识产权的CBTC系统样机。2011年,北京市科委在亦庄线、昌平线成功开通基础上,由CBTC成果产业化公司——北京交控科技有限公司牵头,第五期立项进行“城市轨道交通列车自动控制系统工业化生产线与测试平台的研建”。

从上述过程可以看出:“政产学研用”五个环节相互衔接、渗透、支持。一是各级政府搭台,坚持风险分解与把控,并勇于承担一定的可控风险;二是用户地铁公司作为自主创新的牵引,在北京市的支持下积极承担核心技术示范工程,并做到风险可控;三是高校作为基础理论与科学问题的分析、研究与凝练主体,坚持跟踪国际技术发展趋势;四是工程研究中心作为核心技术研发及其验证平台建设的主体,同时承担各项标准与规范制定;五是北京交控科技有限公司作为技术产品产业化与市场化的前沿,建立了一个将技术转化为市场需要的组织,并持续不断发现和满足用户需求。

成功的协同创新创造了巨大的社会和经济效益:2010年年底至今亦庄线成功开通运营15个月以来,北京市地铁运营公司刘建副总经理表示:“在示范应用过程中,我们充分感受到了国产系统在各方面的优势,目前系统运行稳定,运营中表现良好。”而从服务国家和行业的重大需求角度来看,北交大自主创新的CBTC技术的成功应用带来了巨大的经济与社会效益:国家投入该项目的研究、中试及平台建设经费不到3亿元,但其研究与应用使得引进系统的价格降低15%左右,按照每年600公里线路建设投资60亿元计算,每年可节约外汇10多亿元;项目在亦庄和昌平线的示范应用,也比引进系统节约资金10%以上。

凝聚团队 培育精英

作为北京交通大学一校之长,同时又身为CBTC团队的带头人,宁滨身兼多重身份,但他独特的人格魅力、严谨的科研态度为他赢得了威望和声誉,赢得了团队成员的爱戴和尊敬,团队的凝聚力也在他的带领下不断增强。

核心技术的攻克需要精英人才与团队的有机统一。CBTC信号系统从前期理论研究、技术研发、仿真测试和中试试验,到现在投入正式运营,推动了北交大的人才培养优化,适应了当前学生培养的需求,为他们提供了更加广阔的个人舞台,目前有大量“80”后在这个科研平台中脱颖而出,这些年轻人在刚进入团队时,对于科研与工程项目无从下手,有经验的老师们毫无保留地贡献自己所有的经验与教训,并将这些经验与教训按照国际安全苛求系统的流程与规范进行固化,指引他们按照这些规范开展相关的设计、研发与测试工作,目前依托CBTC科研项目组建的北京交控科技有限公司已形成了规模300多人、平均年龄仅30多岁的团队,其中50人负责技术研究和核心技术研发,260人负责产业化及后期维护工作。 “依靠团队精神,让每个人都成为项目的主人公,让每个人都具备成为精英的可能。年轻人,只要给他们舞台与机会,就能发挥出最大的激情与热情,就会创造出辉煌。” 北京交控科技有限公司总裁郜春海表示,CBTC团队在人才培养上开创了的“人才链”的模式是成功的。

现代大学应结合学科前沿和国家需求,做好基础理论研究和科研平台建设,适应现在的市场需要和用人单位的实际情况培养人才。在宁滨和CBTC科研团队的努力下,北交大目前已经组建了一支300人左右的实体化团队,致力于CBTC成果推广、技术完善和维护由北交大研发出来的这套CBTC信号系统,这样将高科技成果转化为产品和产业,也提供了许多就业的机会给北交大的本科生、研究生乃至博士。目前这个团队仍然在不断地扩充当中,他们的心愿是在不远的未来CBTC信号系统技术成果可以走出国门,将中国的高科技产品带到国外。(袁芳)