2021年度城市轨道交通科技进步奖获奖项目展示

2021年度城市轨道交通科技进步奖共评选出33个获奖项目，其中特等奖1项、一等奖13项、二等奖19项。

二等奖获奖项目介绍

15、【北京地铁GTR飞轮物理储能节能减碳项目】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

地铁已经成为许多大中型城市骨干交通网的首选。列车运行密度大、站间距小、起停频繁，列车的制动普遍采用电气制动为主，机械制动为辅的模式，在列车电气制动时，牵引电机工作处于发电机状态，其所产生的制动电能对地铁安全、节能和环境保护等方面均有重要影响，然而既有技术弊端多，急需更新迭代，所以不断探索新技术是非常必要的。

北京地铁以安全运行、绿色环保、节能减排为研究目标，与盾石磁能科技有限责任公司合作，应用盾石磁能科技有限责任公司生产的“GTR飞轮型再生能量回收装置”在房山线开展列车再生制动能量回收再利用的研究，该项目是国内首个将飞轮储能技术应用于城市轨道交通再生制动能量回收领域的项目。GTR飞轮储能技术高效的能量即收即用特点较其它原有的消耗型、回馈型制动能量管理技术更为先进、稳定且效益突出。应用在地铁中可同时实现节能降耗、平抑网压波动、为列车提供应急电源、降低钢轨电位的功能。

盾石磁能科技有限责任公司拥有GTR飞轮储能技术的全部知识产权，掌握全部生产工艺，具备产业化生产能力，可满足当前市场需求。产品成功通过国家铁路产品质量监督检测中心、中国电力科学院电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心的多次委托检测及型式检测，产品性能先进、安全可靠，完全符合国家标准要求；欧盟安全CE认证；获得ISO9001体系认证；知识产权管理体系认证。

地铁再生制动能量回收技术符合国家节能减排政策，且提高列车运行安全稳定性。GTR飞轮储能技术属国际先进的物理储能方式，对环境友好无污染，技术来源于高速铀浓缩离心机领域，设备运行稳定，安全性高，寿命长，噪音小，采用模块化设计，在城市轨道交通再生制动能量回收的应用节能效果明显，每年可节约20%电费支出，降低运营成本，节约能源，减少二氧化碳排放。

2019年北京地铁房山线应用GTR飞轮储能系统，实现了飞轮储能技术在国内地铁领域首次应用，填补了国内技术空白，稳压、节能等效果显著。2021年继续在6号线应用GTR飞轮储能系统提升供电能力、稳定牵引网压、提供应急电源、实现节能减排。提升列车安全运行保障能力的同时推进轨道交通行业碳达峰、碳中和。北京地铁应用国际先进技术GTR飞轮储能装置，率先以绿色环保的科技创新技术推进实现绿色低碳交通，在全国、全世界的地铁领域中成为碳达峰、碳中和的 “领跑者”。

（供稿人：北京市地铁运营有限公司）

16、【地铁区间桥隧结构服役性能保持关键技术及应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

地铁桥梁和隧道是轨道交通的“生命线”，作为直接承受列车荷载作用的基础部件旨在确保地铁运营全过程安全、舒适。随着轨道交通进入大规模网络化运营时代，“小故障”和“小问题”通过网络的放大效应给地铁安全运营造成重大影响，甚至造成城市交通瘫痪。尤其是地铁桥隧设施，由于大多数没有复线的冗余设计，一旦出现重大问题势必会造成运营中断。同时，桥隧设施受周边保护区内施工、降水等影响频繁，且线路条件复杂（小曲线半径多，线路坡度起伏大、临近或跨越市政道路及河流），结构开裂、收敛变形过大、局部沉降、渗漏水、道床脱空等病害频发，进而引发轨道几何形位发生异常变化，影响列车正常运行。亟需提升维修养护管理水平，提升桥隧设施长期服役性能和韧性服役能力。

本项目以保障运营安全为目标，针对桥隧设施结构服役保持关键技术领域面临的安全服役可控性难题、服役性能量化评估难题、病害科学治理难题、维修条件受限难题，研究建立了区间桥隧结构实时监测体系和运营安全保障体系，针对结构服役性能的检测、评估、监控、整治及修复等一系列关键技术开展科研攻关。形成了结构监测预警评估系统，解决了轨道交通桥隧结构量化评估和科学治理难题。主要技术创新点包括4个方面：①首次研究揭示了隧道结构与轨道结构的脱空病害协同变形机理，隧道裂缝病害的产生原因及演化机理；建立了病害分类分级指标体系，提出了面向实际应用的桥隧结构服役状态量化评定方法及治理方案。②形成了隧道结构变形病害装配式加固及渗漏病害整治技术，提高了病害整治的效果和效率。③研制了分布式光纤监测预警系统，实现对隧道结构性能的监测及预警；建立了基于动态阈值的桥梁健康状况综合评价体系；建立了基于微应变的隧道变形监测预警控制指标体系。④项目形成标准9部，授权专利7项，出版专著1部，取得软件著作权1项，发表论文25篇。

项目成果已应用于北京地铁1、5、6、9、10、15号线、昌平线、首都机场线共8条线路120个区间，以及苏州轨道交通1、2、3、4号线，郑州地铁6号线、14号线、杭绍城际、西安铁路局西平线永寿梁隧道等，并逐步向全国推广应用，产生直接经济效益近5000万元，技术经济及社会效益显著。应用情况表明，地铁区间桥隧结构服役性能保持系统实用性强、创新性突出，对推动我国轨道交通运营养护模式升级及技术进步意义重大。

（供稿人：北京市地铁运营有限公司）

17、【城市轨道交通振动与噪声长效联合控制关键技术及应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

减振轨道结构是城市轨道交通穿越环境敏感区的主要技术措施。不同等级的减振轨道结构虽能满足环评减振设计需求，但仍面临着振动与噪声“理论预测不准、控制方法不当、产品寿命不长”等技术难题，造成沿线建筑物二次辐射噪声超标、车内噪声超限、减振轨道结构易出现波磨进而导致源强显著增加三大问题。

本项目在国家自然科学基金等资助下，通过产学研联合攻关，在预测理论、控制方法、产品研发等方面取得了系列创新成果，主要创新点包括3个方面：①建立了考虑土-结构非线性作用的车辆-轨道-轨下基础-土体-建筑物耦合振动精细化理论预测模型，探明了轨道减振特性、土体频散特性、建筑物动力特性对二次辐射噪声的影响机制；发现减振轨道结构所隔离的高频振动会沿钢轨纵向传播而增加车内噪声；揭示了曲线轨道轮轨高蠕滑率与柔性模态共同作用下的钢轨波磨发生机理及源强异常增大、峰值频移的变化规律。解决了振动与噪声理论预测不准的难题。②针对中低频环境振动、中高频轮轨噪声共存的问题，提出了振动与噪声分频域联合控制的减振轨道结构匹配设计方法；利用振源、传递路径、受振体振动峰值频率差异及振动波沿轨道结构垂、纵向传播频率不同的规律，提出了错峰互补、增设上返能量吸收装置的振噪联合控制方法；提出了分级精准调制轨道结构模态频率、降低轮轨力幅值和平滑轨道柔度曲线抑制钢轨短波长波磨的方法。解决了振动与噪声控制方法不当的难题。③利用钢轨波磨“频率固定”的规律，研发了宽频可调式钢轨波磨抑制器；提出吸振、阻振协同减振理念，研发了分体式宽频阻尼钢轨和交叉式静音钢轨；基于聚氨酯发泡微结构的频变阻尼特性，研制了可抑制低频共振、具有长效减振性能、减振效果达12~18dB的道床减振垫；提出“垂向柔、横向稳、纵向匀”的设计原则，开发了约束导向型减振扣件等多种减振降噪结构。解决了减振轨道结构产品寿命不长的难题。

该项目共获发明专利23项，实用新型专利11项，参编1部国家标准、发表论文87篇（其中SCI和EI收录60篇）、出版专著1部。项目成果在国内数十条轨道线路中得到推广应用，近三年实现新增销售金额约14.5亿元，避免线路拆迁改线费用上百亿元。以杜彦良院士为组长的评价委员会认为，该成果整体技术达到了国际先进水平，其中减振轨道结构对车内噪声及二次辐射噪声影响分析方法达到国际领先水平，具有显著社会经济效益。

（供稿人：西南交通大学）

18、【轨道车辆整车性能参数优化及可靠性关键试验技术开发】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

在轨道车辆新产品开发以及服役车辆源头质量问题治理过程中，仅仅依赖计算机仿真分析的手段已无法满足高速动车组及城铁车辆快速发展的需求，本项目主要开发测试理论科学、结构设计合理、测试手段先进的软件硬件系统，以全面准确的评估并优化轨道车辆整车性能参数及可靠性，包括开展整车性能参数测试、关键部件可靠性测试、关键系统模态匹配测试、车辆舒适性测试、车辆系统集成测试等综合试验技术研究，提升轨道车辆整车的系统集成测试能力，为解决车辆系统关键问题以及新产品研发提供重要的技术支撑。

本项目独立开发满足轨道车辆多种试验需求的综合性试验技术，主要科技创新内容包括4个方面：①开发了轨道车辆整车性能参数检测试验系统，首次采用六自由度运动装置电液伺服协调加载技术、三维测力平台测试技术，可模拟轨道和车体对转向架施加任意方向、角度的载荷和位移，实现了整备车辆、转向架和车辆端部等多个系统的试验测试功能，提高了测试分析精度。②开发了接地装置可靠性测试装置及技术，首次采用转速驱动、环境风速模拟、温度监控、电流载荷模拟等技术实现接地装置在线路实际运营过程中的工况模拟，为实现国产化接地装置批量装车提供了试验支撑。③开发了低压电器高温振动复合测试技术，实现了真实再现实际运行工况，解决了轴端温度传感器在振动、温度复合工况下的可靠性研究技术难题。④优化了整车空调采暖测试方法，采用蒸汽管路代替电加热方式，模拟车内人体热负荷，解决以往加热器热源集中、温度不均匀问题。

轨道车辆整车性能参数优化及可靠性关键试验技术项目的实施，为公司所有研发车辆的先进性和线路运营的安全性、可靠性和舒适性提供了基础技术支撑，具有广阔的市场应用前景，同时为提高产品竞争力打下了基础，为公司国际化发展创造了条件。依托本项目共授权发明专利9件。并完成了高速动车组、铁路客车、城铁车辆等车型的950余项仿真分析及优化、1800余项试验测试任务、50余项服役故障治理任务，具有显著的经济效益和社会效益。

（供稿人：中车长春轨道客车股份有限公司）

19、【城市中心超大型地下交通枢纽建造关键技术】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

随着我国城市化的快速发展，“城市病”问题日益突出，与人们对于安全、便捷、绿色、舒适的生活需求矛盾日益凸显。

本项目以地处中国光谷交通咽喉、两隧三线四站地下立交的光谷广场综合体为工程依托，系统解决了城市中心特大型地下交通枢纽一体化布局、安全快速建造与安全绿色运行系列技术难题，构建了城市中心特大型地下交通枢纽设计建造成套技术体系，主要创新成果包括3个方面：①提出了城市中心大型地下交通枢纽功能一体化解决方法。首创以三环层叠、多线放射为基本形态的城市中心综合交通枢纽功能一体化解决方法，创建了基于同向归并、异向立交、地下高架交通线的全新综合交通枢纽空间布局，研制了全过程、多要素、全专业协同BIM设计系统，实现了多种交通融合、多维空间交互、多种功能复合的城市中心大型地下交通枢纽一体化。②研发了城市中心地下交通枢纽安全快速建造关键技术。研发了城市中心超大型复杂基坑基于先期结构承载的分区建造工法，开发了超大尺度复杂地下工程高效建模技术，建立了超大型复杂地下空间结构快速抗震分析评价的弹性空间反应位移法，创新了深基坑混凝土支撑毫秒微差延期爆破拆卸技术，保障了城市中心大型地下交通枢纽的结构安全和优质快速建造。③研发了特大型地下交通枢纽安全绿色运行关键技术。研发了全地下高大空间自然排烟和气流组织关键技术，首创地铁车站轨行区自然排烟、排热兼隧道通风系统，发明了旅客提升设备多维度健康监测装置及健康管理系统，有力保障了大型地下交通枢纽的畅通、安全、智慧、绿色运营。

项目获发明专利5项，实用新型专利10项，优秀工法2项，软件著作权7项，发表国际及核心论文9篇。成套创新技术在光谷广场综合体工程中示范应用，在武汉交通咽喉和商业核心地下空间内，一体化建造了2条公路隧道、3条地铁线路、4座地铁车站、1条非机动车环道及约2万㎡的商业空间，系统构建了集约化的地下交通枢纽，实现了各类型交通的立体分流和顺畅通行，节约投资约2534万元，成果推广应用于襄阳东站工程中，取得了显著的经济社会效益。

系列创新成果填补了我国城市中心特大型地下交通枢纽一体化布局、安全快速建造与安全绿色营运技术领域的多项空白，解决了工程建造与运维中面临的一系列重大技术难题，其先进的技术和理念对于解决城市中心节点日益突出的拥堵问题具有很强的示范效应和开拓意义，为以后类似工程的设计建造提供了理论依据、成套技术和实践经验。

 （供稿人：中铁第四勘察设计院集团有限公司）

20、【基于机器人的城轨车辆检修技术及应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

2020年我国内地开通地铁城市共计37座，均居世界首位。高质量的车辆检修可保障列车运行安全、延长其使用寿命，传统的人工检修作业方式存在作业环境差、作业效率低等弊端，已不能适应超大网络化运营中车辆检修的需要。

项目依托古镇口车辆基地工程设计，围绕城轨车辆自动化检修，结合现有车辆检修工艺、检修产线的布置，形成系列科技成果创新包括3个方面：①城轨车辆自动化检修装备创新。将工业机器人技术融入城轨车辆检修作业中，首次构建了基于机器人的城轨车辆自动化检修体系；以各检修工位作业内容、作业精度等需求为导向，研发了车底吹扫、杆件测量等17种检修机器人系统，部分产品已于运营单位实际应用，达到了改善作业环境、提高检修效率、保障运营安全的效果。②机器人智能化应用创新。针对城轨车辆车型多、结构复杂的应用场景，发明了基于机器视觉的部件故障自动识别、激光轮廓仪阵列的共面调整、车辆形位检测等技术，实现机器人在城轨车辆检修作业中的智能化检测；发明了“机械手单相机多目视觉的三维定位方法”及“基于视觉引导的地铁列检机器人路径规划方法”，攻克了检修机器人在复杂多变场景下的三位定位及路径规划技术难题，并应用于研发的机器人检修系统中。③机器人检测数据分析创新。针对机器人作业过程中的检修数据收集，发明了基于大数据的轨道车辆经济性运营及维修规划方法，包括大数据采集、整合存储、动态分析，对轨道车辆运营及维修保养过程进行优化，推动车辆检修智能化发展。

项目共申请发明专利8项（已授权6项）、实用新型专利12项（均已授权）、发表论文5篇；获得科技成果登记1项；依托工程古镇口车辆基地设计获2020年度中铁一院优秀工程设计一等奖；科研项目“机器人技术在地铁车辆检修中应用研究”获2020年中铁一院科学技术一等奖”、“2021年度中铁建科学技术一等奖”。

交通强国，城轨担当。课题研发了城轨车辆检修机器人系列装备，填补国内空白，提高了我国城轨车辆检修领域的智能化水平，为智慧城轨交通的发展做出了贡献。项目研究成果已于青岛地铁、石家庄地铁、中车大连机车车辆有限公司、西安动车段、沈阳动车段等应用，累计直接经济效益过亿元。

（供稿人：中铁第一勘察设计院集团有限公司）

21、【复杂环境下站台门系统风险消除及能力提升关键技术研究与应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

城市轨道交通站台门系统工程领域，研究站台门系统应对复杂运营环境时的系统安全性、稳定性及综合服役能力提升关键技术。

主要科技创新内容包括2个方面：(1)解决“三大难题”。通过研发一套应对复杂环境下的站台门系统风险消除及性能提升关键技术，系统性解决了大客流、高密度行车、曲线站台及全自动运行模式等复杂环境下的遇到的三大难题：① 站台门与列车之间间隙内安全风险消除难。② 隧道动态风压对站台门性能影响大。③ 服役能力劣化。(2)实现“六项首创”。① 首创研发出一套“0盲区”、“0侵限”、“0误报”、“抗干扰”的站台门与列车间隙多维立体安全智能识别预警系统。② 首创研发出一套含“多层激光雷达面扫描检测技术”、“激光、视频联动并行确认技术”及“顶置式安装技术”等三大核心技术的间隙风险多维立体扫描系统。③ 首创研发出一套“动态比较边界（DMB）算法”，实现不同轮廓车次的立体动态防护，并取得了SIL2安全认证。④ 首创研发了“基于PID控制的双闭环智能控制算法”及“门体遇阻模式智能判别技术”，大幅提升站台门系统应对复杂环境的安全性及鲁棒性。⑤ 首创研发了站台门关键运动副之间采用“滚动摩擦”替代“滑动摩擦”的技术，降低驱动能耗，削弱风压效应影响。⑥ 首创研制出站台门动态风压负载、密封、结构综合测试系统，实现对站台门系统在复杂环境下综合服役能力的测试及验证。

技术经济指标：(1)技术指标：① 实现每趟列车平均停站时间可缩短18%以上。② 实现在0~±600Pa隧道动态风压作用下站台门系统性能的稳定发挥，综合服役能力提升10%。③ 门体运行阻力及能耗降低36%。(2)经济指标：在2018 年~2020 年期间，累计产生5.85 亿元的经济效益，创造出1.27亿元的利润营收。

本技术成果已通过由陈湘生院士领衔的专家组认定，评价结果为国际领先。获授权发明专利2项，实用新型专利7项，计算机软件著作权4项，已发表有影响力的学术论文4篇。科研成果已在广州、深圳、重庆等多地城轨线路推广应用，开通线路运营良好。本创新成果对保障乘客安全及提高行车效率具有显著作用，为促进全自动运行等复杂运营场景的安全构建创造了必要条件，同时通过本技术在安全性、智能化、低能耗方面的技术突破，带动站台门产业链的整体创新升级。

（供稿人：广州地铁设计研究院股份有限公司）

22、【城市轨道交通工程车智能安全监控系统关键技术研究及应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

本项目针对工程车编组灵活、推拉两用、全网共享等特点，破解工程车作业无技防手段的难题，研究城轨工程车智能安全监控系统的关键技术及应用，实现工程车在段场及正线作业时的运行安全防护，防止工程车超速、冒进关闭信号机、挤岔、冲撞车挡等恶性事故发生；系统对乘务员操作、工程车运行状态、前方线路综合信息、司机异常行为进行实时记录及报警，实现事前有预警，事中有手段，事后可追查的全过程监控，提高乘务员作业标准化管理水平。系统整体提升了城轨系统的运营维护及安全管理水平。

项目创新内容包括4个方面：①高度集成的工程车智能安全监控系统。首次提出包含网络中心级、线路级和车辆级的一体化工程车运行防护车地解决方案；形成采用三层网络架构、*五大功能设备、可实现六大系统集中安装、可高度适配工程车特性参数的车载集成安装方案；研究出三种适用于不同城轨项目的系统接口方案，并实现与上海地铁8大系统、涵盖18条正线、38个车辆基地、200台工程、1000台无动力轨道车状态监控的统一接口。②可实现多类型轨交车辆互认的运行防护子系统。针对城轨工程车的12种应用场景、12个应用条件和5大设计基本条件，首次开发了集正线和段场防护为一体的、与城轨工程车高度适配的、可实现工程车与电客列车车车互认的运行防护主机，设备体积缩小50%、性能提升70%，可降低同类事故发生率85%以上。③多专业融合的共享定位系统。首次建立了一套可复用既有信号系统信标又不会对既有信号系统产生干扰的共享定位体系，实现车辆、通号、工务、供电多专业坐标系的全网统一。④统一评价标准的智能视频识别技术。针对代驾、疲劳驾驶、行驶中离岗、接打电话等司机驾驶行车过程中可能发生的影响行车安全的异常行为，首次形成了视频分析效果评价体系，研发了高准备度的智能视频识别技术，异常行为识别正检率达到90%以上、身份识别准确率高达99%、识别响应时间不超过2s，解决了司机作业标准化管理问题。

本项目编制国家标准2项、企业标准3项，获发明专利授权12项、实用新型4项，发表论文4篇。水平检索及课题验收认为总体达到国际先进水平。研究成果已经或正在上海、广州、深圳、苏州、洛阳、长沙、青岛等城轨及几内亚轨交系统中应用，直接创造经济效益约1.6亿元。项目以及相关技术的应用，提高了城市轨道交通工程车的安全保障能力，具有较好的综合和社会效益。

（供稿人：上海申通地铁集团有限公司）

23、【长江公铁合建超长隧道通风防排烟关键技术】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

本项目以武汉三阳路隧道为依托，对穿越长江公铁合建超长隧道通风防排烟关键技术进行了研究。武汉三阳路隧道穿越长江段采用盾构法施工，盾构外径15.2m，为国内直径最大的盾构隧道，越江段长度2590m，上层为公路车道层，下层为地铁行车道，是国内首条真正意义上的公铁合建越江隧道，可借鉴工程经验少，需攻克4大难题：①地铁区间有两列车同向追踪运行，而在长江中部难以设置中间风井。②纵向安全通道为公路、地铁共用，通道的安全性难以保证。③公路地铁同管布置，需在有限的空间内同时解决公路和地铁通风防排烟。④公路隧道设有8条匝道，通风防灾气流组织复杂。

项目采用模型实验、计算机仿真模拟以及理论分析等多种技术手段对公铁合建隧道通风防排烟的关键技术进行了研究，取得4大创新成果：①优化了盾构横断面布置，利用地铁行车方向右侧区域富裕空间作为排烟道，取消了江中的中间风井，降低系统投资5000万元，减少了施工风险；同时一并解决了江底公路和地铁区间排水难题。②优化了公路隧道纵向疏散楼梯的布置形式，将每个疏散楼梯隔成封闭的气闸间，采用模型实验得到了安全通道和气闸间加压送风系统参数，确保了疏散楼梯和安全通道的安全。③利用有限的盾构横断面，布置了公路专用排烟道，公路行车道、地铁行车道、地铁排烟道、纵向安全通道、电缆廊道、公路和地铁废水泵房等空间，成功解决了公铁合建技术难题。④获得了公路隧道、地铁隧道、安全通道等通风排烟关键技术参数。

本项目编写《穿越长江公铁合建超长隧道通风防排烟关键技术》报告一册，获得发明专利1项，实用新型专利7项，软件著作权1项，在中文核心期刊上发表论文6篇，编写专著1部。项目研究成果已成功应用在武汉三阳路隧道（已通车）、济南穿黄隧道、武汉二七通道、扬州瘦西湖隧道、杭州望江路隧道、武汉东湖隧道、南京地铁10号线、武汉地铁8号线越江区间等实际工程，具有十分显著的经济效益和社会效益。

（供稿人：中铁第四勘察设计院集团有限公司）

24、【地铁隧道下穿高铁关键技术研究及应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

项目依托长沙地铁3号线盾构隧道下穿京广高铁浏阳河隧道等工程，历时近10年科研攻关，攻克了制约城市轨道交通建设发展的瓶颈关键技术，最大限度的减少了穿越施工对高铁运营的影响，实现了地铁盾构从“不能穿高铁的世界性难题”到“可以穿的重大难题”的总体目标，有力推动了城轨行业的技术进步，提高了城轨规划建设水平。

科技创新内容包括3个方面：①全面解决了地铁隧道穿越高铁“世界性”技术难题，率先研究并创建了地铁隧道穿越高铁线下工程的一整套关键共性技术，包括地铁隧道穿越高铁的总体设计技术、穿越施工对高铁线下工程的影响预测技术、穿越施工期高铁风险及变形的实时精准控制技术、研制了能够考虑隧道施工缝作用的离心试验体系、砂卵石和软土地层土压平衡盾构穿越施工期对高铁基础设施的变形管控关键技术。②研究提出了盾构下穿期间基于高铁隧道工程各种条件下现状服役状态检测和结构承载能力安全系数评估计算的结构服役安全评价方法；提出了基于运营维修角度轨道平顺性的安全量化评价指标的高铁行车安全评价方法；提出了基于线下工程现状检测评估及安全评价的盾构下穿施工期高铁基础设施允许的变形控制标准确定方法。③研究提出盾构穿越期高铁列车安全限速方法，提出了地铁建设信息与高铁行车指挥系统联动机制等一套保障措施。

项目成果特点有3个方面：①首次在国内开展城市地铁盾构隧道穿越高铁隧道、桥梁及路基线下工程的关键技术研究，具有明显的创新性。②首次针对地铁盾构隧道下穿京沪高铁桥梁及路基、京广高铁隧道的工程项目开展研究，辐射示范效应明显。③首次国内外开展了盾构下穿高铁隧道影响的室内缩尺离心试验研究，定量的评价了盾构掘进对高铁隧道结构的影响。

本项目获授权发明专利7项、实用新型专利4项和软件著作权2项。成果在依托工程长沙地铁3号线盾构下穿京广高铁隧道中全面转化应用，并推广应用到地铁下穿京沪高铁等国内15个工程。长沙地铁3号线下穿京广高铁隧道限速160km/h、最大沉降1.12mm，济南地铁下穿京沪高铁未限速、最大沉降0.53mm；取得新增利润合计5403.51万元，节约投资约5900万元，社会、经济效益显著。

（供稿人：中国铁路设计集团有限公司）

25、【基于多运营主体的城市轨道交通线网智慧运营管控平台项目设计与实践】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

基于多运营主体的城市轨道交通线网智慧运营管控平台项目依托天津市中心城区轨道交通综合控制中心工程，利用先进信息技术实现轨道交通线网统筹管控智慧化，提升线网运营综合效益和安全保障能力。

项目采用了多项新技术：超大规模下城市轨道线网运营管控一体化模型设计；基于跨运营主体、线路和专业城市轨道交通智能运维一体化架构模型设计；多制式全专业的平台接口标准化与通用化设计；城市轨道交通安全监控与应急管理一体化保障体系技术；重点关注或大型故障的分级分类预警报警标准体系和辨识技术；基于“三维车站模型、线路行车实时调度监视、线网客流与行车调度”的运营监测及运维协同处置技术；基于实时库、关系型历史库、MPP数据仓库、HADOOP大数据应用库的混合式数据共享与算法服务技术等。

技术经济指标：①经济指标：平台项目顺利接入6条轨道交通线路，实现全线网应用，提升应急管理能力和应急事件处置效率。建立共享的轨道交通智能运维平台，避免各线各系统重复建设，为天津市节省建设资金预估约7830万；实现运维管理数字化转型，引入标准作业计划，大幅提升工作效率，降低了人力成本；优化设备维修模式，延长设备使用寿命，降低运维成本。②工期指标：多项创新综合应用，工期如期竣工。通过接口标准化与通用化设计，将接入6条线路的实施时间由原预计2年时间缩短至6个月完成。③质量指标：应用系统均已通过第三方权威机构的评测；系统达到国家信息安全等级保护三级要求；工程验收全部合格。

本项目取得7项软件著作权，2项发明专利。形成了5本企业标准，国内外知名期刊发表学术论文6篇。为轨道交通运营信息化建设了跨系统的数据平台和基础支撑系统，搭建全面信息化的架构，并形成技术标准文件，为后期“云、大、物、移、智”等信息化技术手段的进一步推广应用、拓展智慧功能、数字化转型夯实基础；对国内城市轨道交通网络运营以及线网信息化系统建设具有重要参考意义，也为后续的国内轨道交通协会团体标准的编写起到了重要参考作用。多项技术已成功应用天津、上海、南京等城市，同时已推广辐射至铁路行业，经济社会效益显著，潜在经济效益可达数十亿元，应用前景良好。

（供稿人：天津轨道交通集团有限公司）

26、【全自主轻量化智能高效钢轨铣磨车】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

近年来，随着高速铁路飞速发展及全国各城市城轨交通如雨后春笋般兴起，轨道交通迎来了一个长期的高速发展时期。截至2019年12月31日，中国内地累计有41个城市开通城轨交通，运营线路总里程达6917.62公里。截至2020年上半年，65个城市的轨道交通线网规划获批，目前在建总里程7347.26公里。预计2025年，城市轨道交通总里程将突破16000公里。

钢轨是轮轨系统重要的部件，运行工况极其苛刻，易产生肥边、裂纹、波浪形磨耗等缺陷，危害铁路安全、舒适运行。科学的钢轨维护可消除钢轨表面缺陷，保障铁路运行安全性和舒适性，大幅提高钢轨寿命，提高运行经济性。随着我国轨道交通发展水平的不断提升，未来将面临着一个大规模的轨道交通的养护维修问题。实践证明，通过钢轨维护，钢轨寿命可提高4倍，运营成本大幅降低。因此，根据国内外经验证明，钢轨维护装备是轨道交通安全运行的必备装备。

全自主轻量化智能高效钢轨铣磨车项目，技术世界领先，具有自主知识产权，基于高效铣削技术、高精度仿形跟踪技术、轻量化系统集成技术及智能控制技术，解决行业痛点，清洁、高效、轻量化、个性化及智能化，对钢轨进行高效铣削，消除钢轨缺陷，大幅提高运营安全性、经济性和舒适性。采购成本和使用维护成本较进口产品大大降低，是城市轨道交通及高速铁路行业急迫需求的重大装备。曾先后获得第八届全国创新创业大赛省赛二等奖、2019中国创新方法大赛河南赛区二等奖、“豫创天下”创业创新大赛省赛二等奖、“豫创天下”创业创新大赛洛阳分赛区一等奖、洛阳之星创业大赛三等奖等荣誉。申请各项知识产权19项，包括发明专利6项，实用新型专利13项，已获授权专利7项。

目前，已经完成了两代核心产品迭代，2018年10月第一代产品FGM01型高效成型钢轨打磨车成功下线，并于2019年7月在北京京港地铁投入使用，得到用户认可，获得运用考核报告。2020年5月，第二代产品FGM500高效成型铣磨车调试完成，并投入使用。目前，FGM系列钢轨铣磨车已分别在北京地铁、南京地铁及沈阳地铁开展铣磨服务，并于2021年5月中标港铁公司轻轨线钢轨修复设备（钢轨铣磨车）采购项目，产品性能和优势得到了充分验证和市场认可，具备产业化能力。

（供稿人：清研锐为（洛阳）轨道交通科技有限公司）

27、【城市轨道交通桥梁服役性能动态追踪技术】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

本项目主要科技创新内容：城轨桥梁是保障线路安全的重要依托，规范给定振动响应通常值，但无法掌握其变化规律，模态变化规律研究无法兼顾响应变化规律。如何结合振动响应和动力特征是实现桥梁服役性能追踪的瓶颈。

项目通过频响函数实现响应和动力特性的结合，通过有/无列车通行时的桥梁模态辨识追踪，获取长期服役下的模态变化规律，并修正车速-频幅统计频响函数，给出频响预警阈值控制限，实现城轨桥梁性能动态追踪预警：①建立无列车通行时随机振动的城轨桥梁运营模态在线追踪辨识技术，解决了对桥梁模态变化的准确自动捕捉问题。给出了基于虚拟频响函数的多时段响应频谱平均去噪方法；创建稳定图多极点两阶段聚类的虚假模态自动剔除技术；提出基于观测向量相关性最大的模态在线追踪辨识技术。②提出列车通行时随机-确定性振动的城轨桥梁运营模态识别技术，突破了车桥耦合下的模态准确辨识难题。建立基于车桥耦合动力特性的列车自重荷载效应剔除理论；给出基于列车轮轴位置的轮轴力与测点位置荷载等效方法；创建响应-等效荷载投影的随机-确定子空间模态识别技术。③创建基于车速-频谱幅值统计特性的城轨桥梁频响函数预警技术，实现了城轨桥梁长期服役性能的动态把握。建立了不同车速下频谱幅值统计特性的频响函数构建理论；给出基于环境-模态参数统计回归分析的频响函数修正方法；提出基于频响局部极值包络控制限确定法的频响预警技术。

本项目代表论文均发表在《J. Struct. Eng. -ASCE》《Comput-Aided Civ. Inf.》等多个国际顶级期刊，SCI他引208次，被中国工程院陈政清院士、杨永斌院士、中/美/印三国工程院A. Kareem院士等多国院士、学者正面引用。成果授权美国发明专利2项，中国发明专利14项，开发了结构运营模态识别软件和动力测试检测软件，获软件著作权2项，参编行业标准5部。

国家一级科技查新机构对查新结论为“未见他人相同报道”；成果纳入《结构健康监测海量数据处理标准》，被中国工程院杜修力院士、澳大利亚工程院H.Hao院士评价为“填补了国内外结构健康监测领域的一项空白”。 通过中国公路学会整体鉴定，中国工程院张喜刚院士、陈政清院士等多位专家一致认为：“总体达到国际领先水平”。

（供稿人：大连理工大学）

28、【城市轨道交通协同运行优化与服务能力提升关键技术及应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

随着北京城市空间结构、功能布局的不断发展变化，轨道交通线网客流超饱和、枢纽站台滞留以及车厢乘客拥挤等问题日益凸显。轨道交通网络面临从“大规模快速建设”向“精准服务、提质增效”转变的巨大压力，对既有线网的高质量能力提升改造已成为政府和运营企业关注的重要问题。精准把握轨道交通客流供需关系、量化识别设施运营瓶颈、科学规划改造优化方案是破解这一问题的核心。围绕上述核心问题，项目组在10余项国家、省部级科研项目及轨道建设、设计及运营企业支持下，开展了多年理论研究和技术攻关，取得如下创新成果包括4个方面：①提出了多源数据驱动下的轨道客流行为感知与需求辨识方法。针对轨道客流行为感知与需求辨识难题，发明了多传感器融合的高精度客流检测技术，构建了各类线网及站点客流特征画像，有效解决了轨道客流行为感知与需求辨识难题。②攻克了复杂环境下轨道设施服务瓶颈动态辨识关键技术。搭建了轨道交通多层级客流快速仿真模型，提出了轨道设施服务韧性评估方法，首次将城市级轨道交通客流态势推演及瓶颈识别技术于北京应用落地。③开展了面向差异性疏解需求的轨道设施多层级改造优化应用。构建了列车调度与客流控制协同优化模型，建立了轨道瓶颈精细化分类项目改造库，首次提出融合生长型理念的多层级设施改造优化方法及轨道线网结构规划建设方法。④研发了轨道交通线网协同运行优化与提升一体化集成平台。搭建了基于BIM快速建模的轨道交通虚拟场景，突破了传统以经验为主的优化方法，实现了集感知-推演-评估-优化一体化改造的重大跨越。

项目技术难度大、复杂程度高，取得了重大突破和实质性创新，解决了城市轨道交通运营中的多项关键技术难题。根据检测报告，复杂环境下行人行为感知辨识精度≥90％，高峰期轨道交通瓶颈识别率≥90％，优化改造后服务能力提升≥15％。权威专家评价多项技术指标国内外领先，部分成果填补国内空白。

项目出版著作5部，发表SCI论文30篇、EI论文18篇，编制国家及行业地方标准及导则3项，申请发明专利8项、软著9项，核心技术已在北京、天津、郑州等多个城市15条线路、64座站点的改造工程中推广应用，近3年合同效益超过8000万元。成果为我国城市轨道交通的安全高效运营提供了强有力的技术支持，提升了轨道交通一体化出行服务水平，对我国经济和社会可持续发展起到促进作用。

（供稿人：北京工业大学）

29、【基于云平台的线网级综合监控系统关键技术与示范应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

截止2019年底，根据中国城市轨道交通协会对52家会员单位进行的云计算应用问卷调查显示：超 8 成企业将云视为企业信息化的 IT 基础，一线城市均构建了较为完善的云平台，广泛应用到生产指挥、运营管理等各专业领域。二线城市和部分三线城市积极推进云平台扩建和在建，特别是新线地铁城市，基于云平台架构成为标配。目前，综合监控系统上云主要以物理资源虚拟化为主，大大提高了设备资源利用率，降低了运维成本。同时，随着综合监控系统在云平台上的应用及轨道交通建设规模的扩大，主控及灾备云平台及业务系统热备切换、中心云平台与车站后备云节点及业务系统热备切换、设备模型信息整合、线网多线路集中调控、车站区域化集中管理、智能化数据挖掘分析等新型难点技术与需求迫切需解决。

课题组基于云计算技术，结合城市轨道交通特点从线网、线路、站段多层次进行深化，研制了基于云平台的线网级综合监控系统。提出了一套全新的综合监控系统架构，打破综合监控系统传统架构，实现分布式集群与扁平化部署系统方案，解决了调度监控对单一数据来源的依赖，简化了运营调度的数据处理流程，进一步降低了硬件资源需求，降低了线网及线路的扩建难度，并总体提升了监控系统的安全性及稳定性；研制了区域集中监控系统，打破以站为单位的车站管控模式，可以为车站管理与服务人员提供集中监视控制和协同管理功能，实现车站智慧控制与智慧管理；攻克了基于机理模型与人工智能相结合的设备智能诊断系统，实现多维因素条件下面向不同目标设备的定量评估、关联分析、运行状态分析和对未来状态的预测，实现算法混合校正及自学习功能，实现对设备运维的智能决策支持，降低运维成本，提升运维检修效率以及设备管理安全水平。实现一套基于国际标准IEC62541及国标GB/T 33863的城轨设备模型，形成标准的模型规范，打破传统设备厂家的数据壁垒，降低了同源设备的接入难度，提高了数据分析与应用的效率。 

本项目原创性强，取得专利18篇、发表软件著作权12篇、取得国际认证3项。本项目研发的“基于云平台的线网级综合监控集成平台”在呼和浩特地铁1号线及深圳地铁11号线新机场站作为示范工程应用，并推广至呼和浩特地铁2号线及北京19号线、深圳14号线、深圳6号线、深圳6号线支线、昆明5号线等线路。示范应用过程中得到了用户的高度认可，为线路建设产生了较大的经济效益，给出了很高的评价。

（供稿人：北京和利时系统工程有限公司）

30、【复杂运营场景下的全自动驾驶智慧地铁核心装备设计及应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

项目主要特点包括3个方面：①首次以智慧运营维护需求为导向，设计更加完备的全自动驾驶运营场景，并形成相应的纲领规范，将场景分为三大类场景群：正常场景、故障场景和应急场景，并围绕场景群开展各系统的功能分配及系统设计。②研发智慧化全自动驾驶地铁系统技术，有效提升系统的安全性、可靠性、可用性和可维护性，实现上海地铁18号线GOA4智慧化的运营水平。③首次构建面向全自动驾驶的智能运维平台，填补国内技术空白。

关键创新成果包括3个方面：①首创更加完备的全自动驾驶场景规范。提出全自动驾驶三大类场景群，特别是增加大客流、弓网冲突、人员非法侵入轨行区等多个复杂应急场景，提出以全运营场景为核心的功能验收规范。场景涵盖信号、车辆、供电、综合监控等核心专业，提出多层次的系统运营模式和严密可靠的协同功能分配，实现分布式全自动一体化联动。上海地铁18号线的实践充分验证了本场景的完备性，场景规范和以全场景为核心进行系统设计和验收的方法在城轨行业获得了普遍应用。②智慧化全自动驾驶地铁关键技术。研发核心系统远程复位功能、多种自适应全自动降级驾驶模式和OCC综合授权控制技术等，实现车辆、信号的专业联动响应，大幅提高正线故障处置效率。提出基于运营工况的空调、照明智能控制技术，车厢环境更加低碳、舒适。创新的正线休眠唤醒投运、列车自动扣车、清客、区间阻塞、跳站等多专业联动功能，实现全自动驾驶的运能灵活可配置。③面向全自动驾驶的智能运维。基于多源融合感知技术，研发智能图像巡检、车辆关键系统状态检测及预警等，构建高实时性和高准确性的感知平台，建立大数据驱动的全寿命周期健康管理系统，主动运维决策、智能终端执行、敏捷应急联动、集成资产管理、智能机器巡检，首次实现全寿命周期的智能管控。

上海地铁18号线开通至今，列车正点率100%，时刻表兑现率100%，列车故障退出全自动运行率为零，列车救援事件为零。依托该项目编制地方标准1件、团体标准2件，授权专利36件（含发明专利8件），软件著作权20件，发表SCI/EI论文9篇，核心期刊论文58篇。编制核心场景共123个。成果广泛应用于上海、成都、南京、郑州等城市的21个项目，引领我国全自动驾驶地铁技术发展。创造经济效益上百亿，服务每年全国上百亿人次的安全出行。

（供稿人：上海申通地铁集团有限公司）

31、【城市轨道交通AFC线网融合系统在云架构中的创新与应用】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

城市轨道交通AFC线网融合系统在云平台中的创新与应用，是郑州地铁在云平台架构上建设的新型地铁AFC线网中心管理系统（以下简称“ANCC系统”）项目建设中的重要技术创新。郑州地铁ANCC系统自2017年启动建设，于2019年5月正式上线运营，实现了四层架构AFC系统及互联网票务的云平台承载，并已实现4号线、5号线、14号线等线路AFC车站计算机系统（SC）的接入。

本项目密切结合郑州地铁线路建设规划和建设规模，结合ANCC系统建设需求，开展技术创新，率先实现了AFC四层架构体系的大规模应用，实现了传统AFC系统中清分中心（ACC）及线路中心（LC）两级系统的深度融合，实现了管理方式扁平化、运营管理线网化，树立了行业标杆，引领了建设潮流。作为国内首个线网中心云平台系统，实现了系统灵活的扩展能力，为ANCC系统顺利接入后续线路、平滑提升处理能力奠定了技术条件，开创了云平台在轨道交通行业内探索和突破的先河。ANCC系统采用全线网统一的权限体系和票务管理，为线网化运营提供了坚实的基础，为多部门联合决策提供了统一的运营管理平台。实现所有AFC终端设备可使用互联网支付，乘客可通过手机二维码直接进站乘车。实现人工智能技术、生物识别技术在轨道交通的应用，为乘客提供更便捷的乘车体验。

郑州地铁ANCC系统共申报专利9项，包括2项外观设计和7项发明，其中2项外观设计和1项发明专利均已授权，6项发明专利已获专利号并进入实质审查，获得软件著作权2项，发表论文8篇，发表企业标准1项，申报地方标准1项。

郑州地铁ANCC系统建设投资9600万元，系统规模满足15条线路AFC系统接入能力，系统综合造价优于传统AFC系统清分中心与线路AFC系统线路中心独立建设方案，且系统投入运营后，可以有效降低系统运营成本，系统技术经济指标得到大幅提升。

本项目成果自2019年5月郑州地铁ANCC系统上线运营以来，得到国内业界的大量关注和高度认可，多家新闻媒体先后广泛报道并给予了充分肯定。目前，多个城市已经计划建设或正在建设城市轨道交通AFC线网融合系统，技术重现性较高。人脸识别乘车功能，也在西安、哈尔滨、太原、成都等城市相继应用，乘客反响良好。基于云平台的融合设计方案，为城市轨道交通系统的安全、高效运营提供了有力支撑，架构优化方案，开启了国内AFC应用管理及新技术应用的新篇章。

（供稿人：郑州地铁集团有限公司）

32、【混合式城市轨道交通再生制动能量节能系统】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

本项目主要科技内容：混合式城市轨道交通再生制动能量节能系统通过控制策略实现储能装置和逆变回馈装置协同、高效、安全工作，保证满足车辆、供电运用需求，降低牵引供电系统能量消耗，实现牵引系统节能20%，提升系统整体运用可靠性，同时解决向城市电网返送电问题。

本项目授权专利：①国际专利:为了保障相关技术和产品的专利，本项目同步在美、日、欧、韩、马来西亚、以色列等规划使用再生节能技术的国家同步申请了PCT国际专利；2019年授权PCT发明专利《CONFIGURATION METHOD AND SYSTEM FOR URBAN RALL TRANSIT REGENERATIVE BRAKING ENERGY RECYCLING DEVICES》。②国内系列专利申请:本项目同步申请了系列专利《城市轨道交通再生制动能量控制分配系统及方法》、《城市轨道交通再生制动能量节能系统》等7项相关专利。

技术经济指标:协同控制新控制策略成功投运后，预计实现地铁线路牵引降压所装机混合式城市轨道交通再生制动能量节能系统后实现日均节电1000 kWh/站。以无锡地铁1号线为例，全线采用混合式城市轨道交通再生制动能量节能系统,线路日节电量约15000kWh，年节电量约547.5万kwh，无反送电问题。

系统内装置的技术指标为：额定功率:储能装置1-2MW，逆变回馈装置1-3MW；峰值功率:储能装置1.5-3MW；储能装置储能量:4-10kWh；单台设备日均节电量:1000-2500度；单台设备年节电量:36-55万度。

该系统由储能型和能馈型节能装置共同组成，通过合理配置两类装置的容量分布和协调控制，实现整条地铁线路上再生制动能量的高效回收，有效降低了节能装置的成本，改善牵引供电系统电压质量，解决逆变回馈装置带来的环流及返送电问题。同时解决了再生制动失效对车辆闸瓦的磨损，减少了车载或地面制动电阻的使用，降低了线路温升以及由于制动电阻启动产生噪声污染。

本项目在无锡地铁1号线实现装机一套混合式城市轨道交通再生制动能量节能系统，先后在苏州地铁2号线、香港APM机场线进行市场推广，并在郑许城际线路中成功实施商业运用，现正对青岛等其他国内地铁线路进行再生制动能量回收进行方案策划并积极推动实施。

（供稿人：中车青岛四方车辆研究所有限公司）

33、【轨道交通铝合金车体绿色高效激光清洗-焊接一体化装备技术】

项目获 2021 年度城市轨道交通科技进步二特等奖

激光清洗技术是革新性的工业清洗手段，以其绿色环保、智能可控等优点，广泛替代人工打磨、化学清洗。焊接是列车制造中的核心工艺，因其工作环境恶劣、劳动强度大，提高其自动化程度一直是工业界的不懈追求。近年来，尽管列车制造中的焊接自动化取得了长足进步，然而焊接过程的焊前和焊后清理工序，尚无合适技术手段实现其高效率、高精度的自动化，成为制约焊接制造全流程自动化的瓶颈。

项目组经多年的“产学研用”攻关，按照“关键工艺-核心单元-一体化装备”的技术路线，充分发挥各方优势，综合利用激光加工、机械设计及其制造、自动化控制等多学科技术，研发了铝合金车体绿色高效激光清洗-焊接一体化装备，实现产业化。取得创新成果包括3个方面：①提出了铝合金车体焊前氧化膜及焊后黑灰激光清洗质量科学表征方法，建立了激光清洗阈值模型，阐明了激光清洗过程对表面形貌的作用效果，获得铝合金激光清洗的优化工艺窗口，为铝合金激光清洗规模化应用提供了理论支撑。②基于光位移传感的焦点位置自适应补偿、激光除膜质量视觉在线检测系统，研制了激光时空分布协同控制板卡，可以对加工过程中激光脉冲能量、时间、空间参数进行动态调整，实现了清洗过程的稳定控制，为国际领先水平。③研制出高可靠超紧凑清焊一体化加工头，动态跟随自适应范围±12mm，清焊工艺协同集中控制系统，创新出“即清即焊，清焊一体”技术，有机集成出绿色高效清焊一体自动化装备，实现了铝合金车体长距离高稳定的表面处理与焊接加工，产品为轨道交通行业首创。

本项目授权发明专利5项，授权实用新型专利2项，授权软件著作权1项。通过项目的实施“替代原有的人工打磨，解放了劳动力，提高了效率，保障了员工的健康，避免了环境污染”。该科技成果在苏州3号线、苏州5号线、上海14号线、深圳6号线、贵阳2号线线、杭州9号线、南京3号线、无锡3号线等多个铝合金A、B型地铁项目中得到了应用。该项目应用后，充分发挥了其清洗质量稳定、效率高、无污染、无噪音，省人、省时、省地、省耗材等一系列优势，提升了地铁车辆的制造水平及车辆运行安全可靠性，保证社会出行安全，对于确保列车的安全稳定运行具有较大的实用价值。通过本项目成果的指导，大大降低了生产成本，节省工艺及返修费用，产生可观的经济和社会效益。

（供稿人：中车南京浦镇车辆有限公司）