中國(guó)首個(gè)單軌蛟龍
地鐵是解決城市內(nèi)交通的主要手段，在發(fā)達(dá)國(guó)家，每年城市的軌道交通承擔(dān)了城市旅客運(yùn)輸量的60%至87%。目前，世界約40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的132個(gè)城市建成5,000千米地鐵和3000多公里輕軌鐵路，每年運(yùn)送旅客達(dá)260億人次之多。在我國(guó)有將近二十個(gè)超大城市和特大城市正在建設(shè)和籌建自己的軌道交通。國(guó)家有關(guān)部門已經(jīng)規(guī)定人口在300萬(wàn)以上、GDP值在1000億以上、年財(cái)政收入在100億以上的城市可以修建地鐵。2009年在擴(kuò)大內(nèi)需的新政策環(huán)境下，未來(lái)7年國(guó)內(nèi)將有15個(gè)城市、超過(guò)1500公里的地鐵投入運(yùn)營(yíng)，總投資規(guī)模約6000億元――地鐵正在成為最大一筆市政投資。
尤其，重慶地鐵可謂是我國(guó)軌道交通產(chǎn)業(yè)中的一朵奇葩。單軌交通系統(tǒng)是鐵路軌道交通的一種形式，其特點(diǎn)是使用一條軌道，而非傳統(tǒng)軌道交通的兩條平行路軌。這種“空中巴士”與普通輕軌相比，具有爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、噪音低、投資少的特點(diǎn)。單軌交通系統(tǒng)的路軌一般以混凝土制造，比普通鋼軌寬很多，車輛比路軌更寬?，F(xiàn)代單軌車輛通常使用橡膠輪胎而不是鋼輪，輪胎在路軌的上面及兩旁轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)列車及維持平衡。它更像公共汽車一樣在水泥路上運(yùn)行，不會(huì)發(fā)出轟隆隆的響聲，因此噪音很小，低于60分貝，不會(huì)干擾市民的生活，能夠起到良好的環(huán)保作用；不占用任何土地資源，每條線路寬僅為0.8米，不會(huì)遮擋陽(yáng)光照射到地面，車內(nèi)采光也不受影響，還可以游覽觀光；爬坡性能比較好，高架單軌每小時(shí)的時(shí)速能高達(dá)80公里。
表1：普通輕軌與單軌地鐵的對(duì)比
重慶軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃由“九線一環(huán)”共10條線組成。線網(wǎng)布設(shè)以主客流方向?yàn)橹?，均通過(guò)核心城區(qū)或從核心城區(qū)出發(fā)。9條放射線，可滿足核心城區(qū)發(fā)展對(duì)軌道交通的需求，同時(shí)能滿足核心城區(qū)與外圍組團(tuán)交通聯(lián)系的需要。軌道交通1、2、3號(hào)線為骨干線，在核心城區(qū)形成“大”字形線網(wǎng)骨架，3條線總長(zhǎng)146 km。根據(jù)重慶市目前的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和相關(guān)條件，在建項(xiàng)目適宜采用造價(jià)相對(duì)低廉的地面高架型式。鑒于“山城”地形條件，軌道線路會(huì)有許多陡坡急彎，選用的交通制式性能必須與之相適應(yīng)，且對(duì)城市景觀和環(huán)境影響較小。為此，在充分論證的基礎(chǔ)上，重慶市決定首建的2號(hào)線采用跨座式單軌交通。
邁出第一步的艱辛
當(dāng)然領(lǐng)跑于全中國(guó)的重慶地鐵，面臨的困難也是前所未有的。當(dāng)時(shí)跨座式單軌交通建設(shè)在我國(guó)尚屬首次，世界上只有美國(guó)、日本、馬來(lái)西亞等少數(shù)國(guó)家擁有高架單軌這種交通工具和生產(chǎn)技術(shù)。預(yù)制混凝土單軌線路與通常的“鋼軌”線路在施工工藝及其裝備上完全不同，差異極大。特別是三維空間受力的PC軌道梁制造及架設(shè)安裝、軌梁一體的道岔和轉(zhuǎn)轍電控系統(tǒng)、車輛對(duì)轉(zhuǎn)向架輕量化結(jié)構(gòu)的要求，被稱為重慶單軌的三大技術(shù)關(guān)鍵，也是三大攻堅(jiān)難題。
以最早落成的重慶輕軌2號(hào)線為例，東起市區(qū)商業(yè)中心較場(chǎng)口，西至大渡口區(qū)鋼鐵基地新山村，全長(zhǎng)19 km（高架16.5 km，地下2.5 km），設(shè)18座車站（地下車站3座）。整個(gè)線路的縱斷面起伏很大，有10處大于40‰的坡度（其中5處接近50‰），全線30‰以上的坡道長(zhǎng)度占線路總長(zhǎng)35%。此外，一期工程的綜合造價(jià)只有2.47億元/km，全線平均綜合造價(jià)約2.3億元/km，僅為我國(guó)地鐵造價(jià)的1/2～1/3。
表2：重慶跨座式單軌交通系統(tǒng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
其中，預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌道梁（簡(jiǎn)稱PC軌道梁）是跨座式單軌交通系統(tǒng)中三項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)裝備之首，不僅對(duì)保障系統(tǒng)安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響，而且技術(shù)復(fù)雜、制作難度大。它不僅是承受列車荷載的承重結(jié)構(gòu)，也是車輛走行的軌道，同時(shí)又是供電、信號(hào)、通信等纜線的載體。梁體內(nèi)外需預(yù)埋或附裝各種功能的纜線及梁體的連接構(gòu)件，構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜。為保證行車安全和乘客舒適，軌道梁的制作質(zhì)量和精度要求都十分高。然而中國(guó)人的學(xué)習(xí)速度和創(chuàng)新速度從來(lái)都不輸于人。
經(jīng)過(guò)10年的風(fēng)雨無(wú)阻、孜孜以求，國(guó)內(nèi)50多家科研、設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)和企業(yè)單位的參與，近千名資深專家和工程技術(shù)人員的努力，重慶地鐵終于走完了國(guó)產(chǎn)化之路，將成果全部轉(zhuǎn)化到重慶2號(hào)線地鐵工程之中?，F(xiàn)在2號(hào)線已經(jīng)建成，1、3號(hào)線正在緊張施工中。預(yù)計(jì)2011年左右，由1、2、3號(hào)線組成的“大”字形線網(wǎng)骨架將會(huì)落成，運(yùn)營(yíng)里程可達(dá)70 km，初步緩解核心城區(qū)交通擁擠狀況。
為解決地鐵2號(hào)線現(xiàn)場(chǎng)大跨度（30-40m）軌道梁的需要，重慶市軌道交通總公司采用了“高精度預(yù)應(yīng)力混凝土軌道曲梁現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆制造綜合技術(shù)”，其大跨度、小半徑軌道梁高精度線性控制技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，建設(shè)精度高達(dá)3‰，完全滿足高架主體結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo)。此外，長(zhǎng)春客車廠通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，已經(jīng)基本掌握了單軌車輛的生產(chǎn)技術(shù)。除日本進(jìn)口2列（8輛）樣車外，其余車輛全部由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。這也促使世界的地鐵格局發(fā)生根本性的變化，重慶成功跨越了過(guò)去的技術(shù)壁壘，有實(shí)力融入全球性的競(jìng)爭(zhēng)和角逐。
BAS和FAS系統(tǒng)的集成
現(xiàn)代城市中，地鐵是人流最為密集的公共場(chǎng)所，其單向每小時(shí)可運(yùn)送4萬(wàn)至6萬(wàn)人次。在地鐵發(fā)展的100多年時(shí)間里，每幾年亞洲國(guó)家就有一次重大的意外發(fā)生。在這鋼筋水泥的迷宮中，機(jī)電設(shè)備復(fù)雜、繁多，而且位置分散，其可靠運(yùn)行是地鐵安全運(yùn)營(yíng)的前提條件。況且能源作為地鐵經(jīng)營(yíng)中的重要成本，節(jié)能問(wèn)題直接影響到地鐵經(jīng)營(yíng)的效果。把這些機(jī)電設(shè)備納入統(tǒng)一的BAS系統(tǒng)進(jìn)行智能化的管理，是保障其可靠、綠色的最有效的方法。
BAS系統(tǒng)（Building Automation System），即“環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)”，主要是調(diào)節(jié)車站的環(huán)境參數(shù)，為乘客提供一個(gè)安全舒適的乘車環(huán)境，同時(shí)，滿足緊急狀態(tài)下的報(bào)警、防災(zāi)等的控制需求，是車站自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要組成部分和核心控制部分。BAS系統(tǒng)主要是監(jiān)控車站環(huán)境下的照明設(shè)備、通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、自動(dòng)電扶梯設(shè)備、防煙防火設(shè)備等，并使這些設(shè)備自動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。由于地鐵系統(tǒng)規(guī)模一般非常的大，采用成熟且可靠的技術(shù)可以減少整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高總體安全性，因此重慶地鐵2、3號(hào)線中首選西門子產(chǎn)品作為控制核心，掌控重慶地鐵的BAS“方程式”。并且，重慶單軌嘗試將FAS（防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）和BAS兩系統(tǒng)在車站級(jí)通過(guò)WinCC進(jìn)行集成，創(chuàng)造性的利用成熟技術(shù)，在系統(tǒng)整合方面進(jìn)行創(chuàng)新。這樣便于信息的傳遞和共享，增加系統(tǒng)的實(shí)用性，更加滿足運(yùn)營(yíng)的需求。
例如，重慶輕軌2號(hào)線采用西門子公司的PLC-WinCC系統(tǒng)對(duì)地下站環(huán)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)車站的給排水設(shè)備、應(yīng)急電源、屏蔽門系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)視控制。車站級(jí)BAS系統(tǒng)，在兩端各配置了1套西門子的冗余PLC 414H作為車站BAS系統(tǒng)的控制器，選用了ET200M遠(yuǎn)程I/O作為BAS系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，冗余PLC通過(guò)Profibus雙總線與ET200M實(shí)現(xiàn)連接。冗余PLC實(shí)現(xiàn)車站BAS的總體控制、模式控制。在每個(gè)車站另外配置了若干個(gè)從控制器，選用的PLC是西門子的S7 313C，主要監(jiān)控小系統(tǒng)設(shè)備和其它如冷水機(jī)組、事故照明、普通照明等設(shè)備。
地鐵線路BAS系統(tǒng)以車站作為基本單位的，即每個(gè)車站構(gòu)成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)用于監(jiān)控本車站的相關(guān)機(jī)電設(shè)備，車站BAS主要完成對(duì)站內(nèi)機(jī)電設(shè)備的點(diǎn)動(dòng)控制、設(shè)備聯(lián)動(dòng)連鎖控制、系統(tǒng)級(jí)控制、時(shí)間表控制等功能。同時(shí)，車站BAS系統(tǒng)自身具有實(shí)時(shí)監(jiān)視、操作和報(bào)警記錄、定期歸檔和報(bào)表等基本功能。此外，站級(jí)BAS系統(tǒng)通過(guò)全線骨干網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與控制中心（OCC，Operate Control Center）的數(shù)據(jù)交換，上傳相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)接受控制中心下發(fā)的控制指令、時(shí)間表、控制全線。防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）按中央級(jí)與車站級(jí)2級(jí)監(jiān)控管理。該系統(tǒng)在全線車站級(jí)（含18個(gè)車站、控制中心大樓、車輛段）設(shè)置。FAS系統(tǒng)除承擔(dān)火災(zāi)報(bào)警任務(wù)外，還對(duì)自動(dòng)扶梯運(yùn)行及故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)照明系統(tǒng)（高架站）8個(gè)回路的開、關(guān)進(jìn)行控制和監(jiān)視。
車站BAS系統(tǒng)的控制方式主要包括正常運(yùn)行狀態(tài)下的電動(dòng)控制、時(shí)間表控制，兩種控制方式彼此獨(dú)立，優(yōu)先級(jí)不同。通常情況下系統(tǒng)按照時(shí)間表模式自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，BAS系統(tǒng)自動(dòng)切換到對(duì)應(yīng)的火災(zāi)模式運(yùn)行，相應(yīng)的火災(zāi)模式根據(jù)FAS發(fā)來(lái)的相關(guān)火災(zāi)信息進(jìn)行自動(dòng)控制。西門子的工程師們?cè)谏钊肴娴牧私獾罔F內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備如何工作的前提下，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行科學(xué)高效的監(jiān)控管理，成為了確保地鐵安全的關(guān)鍵因素。在發(fā)生火災(zāi)事故或列車阻塞時(shí)，地鐵的智能化的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)地獲取事故信息，并且指揮機(jī)電設(shè)備做出迅速的反應(yīng)，根據(jù)著火點(diǎn)位置或列車阻塞位置自動(dòng)調(diào)度，進(jìn)行通風(fēng)排煙，引導(dǎo)人員疏散，極大地提高地鐵運(yùn)營(yíng)的智能化和安全性。
集成之后的BAS與FAS系統(tǒng)滿足了更高的要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)以提高地鐵運(yùn)營(yíng)的安全性，改進(jìn)了系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)，提高了應(yīng)急處理能力，避免發(fā)生不必要的操作錯(cuò)誤，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度?？紤]到設(shè)備種類繁多，BAS系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的Profibus通訊協(xié)議，既易于工程化實(shí)施，又便于維護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)選用統(tǒng)一的、優(yōu)化的和無(wú)比“扎實(shí)”的西門子硬件平臺(tái)，維修及維護(hù)成本顯著降低。重慶地鐵BAS系統(tǒng)真正做到了集中管理、集中維護(hù)、方便擴(kuò)充，達(dá)到了地鐵的運(yùn)行管理控制決策水平和事故應(yīng)變能力得以提升這個(gè)夢(mèng)寐以求的高度。
在充分競(jìng)爭(zhēng)、幾乎沒(méi)有任何空隙的地鐵市場(chǎng)里，西門子創(chuàng)造了令人吃驚的業(yè)績(jī)：北京地鐵、上海地鐵、深圳地鐵、廣州地鐵，無(wú)一不與西門子“聯(lián)姻”。這個(gè)業(yè)績(jī)的支撐點(diǎn)就是全集成自動(dòng)化TIA——采用西門子的整合產(chǎn)品將系統(tǒng)性能提升到極致。在這個(gè)地鐵發(fā)展的黃金年代，機(jī)遇擺在每個(gè)人的面前，但是最后的贏家一定是有使命感，有全球的視野和高度，并為此做好充分準(zhǔn)備的企業(yè)。
