城市軌道交通領域產學研聯合創新模式及成果分析

張春光

（1. 軌道交通系統測試國家工程實驗室，北京 100081；2. 北京中鐵科軌道交通安全技術有限公司，北京 100081）

1 引言

產學研聯合創新是以用戶、企業、高校和科研機構為核心，在政府、科技中介服務機構、金融機構等大力支持和協同下，以優勢互補和利益共享為基本原則，按照一定的模式和機制，協同開展新技術研究開發、新產品試制及成果轉化應用等活動[1]。產學研聯合創新作為整合創新資源、提高創新效率、加快創新成果落地的有效途徑，受到世界各國和地區的高度重視[2]。近年來，我國不斷深化科技體制改革，推動建立以企業為主體、市場為導向、產學研深度融合的技術創新體系，創新實踐進程逐步加快、發展水平不斷提升、合作層次不斷加強，科技成果的轉化成功率穩步增長。鑒于城市軌道交通在緩解交通擁堵和引導優化城市空間布局的優勢，我國城市軌道交通得到迅猛發展，在我國已基本形成了涵蓋城市軌道交通規劃設計、工程建設、運營管理、技術裝備等的全產業鏈，特別是在“交通強國戰略”實施進程中，城市軌道交通由高速發展向高質量發展轉變，突破大量核心關鍵技術，攻克了一些世界性難題，提升了我國在城市軌道交通領域的國際地位[3-4]。但我們也清晰的看到，與世界發達國家相比，我國城市軌道交通仍有一定差距，存在技術創新孤島問題，亟需在城市軌道交通領域整合創新資源，形成技術創新合力，全面提升自主創新能力。

2 產學研聯合創新模式

產學研聯合創新模式的選擇至關重要，直接關系到合作的效果乃至成敗。多年來，國內外有關學者對產學研聯合創新模式進行了大量研究[5-8]。由于合作主體、目標導向及合作形式千差萬別，合作模式的選擇應依據具體情況具體分析，不能完全照搬[9-10]。為滿足城市軌道交通快速發展的需要，全面提升城市軌道交通自主創新能力，在中華人民共和國國家發展和改革委員會引導下，在中國城市軌道交通協會的指導下，中國鐵道科學研究院集團有限公司（簡稱“鐵科院”）聯合深圳市地鐵集團有限公司（簡稱“深圳地鐵”）、中車株洲電力機車有限公司（簡稱“中車株機”）、北京鐵科英邁技術有限公司（簡稱“鐵科英邁”）等單位組建創新聯合體，圍繞城市軌道交通綜合檢測車的研制開發，以市場為導向，以企業為主體，以科技創新為動力，以資金、合同、協議為紐帶，采用科研與示范工程相結合的方式，在城市軌道交通領域共同開展科技創新和成果轉化，形成相輔相成的政產學研用全面技術創新合作模式，組織架構如圖1所示。

圖1 產學研聯合創新模式組織架構圖

2.1 以市場為導向

以市場為導向，為產學研聯合創新確立了目標。深圳是我國城市軌道交通發展最快的城市之一，截至2020年底深圳地鐵開通運營線路里程達423.36 km。隨著運營里程的不斷增加，其基礎設施日常養護維護工作日趨繁重，但由于檢測技術相對落后，檢測設備簡陋，檢測手段單一，多數情況下仍采用人工靜態檢測維護或專項檢測車的方式，受人員技術水平、作業時間、現場設備條件的影響，檢測數據不準確，檢測效率低下，費時費力且存在安全隱患[11]，迫切需要研制一列集軌道、接觸網、通信、限界等基礎設施檢測能力于一體的城市軌道交通綜合檢測車，提高基礎設施維護保養的效率，保障城市軌道交通運營安全。

2.2 以企業為主體

以企業為主體，可以更加接近市場，快速反應，創造出更新穎、更適合市場的成果，有利于創新成果快速落地。在科技創新體系中，企業承擔著產品開發、轉化、應用和推廣的職能，占據創新主體地位。深圳地鐵作為用戶企業，從方向決策到方案設計，從項目建設到運行管理，發揮了用戶的主導作用；鐵科院作為科技型企業，主要承擔綜合檢測技術和數據處理分析技術研究，發揮了科技創新的牽引作用；中車株機和鐵科英邁作為產業企業，負責成果轉化、產品開發、生產制造、系統集成和調試試驗等，在創新成果轉化方面發揮重要作用。城市軌道交通領域具有極強的凝聚力，長期以來在科研開發、綜合試驗、成果轉化方面開展了大量合作，同時，頻繁、密切的合作關系為產學研聯合創新提供了強有力的組織保障。

2.3 以科技創新為動力

科學技術是第一生產力，創新是引領發展的第一動力，產學研聯合創新以科技創新為發展動力，致力于搶占技術創新制高點和突破關鍵核心技術瓶頸。項目以數字化、智能化為發展方向，確立高速度高精度動態檢測技術、智能檢測分析技術、數據處理分析技術等為關鍵核心技術，對標國際先進水平，結合現場檢測需要，瞄準更高水平的目標開展合作研究。

2.4 以資金、合同、協議為紐帶

根據需要采取以資金、合同、協議等多種紐帶并存的模式，建立長期合作、深度融合、資源共享的合作模式。鐵科院與深圳地鐵以資金為紐帶，組建股份制公司，建立利益共同體，形成長期合作、深度融合的合作模式；創新成果產業化過程以合同為紐帶，形成緊密的契約模式，促進了合作任務的按期高質量完成；與高等院校、中小企業之間合作以協議為紐帶，有利于廣泛吸納合作伙伴，實現人才、設備、信息等資源共享。

2.5 政府引導、協會指導、科研機構和高等院校共同參與

政府引導、協會指導、科研機構和高等院校共同參與，可為產學研合作提供政策、資金、技術、理論等方面的支持。中華人民共和國國家發展和改革委員會作為政府部門，從組織、管理、監督、資金等方面給予強有力的政策支持，為項目可持續發展提供保障；中國城市軌道交通協會在項目實施過程中提供技術指導和專家咨詢，確保了項目的創新性、先進性和可靠性；西南交通大學、北京交通大學、中南大學等高等院校，在學術研究和基礎理論研究方面做出了突出貢獻。

2.6 科研與工程相結合

由科研單位牽頭，產學研共同參與，設立“城市軌道交通基礎設施高速度高精度動態檢測技術攻關”和“基礎設施測試數據處理分析技術”專項科研課題，成立聯合創新課題組，設立軌道檢測技術、電務檢測技術、供電檢測技術、隧道檢測技術、通信檢測技術、車輛動態響應檢測技術、環境監測技術、定位同步技術、數據處理分析技術等研究部，針對關鍵核心技術開展技術攻關。與此同時，在深圳地鐵建立城市軌道交通移動檢測實驗室和數據處理分析中心，將成果率先在深圳地鐵進行應用實踐，通過科研與示范工程相結合的方式，實現關鍵核心技術的快速落地，提高創新鏈整體效能。

綜上，該組織模式中，參與單位強強聯合、優勢互補，將研發、生產、試驗、應用與推廣串聯在一起，打通了整個城市軌道交通產業鏈，既是創新成果的合作又是創新能力的合作，既滿足了用戶需求又提升了科技創新能力，推動了我國城市軌道交通領域檢測檢驗技術進步。

3 管理機制

3.1 信息溝通機制

為提高工作效率，促進產學研合作深度融合，建立高效信息溝通機制。成立項目指揮部，負責項目的整體指揮與協調；設項目辦公室，負責項目管理日常事務和信息溝通；實行“項目經理制”，由項目經理負責項目全過程的組織、協調、控制和監督，加強部門間的橫向聯系；成立聯合工作組，在研發設計、接口對接、聯調聯試等環節形成合力，將分散的行動變為集中行動，無序的行為變為有序的行為，矛盾的關系變為協同的關系。

3.2 質量過程管控機制

在科研方面，重點把控項目遴選、目標設定、立項管理、過程管理、結題驗收、成果轉化等關鍵環節，對標志性成果進行階段評審，實現項目的動態控制與管理；在工程應用方面，細化項目的功能用途、技術指標、質量標準、交付方式等具體指標；在設計審查、生產制造、質量監督、出廠驗收、調試試驗、合同驗收等環節對項目進行過程管控，確保工程質量。

3.3 持續改善工作機制

基于精益理念以研發流程為主線，開展研發工具、知識、質量以及規范、標準的建設，通過持續改善不斷創新，實現產品研發的精益管理和精益設計，持續提升檢測設備的檢測精度和分辨率；在數據處理方面不斷完善功能，按照人因工程學設計操作界面使軟件操作性更強且更美觀，數據挖掘、數據分析更智能[12]。

3.4 利益共享與風險共擔機制

公平合理的利益分配機制，有利于調動產學研合作組織中人才、資本、信息、技術等方面的活力，實現富有成效的協同創新。綜合考慮合作各方的投入、貢獻、風險等因素，應用層次分析法建立合作項目的目標層、準則層和指標層。在投入方面合理測算投入的人力、設備、場地、物料、資金等資源的價值；在貢獻方面綜合評價成員在經濟效益、技術成果、社會效益、競爭力、集成效應等方面的貢獻水平；在風險方面合理評估政策風險、組織風險、技術風險、市場風險、財務風險、環境風險等風險因子，探索構建基于投入成本、貢獻水平和風險的綜合利益分配模型，將利益共享與風險共擔結合在一起，實現參與各方的利益最大化，有效促進利益主體和客體完美有機結合，加強產學研合作組織的穩定性和耦合性[13-14]。

3.5 平臺運行機制

城市軌道交通綜合檢測車作為基礎設施綜合檢測與試驗研究平臺，既服務于深圳地鐵運營維護，為基礎設施養護維修提供技術支持，同時又可以系統采集海量動態檢測試驗數據，開展基礎設施性能研究與規律預測。首先，應踐行“開放、流動、聯合、競爭”平臺運行管理機制，開放資源和信息，促進人才流動，加強合作與交流，積極開展聯合創新[15]。其次，依托平臺成立股份制公司，主要開展基礎設施檢測服務與評價、科技創新成果轉化等，利用技術服務、成果轉化等收益實現自我運營，并建立人、財、物獨立的管理機制。再次，開展質量管理認證認可體系建設，通過質量管理體系的有效運行、持續改進和不斷優化，進一步提高平臺檢測/檢查能力，提升檢測/檢查結果的權威性與公信力。

綜上，信息溝通機制為項目高效實施提供有利條件，質量過程管控機制為項目質量保駕護航，持續改善工作機制為技術創新鋪平道路，利益共享與風險共擔機制加強了產學研合作的穩定性和耦合性，平臺運行機制確保了平臺長期、持續、高效的運行。通過以上管理機制的創新實踐，為產學研深度融合提供示范與借鑒。

4 聯合創新成果

4.1 城市軌道交通綜合檢測車

城市軌道交通綜合檢測車以2輛編組（1動1拖）的B型電客車為載體，采用鋁合金全焊接結構車體，具備DC1500V接觸網供電或DC800V牽引蓄電池供電的雙電源供電模式。城市軌道交通綜合檢測車外觀如圖2所示。

圖2 城市軌道交通綜合檢測車

綜合檢測車裝備了軌道幾何檢測、鋼軌輪廓檢測、軌道狀態巡檢、鋼軌短波不平順檢測、接觸網幾何參數檢測、接觸網受流檢測、隧道限界檢測、通信檢測、車輛動態響應檢測、環境監視和定位同步等基礎設施檢測系統，具備對軌道、牽引供電、通信、加速度、限界和周邊環境中影響列車運行安全的技術指標和相關信息進行實時檢測，并具有時空同步定位、數據傳輸和分析功能，可動態、系統、全面地掌握各項基礎設施的狀態，評估設備運用安全性，提高基礎設施檢測效率和設備養護維修效率。

主要創新點包括：

（1）融合了軌道、牽引供電、通信、加速度、限界等多項檢測功能，檢測速度可達120 km/h，檢測精度達到毫米級，其中，軌道水平檢測精度為±1.5 mm，軌道超高檢測精度為±5 mm，鋼軌輪廓檢測精度為0.2 mm，接觸網拉出值檢測精度為±10 mm，接觸網硬點檢測精度＜1%，隧道限界檢測檢測精度為±10 mm，車輛動態響應檢測精度為±0.05 m/s2，總體技術達到國際先進水平；

（2）軌道幾何檢測、軌道狀態巡檢、接觸網幾何參數檢測、接觸網檢測等多個系統實現智能檢測分析功能；

（3）列車配置先進的ATO信號系統（目前僅兼容深圳地鐵10號線線路，可展望通過研究實現全線網兼容），可以實現在運營期間穿插在客車間實施檢測；

（4）車輛配置了牽引蓄電池，可實現在停電情況下，采用蓄電池供電以最高速度40 km/h運行80 km，完成單線一個往返的檢測。

4.2 數據處理中心

數據處理中心是一個面向多專業檢測數據存儲管理及分析處理中心，實現對軌道檢測、軌道巡檢、車輛動態響應檢測、隧道侵限、接觸網檢測、通信檢測等數據管理與分析，可生成綜合超限報表、超限/傷損統計圖表、數據對比報告等。數據分析軟件界面如圖3所示。

圖3 基礎設施檢測數據分析軟件界面示意圖

主要創新點包括：

（1）實現周期動態檢測、人工檢查、在線監測和養護維修作業等多源異構數據的實時收集與接入，為基礎設施檢測數據提供統一的存儲和管理平臺；

（2）建立專家綜合分析診斷系統，準確評估城市軌道交通基礎設施狀態，開展數據智能處理，預測變化趨勢，為城市軌道交通基礎設施養護維修提供技術決策支持；

（3）采用虛擬化平臺，整合服務器資源，實現IT資源的可彈性擴展和動態部署，提高數據存儲能力和數據處理效率。

5 結語

通過在城市軌道交通領域開展產學研聯合創新實踐，攻克了高速度高精度動態檢測技術、智能檢測分析技術、數據處理分析技術等多項關鍵核心技術，形成了城市軌道交通綜合檢測車和數據處理中心等創新成果，為保障城市軌道交通運營安全提供技術支撐，將推動城市軌道交通新線聯調聯試模式創新，為城市軌道交通產品認證認可提供技術手段，是我國城市軌道交通領域產學研聯合創新深度融合的范例，具有良好的示范效應。