第二届中国城市轨道交通科技创新创业大赛西部赛区命题

第二届中国城市轨道交通科技创新创业大赛以“绿色建造，智慧运维”为主题，以城际交通、物流、市政基础设施建设为载体，以5G、人工智能、高端装备制造、工业互联网、大数据等关键技术为方向，面向全国范围内轨道交通及相关行业内的高校、企业征集优质创新项目。

地铁作为快捷、安全、舒适、大运量、低能耗、少污染的城市交通工具，是解决城市交通矛盾的有效手段。通过对近年各个城市多个地铁车站的造价资料分析，发现地铁车站费用约占地铁工程土建费用的35%以上，其投资巨大，是地铁工程造价控制的重点。地下车站不占用地面空间，通常设置在城市中心区域建筑物密集的地下，由于地下车站的工程造价相对高架车站更高，而且地下空间一旦开发形成，就不能再更改，因此地下车站的建设一定要从长远考虑，要有整体规划。地铁车站的通风空调系统的设备用房/风道/风井等需要占用大量的土建面积，如果能够通过地铁车站通风空调系统的方案优化，在不额外增加大量运行能耗的前提下，有效减少设备用房、风道和风井面积，则有利于极大的降低地铁车站建设过程中的土建成本。

该命题需解决的关键问题：

结合南宁地区的气候参数、发车对数、人流预测等因素，在对建筑方案进行合理调整的情况下，设计一套具有一定创新性的节地型地铁车站通风空调系统。方案需包含：

1）调整前后的建筑方案图纸；

2）风平面图、水平面图、系统原理图等通风空调方案图纸；

3）详细的设备选型清单；

4）能耗模拟预测结果。通过8760小时的模拟预测，给出整个通风空调系统（包含隧道通风系统、轨排通风系统、新风系统，大系统和小系统的冷水机组、空调循环水泵、冷却塔、末端空调箱）的预期全年空调系统能耗及全年综合系统能效；

5）与常规方案的经济性对比论证；

6）其他需要额外说明的内容。

地铁工程集合多专业、多工种于一体，具有施工作业点多、施工范围大，专业配合接口多，施工场地密集、系统交叉多等特点。传统的工地管理主要依靠施工管理人员、监理现场监督、巡查等手段，存在死角盲区多、监管不连续、人力投入大、处置与响应效率低等问题。而人工智能具有高效、数据化、可视化、低人员成本等特点。通过人工智能技术在工地管理进行应用，构建“智慧工地”，可使建筑业信息化与工业化有效融合，实现施工各个环节二十四小时监控，实现对人和物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控等目标，从而尽可能避免施工风险，减少安全事故的发生，进一步提高地铁建设工程中的安全生产水平，同时降低安全监督工作的投入成本。

该命题需解决的关键问题：

1、考虑多因素影响的地铁工地人工智能系统架构设计；

2、工地人员管理的人工智能识别技术；

3、工地安全风险管理的人工智能识别技术；

4、工地质量管理的人工智能识别技术；

5、人机信息交互系统设计。

目前，国家正大力推进装配化建造技术及应用。国内地铁车站普遍采用传统的现浇建造工艺，车站围护结构与主体结构分离、现浇混凝土结构施工质量控制与工期要求不平衡、内部结构受交叉施工影响大等问题显得格外突出。为积极响应国家政策，在确保工程实施质量前提下，提高施工效率，研究成套地铁车站装配化建造技术将具有非常重要的意义。

该命题需解决的关键问题：

1、  确保防水质量的前提下围护结构与主体结构一体式装配化建造；

2、  车站内部结构装配化建造。

为进一步提高发现病害、隐患的能力和线路检查（测）工作效率，开展“单轨车指型板自动巡检系统”研究，主要实现单轨线路多项检查指标自动化、智能化检查（测）。系统研发的重点工作包括视觉测量检测技术、单轨车指型板自动巡检系统等。

该命题需解决的关键问题：视觉测量检测技术、单轨车指型板自动巡检系统研究。

以准确、高效、预警预判、安全运营为目的,开展“轨道交通车辆健康管理及智能运维系统”研究，依托“车地无线传输”、“轨旁在线检测”、“车辆检修管理系统”三个子系统及一个“智能运维系统数据中心”地面综合平台，实现车辆、设备的精益化检修以及对人员的精益化管理。提高运营可靠性，行车安全性以及提高检修效率、检修质量、降低人员投入、减少管理成本，为地铁的安全运营提供保障，逐步实现车辆“状态修”的总体目标。

该命题需解决的关键问题：“车地无线传输系统”、“轨旁在线检测系统”、“车辆检修管理系统”及“智能运维系统数据中心地面综合平台”建设。

在城市轨道桥长期服役过程中，由于荷载效应、环境侵蚀、材料老化、自然灾害、质量缺陷和人为灾害等不利因素的耦合作用将不可避免地导致桥梁结构的损伤累积、抗力衰减和功能退化，从而使桥梁的安全性、适用性与耐久性下降。该命题针对城市轨道桥，聚焦全生命周期智能化监管，采用“物联网”、“云计算”和“大数据”等技术，搭建轨道桥全生命周期智能化监管平台，开发长期在线监测装备，监测城市轨道桥的关键性能和环境数据，实现精细、及时的全生命周期智能化监测，结合市场需求，开发快速巡检系统，利用监测大数据预警和评估技术，试图把握城市轨道桥建造与服役全生命周期的结构状态与损伤演化趋势，制定主动、预防性的养护措施，做到损伤累积可预测、抗力衰减可延缓、功能退化可恢复，实现城市轨道桥全生命周期智能化监管。

该命题需解决的关键问题：轨道桥全生命周期智能化监管平台建设技术研究；快速巡检系统研发；高精度动态变位长期在线监测关键技术研究；监测大数据分析与预警技术研究；承载能力评估与长期性能跟踪技术研究；全生命周期预防性管养技术与应急响应机制研究。

城市轨道交通周边土地开发活动较为活跃，探索站点周边土地利用模式对于预测新建站点土地使用布局状况及规划方案的调整至关重要。该命题旨在分析引入以政府调整土地服务功能为导向的发展(SOD)模式和以公共交通导向的发展(TOD)模式对城市轨道交通站点的周边土地利用的必要性，初步探索出不同种类站点适用的土地开发模式。研究结果可为其他城市轨道交通的土地开发提供借鉴,促进轨道交通和土地利用协调发展。

该命题需解决的关键问题：论证城市型、开放居住型、枢纽型轨道交通站点适合TOD为导向土地开发模式，传统居住型、产业型适合SOD为导向土地开发模式。

地铁车辆段上盖物业开发，实现车辆段土地资源的二次高效利用。消防、结构体系、盖下车辆段通风，以及给排水系统的安全过渡一直是这类工程的关键技术难点。率先对地铁车辆段上盖物业开发工程进行全面系统的技术研究与集成应用命题，目的是系统地从总体、车辆段、上盖物业三方面研发车辆段上盖物业开发工程消防关键技术，弥补现行规范的不足，可为车辆段上盖开发的消防提供遵照执行的依据。开展带上盖开发的车辆段综合基地风环境模拟及评价，构建车辆段上盖物业开发环保、低能耗的新通风模式，减少固定设备初投资，降低运行能耗。通过对车辆段工艺及上盖物业的综合分析，研发带上盖开发车辆段给排水问题的综合解决方案和专利技术，解决上盖物业开发前后排水兼顾及雨水回收再利用等关键技术问题。  

该命题需解决的关键问题： 实现土地高效利用、绿色低碳、节能的车辆段上盖开发设计及应用，推进建筑节能减排、结构优化、产业升级等，促进建筑和社会的可持续发展。

随着我国建筑业的发展，防水领域的法治化建设和规范化管理正在逐步完善。轨道交通地下工程防水设计一般是防、排、截、堵相结合，刚柔并济，因地制宜，综合治理，受工程建设条件、施工工艺等因素限制，工程建成后中仍存在渗漏水、大面积轻微渗水、渗漏水较大的裂缝、细部构造局部渗漏水等现象。该命题旨在分析不同的地下工程渗漏形式及其原因，在此基础上形成系统的渗漏治理措施。

该命题需解决的关键问题：分析不同的地下工程渗漏形式及其原因，在此基础上形成系统的渗漏治理措施。

目前，轨道交通一般采用走行轨为回流通路的直流牵引供电系统，受运营环境等诸多因素影响，走行轨与道床结构不具备完全绝缘的条件，因此钢轨会向道床及车站、隧道结构泄漏电流，即形成杂散电流。杂散电流会对土建结构钢筋、钢轨、设备金属外壳及其他地下金属管线产生电腐蚀，进而影响耐久性和使用寿命。鉴于轨道交通是百年工程，杂散电流腐蚀防护势在必行，且应根据牵引供电、土建结构特点，通过与土建、轨道、给排水、环控、供电、通信、信号等多专业配合，研究可靠的防护方案，达到杂散电流的防治与保护。

该命题需解决的关键问题：根据牵引供电、土建结构特点，通过与土建、轨道、给排水、环控、供电、通信、信号等多专业配合，研究可靠的防护方案，达到杂散电流的防治与保护。

地铁供电方式采用刚性接触网和柔性接触网结合的方式，施工工艺、设备结构复杂，因其工作环境恶劣，使用条件苛刻，长期工作在振动环境中，其定位装置、支持装置、接触悬挂、附加悬挂、吊柱座等零部件易于出现脱落、缺失等缺陷，如果不及时处理，将引发严重的弓网故障，造成行车事故并带来极大的经济损失。目前地铁对接触网悬挂的检查主要依赖于天窗期内梯车定期巡视，效率低，强度大，且存在作业安全隐患。

该命题需解决的关键问题：

1、 实现对关键零部件的脱落、缺失、破损等缺陷智能识别；

2、 可将故障信息实时传送远端手机APP等客户端，实现快速制定检修作业计划，迅速恢复系统功能的目的。

现在行业内的轨道巡检以人工巡道为主，综合检测车为辅。人工巡道存在“作业效率低、人身安全隐患、无客观标准、原始数据无详实记录、人工成本增加、夜间作业难免漏检”等诸多弊端，综合检测车也存在“成本高昂且作业方式受限”等难点，都难以适应城市轨道交通快速发展的需求。

该命题需解决的关键问题：

1、  实现对城市轨道常见可视病害的高速采集、自动识别和量化分析；

2、  用高效可靠的自动化检测设备替代人工巡道,达到了“边检边报”的实时处理水准。

本项目研究适用于城市轨道交通接触网供电系统的直流故障测距方法和直流故障测距装置，实现故障点的精确定位，迅速排除故障，缩短停电时间，减少由于停电造成的损失，从而可以减轻地铁供电维护部门的巡线负担。

该命题需解决的关键问题：

实现供电故障点的精确定位，迅速排除故障，减轻地铁供电维护部门的巡线负担。

现在地铁主变电所还是人工巡检，希望实现高效无人值守变电所智能巡检，节省人力，提高效率。

该命题需解决的关键问题：

1、变电所内开关、变压器、流互、压互等设备状态自动巡视和判断并报警。

2、仪器仪表数据采集：电压表、电流表、电度表、油位表等表计的数据采集。

3、实现变电所各设备的自动巡视、智能识别、智能分析处理并报警。

随着城市轨道交通的快速发展，运营设备存在种类繁多、缺陷多样、维修频繁等特点，原有的被动计划式、劳动集中式管理方法已经无法满足现有的维保要求。为提升资产寿命，降低运营维护成本，实现“智慧”管理，保障运营轨道设备的安全可靠，研究新型智能巡检技术是十分必要的。

该命题需解决的关键问题：

1、提升弓网在线监测系统硬件功能，增加硬点、磨耗、红外测温、电客车取流、网压等检测功能，提高视频清晰度；

2、建设稳定高速的专用网络传输通道及数据存储服务器，满足升级后的弓网在线视频实时查看及综合检测车、钢轨探伤车、钢轨打磨车数据传输及存储需求；

3、研究一套针对地铁运行基础设施的健康状态管理分析系统，将所有检测数据集成到系统平台中，实现设备状态的实时可视化展示、缺陷工单的自动派发、检测数据的趋势分析、缺陷规律研究等功能，实现维保管理的智能化、信息化、科学化，提高维保效率。

基于通信的列车自动控制系统（CBTC）是保障车辆安全、高效运行的核心系统，其主要采用WLAN、LTE-M技术实现列车与地面的双向数据通信。由于无线通信系统易受电磁信号干扰，导致数据丢包率上升，严重时更会导致网络通信中断进而引发列车紧急制动的情况发生。此外，早期的CBTC系统车地通信主要采用了WLAN技术，由于使用了开放频段，信号干扰问题更为突出。因此，研究基于WLAN的城市轨道交通车地通信系统抗干扰理论与方法具有重要的理论价值与现实意义。

该命题需解决的关键问题：

1、基于WLAN的车地通信系统抗干扰理论；

2、针对不同类型干扰信号的系统性解决方案；

3、不同场景下车地通信系统的配置优化方案。针对电磁环境的不同，通过优化系统配置提高系统对噪声的容忍度。

城市轨道交通信号系统作为列车控制的“大脑”，其系统关键程度举足轻重，信号系统从传统铁路发展到城市轨道交通，在线监测研究的深度、广度按照不同线路、不同设备的差异较大，不利于长足发展下多线网城市轨道交通发展，在线监测功能的有效利用能够为运营维护工作赋能增效。因此针对城市轨道交通信号在线监测与运营维护系统研究具有重要意义。

该命题需解决的关键问题：

1、CBTC系统类设备、基础轨旁类设备监测需求标准的统一；

2、CBTC系统类设备、基础轨旁类设备监测标准的统一；

3、CBTC系统类设备、基础轨旁类设备接口、协议、数据传输标准的统一。

便携式乘客服务终端的研制目的是为车站提供更加便捷高效的设备、为乘客提供多元化事务自助服务、结合电子支付手段实现预售票以及体现电子支付时代，便携、小型化的特点。便携式乘客服务终端由手持售票机、便携式自助机、移动取票机、移动闸机组成，所有数据能够通过网络上传到服务器。

该命题需解决的关键问题：

1、  构建完善的切实有效的便携式乘客服务终端体系