城市轨道交通领域产学研联合创新模式及成果分析

张春光

（1. 轨道交通系统测试国家工程实验室，北京 100081；2. 北京中铁科轨道交通安全技术有限公司，北京 100081）

1 引言

产学研联合创新是以用户、企业、高校和科研机构为核心，在政府、科技中介服务机构、金融机构等大力支持和协同下，以优势互补和利益共享为基本原则，按照一定的模式和机制，协同开展新技术研究开发、新产品试制及成果转化应用等活动[1]。产学研联合创新作为整合创新资源、提高创新效率、加快创新成果落地的有效途径，受到世界各国和地区的高度重视[2]。近年来，我国不断深化科技体制改革，推动建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系，创新实践进程逐步加快、发展水平不断提升、合作层次不断加强，科技成果的转化成功率稳步增长。鉴于城市轨道交通在缓解交通拥堵和引导优化城市空间布局的优势，我国城市轨道交通得到迅猛发展，在我国已基本形成了涵盖城市轨道交通规划设计、工程建设、运营管理、技术装备等的全产业链，特别是在“交通强国战略”实施进程中，城市轨道交通由高速发展向高质量发展转变，突破大量核心关键技术，攻克了一些世界性难题，提升了我国在城市轨道交通领域的国际地位[3-4]。但我们也清晰的看到，与世界发达国家相比，我国城市轨道交通仍有一定差距，存在技术创新孤岛问题，亟需在城市轨道交通领域整合创新资源，形成技术创新合力，全面提升自主创新能力。

2 产学研联合创新模式

产学研联合创新模式的选择至关重要，直接关系到合作的效果乃至成败。多年来，国内外有关学者对产学研联合创新模式进行了大量研究[5-8]。由于合作主体、目标导向及合作形式千差万别，合作模式的选择应依据具体情况具体分析，不能完全照搬[9-10]。为满足城市轨道交通快速发展的需要，全面提升城市轨道交通自主创新能力，在中华人民共和国国家发展和改革委员会引导下，在中国城市轨道交通协会的指导下，中国铁道科学研究院集团有限公司（简称“铁科院”）联合深圳市地铁集团有限公司（简称“深圳地铁”）、中车株洲电力机车有限公司（简称“中车株机”）、北京铁科英迈技术有限公司（简称“铁科英迈”）等单位组建创新联合体，围绕城市轨道交通综合检测车的研制开发，以市场为导向，以企业为主体，以科技创新为动力，以资金、合同、协议为纽带，采用科研与示范工程相结合的方式，在城市轨道交通领域共同开展科技创新和成果转化，形成相辅相成的政产学研用全面技术创新合作模式，组织架构如图1所示。

图1 产学研联合创新模式组织架构图

2.1 以市场为导向

以市场为导向，为产学研联合创新确立了目标。深圳是我国城市轨道交通发展最快的城市之一，截至2020年底深圳地铁开通运营线路里程达423.36 km。随着运营里程的不断增加，其基础设施日常养护维护工作日趋繁重，但由于检测技术相对落后，检测设备简陋，检测手段单一，多数情况下仍采用人工静态检测维护或专项检测车的方式，受人员技术水平、作业时间、现场设备条件的影响，检测数据不准确，检测效率低下，费时费力且存在安全隐患[11]，迫切需要研制一列集轨道、接触网、通信、限界等基础设施检测能力于一体的城市轨道交通综合检测车，提高基础设施维护保养的效率，保障城市轨道交通运营安全。

2.2 以企业为主体

以企业为主体，可以更加接近市场，快速反应，创造出更新颖、更适合市场的成果，有利于创新成果快速落地。在科技创新体系中，企业承担着产品开发、转化、应用和推广的职能，占据创新主体地位。深圳地铁作为用户企业，从方向决策到方案设计，从项目建设到运行管理，发挥了用户的主导作用；铁科院作为科技型企业，主要承担综合检测技术和数据处理分析技术研究，发挥了科技创新的牵引作用；中车株机和铁科英迈作为产业企业，负责成果转化、产品开发、生产制造、系统集成和调试试验等，在创新成果转化方面发挥重要作用。城市轨道交通领域具有极强的凝聚力，长期以来在科研开发、综合试验、成果转化方面开展了大量合作，同时，频繁、密切的合作关系为产学研联合创新提供了强有力的组织保障。

2.3 以科技创新为动力

科学技术是第一生产力，创新是引领发展的第一动力，产学研联合创新以科技创新为发展动力，致力于抢占技术创新制高点和突破关键核心技术瓶颈。项目以数字化、智能化为发展方向，确立高速度高精度动态检测技术、智能检测分析技术、数据处理分析技术等为关键核心技术，对标国际先进水平，结合现场检测需要，瞄准更高水平的目标开展合作研究。

2.4 以资金、合同、协议为纽带

根据需要采取以资金、合同、协议等多种纽带并存的模式，建立长期合作、深度融合、资源共享的合作模式。铁科院与深圳地铁以资金为纽带，组建股份制公司，建立利益共同体，形成长期合作、深度融合的合作模式；创新成果产业化过程以合同为纽带，形成紧密的契约模式，促进了合作任务的按期高质量完成；与高等院校、中小企业之间合作以协议为纽带，有利于广泛吸纳合作伙伴，实现人才、设备、信息等资源共享。

2.5 政府引导、协会指导、科研机构和高等院校共同参与

政府引导、协会指导、科研机构和高等院校共同参与，可为产学研合作提供政策、资金、技术、理论等方面的支持。中华人民共和国国家发展和改革委员会作为政府部门，从组织、管理、监督、资金等方面给予强有力的政策支持，为项目可持续发展提供保障；中国城市轨道交通协会在项目实施过程中提供技术指导和专家咨询，确保了项目的创新性、先进性和可靠性；西南交通大学、北京交通大学、中南大学等高等院校，在学术研究和基础理论研究方面做出了突出贡献。

2.6 科研与工程相结合

由科研单位牵头，产学研共同参与，设立“城市轨道交通基础设施高速度高精度动态检测技术攻关”和“基础设施测试数据处理分析技术”专项科研课题，成立联合创新课题组，设立轨道检测技术、电务检测技术、供电检测技术、隧道检测技术、通信检测技术、车辆动态响应检测技术、环境监测技术、定位同步技术、数据处理分析技术等研究部，针对关键核心技术开展技术攻关。与此同时，在深圳地铁建立城市轨道交通移动检测实验室和数据处理分析中心，将成果率先在深圳地铁进行应用实践，通过科研与示范工程相结合的方式，实现关键核心技术的快速落地，提高创新链整体效能。

综上，该组织模式中，参与单位强强联合、优势互补，将研发、生产、试验、应用与推广串联在一起，打通了整个城市轨道交通产业链，既是创新成果的合作又是创新能力的合作，既满足了用户需求又提升了科技创新能力，推动了我国城市轨道交通领域检测检验技术进步。

3 管理机制

3.1 信息沟通机制

为提高工作效率，促进产学研合作深度融合，建立高效信息沟通机制。成立项目指挥部，负责项目的整体指挥与协调；设项目办公室，负责项目管理日常事务和信息沟通；实行“项目经理制”，由项目经理负责项目全过程的组织、协调、控制和监督，加强部门间的横向联系；成立联合工作组，在研发设计、接口对接、联调联试等环节形成合力，将分散的行动变为集中行动，无序的行为变为有序的行为，矛盾的关系变为协同的关系。

3.2 质量过程管控机制

在科研方面，重点把控项目遴选、目标设定、立项管理、过程管理、结题验收、成果转化等关键环节，对标志性成果进行阶段评审，实现项目的动态控制与管理；在工程应用方面，细化项目的功能用途、技术指标、质量标准、交付方式等具体指标；在设计审查、生产制造、质量监督、出厂验收、调试试验、合同验收等环节对项目进行过程管控，确保工程质量。

3.3 持续改善工作机制

基于精益理念以研发流程为主线，开展研发工具、知识、质量以及规范、标准的建设，通过持续改善不断创新，实现产品研发的精益管理和精益设计，持续提升检测设备的检测精度和分辨率；在数据处理方面不断完善功能，按照人因工程学设计操作界面使软件操作性更强且更美观，数据挖掘、数据分析更智能[12]。

3.4 利益共享与风险共担机制

公平合理的利益分配机制，有利于调动产学研合作组织中人才、资本、信息、技术等方面的活力，实现富有成效的协同创新。综合考虑合作各方的投入、贡献、风险等因素，应用层次分析法建立合作项目的目标层、准则层和指标层。在投入方面合理测算投入的人力、设备、场地、物料、资金等资源的价值；在贡献方面综合评价成员在经济效益、技术成果、社会效益、竞争力、集成效应等方面的贡献水平；在风险方面合理评估政策风险、组织风险、技术风险、市场风险、财务风险、环境风险等风险因子，探索构建基于投入成本、贡献水平和风险的综合利益分配模型，将利益共享与风险共担结合在一起，实现参与各方的利益最大化，有效促进利益主体和客体完美有机结合，加强产学研合作组织的稳定性和耦合性[13-14]。

3.5 平台运行机制

城市轨道交通综合检测车作为基础设施综合检测与试验研究平台，既服务于深圳地铁运营维护，为基础设施养护维修提供技术支持，同时又可以系统采集海量动态检测试验数据，开展基础设施性能研究与规律预测。首先，应践行“开放、流动、联合、竞争”平台运行管理机制，开放资源和信息，促进人才流动，加强合作与交流，积极开展联合创新[15]。其次，依托平台成立股份制公司，主要开展基础设施检测服务与评价、科技创新成果转化等，利用技术服务、成果转化等收益实现自我运营，并建立人、财、物独立的管理机制。再次，开展质量管理认证认可体系建设，通过质量管理体系的有效运行、持续改进和不断优化，进一步提高平台检测/检查能力，提升检测/检查结果的权威性与公信力。

综上，信息沟通机制为项目高效实施提供有利条件，质量过程管控机制为项目质量保驾护航，持续改善工作机制为技术创新铺平道路，利益共享与风险共担机制加强了产学研合作的稳定性和耦合性，平台运行机制确保了平台长期、持续、高效的运行。通过以上管理机制的创新实践，为产学研深度融合提供示范与借鉴。

4 联合创新成果

4.1 城市轨道交通综合检测车

城市轨道交通综合检测车以2辆编组（1动1拖）的B型电客车为载体，采用铝合金全焊接结构车体，具备DC1500V接触网供电或DC800V牵引蓄电池供电的双电源供电模式。城市轨道交通综合检测车外观如图2所示。

图2 城市轨道交通综合检测车

综合检测车装备了轨道几何检测、钢轨轮廓检测、轨道状态巡检、钢轨短波不平顺检测、接触网几何参数检测、接触网受流检测、隧道限界检测、通信检测、车辆动态响应检测、环境监视和定位同步等基础设施检测系统，具备对轨道、牵引供电、通信、加速度、限界和周边环境中影响列车运行安全的技术指标和相关信息进行实时检测，并具有时空同步定位、数据传输和分析功能，可动态、系统、全面地掌握各项基础设施的状态，评估设备运用安全性，提高基础设施检测效率和设备养护维修效率。

主要创新点包括：

（1）融合了轨道、牵引供电、通信、加速度、限界等多项检测功能，检测速度可达120 km/h，检测精度达到毫米级，其中，轨道水平检测精度为±1.5 mm，轨道超高检测精度为±5 mm，钢轨轮廓检测精度为0.2 mm，接触网拉出值检测精度为±10 mm，接触网硬点检测精度＜1%，隧道限界检测检测精度为±10 mm，车辆动态响应检测精度为±0.05 m/s2，总体技术达到国际先进水平；

（2）轨道几何检测、轨道状态巡检、接触网几何参数检测、接触网检测等多个系统实现智能检测分析功能；

（3）列车配置先进的ATO信号系统（目前仅兼容深圳地铁10号线线路，可展望通过研究实现全线网兼容），可以实现在运营期间穿插在客车间实施检测；

（4）车辆配置了牵引蓄电池，可实现在停电情况下，采用蓄电池供电以最高速度40 km/h运行80 km，完成单线一个往返的检测。

4.2 数据处理中心

数据处理中心是一个面向多专业检测数据存储管理及分析处理中心，实现对轨道检测、轨道巡检、车辆动态响应检测、隧道侵限、接触网检测、通信检测等数据管理与分析，可生成综合超限报表、超限/伤损统计图表、数据对比报告等。数据分析软件界面如图3所示。

图3 基础设施检测数据分析软件界面示意图

主要创新点包括：

（1）实现周期动态检测、人工检查、在线监测和养护维修作业等多源异构数据的实时收集与接入，为基础设施检测数据提供统一的存储和管理平台；

（2）建立专家综合分析诊断系统，准确评估城市轨道交通基础设施状态，开展数据智能处理，预测变化趋势，为城市轨道交通基础设施养护维修提供技术决策支持；

（3）采用虚拟化平台，整合服务器资源，实现IT资源的可弹性扩展和动态部署，提高数据存储能力和数据处理效率。

5 结语

通过在城市轨道交通领域开展产学研联合创新实践，攻克了高速度高精度动态检测技术、智能检测分析技术、数据处理分析技术等多项关键核心技术，形成了城市轨道交通综合检测车和数据处理中心等创新成果，为保障城市轨道交通运营安全提供技术支撑，将推动城市轨道交通新线联调联试模式创新，为城市轨道交通产品认证认可提供技术手段，是我国城市轨道交通领域产学研联合创新深度融合的范例，具有良好的示范效应。