黑白的畫面中，兩列火車噴著白煙相向而行，因游擊隊(duì)員扳動(dòng)了道岔，兩車相撞，日本侵略者損失慘重……40多年前，電影《鐵道游擊隊(duì)》的經(jīng)典一幕，竟讓一位少年萌生了投身鐵路事業(yè)的志向。
少年名叫郜春海，來自江蘇農(nóng)家，1989年，他如愿考入北京交通大學(xué)鐵路信號(hào)與控制專業(yè)，1993年畢業(yè)后留校任教。2002年，一次受刺激的談判，讓這位青年教師燃起斗志，要打造國產(chǎn)軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)。從北交大的實(shí)驗(yàn)室到四通八達(dá)的地鐵一線，從校園里的科研團(tuán)隊(duì)到成立創(chuàng)業(yè)公司，從攻克一個(gè)個(gè)科研項(xiàng)目到拿下多項(xiàng)行業(yè)“首研”技術(shù)——20多年來，郜春海帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)領(lǐng)域闖出一片天地。他創(chuàng)辦的交控科技股份有限公司也實(shí)現(xiàn)飛躍，去年成為首批登陸科創(chuàng)板的公司之一。如今團(tuán)隊(duì)正在儲(chǔ)備第5代城軌信號(hào)系統(tǒng)，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展方向。
“全世界八成軌道交通建設(shè)在！”郜春海格外珍惜這來之不易的機(jī)遇，他說，“我們必須不斷研究新技術(shù)，孕育新項(xiàng)目！”
不能“花高價(jià)受洋罪”
要想保證地鐵安全、平穩(wěn)、高效地運(yùn)行，一套名為CBTC的系統(tǒng)至關(guān)重要。CBTC，即基于通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，它被譽(yù)為軌道交通智商最高的“大腦”，可以保障列車以最小安全間隔距離運(yùn)行，達(dá)到最大的運(yùn)輸能力，保證列車運(yùn)行安全。
但在20年前，國產(chǎn)CBTC系統(tǒng)尚屬空白。當(dāng)時(shí)，北京乃至全國98%以上的新建或改造軌道交通線路均采用從國外引進(jìn)的CBTC系統(tǒng)。
郜春海在安全苛求平臺(tái)
2002年，郜春海受邀參與北京地鐵與國外供應(yīng)商的一個(gè)項(xiàng)目引進(jìn)談判，面對(duì)價(jià)格過億的CBTC系統(tǒng)，他提了很多問題，場面卻一度尷尬，“外國專家想回答的時(shí)候就講兩句，不想回答的時(shí)候就說技術(shù)保密，弄得我們根本談不出什么東西。”
當(dāng)時(shí)，國外的系統(tǒng)不僅價(jià)格高，運(yùn)行維護(hù)成本也高，一個(gè)零部件壞了就要修個(gè)一年半載，小小一個(gè)修改都可能漫天要價(jià)。郜春海不服氣，“有什么了不起？不就是做了一套系統(tǒng)嗎？只要有機(jī)會(huì)，我一定把它干成！”
機(jī)會(huì)很快來臨！2004年，北京市科委響應(yīng)國家自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，啟動(dòng)以北京交通大學(xué)、北京市地鐵運(yùn)營公司等單位為核心的“基于通信的城軌CBTC系統(tǒng)研究”，從而拉開了CBTC自主創(chuàng)新的序幕，郜春海是項(xiàng)目研發(fā)技術(shù)負(fù)責(zé)人之一。
攻關(guān)之初，舉步維艱！最難之處在于，國外搞技術(shù)封鎖，沒有他山之石。怎么辦？郜春?；貞?，“我就帶著搜集上來的所有信息，一個(gè)人跑到香山旁邊的一個(gè)小度假村，閉門鉆研，等思路差不多捋順了，再回來跟大家分享?！睂⒔荒甑臅r(shí)間里，他的科研靈感源源不斷地從香山傳遞到研發(fā)團(tuán)隊(duì)的大本營，成為引領(lǐng)團(tuán)隊(duì)前行的指示燈。
北京地鐵6號(hào)線上，車窗變“魔屏”，可提供多元化的信息服務(wù)。
CBTC包括列車自動(dòng)防護(hù)、列車自動(dòng)運(yùn)行、列車自動(dòng)監(jiān)控等多個(gè)子系統(tǒng)。郜春海劃好分工，并提出具體要求，指揮不同的技術(shù)團(tuán)隊(duì)開展攻關(guān)，遇到難題就邀請專家開講座答疑解惑。
師從郜春海讀研的張強(qiáng)當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)列車自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)，系統(tǒng)到底能不能研發(fā)出來，他心里也沒底。郜春海的指點(diǎn)很有策略，他讓張強(qiáng)先看文獻(xiàn)做調(diào)研，之后拿出報(bào)告提出方案，幾番修改之后，再嘗試工程化，并一步一步提出“讓車跑起來”“讓車在一定精度停下來”“讓車舒適地停下來”等循序漸進(jìn)的要求。
因?yàn)闆]有他人經(jīng)驗(yàn)可供參考，團(tuán)隊(duì)的策略是以時(shí)間換進(jìn)度，不斷試錯(cuò)?！皠e人一天工作6個(gè)小時(shí)，我們可能要工作16個(gè)小時(shí)，就是不斷研發(fā)、試錯(cuò)，再改進(jìn)，畢竟我們也不可能比別人聰明多少。”郜春海說。
同樣留校參與技術(shù)研發(fā)的北交大研究生劉超記得，“那會(huì)兒除了開會(huì)，就是寫代碼，經(jīng)常加班到深夜兩三點(diǎn)?！臂汉Ｗ约阂埠芷矗愃?天出差7個(gè)城市的行程，是常有的事兒。
靠著這股拼勁兒，團(tuán)隊(duì)很快迎來收獲：
2007年，攻克CBTC全部技術(shù)難點(diǎn)；
2008年，在大連快軌3號(hào)線上建成首條國產(chǎn)、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CBTC中試線；
2009年，郜春海帶領(lǐng)核心團(tuán)隊(duì)“下?！?，成立北京交控科技有限公司（現(xiàn)更名為交控科技股份有限公司，簡稱“交控科技”）；
2010年底，北京地鐵亦莊線、昌平線順利開通，標(biāo)志著交控科技的CBTC核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程應(yīng)用，使我國成為亞洲第一個(gè)、世界第四個(gè)掌握該項(xiàng)核心技術(shù)并開通運(yùn)用的國家，打破了外國的長期技術(shù)壟斷，填補(bǔ)了該領(lǐng)域空白，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)系統(tǒng)的進(jìn)口替代。隨著國產(chǎn)CBTC的問世，國外產(chǎn)品也降價(jià)三分之一。
實(shí)現(xiàn)全自主無人駕駛
無人駕駛的列車，猶如鋼鐵巨龍，在軌道上飛馳，早上定時(shí)“醒來”，晚上自動(dòng)“休眠”，行駛途中還能按時(shí)運(yùn)營、精準(zhǔn)停車、自動(dòng)開門……將近10年前，這樣的圖景就在郜春海腦海中盤桓。
2017年12月30日，這一切變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)！當(dāng)天，北京首條全自主無人駕駛地鐵線路燕房線正式開通運(yùn)營，成為獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的頭條新聞，而支撐該線路最為關(guān)鍵的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（簡稱FAO，俗稱“無人駕駛”），正是交控科技研制的成果。
劉超回憶，雖然正式立項(xiàng)始于2011年，但公司成立沒多久，郜春海就提議，要儲(chǔ)備無人駕駛系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)。一開始，也曾有人質(zhì)疑：人那么多，有必要搞無人駕駛嗎？有人擔(dān)憂，以機(jī)器取代人工，那得損失多少就業(yè)崗位？
于是，郜春海一有機(jī)會(huì)就去演講，經(jīng)過不斷努力，才推動(dòng)了FAO的立項(xiàng)和研發(fā)進(jìn)程。
研制FAO，難度又上一個(gè)臺(tái)階，幾十個(gè)專業(yè)、幾百個(gè)節(jié)點(diǎn)、幾十萬條數(shù)據(jù)，如何將這樣一個(gè)看似不可能完成的巨型工程層層分解為可執(zhí)行的任務(wù)？沒人知道答案。
全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)解決方案示意圖，該解決方案可助力城市軌道交通“無人駕駛”。
張強(qiáng)當(dāng)時(shí)擔(dān)任燕房線FAO項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)理，他解釋，過去在有人駕駛背景下，每個(gè)專業(yè)各司其職，且有先例可循；而無人駕駛背景下，情況大不一樣，我們研發(fā)的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)要充分實(shí)現(xiàn)車輛、綜合監(jiān)控、站臺(tái)門、廣播、旅客信息、車庫門等各相關(guān)領(lǐng)域的整合及優(yōu)化，再由信號(hào)系統(tǒng)作為總牽頭，“光是想清楚思路，就花了兩三個(gè)月，白天開大會(huì)討論，晚上各個(gè)專業(yè)繼續(xù)開小會(huì)。”
關(guān)鍵時(shí)刻，郜春海又有驚人思路。他提出，把這個(gè)巨型系統(tǒng)切割為幾十個(gè)大場景、幾百個(gè)小場景，之后采取基于場景的正向設(shè)計(jì)方式，逐一確定在各個(gè)場景中，相關(guān)系統(tǒng)起到什么作用、如何與其他系統(tǒng)配合等。
“這思路太妙了，猶如庖丁解牛一般，把所有環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，讓我們豁然開朗！”劉超感嘆。
最終，交控科技以場景和運(yùn)營規(guī)則為主線，設(shè)計(jì)出41個(gè)全自動(dòng)運(yùn)行場景，其中包括列車喚醒、列車休眠、自動(dòng)調(diào)車、洗車、清掃、回庫等正常場景，以及緊急呼叫、車輛火災(zāi)、雨雪模式、障礙物脫軌檢測等異常場景，每個(gè)場景都有對(duì)應(yīng)的自動(dòng)解決方案。
有專業(yè)人士指出，后來出現(xiàn)的無人駕駛系統(tǒng)也基本沿著這個(gè)框架開展，這也從一個(gè)側(cè)面印證，交控科技的研發(fā)思路具有行業(yè)引領(lǐng)性。
目前，交控科技的FAO已經(jīng)中標(biāo)北京17號(hào)線、北京19號(hào)線、武漢5號(hào)線、南寧5號(hào)線、濟(jì)南R2線、深圳14號(hào)線、北京11號(hào)線、蘇州6號(hào)線等。
2019年9月，北京大興國際機(jī)場線正式開通運(yùn)營，它采用交控科技自主創(chuàng)新研制的互聯(lián)互通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，速度可達(dá)160公里/小時(shí)，時(shí)速比傳統(tǒng)地鐵提高一倍，系全球最快的城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行線路。更值得一提的是，該線路實(shí)現(xiàn)了兩種不同信號(hào)系統(tǒng)在同一線路上共線運(yùn)行，有利于共享資源、緩解換乘壓力。
創(chuàng)立“透明廚房理論”
與一項(xiàng)又一項(xiàng)技術(shù)突破相比，郜春海同樣看重管理創(chuàng)新。這源于23年前，他出國訪問時(shí)的一次見聞。
1997年夏，在一家國外公司學(xué)習(xí)交流，郜春海發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，“為什么他們的員工該休假時(shí)就休假，其他工作人員只需要翻翻工作流程表，立刻就能無縫接手？”
三個(gè)月時(shí)間里，他找到了答案。原來，在西門子，從設(shè)計(jì)研發(fā)到生產(chǎn)管理，都有科學(xué)的專業(yè)分工，每個(gè)崗位上的工作都按照嚴(yán)格的流程進(jìn)行?！拔夷菚r(shí)真正理解了什么叫工業(yè)化，還有如何做工業(yè)化。”郜春海頓悟，原來，工業(yè)化的精髓其實(shí)就是一套管理流程，一套制度。
回國后，郜春海開展了基于風(fēng)險(xiǎn)控制的全生命周期安全管理體系研究，并在此基礎(chǔ)上完成了碩士論文。創(chuàng)業(yè)之后，他把這套管理方法用于CBTC系統(tǒng)的研制，除了推行流程化管理，利用“分解法”拆分任務(wù)，他還堅(jiān)持引入風(fēng)險(xiǎn)性設(shè)計(jì)。
2007年，CBTC的核心技術(shù)攻克之后，研發(fā)人員又花了近10個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)性設(shè)計(jì)，共整理了250個(gè)大風(fēng)險(xiǎn)，并逐一研究解決之道。郜春海還引入英國勞氏鐵路公司對(duì)CBTC信號(hào)產(chǎn)品進(jìn)行安全認(rèn)證，在他看來，這是推廣和應(yīng)用產(chǎn)品的“護(hù)身符”，勞氏公司對(duì)CBTC信號(hào)產(chǎn)品的全過程進(jìn)行了3年的安全審核后，頒發(fā)了安全證書，這也是國內(nèi)第一個(gè)獲得的“自主CBTC系統(tǒng)產(chǎn)品SIL4級(jí)的獨(dú)立第三方安全認(rèn)證”。
風(fēng)險(xiǎn)性設(shè)計(jì)、流程化管理，加國際化認(rèn)證，組成了郜春海的“現(xiàn)代透明廚房理論”，在軌道交通信號(hào)控制領(lǐng)域的研發(fā)征途中，這套理論成為他和團(tuán)隊(duì)攻關(guān)的重要“利器”。
引領(lǐng)“互聯(lián)互通”創(chuàng)新
在充滿機(jī)遇與競爭的軌道交通領(lǐng)域，交控科技的核心競爭力何在？已擔(dān)任交控科技副總裁的劉超認(rèn)為，這源自公司的核心理念，所有的技術(shù)應(yīng)用都要為助力乘客安全便捷出行服務(wù)。如今，交控科技利用技術(shù)提升乘坐體驗(yàn)的部分項(xiàng)目已在北京地鐵率先開試。
今年，不少市民發(fā)現(xiàn)，一塊酷炫的“魔屏”驚現(xiàn)6號(hào)線，原本毫無存在感的透明車窗，悄然升級(jí)為科技感十足的大屏幕，列車起步后，屏幕便會(huì)顯示到站信息和路網(wǎng)圖；列車到站前，車站的三維示意圖以及出口、電梯和廁所等一一呈現(xiàn)。這是由北京地鐵聯(lián)合交控科技等共同研發(fā)的“首都智慧地鐵”科研項(xiàng)目智能列車乘客服務(wù)系統(tǒng)的一部分。
再比如，在北京，常坐首都機(jī)場線的市民肯定有這樣的體驗(yàn)，盡管機(jī)場兩座航站樓位于Y字形的頂部，也各有直通市區(qū)的軌道，可是按照目前的列車運(yùn)營線路，想要到達(dá)T2航站樓，必須先拐到T3航站樓?？?，而想要從T3航站樓返回，也必須先繞到T2航站樓，體驗(yàn)感和效率不高。
劉超透露，他們正在開展的研究中，計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬連掛的控制系統(tǒng)，能讓兩列車虛擬連接，到了Y字形軌道的分叉點(diǎn)，使之分身，奔向兩個(gè)航站樓，返程時(shí)再度合體，這種虛擬聯(lián)網(wǎng)的方式未來如果大范圍推廣，將大大提升老線的運(yùn)行能力。
曾經(jīng)一度，北京地鐵5號(hào)線頻頻發(fā)生信號(hào)故障。不過，這種情況今年已有所改善。原來，交控科技對(duì)5號(hào)線進(jìn)行了信號(hào)系統(tǒng)提升，他們提出了“無感改造”的概念，即在不耽誤運(yùn)營、不影響乘客出行的前提下，悄然改造。目前5號(hào)線列車上的車載設(shè)備已完成升級(jí)，新的設(shè)備可捕捉原來老系統(tǒng)的信號(hào)，項(xiàng)目還預(yù)留后續(xù)升級(jí)至CBTC的條件。劉超說，為了盡量降低給司機(jī)帶來的變化，駕駛室人機(jī)操作界面與原來也保持一致。
他認(rèn)為，5號(hào)線可以算是老線成功改造的范例，未來這樣的“無感改造”還將推廣至更多老線。
燕房線開通前，郜春海來到現(xiàn)場了解進(jìn)展。
郜春海另一個(gè)主張和大手筆是，推動(dòng)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，通俗而言就是要給不同線路“搭橋”，改專車跑專線為共享線路、跨線運(yùn)行，對(duì)于乘客而言，最大的便利是免去換乘之苦。但放眼全球，這仍是一個(gè)世界性難題，涉及信號(hào)系統(tǒng)制式不兼容、調(diào)度孤立等多層面因素。
自2015年起，依托重慶軌道交通互聯(lián)互通國家示范工程，交控科技與其他三家廠商共同完成了互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)的制定，并開啟室內(nèi)交叉測試工作。今年9月18日起，重慶軌道交通環(huán)線和4號(hào)線互聯(lián)互通直快列車上線載客試運(yùn)營，直快列車可通過聯(lián)絡(luò)線從一條線路開至另一條線路，這在全國尚屬首例。
未來，郜春海和他的團(tuán)隊(duì)將助力更多城市邁入軌道交通互聯(lián)互通的行列。
