长沙轨道集团吴海东、中车株机周利等:长沙地铁绿智融创协同发展路径研究 | 论文推荐

长沙地铁绿智融创协同发展路径研究

吴海东¹，周 利²，王军民²

（1.长沙市轨道交通集团有限公司，湖南 长沙 410021；

2.中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001）

摘   要：随着我国新型城镇化进程加快和“双碳”战略深入推进，地铁作为城市公共交通的核心载体，已迈入高质量发展关键转型期。文章以中国城市轨道交通协会近年发布的相关文件为指引，围绕绿色发展、智慧建设、多系统融合、国产化创新四大核心维度，结合长沙地铁已成功应用的智能运维系统、弓网检测系统、走行部检测系统等智能化实践，系统梳理四大维度的核心内涵、内在关联及发展现状，剖析当前地铁系统协同发展面临的瓶颈制约，探索绿智融创一体化协同发展路径，为我国地铁系统实现高质量发展提供理论参考与实践借鉴。

关键词：地铁系统；绿色发展；智慧建设；系统融合；国产化；智能化

Research on the collaborative development path of green, smart, integration and innovation for Changsha Metro

WU Haidong¹, ZHOU Li², WANG Junmin²

( 1. Changsha Metro Group Co., Ltd., Changsha  410021, China;

2. CRRC Zhuzhou Locomotive Co., Ltd., Zhuzhou  412001, China )

Abstract: With the acceleration of China's new urbanization process and the in-depth advancement of the “dual carbon”strategy, the metro, as a core carrier of urban public transport, has entered a critical transition period for high-quality development. Guided by the relevant documents issued by China Association of Metros in recent years, this paper focuses on the four core dimensions of green development, smart construction, multi-system integration and localization innovation. Combined with the intelligent operation and maintenance system, pantograph-catenary detection system and running gear detection system that have been successfully applied in Changsha Metro, it systematically combs the core connotation, internal correlation and development status of the four dimensions. The bottleneck constraints faced by the coordinated development of the current metro system are analyzed, and the collaborative development path of green, smart, integration and innovation is explored, so as to provide theoretical reference and practical reference for the high-quality development of China 's metro system.

Key words: metro system; green development; smart construction; system integration; localization; intellectualization

城市轨道交通是现代城市发展的重要标志，更是践行绿色低碳发展、推进新型城镇化建设、提升城市治理水平的关键抓手。截至2025年底，我国城市轨道交通运营里程已达到11 710 km，覆盖全国54个城市，形成了全球规模最大、运营最繁忙的地铁网络。在高速建设的同时，地铁系统的发展也面临着能耗管控水平偏低、全生命周期运维效能不足、系统协同不畅、核心技术对外依赖等现实挑战，亟需通过理念革新、技术升级、产业赋能等实现转型突破。

为破解行业发展瓶颈，引领地铁系统高质量发展，中国城市轨道交通协会先后发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》（以下简称《智慧纲要》）^[1]、《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》（以下简称《绿色方案》）^[2]、《中国城市轨道交通融合城轨发展指南》（以下简称《融合指南》）^[3]、《中国城市轨道交通国创城轨发展规划》（以下简称《国创规划》）^[4]四大核心指导文件，分别从智慧化、绿色化、融合化、国产化四个维度构建了清晰的发展蓝图和实施路径。长沙地铁首条线路2号线一期于2014年4月开通运营，标志着长沙正式迈入地铁时代；截至2025年底，线网运营里程达236.3 km，覆盖城市多个核心区域且规模持续拓展。长沙地铁在绿色发展、智慧建设、融合发展和国产化等方面取得了显著成效。智能运维系统、弓网检测系统、走行部检测系统等智能化技术已在多条线路规模化应用，成为支撑智慧地铁建设、提升全生命周期运维效能的重要保障。绿色化方面，通过采用节能技术、优化材料与工艺、落实生态保护措施，实现了资源节约和环境友好；智能化方面，运用智能调度系统和AI节能技术，提升了运营效率和乘客体验；融合发展方面，与城市规划和综合交通体系紧密结合，优化了城市交通结构；国产化方面，实现了车辆、信号系统等核心技术的自主化，增强了产业链的韧性和创新能力，充分展现了长沙地铁在可持续发展和科技创新方面的综合实力。基于此，本文立足四大文件导向，结合长沙地铁现有智能化系统应用实践，深入探讨地铁系统绿色发展、智慧建设、多系统融合与国产化创新的协同发展路径，以期推动地铁系统建设从“规模建设”向“质量建设”转变，从“技术跟随”向“自主创新”跨越，为中国城市轨道交通高质量发展注入新动能。

按照《绿色方案》的要求，我国地铁系统已逐步将绿色发展理念贯穿全生命周期，通过技术创新、设施升级、管理优化，实现了能源消耗与碳排放的持续下降，资源循环利用水平不断提升，绿色城轨建设成效显著。

在“双碳”战略背景下，长沙地铁率先提出“绿色地铁”理念，将绿色发展贯穿全生命周期，构建系统性绿色建设体系，明确能耗降低20%的核心目标，形成技术赋能、源头管控、全生命周期治理的低碳发展模式，为行业转型升级提供示范标杆。其关键绿色技术应用成效显著^[5]。作为全国首个采用永磁牵引系统的地铁城市，长沙已有3条线路投用该系统，较传统异步牵引系统节能超30%；仅2号线年节电400多万kWh，减碳3200 t以上。再生制动能量回收系统普及多线路，4号线单列车日均回馈电量1800 kWh，全线年节电超2000万元。

长沙地铁在智慧建设中兼顾绿色低碳发展，通过节能技术创新实现降本增效。构建智慧能源管理系统，实现环境与设备监控系统和风水联动节能控制系统融合组网，结合智能双向导通装置减少杂散电流电化学腐蚀，形成全方位节能体系，综合能耗降低20%；风水联动节能控制系统采用云边协同智能管控架构，融合客流预测与设备运行数据，实现空调系统综合节能率超30%。同时，通过多维度智慧化探索，已在全自动驾驶、智能运维、乘客服务等领域取得显著成效，后续将持续迭代优化，推动智慧建设与城市发展深度融合，全力打造绿色、智能、高效的城市轨道交通新标杆。长沙地铁绿色发展关键技术应用及节能成效详见表1。

依托《智慧纲要》的顶层设计，我国地铁系统智慧建设已进入规模化推进阶段，城轨云与大数据平台逐步建成，八大智能体系加快落地，智能运维系统、弓网检测系统、走行部检测系统等智能化设备已成功应用于全国多个城市的地铁线路，实现了地铁运营、运维、服务的智能化升级。

随着数字化转型浪潮席卷城市轨道交通领域，长沙地铁紧扣行业发展趋势与市民出行需求，开展了图1所示的五大维度智慧化建设，以6号线、7号线建设运营为核心载体，围绕全自动驾驶、乘客服务、运营管理、检修维护及节能控制五大关键维度，开展全方位智慧化建设探索，逐步实现从“人工运维”向“智能管控”、从“基础服务”向“优质体验”、从“传统运营”向“绿色高效”的跨越式转型，构建起兼具安全性、高效性、便捷性与环保性的智慧地铁体系，为城市轨道交通高质量发展提供了可借鉴的实践样本。

在运营模式智能化方面，作为长沙地铁智能化建设的核心标杆，7号线采用GoA4全自动运行系统，实现了列车全流程自动化运营，可完成列车自动唤醒/休眠、正常及应急场景下的自动化处理，搭配一键铺图调度功能，大幅提升了运营调度效率。同时，长沙地铁紧跟行业步伐，在7号线搭建高速车地无线网络，采用WiFi6技术突破既往线路带宽瓶颈，为全自动驾驶相关业务的数据传输提供了稳定支撑，目前已形成以7号线、大王山旅游线为核心的全自动驾驶线路布局，推动运营模式向无人化、智能化转型。

智能运维体系的全面构建与完善，是长沙地铁智慧建设的核心成果之一。长沙地铁摒弃传统“故障修+计划修”模式，围绕车辆、信号、供电、通信等八大核心系统，建成一体化智能运维体系，实现运维模式向“状态修+预测修”转变。7号线部署的车辆智能运维系统，新增逻辑控制单元监测功能，结合地面分析与段场智能管控，可实现故障识别准确率≥90%、检修效率提升30%；信号智能运维系统新增三维可视化监测等五大功能，供电、电梯等系统则通过智能巡视替代人工巡检，大幅降低运维成本与劳动强度。同时，通过弱电后备电源、网络设备统型整合，进一步优化资源配置，减少备品备件数量，提升运维管理规范化水平，形成了全生命周期智能化运维管理模式。

在乘客服务与运营管理领域，长沙地铁聚焦需求痛点，实现全场景智慧化升级。面向乘客服务，构建智能视频分析、智慧安检、智能客服、智能边门四大体系。7号线新增积水监测、烟火检测等功能，填补既有线路管理盲区。智慧安检可自动识别100余种违禁品，智能客服强化现场票务办理能力，智能边门实现自动化实名验证，全方位提升乘客出行体验与车站安全管理水平。面向运营管理，打造三维可视化智慧车站，实现一键开关站、巡站及客流、设备态势实时感知，首创车地一体化PIS（乘客信息系统），打破数据壁垒，优化软件维护与故障处置效率，推动运营管理向精细化、可视化、一体化转型，有效提升运营效率与应急处置能力。

长沙地铁通过多维度智慧化探索，已在全自动驾驶、智能运维、乘客服务等领域取得显著成效，后续将持续迭代优化，推动智慧建设与城市发展深度融合，助力打造绿色、智能、高效的城市轨道交通新标杆。长沙地铁核心智能化系统应用概况如表2所示。

按照《融合指南》“1-9-3-5-5”融合发展体系的要求，我国地铁系统正逐步打破信息孤岛与系统壁垒，推动地铁内部各子系统、地铁与城市交通及城市治理系统的深度融合，实现综合效能的显著提升。

长沙地铁以“系统+”理念为核心，针对机电系统专业割裂、协同不足等痛点，开展多维度系统融合探索^[6]，形成以提质增效、降本减耗、安全可靠为目标的融合体系，构建了如图2所示的多系统融合架构。

在专业协同融合方面，打破车辆、信号、供电、通信等传统专业边界，构建深度联动机制。信号与站台门融合控制采用“集中安全计算层+分布式执行层”架构，采用光纤替代传统线缆，缩短开关门响应时间，平均旅速提升0.8 km/h；车地协同乘客服务系统整合车载与地面PIS设备，融合CCTV（视频监控）、AFC（自动售检票）等多系统数据，实现应急信息同步发布、远程运维管控等一体化功能，大幅降低设备冗余与维护成本。

在运维与能耗系统融合层面，长沙地铁打造一体化智能平台，推动运维模式从“计划修”向“状态修”转型。车辆段智能运维系统整合调度、检修、安全等子系统，通过轨旁检测与机器人巡检覆盖80%人工项点，生产效率提升25%。同时，通过弱电系统后备电源整合、通用网络设备统型等简统去冗措施，统一设备品牌与规格，减少备件种类20%以上，降低建设与运维成本，为轨道交通系统融合发展提供了可复制的实践经验。

我国地铁国产化制造经历了引进、消化、吸收、再创新的发展历程，目前已进入“自主研发、自主制造、自主集成”的新阶段。核心设备国产化率大幅提升，产业链日趋完善，设备系统平均采购价大幅下降，社会效益和经济效益显著。《国创规划》数据显示，我国城市轨道交通单条线路车辆和机电设备国产化率已从1999年要求的70%，提升至2020年后的95%以上。

在核心设备国产化方面，我国已实现列车牵引系统、CBTC（基于通信的列车控制）系统、供电系统、站台门系统等核心设备的全面国产化替代。长沙地铁在多条线路率先应用的全国产化永磁同步牵引系统，现已在全国各大城市地铁推广普及。此外，国产化智能运维系统、弓网检测系统、走行部检测系统等智能化设备也在多条线路中实现了规模化应用。在国创产品推广应用方面，长沙地铁采用的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、轴承、压缩机等6项国产创新产品，已完成超40万公里的运营考核验证，详见表3。充分验证了国产设备的可靠性和性能，为国产设备的应用提供了重要实践依据。

我国地铁国产化制造仍存在部分高端零部件（如核心芯片）依赖进口，受制于国外技术的风险；国产化设备的智能化水平与国际先进水平相比仍有差距；产业链上下游协同不足，实际装车产品并未实现完全国产化。

当前，我国地铁系统的绿色发展、智慧建设、多系统融合、国产化创新四大维度，多处于“各自为战”的状态，缺乏统筹联动的协同发展机制。

一方面，政策层面的协同性不足，四大指导文件虽相互衔接，但在具体实施过程中，对政策的理解与执行存在差异，未能将四大维度的发展目标进行统筹整合，导致部分项目存在重复建设、资源浪费等问题。例如，在推进地铁系统智慧建设时，未能统筹兼顾低碳运营与国产化设备应用需求。后续应同步落实绿色发展与国产化要求，优先选用国产化设备，减少建设成本，推动绿色节能技术深度落地应用。

另一方面，企业间协同性不足，建设、运营、制造等企业之间缺乏高效协作：制造企业在设备研发时，未充分考虑运营企业的智慧化、绿色化需求；运营企业在推进智慧建设、绿色发展时，对国创设备和技术的了解不深入，并未利用多系统融合的优势。例如，智能系统的研发并不能完全契合地铁运营场景，真正满足智慧运维的需求；在智慧化建设中采用多个系统各自为战，系统融合度不高，导致系统协同效能难以发挥。此外，产学研用协同创新机制不完善，难以实现技术创新与实践应用的快速转化。

核心技术与高端装备是推动四大维度协同发展的关键支撑。在国产化创新领域，部分高端零部件（如核心芯片、高端轴承）仍存在国产化设备性能和智能化水平与国际先进水平存在差距等问题，难以满足绿智融创的高端需求。例如，部分智能系统存在误报或漏报现象，难以实现故障精准检测，影响了检测精度与系统稳定性。

在智慧建设领域，城轨云与大数据平台的核心技术仍有短板，数据存储、分析、挖掘的能力不足，难以实现各系统数据的高效整合与共享；智能化系统的融合技术不够成熟，难以实现不同系统之间的无缝衔接与协同联动。

在绿色发展领域，高效节能技术的研发与应用成本仍偏高，难以实现全生命周期低碳管控的成本需求。

在多系统融合领域，数据互通共享仍是核心技术难点，难以打破不同系统、不同领域的信息壁垒。

四大维度协同发展核心瓶颈示例如图3所示。

系统梳理了四大维度协同发展的核心脉络与关键节点，图4展示了绿智融创一体化协同发展路径，为后续协同发展提供了直观指引。

以四大文件为引领，构建“政策统筹、企业协同、产学研联动”的协同发展机制，强化绿色发展、智慧建设、多系统融合、国产化创新四大维度的统筹联动。

结合地铁发展实际，制定四大维度协同发展实施细则，将绿色、智慧、融合理念贯穿国产化系统研发全过程，优先推广应用智能、绿色国产化技术成果。例如，在政策、资金等方面优先支持具备绿色、智慧、融合、创新特征的项目；建立多维度协同发展评价体系，将协同发展成效纳入企业与地方政府的考核指标，推动政策落地实施。同时，加强四大政策文件的宣传解读，统一各地区、各企业的发展理念，避免重复建设与资源浪费。

强化企业协同，推动产学研用联动。推动地铁建设、运营、制造等企业之间建立战略合作伙伴关系，加强沟通协作，实现需求对接、资源共享、优势互补。制造企业要立足智慧建设、绿色发展、多系统融合的需求，研发智能、绿色的国产化设备；运营企业要积极推广应用国产化设备与智能化系统，推动多系统融合，提升运营效率与绿色发展水平。

以国产化创新为根基，聚焦智慧、绿色、融合的核心需求，摆脱关键部件国外技术依赖，补齐高端装备短板，构建“自主研发、协同创新、成果转化”的技术支撑体系。

强化国产化核心技术研发，打破技术壁垒。加大对核心芯片、高精度传感器、高端轴承等零部件的研发投入，培育一批具备自主研发能力的本土企业，实现高端零部件的完全国产替代。同时，推动国产化设备向高效能、低能耗、智能化方向迭代升级，实现自主化与高端化协同发展。目前，国家正在积极推行全面自主国产化地铁列车研制及应用，长沙地铁率先开展国产化轴承、压缩机等产品的装车应用，为国创落地提供了宝贵经验。作为先行先试倡导和推行单位，长沙地铁为全面自主国产化落地实施和验证提供了载体和推广应用平台。

推动绿色技术与智慧技术融合创新。聚焦地铁全生命周期绿色发展需求，研发推广高效节能技术、资源循环利用技术、新能源融合技术。结合智慧化系统，推动绿色发展举措的智能化落地、精准化执行。推广应用国产节能设备与智能化系统，提升绿色发展水平。

聚焦跨系统数据互通共享需求，构建完善多系统融合国产化技术体系，打破不同系统、不同领域的信息壁垒，实现地铁内部各子系统、地铁与城市交通及城市治理系统的无缝衔接，研发适配多系统融合的国产化集成平台，全面提升系统协同效能。

构建“培养、引进、使用、激励”四位一体的人才队伍建设体系，打造一支跨领域、复合型、高素质的人才队伍，为四大维度协同发展提供人才保障。

优化人才培养体系，培育复合型人才。结合四大维度协同发展的需求，调整人才培养方向，加强复合型人才培养；加强校企合作，推动产教融合。完善内部人才培训机制，加强对现有员工的跨领域培训，提升员工的综合素养，培养一批具备专业技能与协同发展理念的技术人才与管理人才。

完善人才激励机制，稳定人才队伍。建立健全以能力、业绩为导向的人才评价体系，完善薪酬待遇与发展空间，充分调动人才的积极性与创造性；建立健全人才晋升通道，为人才提供广阔的发展空间。同时，加强企业文化建设，营造尊重人才、鼓励创新的良好氛围，增强人才的归属感与凝聚力。

以四大指导文件为指引，选取具备条件的线路，例如在7号线项目中开展绿智融创协同发展示范工程，总结成功经验，逐步在整个线网拓展应用。

选取具备实施条件的线路，在现有智能运维系统、弓网检测系统、走行部检测系统等智能化应用基础上，进一步推进设备融合升级，实现地铁内部各子系统乃至地铁与城市交通、城市治理系统的深度融合。

开展应用总结，完善推广机制。结合四大维度协同发展的成功经验与存在问题，优化协同发展路径与实施策略。建立示范经验推广机制，通过现场观摩、经验交流、培训指导等方式，将示范工程的成功经验逐步推广至全线网范围，推动城市乃至全国地铁系统四大维度协同发展。

本文以《智慧纲要》《绿色方案》《融合指南》《国创规划》四大顶层指引文件为依据，围绕地铁系统绿色发展、智慧建设、多系统融合、国产化创新四大核心维度，结合长沙地铁多条线路实践经验，深入分析了四大维度的发展现状、内在关联及协同发展瓶颈，提出了健全协同发展机制、突破核心技术短板等协同发展路径的初步构想。四大核心维度相互支撑、互为赋能；我国地铁系统的绿智融创在政策指引下已取得显著发展成效，智能化系统应用逐步广泛，但仍存在一定的瓶颈问题；通过强化政策引领、技术创新、产业协同、人才支撑与实践落地，能够有效破解发展瓶颈，推动四大维度实现协同发展，助力我国地铁系统高质量发展。

随着我国新型城镇化进程的持续推进、“双碳”战略的深入实施，以及四大顶层文件的逐步落地，地铁系统将进入高质量发展新阶段，绿色发展、智慧建设、多系统融合、国产化创新四大维度的协同发展将成为行业主流趋势。未来，随着核心技术的不断突破与国产化设备的持续升级，地铁系统智能化、绿色发展水平将进一步提升，多系统融合的深度与广度将不断拓展。

在智慧建设方面，城轨云与大数据平台将实现全面互联互通，智能运维、弓网检测、主/被动安全防护等智能化系统将实现深度融合，人工智能、5G、物联网等新一代信息技术的应用将更加广泛，地铁运营、运维、服务将实现全面智能化升级。在绿色发展方面，全生命周期碳足迹管控将逐步完善，高效节能技术、资源循环利用技术、新能源融合技术的应用将更加广泛，地铁系统的能源消耗与碳排放将持续下降，实现“双碳”目标。在多系统融合方面，地铁系统内部乃至与城市交通、城市治理等领域实现深度融合，构建协同发展生态模式。在国产化创新方面，核心技术与高端装备将实现全面自主化，标准体系将更加健全。

未来地铁系统四大维度的协同发展仍将面临新的机遇与挑战，需持续破解发展瓶颈，推动我国地铁系统实现更高质量、更高效能、更可持续、更为安全的发展。

参考文献：

[1] 中国城市轨道交通协会. 中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要[R]. 北京：中国城市轨道交通协会，2020.

[2] 中国城市轨道交通协会. 中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案[R]. 北京：中国城市轨道交通协会，2022.

[3] 中国城市轨道交通协会. 中国城市轨道交通融合城轨发展指南[R]. 北京：中国城市轨道交通协会，2024.

[4] 中国城市轨道交通协会. 中国城市轨道交通国创城轨发展规划[R]. 北京：中国城市轨道交通协会，2025.

[5] 位瑞瑞. “双碳”背景下智慧城市绿色发展效率测度及驱动机制研究[D]. 青岛：青岛理工大学，2025.

[6] 林 雪，查道林. 超融合技术在轨道交通专业融合场景中的应用探索[J]. 科技与创新，2024（15）：175-178.

编辑 | 吴秀丽

排版 | 钱佳乐

终审 | 赵江农