天马行空般穿梭在重庆都市中的地铁线路，是我国第一个跨座式单轨交通系统。它是由什么掌控，又是由什么驱使？
还记得《疯狂的石头》中那从天而降的易拉罐吗？准确的说，那罐饮料是来自中国第一条跨座式单轨铁路——重庆地铁2号线上的一个自由落体。穿梭在重庆这座都市中，抬头仰望，通贯一体淡灰色并饰以黄绿线的轻轨列车，像一条蛟龙行驶在距离地面5米到12米左右的空中，矫健的身姿跨座在以混凝土制造的轨道上，自由的穿梭于高高耸立在轻轨周围的建筑之中。举目向外眺望，江水潺潺，群山争翠，沿途美景尽收眼底，韵味无穷。
图1：行驶中的重庆地铁2号线
没错，这就是重庆地铁给人的第一感觉：快速、轻盈、个性。采用跨座式单轨交通系统的重庆轨道交通2、3号线，是中国城市轨道交通领域首次引进跨座式单轨交通系统的重要尝试和示范性工程。
中国首个单轨蛟龙
地铁是解决城市内交通的主要手段，在发达国家，每年城市的轨道交通承担了城市旅客运输量的60%至87%。目前，世界约40多个国家和地区的132个城市建成5,000千米地铁和3000多公里轻轨铁路，每年运送旅客达260亿人次之多。在我国有将近二十个超大城市和特大城市正在建设和筹建自己的轨道交通。国家有关部门已经规定人口在300万以上、GDP值在1000亿以上、年财政收入在100亿以上的城市可以修建地铁。2009年在扩大内需的新政策环境下，未来7年国内将有15个城市、超过1500公里的地铁投入运营，总投资规模约6000亿元――地铁正在成为最大一笔市政投资。
尤其，重庆地铁可谓是我国轨道交通产业中的一朵奇葩。单轨交通系统是铁路轨道交通的一种形式，其特点是使用一条轨道，而非传统轨道交通的两条平行路轨。这种“空中巴士”与普通轻轨相比，具有爬坡能力强、转弯半径小、噪音低、投资少的特点。单轨交通系统的路轨一般以混凝土制造，比普通钢轨宽很多，车辆比路轨更宽。现代单轨车辆通常使用橡胶轮胎而不是钢轮，轮胎在路轨的上面及两旁转动，推动列车及维持平衡。它更像公共汽车一样在水泥路上运行，不会发出轰隆隆的响声，因此噪音很小，低于60分贝，不会干扰市民的生活，能够起到良好的环保作用；不占用任何土地资源，每条线路宽仅为0.8米，不会遮挡阳光照射到地面，车内采光也不受影响，还可以游览观光；爬坡性能比较好，高架单轨每小时的时速能高达80公里。
表1：普通轻轨与单轨地铁的对比
重庆轨道交通线网规划由“九线一环”共10条线组成。线网布设以主客流方向为主，均通过核心城区或从核心城区出发。9条放射线，可满足核心城区发展对轨道交通的需求，同时能满足核心城区与外围组团交通联系的需要。轨道交通1、2、3号线为骨干线，在核心城区形成“大”字形线网骨架，3条线总长146 km。根据重庆市目前的经济实力和相关条件，在建项目适宜采用造价相对低廉的地面高架型式。鉴于“山城”地形条件，轨道线路会有许多陡坡急弯，选用的交通制式性能必须与之相适应，且对城市景观和环境影响较小。为此，在充分论证的基础上，重庆市决定首建的2号线采用跨座式单轨交通。
迈出第一步的艰辛
当然领跑于全中国的重庆地铁，面临的困难也是前所未有的。当时跨座式单轨交通建设在我国尚属首次，世界上只有美国、日本、马来西亚等少数国家拥有高架单轨这种交通工具和生产技术。预制混凝土单轨线路与通常的“钢轨”线路在施工工艺及其装备上完全不同，差异极大。特别是三维空间受力的PC轨道梁制造及架设安装、轨梁一体的道岔和转辙电控系统、车辆对转向架轻量化结构的要求，被称为重庆单轨的三大技术关键，也是三大攻坚难题。
以最早落成的重庆轻轨2号线为例，东起市区商业中心较场口，西至大渡口区钢铁基地新山村，全长19 km（高架16.5 km，地下2.5 km），设18座车站（地下车站3座）。整个线路的纵断面起伏很大，有10处大于40‰的坡度（其中5处接近50‰），全线30‰以上的坡道长度占线路总长35%。此外，一期工程的综合造价只有2.47亿元/km，全线平均综合造价约2.3亿元/km，仅为我国地铁造价的1/2～1/3。
表2：重庆跨座式单轨交通系统综合技术经济数据统计
其中，预制预应力钢筋混凝土轨道梁（简称PC轨道梁）是跨座式单轨交通系统中三项关键性技术装备之首，不仅对保障系统安全运行有着至关重要的影响，而且技术复杂、制作难度大。它不仅是承受列车荷载的承重结构，也是车辆走行的轨道，同时又是供电、信号、通信等缆线的载体。梁体内外需预埋或附装各种功能的缆线及梁体的连接构件，构造相当复杂。为保证行车安全和乘客舒适，轨道梁的制作质量和精度要求都十分高。然而中国人的学习速度和创新速度从来都不输于人。
图2：地铁穿越杨家坪步行街
经过10年的风雨无阻、孜孜以求，国内50多家科研、设计、技术开发和企业单位的参与，近千名资深专家和工程技术人员的努力，重庆地铁终于走完了国产化之路，将成果全部转化到重庆2号线地铁工程之中。现在2号线已经建成，1、3号线正在紧张施工中。预计2011年左右，由1、2、3号线组成的“大”字形线网骨架将会落成，运营里程可达70 km，初步缓解核心城区交通拥挤状况。
为解决地铁2号线现场大跨度（30-40m）轨道梁的需要，重庆市轨道交通总公司采用了“高精度预应力混凝土轨道曲梁现场现浇制造综合技术”，其大跨度、小半径轨道梁高精度线性控制技术达到了国际先进水平，建设精度高达3‰，完全满足高架主体结构的技术指标。此外，长春客车厂通过技术引进，已经基本掌握了单轨车辆的生产技术。除日本进口2列（8辆）样车外，其余车辆全部由国内生产。这也促使世界的地铁格局发生根本性的变化，重庆成功跨越了过去的技术壁垒，有实力融入全球性的竞争和角逐。
BAS和FAS系统的集成
现代城市中，地铁是人流最为密集的公共场所，其单向每小时可运送4万至6万人次。在地铁发展的100多年时间里，每几年亚洲国家就有一次重大的意外发生。在这钢筋水泥的迷宫中，机电设备复杂、繁多，而且位置分散，其可靠运行是地铁安全运营的前提条件。况且能源作为地铁经营中的重要成本，节能问题直接影响到地铁经营的效果。把这些机电设备纳入统一的BAS系统进行智能化的管理，是保障其可靠、绿色的最有效的方法。
BAS系统（Building Automation System），即“环境与设备监控系统”，主要是调节车站的环境参数，为乘客提供一个安全舒适的乘车环境，同时，满足紧急状态下的报警、防灾等的控制需求，是车站自动化系统中的重要组成部分和核心控制部分。BAS系统主要是监控车站环境下的照明设备、通风空调设备、给排水设备、自动电扶梯设备、防烟防火设备等，并使这些设备自动协调运行。由于地铁系统规模一般非常的大，采用成熟且可靠的技术可以减少整个系统的风险，提高总体安全性，因此重庆地铁2、3号线中首选西门子产品作为控制核心，掌控重庆地铁的BAS“方程式”。并且，重庆单轨尝试将FAS（防灾报警系统）和BAS两系统在车站级通过WinCC进行集成，创造性的利用成熟技术，在系统整合方面进行创新。这样便于信息的传递和共享，增加系统的实用性，更加满足运营的需求。
例如，重庆轻轨2号线采用西门子公司的PLC-WinCC系统对地下站环控系统进行监控，实现对车站的给排水设备、应急电源、屏蔽门系统等进行监视控制。车站级BAS系统，在两端各配置了1套西门子的冗余PLC 414H作为车站BAS系统的控制器，选用了ET200M远程I/O作为BAS系统的现场设备，冗余PLC通过Profibus双总线与ET200M实现连接。冗余PLC实现车站BAS的总体控制、模式控制。在每个车站另外配置了若干个从控制器，选用的PLC是西门子的S7 313C，主要监控小系统设备和其它如冷水机组、事故照明、普通照明等设备。
图3：重庆地铁OCC控制中心系统与BAS系统架构
地铁线路BAS系统以车站作为基本单位的，即每个车站构成一个相对独立的控制系统用于监控本车站的相关机电设备，车站BAS主要完成对站内机电设备的点动控制、设备联动连锁控制、系统级控制、时间表控制等功能。同时，车站BAS系统自身具有实时监视、操作和报警记录、定期归档和报表等基本功能。此外，站级BAS系统通过全线骨干网络实现与控制中心（OCC，Operate Control Center）的数据交换，上传相关监控数据，同时接受控制中心下发的控制指令、时间表、控制全线。防灾报警系统（FAS）按中央级与车站级2级监控管理。该系统在全线车站级（含18个车站、控制中心大楼、车辆段）设置。FAS系统除承担火灾报警任务外，还对自动扶梯运行及故障状态进行监视，对照明系统（高架站）8个回路的开、关进行控制和监视。
图4：重庆地铁BAS系统监视画面
车站BAS系统的控制方式主要包括正常运行状态下的电动控制、时间表控制，两种控制方式彼此独立，优先级不同。通常情况下系统按照时间表模式自动运行，当发生火灾时，BAS系统自动切换到对应的火灾模式运行，相应的火灾模式根据FAS发来的相关火灾信息进行自动控制。西门子的工程师们在深入全面的了解地铁内各种机电设备如何工作的前提下，通过自动化系统对这些设备进行科学高效的监控管理，成为了确保地铁安全的关键因素。在发生火灾事故或列车阻塞时，地铁的智能化的环境监控系统能够及时地获取事故信息，并且指挥机电设备做出迅速的反应，根据着火点位置或列车阻塞位置自动调度，进行通风排烟，引导人员疏散，极大地提高地铁运营的智能化和安全性。
集成之后的BAS与FAS系统满足了更高的要求，实现系统间的联动以提高地铁运营的安全性，改进了系统之间的协调，提高了应急处理能力，避免发生不必要的操作错误，降低了劳动强度。考虑到设备种类繁多，BAS系统采用标准的、开放的Profibus通讯协议，既易于工程化实施，又便于维护。整个系统选用统一的、优化的和无比“扎实”的西门子硬件平台，维修及维护成本显著降低。重庆地铁BAS系统真正做到了集中管理、集中维护、方便扩充，达到了地铁的运行管理控制决策水平和事故应变能力得以提升这个梦寐以求的高度。
图5：重庆地铁BAS系统中的西门子产品信息
在充分竞争、几乎没有任何空隙的地铁市场里，西门子创造了令人吃惊的业绩：北京地铁、上海地铁、深圳地铁、广州地铁，无一不与西门子“联姻”。这个业绩的支撑点就是全集成自动化TIA——采用西门子的整合产品将系统性能提升到极致。在这个地铁发展的黄金年代，机遇摆在每个人的面前，但是最后的赢家一定是有使命感，有全球的视野和高度，并为此做好充分准备的企业。
著名作家、思想家爱默生说过：“一个人与邻人相比，若写得出更好的书，或是布道得更为精彩，或者制作的捕鼠夹更胜一筹，他纵使深居密林之中，世人也会趋之若鹜，踏破门槛。”更何况西门子与重庆地铁这样的经典组合呢？
