为中国“智”造提供“源”动力

——北京交通大学服务创新型国家发展纪实

7月31日，成都地铁3号线顺利开通，现场一片欢呼。

1000多公里外的北京交通大学，紧跟这一项目的科研人员也在击掌庆贺。

“这是我们拥有完全自主知识产权的CBTC（轨道交通信号系统）技术在国内地铁线路上的又一次成功应用。”北京交通大学（以下简称北交大）校长宁滨告诉科技日报记者。

这项被称为轨道交通“大脑和神经”的前沿技术，正是北交大瞄准国家战略需求，服务创新型国家建设的一个缩影。

“大学是国家和社会创新发展的引擎和源泉，在我国推进创新型国家建设、迈向世界科技强国的重要历史进程中，高校创新必须面向国家重大需求，着眼于制约国家未来经济社会发展的核心问题，积极承担起关键技术研发的重要任务。”宁滨说。

经过120年的积淀和发展，北交大产生了一批具有国内、国际影响力的重大成果。这些科研成果不仅应用在城市轨道交通领域，也应用在青藏铁路建设、新能源电动汽车制造、下一代互联网构建等关系国民经济命脉的工程建设中。

“中国信号”打破国外垄断 产值超过50亿元

从1969年北京第一条地铁通车，地铁线在我国城市不断普及——上海、广州、南京……

然而令人遗憾的是，2010年以前，全国采用基于通信的列车控制系统，都是从法国和德国进口。“轨道交通信号自动控制系统是地铁装备中最智能、技术含量最高的部分，不仅能知道本车的位置、速度、面临的路况，还能知道前车和后车的位置和速度。”轨道交通控制与安全国家重点实验室主任、团队技术与学科带头人唐涛教授说。

智能的另一面是成本的高昂。“每公里造价约1000万元—1300万元。这不仅使我国地铁的命脉掌握在国外企业手中，而且其技术和设备并非成熟可靠，运行维护成本往往更高。”北京交通大学CBTC研发团队核心成员、现任北京交控股份有限公司董事长郜春海说。

在轨道交通安全控制的信号系统学科上，北交大已经有40多年的积累。早在1965年，国务院和当时的铁道部就批准了北交大开展这项技术的基础研究。

上世纪末，日后成为CBTC项目总负责人的宁滨教授在美国访问学习期间，敏锐地意识到城市轨道交通CBTC信号系统必将成为国际技术竞争的战略重地，迅速组建起专业攻关团队。

2004年，北京市科委组织业内专家经过多次论证，启动以北京交通大学、北京市基础设施投资公司等为核心的“基于通信的城轨CBTC系统研究”。两年后，北京交通大学科研团队攻克CBTC系统关键技术，研制出国内第一个CBTC系统样机。在北京地铁试车线以及大连轻轨试验线上进行功能性能测试，全部指标达到国际先进水平，我国自此有了自主知识产权的“中国信号”，实现自主可控、安全可信。

2010年12月30日，亦庄示范线成功开通，我国成为世界上拥有自主CBTC核心技术并成功开通运营的第四个国家。

这一自主创新成果不仅打破了国外的垄断，还迫使进口CBTC系统降价30%。六年间，“中国信号”不仅在北京地铁连续中标6条线，还在长沙、深圳、成都、天津等多个城市成功中标10余条线路，占据全国三分之一市场份额，累计产值超过50亿元。如今，“中国信号”还走出国门，运用到越南河内高架轻轨线路的13列电客车上。

“经过几代北交大人的潜心研究，我校先后研制出JT1-CZ2000型机车信号车载系统、高速铁路无缝线路设计理论及应用技术体系等一系列重大成果，相关指标达到或者处于国际领先水平，在服务和保障高速铁路、重载铁路和城轨交通的运行安全和运行效率方面，创造了巨大的社会和经济效益。”北交大副校长孙守光说。

研发动力电池 占据国内市场半壁江山

在北交大的电气楼外，立着十多根绿色的金属桩，被称为零排放纯电动汽车的能量之源。这是该校电气工程学院院长、国家能源主动配电技术研发中心主任姜久春教授课题组在校园内做的纯电动汽车充电示范。

从2004年建造国内第一个电动汽车充电站，到2008年、2010年主导设计当时世界上规模最大的两个纯电动汽车充换电站——北京奥运纯电动汽车充电站和上海世博会纯电动汽车充电站，姜久春团队的身影就和我国电动汽车的发展紧密联系在一起。

“电动汽车被誉为未来汽车发展的方向。上路之前，不仅要解决充电问题，还要提高车载充电电池的稳定性能，也就是动力电池管理。我们学校从‘九五’期间承担国家相关课题开始，持续在这个领域发力，可以自豪地说，目前我们处于领跑地位。”姜久春告诉记者。

为了让电动汽车跑得好、跑得快，姜久春团队首先攻关蓄电池管理系统，“这相当于电动汽车的行车电脑，监控车辆还剩多少电。”姜久春说，“由于电池衰退路径有很大的不确定性，很难通过控制手段解决这个问题，而且电动汽车行驶在路上，驾驶习惯、路况、温度等都会影响耗电量，考虑得越细，难度也就越大。”

多年的努力和坚持，团队技术日趋成熟。“2008年我们基本上解决了这个难题，估计的电池荷电状态，精度能保证在5%以内。”姜久春告诉记者。如今，他们研发的电池管理系统在惠州市亿能电子有限公司实现产业化，占据了国内新能源汽车市场50%以上份额。

创新的脚步从不停留。凭借在电动汽车领域的成功经验，姜久春团队展开了在轨道交通新能源动力系统领域的技术攻关，2013年，国家能源局批准成立了由北京交通大学牵头建设的“国家能源主动配电网技术研发中心”。

课题组承担参与了国内90%的轨道交通新能源动力系统的研究项目，他们在国际上首次使用锂电池作为高速动车组辅助电源，研制了纯电驱动和混合驱动的混合动力动车组电池系统。取得了从轻轨到地铁、从机车车辆到动车组、从辅助供电到牵引供电等多种锂电池系统的技术成果，填补了国内空白。并且代表我国参与了国际铁路用锂离子电池测试标准的编制，为铁路行业动力电池标准的制定奠定了技术基础。

瞄准未来 超前构建下一代互联网

国家“十三五”规划中，明确提出“超前布局下一代互联网”。其实，在北交大，已经有科研人员通过10余年的潜心研究，超前绘制出下一代互联网蓝图，获得国内外发明专利授权58项，在2015年召开的全国科技奖励大会上，荣获国家技术发明奖二等奖。

“正在使用的第一代互联网基于IPv4协议。经历30多年高速发展暴露出许多难以克服的困难和矛盾，主要表现为40多亿个IPv4地址已分配殆尽，不能保证基本的安全性和可信任性，不可控、不可管等。”北交大教授、下一代互联网互联设备国家工程实验室主任张宏科告诉记者。

互联网基础设施关系到国家安全、社会稳定和经济发展，为了抢占未来互联网领域的制高点，20世纪末以来，世界各国围绕如何创建未来互联网体系与机制纷纷展开科技攻关，美国、欧盟相继启动了FIND、FIRE等计划。

学通信出身的张宏科，早在2000年就意识到了互联网的这些原始弊端。2003年率领团队展开了这方面的研究。

在国家973计划、自然科学基金重点项目等资助下，张宏科团队借助“点标识”的理念与思想，主导制订了IEEE 1888、1888.2等核心国际标准，率先构建了未来互联网蓝图。“美国、欧盟等都在开展这方面研究，但是，到目前为止只有我们提出了比较综合有效的解决方案。可以说，在这方面，我们走在了世界的前端。”张宏科自豪地表示。

张宏科团队提出的下一代互联网解决方案，已经成功研发出一系列产品并通过中兴通讯等企业进行了产业化应用。

“高校历来是国家科研力量的重要组成部分，是国家创新体系中举足轻重的力量。作为一所有梦想、责任和担当的百年学府，北交大人相信：大学既可以‘顶天’——攀登世界科学高峰，亦可以‘立地’——依托高校研发平台，整合社会资源，为经济和社会发展作出贡献。”北交大党委书记曹国永说。