院士成果在穗转化精典案例：超算算法 赋能“韧性”湾区轨道交通高质量发展

轨道交通展讯 广州地铁设计研究院股份有限公司自2021年成立院士专家工作站以来，组建了一支包括董勤喜院士在内的高水平科研团队，依托强大的院士专家团队，聚集核心科技人才的科研智慧，围绕粤港澳大湾区轨道交通发展重大技术问题及行业共性关键技术进行攻关。

提升基础设施韧性有现实需求

董勤喜，1962年11月生，山东兰陵人，高性能并行计算专家，土木工程学家，日本工程院外籍院士，日本土木学会会士，海南大学二级教授，博士生导师。长期致力于超级计算环境下的超算算法及结构大数据存贮研究。

董勤喜院士主要从事CAE工业软件及超级计算环境下的超算算法及结构大数据存储研究，精通欧美科学计算工业软件的关键核心算法及数据存储格式，是目前国内外能够解读和修改工业软件源代码的少数专家。拥有完全可控的超算支撑软件平台，研发的E级超算软件，成为日本防灾减灾工程和复合材料仿真领域不可替代的支撑软件之一。实现了计算机某半导体器件50亿自由度规模的热分析，三维复杂介质20亿自由度以上的地震波传播，地震响应分析的并行计算。获得日本奖励表彰五项。领导及参与近20项日本文部科学省、国土交通省、国家研究机构等全国重大科技攻关项目和多个大型企业的重大横向课题研发项目。

广州市域轨道交通快线的发展大致划分为三个阶段。

第一阶段是创业的探索发展阶段，开行了全国第一条市域快线地铁三号线，但线路缺乏相关的标准。进入第二阶段为市域一体化阶段，以时速120公里的线路为主，力求达到1小时时空目标，并开行“大站快车+快慢车”的发车模式。目前所处的第三阶段为湾区一体化阶段，以实现“3060”时空目标为目的，即实现中心城区至南沙副中心、外围城区中心30分钟直达，广州与湾区各城市中心60分钟直达，到佛山、东莞中心30分钟可达。因此线路时速也提升至160公里，以地铁18号线22号线为典型代表。

进入新时期，基础设施建设从规划、设计、建造、运维等，在数字化、智能化的条件下，如何进一步提升重大基础设施的韧性，筑牢安全屏障，谋求更高质量的发展，都成为现实需求。

超级计算

赋能城市基础设施韧性建设

广州地铁设计研究院股份有限公司党委书记、董事长农兴中表示:“交通基础设施的建设投入非常大，要实现可持续的高质量发展，那么包括交通基础设施在内的城市基础设施，在遭遇极端天气或自然灾害时要拥有一定的抵御应对能力，才能实现可持续运营。”

近年来，国内各地基础设施建设全面加强，交通、能源、水利等基础设施发展取得了历史性成就，有力保障了我国经济社会发展。面对新型基础设施发展新要求，“韧性建设”应运而生，成为21世纪城市化进程的关键词，共创更包容、更智慧、更宜居、更有韧性的未来城市正成为行业共识。

广州地铁设计研究院股份有限公司组建的院士专家工作站，聚焦城市基础设施韧性，瞄准城市交通基础设施未来发展方向，结合城市高质量可持续发展的需求，针对智能化建设、交通一体化、超级计算、数字化协同建造、智能感知与智能设计以及机器人检测等先进技术，展开深度交流。

在2023工业互联网大会“数字助力碳达峰碳中和高端论坛”上，董勤喜院士发表了《超级计算赋能二氧化碳地质封存多场耦合软件研发》的主旨演讲。董勤喜指出:“CO2多场耦合的超算解析软件研发对支撑CCUS/CCS项目建设具有关键指导作用，对评价CO2地质封存容量和安全稳定性至关重要，更是未来我国实现‘双碳’战略目标的重要技术储备。”超级计算是解决国家经济建设、社会发展、科学进步、国家安全和国防建设等领域一系列重大挑战性问题的重要手段。目前主要应用于“高、精、尖”的前沿科学和工程研究。而国外商业软件的数据读取 (单一串行)未能考虑现在及未来超大规模计算需求。商业软件前处理部分，成为超级计算的严重瓶颈。国家战略性，高水准的工业工程数值模拟需要自主研发的超级计算软件，实行大规模的高速计算。

轨道交通

建设支撑大湾区城市群发展

轨道交通是交通体系的排头兵，对城市发展具有先导性、基础性、保障性的作用。

2021年印发的《国家综合立体交通网规划纲要》是我国未来综合交通发展的总规划，体现了“统、合、联”的新理念和新思路，其关键核心是推动区域性（城市群）综合交通体系的建设和管理。而广州，应该是多种交通模式融合的典型示范城市。

目前，我国都市群轨道交通发展的现状是：特大、大城市以地铁为主的大运能交通骨干线网基本形成，但多制式、多模式、一体化的轨道交通发展不均衡，地铁占据主导地位。根据中国城市轨道交通2022年度统计报告，截至 2022 年底，中国大陆地区（以下文中涉及全国数据均指中国大陆地区，不含港澳台）共有55个城市开通城市轨道交通（以下简称城轨交通）运营线路308条，运营线路总长度10287.45公里。其中，地铁运营线路8008.17公里，占比77.84%；其他制式城交通运营线路2279.28公里，占比22.16%。当年新增运营线路长度1080.63公里。

对于一个城市来说，交通网络化是一个整体，从高速城际、市域市郊，到城市轨道交通，应是一个完整网络体系，满足百姓的出行要求。所以根据城市的需求、城市的发展，特别是城市人口的布局、经济的发展，按照运力形成协同发展，提升综合运输效能，是城市交通规划的前提。

轨道-隧道-土体-建筑物三维模型

在城镇化快速发展的过程中，将城市轨道交通、高铁、普铁、城际、航空与其他陆路交通互联互认，可极大方便乘客，激活融合发展的新生态，通过大湾区轨道交通网形成“站、产、城”融合。

近5年，粤港澳大湾区城市轨道交通新增1000公里的里程。如今的大湾区轨道交通仍处于快速发展中，仅广佛深莞四个城市，在建和拟建的地铁里程就已接近1000公里。

工作站一直致力于研究：基于数字孪生、全面感知、大数据人工智能深度学习等地铁智能运维平台及安全管理体系，正在实现城市轨道交通运维从静态向动态，从人工向智能，特别是面向乘客的智慧系统要让乘车人更加便捷，但要按需设置，不要为了智能而智能。同时，基于大数据的轨道交通“全域多规合一”新型模式规划，将轨道交通建设与城市空间、土地资源、居民需求、生态环境整体协同。

目前，广州地铁设计研究院股份有限公司已牵头完成“十三五”国家重点研发计划“先进轨道交通”专项项下课题，成功获批“十四五”国家重点研发计划“重大自然灾害防控与公共安全”重点专项项目，在“岩溶地区轨道交通建设”“隧道近距穿越轨道交通”“轨道交通上盖建筑减振降噪”“轨道交通绿色建造技术”等领域，实现了多项关键技术的突破且成效显著。

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