新基建體系支撐下的城市軌道交通運維模式芻議

顧正宜

(中鐵上海設計院集團有限公司， 上海， 200070∥高級工程師)

當前，人工智能、大數據、物聯網、云計算、5G通信等先進信息技術已成為國家新型基礎設施建設(以下簡稱“新基建”)的熱點研究方向。城市軌道交通結合新基建的技術特點，融合自身運營維護需求，開展模式創新，這是目前全國各地城市軌道交通運維創新的重要路線。基于全國各地的實踐案例和發展思路，本文就當前新基建體系支撐下城市軌道交通運維模式總體創新趨勢及體會做一些分析及分享。

1 政策、態勢及企業現狀

2017年，習近平總書記在中國共產黨第十九次全國代表大會的報告中提出：貫徹新發展理念，深化供給側結構性改革，推動大數據、人工智能和實體經濟的深度融合，尤其要加強鐵路等基礎設施網絡建設。2020年，國家發展和改革委員會再次解讀新基建時提出：以5G通信、物聯網、工業互聯網等為代表的通信網絡基礎設施，以人工智能、云計算等為代表的新技術基礎設施，以數據中心等為代表的算力基礎設施，要支撐傳統基礎設施轉型升級。2020年，中國城市軌道交通協會頒布的《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》中提出了“交通強國，城軌擔當”的發展理念。顯然，基于新興信息技術賦能傳統交通基礎設施，尤其是在城市軌道交通領域進行應用落地，實現高質量發展，是行業、地區乃至國家數字化轉型的總體趨勢。

但與此同時，也應看到城市軌道交通企業的運營現狀特點：一是企業營收相對單一。2019年全國平均運營收支比為72.7%，同時非票務收入比重偏低。二是部分地區的線路實際開通后，客流與預期有較大偏差，導致運營成本壓力較大，政府各項補貼成為企業運營收入的重要來源。三是成本構成中與人工相關的成本支出占比較大，約占50%左右；電力能源消耗成本占比也要在10%以上。四是隨著線網規模化、運營長期化后，設備系統的大修更新改造費用將逐漸成為企業(特別是開通運營10～20年的城市軌道交通企業)開支中不可忽視的重要部分。五是企業債務負擔隨著線網擴張而不斷增加，特別是當實際客流與預期不符時尤甚。

綜上所述，城市軌道交通企業在承擔社會公共運輸服務職責時，如何保證企業自身的良性可持續發展是其關鍵。因此，切實改善支出成本比例，優化企業組織架構，降低能源消耗，改良設備、裝備，以及創新的運營維護體系等，是其重要方面。對于新基建作為技術手段如何賦能城市軌道交通產業實現降本增效，結合國家部委、行業協會的宏觀理念進行信息化創新，是近幾年各地城市軌道交通企業研究的熱點及焦點。

2 新型運維體系建設原則

1) 確保優先滿足公交通勤服務質量前提下，著力優化運維成本。2019年，國務院頒布的《交通強國建設綱要》提出“全國123出行交通圈”概念，要求確保都市區1 h，都市圈2 h通勤保證。這是城市軌道交通合理存在的首要前提。探索靈活、柔性的行車組織方式，有助于在保障乘客通勤體驗時，優化整體運營成本，逼近最優運行效率。相對2 h及以上中長途運輸場景對交通工具乘坐舒適性的要求，短途運輸乘客對車次頻率、準點率更為敏感，因此提供標準化、無差別群體運輸服務是可以接受的。

2) 凝煉聚焦與運輸服務強相關的功能需求，有助于提升運輸效率的功能，因此是值得強化和研究創新的。具體來說，主要分為外部需求和內部需求兩類。外部需求聚焦與乘客出行關聯度較高的業務，如購票、安檢、過閘、換乘等體驗及效率優化，著力提升運輸效率，強化公共運輸的社會效益及效率的核心價值，可以進一步吸引客流來正向反饋以提升企業營收。內部需求著力于：優化企業管理，減少組織內耗；提升服務品質，優化修程修制；賦能狀態預測維修模式，提高應急搶修反應速度等措施。

3 新基建支撐體系下城市軌道交通運維模式若干問題探討

3.1 基于核心業務導向的系統創新路線

應當持續探索強化城市軌道交通的通勤運輸優勢，最大化其社會公共屬性收益，包括：① 提供面向乘客的承運便利性。結合區塊鏈技術、5G通信、人工智能生物識別、智能識別算法，賦能傳統業務提升效率，提供跨地區票務清分結算、線上線下快速購票、安檢互信和快速進站模式，提升用戶服務品質。② 優化換乘方式。通過手機終端感知、客流圖像采集、票務過閘信息等方式，對車站實時客流進行采集，當累積一定周期的大數據后，利用算法模型即可優化車站客流組織流線，以及大客流預警功能，提升車站及車輛運轉組織效率。

3.2 基于成本導向的系統創新路線

城市軌道交通企業具有部分事業單位屬性，但本質上還是企業，需要確保組織可持續發展。雖然當前普遍采用政府補貼等方式對城市軌道交通企業進行輸血，但這也取決于當地政府的財政實力。2018年，國務院發布的《關于進一步加強城市軌道交通規劃建設管理的意見》中再次強調了城市軌道交通建設的科學性，也從一個側面反映出政府對公共項目債務風險的控制。那么對于新建和改建城市軌道交通項目，利用新基建技術賦能，降低人工投入、節能減排、預測維護，最終實現整體運維成本的有效控制，是實現城市軌道交通企業可持續發展的重要切入點。

3.3 創新場景探索

1) 基于信用快速安檢創新。當前，城市軌道交通運輸中一個較為普遍的矛盾是客流高效進站乘車與繁瑣安檢程序之間的矛盾。在國家建立完善社會信用體系的總體背景和指導思想下，探索以城市多維度大數據分析為支撐的乘客綜合評價體系；同時，配以快速分流、可信免檢進站模式，以信用評估為支撐，以實名購票驗證為措施，探索快速進站的新管理模式，在有效提升客流速度的同時保障運營安全，同時兼顧降低運營成本。這是利用信息化大數據優勢的一個重要場景。

2) 應急搶險駐點評估創新。當城市軌道交通出現故障、事故或災害時，局部阻塞造成的蝴蝶效應將會波及社會正常秩序，因此，快速反應、排障恢復是城市軌道交通企業的重要責任。特別是在網絡化運營趨勢下，當城市軌道交通企業維護保障資源有限時，駐點的選取、倉庫配件數量及種類、人員配比將變得尤為重要。因此需要基于災害事故的重要性、發生概率、人員車輛實際到場的時間、不同類型故障恢復時間等多維數據的采集、分析，以科學的算法模型進行分析并提供咨詢意見，將駐勤保障點優化至最佳地理位置，為城市軌道交通排障快速恢復提供有效支撐，將社會通行秩序影響降至最低。

3) 車站運營管理創新。通過基于BIM(建筑信息模型)建模的數字孿生技術，以及車站風、水、電、電扶梯等各類設備的智能化、信息化數據采集和控制，實現基于大客流、啟用/關閉車站、災害處置疏散等場景的動態可調節精細化控制，實現現場機電系統一體化協同動作，實現時滯性系統(如通風空調系統)的低時延輸出；在顯著改善車站環境的同時，簡化工作人員的操作復雜度，降低從業人員專業門檻；同時，以人工智能、雙驅算法來輔助決策及精細動作，提高整體運營水平，甚至在將來實現無人化、少人化車站管理。

4) 機電設備維護創新。機電設備運維很大程度上依賴于修程修制的規定和維護人員的長期經驗及主觀評估。當然，這些方法經過驗證顯示基本可行。但是，隨著城市軌道交通規模化發展，維護人員的需求缺口極速擴大，人員素質和經驗難以穩定保障；同時新設備、新型號的迭代更新僅依賴經驗和既有章程已很難適應當前城市軌道交通企業對系統設備的持續高質量運行要求。為此，當前基于設備特征數據采集、分析的運維創新模式應運而生，例如基于圖像識別的自動化巡檢設備、基于傳感器采集的“物理+數據”雙驅模型預測維護等的應用，都能很大程度提高和改善運維水平。但當前創新試點還是以數據積累、算法優化為主，還需要較長時間的數據積累對算法及結果進行驗證。

5) 車輛裝備運維創新。城市軌道交通電客列車作為城市軌道交通的核心資產，是整體運輸服務的主力，也是能源消耗、運維保障成本的主要組成部分。目前，基于物聯網信息采集、大數據云、人工智能算法支撐的車輛修程修制創新在幾大車輛制造企業的推動下，預測修、狀態修的模式不斷得到驗證改良。有數據表明，中國國家鐵路集團有限公式在2020年對動車組、機車車輛實施的修程修制實施的改革，使全年動車組高級修方面支出減少120億元，在機車車輛大修方面支出減少160億元，在貨車維修方面支出減少18億元左右，能夠為整體運維成本優化做出較大貢獻。

3.4 新基建云架構體系建設實踐及未來走向

3.4.1 當前實踐現狀

在中國城市軌道交通協會的倡導下，基于云計算、大數據等先進信息技術的“城軌云”架構體系在全國各地開展了部分試點創新，不斷探索以業務融合為方向的云架構體系，同時各類專業云方案也在不斷試點和驗證中。云架構方案的概念和理念也在各方共同推動下不斷得到修正和優化。

但是，也應看到，當前方案的著力點是以服務器虛擬化為側重點，提供以IaaS(基礎設施即服務的云架構服務模式)層應用軟件運行環境為交付條件的綜合生產業務云技術架構。業務與業務之間的接口并沒有完全突破原業務系統架構體系。筆者認為“虛擬煙囪化”可能依然存在。而為了實現虛擬資源池化所搭建的數據中心機房、大帶寬傳輸系統、服務存儲陣列設備及異地容災措施的投入所換來的價值并未完全釋放。另一方面，云架構化伴隨帶來的“隱形中間層”，為管理分工、權責劃分、運維界面等非技術層面的管理問題，提出了需要進一步完善解決的方向。

3.4.2 未來走向

當前云架構主流方案在信息化基礎設施，如數據中心機房、服務器集群、傳輸網絡、虛擬化等方面，已經形成了行業基本共識和成套體系方案，但是對新基建所涉及的價值創造方面，尚具有進一步提升和挖掘的潛力。主要體現在：

1) 大數據云平臺的最終運用目標：新基建倡導的新興信息技術，助力的是宏觀的、整體的應用，至少是城市級的數據應用，而局部、微觀、短期的數據應用創新并非其優勢。數字化改革的目的是通過海量數據提供宏觀信息及決策，提升服務品質，優化企業運營效率，以及網絡化、規模化態勢下的成本控制。目前基于“城軌云”的應用實踐案例由于實踐時間尚短，在切實提質增效上還在持續探索和驗證。

2) 數據中臺/平臺化：當前各種數據創新應用場景實踐的開展，尚未形成一個有機整體，工務、通號、供電、車輛等業務板塊自成體系的態勢還較為顯著(這也和企業組織架構有關)。通過對生產系統、辦公管理系統采集的數據進行清洗、篩選和結構化，形成業務體系、數據體系對接的平臺/中臺化PaaS(平臺即服務的云架構服務模式)體系，通過大數據挖掘及人工智能訓練來為上層運營、維護、管理等業務開發提供宏觀決策支撐，或將成為未來數字運維價值化的一個方向。

相對互聯網業務創新開發的敏捷性，城市軌道交通業務的穩定性特點更吻合中臺/平臺化架構體系。但是中臺/平臺化的開發部署需要更多基于當地企業運營管理的精細化進行開發。這往往是核心難點所在。

當前對云架構下大數據的價值運用開發尚未完全體現。這一方面是云平臺技術企業對城市軌道交通運營維護業務這一細分專業領域認知較為有限，另一方面是城市軌道交通企業對基于云平臺的業務管理優勢還在逐步認知和探索的過程中。因此，基于諸方建立共識認知后的整體大數據云價值體系的閉環構建才是關鍵。

3.5 規劃、設計及咨詢的定位

設計、咨詢從業人員是數字化、智能化運維應用價值目標認知以及新基建信息技術理解的雙重交匯點，是城市軌道交通數字化轉型中的重要環節。設計、咨詢從業人員的服務價值，就是成為城市軌道交通企業和信息化供應商之間的橋梁，既了解一定的業務流程，也同時兼顧一定的技術能力。他們應以復合型、綜合型人才服務進行服務輸出，方能提出最合理的方案。

城市軌道交通運維方案，是結合當地企業特點的長期定制化服務，其設計、咨詢人員應具備歸納需求、提煉標準、整合業務、建立場景的綜合梳理策劃能力，為企業提供頂層、長期、宏觀數字化運營解決方案，起到承上啟下、內外融通的作用。當前具備這樣能力的信息化咨詢、設計人才還比較稀缺，尚需要挖掘和培養。

4 結語

在當前國家、社會、城市的數字化轉型整體趨勢下，如何運用新基建信息技術，切實提高城市軌道交通運行及維護體系的效率，是重要課題。當下的很多創新實踐在節能、預測維修、高效運行等業務場景方面做了很多有益的嘗試，取得了一定的進展。但筆者認為：技術架構已不是當前首要關鍵因素，更重要的是跨專業、體系化、宏觀級的策劃和管理思路和理念。這是新基建體系支撐下城市軌道交通企業精細化管理和可持續發展的關鍵。