智慧城軌前沿技術研究

張舵

（天津城市軌道咨詢有限公司 天津市 300450）

1 引言

建設智慧城軌是落實習近平總書記重要指示，相應國家號召的需要，國家各級政府在大力引導軌道交通建設和發展。上海地鐵提出了上海智慧地鐵“1135X”架構，從頂層規劃上明確了智慧建設、智慧運維、智慧服務三大業務板塊。北京地鐵展開“一個智慧軌道交通中心”、“一批示范工程”、“一套標準體系”發展行動。廣州地鐵集團將構建軌道交通的產業生態聯盟，打造縱向延展、橫向協作的軌道交通數字化產業集群，形成全智慧型軌道交通產業生態鏈。天津軌道集團也全面開展智慧城軌頂層設計規劃和示范項目建設，探索天津智慧城軌建設模式和發展方向。

在制定軌道交通發展規劃時，各國都在提升乘客服務質量、增強軌道交通行業競爭力、實現綠色生態交通等方面提出了需求。在實現軌道交通智慧化方面，國外在多網融合及全自動運行技術上實現較早、較為成熟，在其他智慧軌道發展進程上相對緩慢，如圖1所示。

圖1

2 智慧城軌建設發展思路

2.1 充分發揮企業在項目建設、推進中的主導作用

軌道建設運營企業是智慧軌道發展的原動力和推動者，車輛、各設備系統、信息化供應商是智慧軌道中的技術研發者，勘察設計企業是需求與技術的橋梁。企業統籌協調、共同努力，才能有效推進智慧城軌的建設和發展。

2.2 以效率（Benefit）、效益（Efficiency）、安全（Safety）、服務（Service）為方向

從城市軌道交通的總體業務需求出發，深入分析業務需求，將軌道交通建設和運營中遇到的痛點反饋、分析、梳理，將技術創新與業務提升相結合，以智能化服務于業務痛點和難點，面向實戰落實應用，建設安全可靠、運維高效、經濟適用、綠色發展的智慧城軌體系。

2.3 形成近遠結合、先進適用、持續發展的長效機制

智慧城軌的建設不是一蹴而就，隨著軌道交通網絡化運營和技術發展，需要持續的技術、資金、人員投入。各個企業應堅持立足當前和謀劃長遠相結合，圍繞主導業務，梳理基礎設施和資源，落實智慧城軌建設的關鍵領域，結合國內外技術發展趨勢，既要重視技術的前瞻性、提升長遠競爭力，又要項目落地，落實應用示范和應用推廣研究，促進智慧城軌的可持續發展。

3 頂層設計

3.1 業務架構

頂層設計要融合總體籌劃、分工協作和逐步推進。結合頂層設計，確定目標和方向；根據板塊分工，確立實施計劃；根據各板塊工作分工，執行實施計劃，逐步推動落實各項業務。

3.2 功能架構

功能架構要結合地鐵的線網、線路和車站進行系統性功能設計。線網級實現企業管理、建設管理、生活服務、線網的運營組織管理；線路級實現線路工程建設的安全、投資、進度管理等，線路的運營、

運維、客運、物資、人員管理等；車站級實現各標段、各工點的建設管理，車站級的站務、設備、服務等。功能架構圖如圖2所示。

圖2：功能架構圖

4 智慧化關鍵技術探索

4.1 智慧車站

智慧車站的建設實施，應遵循“安全可靠、需求導向、經濟合理”的指導原則開展。智慧車站的建設實施，應根據各線路的技術基礎、各車站的功能布局、客流特征等，采用差異化的實施方案。

結合全國地鐵行業對于智慧車站建設的經驗，智慧車站建設可分為標準建設項目（必選項）與特色建設項目（可選項）。其中，標準建設項目為基礎通用功能建設，如智能客服、無感支付、全息感知、智能導向、一鍵開/關站、智能站務管理等；特色建設項目作為智慧車站試點建設的側重項目與特色項目，如智慧安防、客流監測與預警、能源管理、電扶梯智能監控與乘客異常行為分析等項目；根據功能需求和技術條件，實現智慧車站各應用場景。

4.2 城軌云與大數據平臺

根據各地軌道交通線網的實際建設情況，按照物聯網與互聯網相結合，安全生產、內部管理、外部服務三個網域分區協同治理的原則，分期分步建設。

4.2.1 既有線

對于已經建成開通運營、已完成信息化建設的線路，應注重總結經驗和教訓，為后期信息化與智慧化建設留下組織過程資產，以便更好地開展后期建設工作。結合新系統的建設和系統更新改造，進一步優化既有系統的升級。

4.2.2 線網管理云

針對線網的運營和管理，建立統一的線網管理云及大數據平臺。重點涵蓋安全生產、運營管理、企業管控、資源管理等，實現智慧管理及智慧運營業務功能，建立調度指揮、運維管理、乘客服務、線網數據、資源管理、企業管理等智慧城軌應用體系，建立軌道交通各專業、各部門之間高效信息共享、協同平臺。

采用統一云管模式集成專業運維管理中心，各管理系統、專業運維管理系統等不再單獨設立云管平臺，只按照系統業務量適當補充線網管理云使用資源，力求達到充分利用資源、統一規劃建設的目標，充分體現線網云管理平臺的管理能力。

4.2.3 線路工控云

建議采用單線或多線建設工控云模式，各設備廠商按照云架構研發其工控管理系統，將車輛、通信、信號、綜合監控、AFC 等線路專業系統統一納管至線路云管平臺。通過線網數據共享平臺，將其狀態、告警、綜合預警模型等數據傳至線網管理云平臺進行線網數據分析，支持運營決策。

4.2.4 行業產業云

發展橫向產業集群、聯通縱向產業鏈，通過整合“云”戰略，探索形成公共資源共享、產業循環完整、互相補充、部分替代的智慧城軌產業云體系建設新模式。

4.3 智慧建設

4.3.1 安全風險監控

通過數字化技術手段，對建設全過程進行監測和管控，并與施工過程相融合，提高在應對應急情況下的智慧能力，進行直觀、動態、綜合、統一的建設管理監控信息可視化展示，為監測預警、應急智慧提供“客觀、實時”的現場情況，為現場營造安全環境，為管理人員快速提供科學的決策依據。

4.3.2 綜合信息化管理

綜合信息化管理與先進信息技術結合，將工程項目中的各主要業務與BIM 模塊進行關聯，以項目計劃進度、安全質量控制、流程及關鍵控制點為重點，實現對項目的全過程管理，同時引入AI人工智能技術，結合海量項目建設數據及周邊環境信息，提前感知項目風險點和制約因素，為決策提供有效參考依據，徹底消除信息孤島，提高項目效率和效益。

4.3.3 基于BIM 技術的全壽命周期建設

以三維地理信息系統平臺為基礎，以BIM 模型為核心，以城市軌道交通工程設計、建設、運營全生命周期管理為目標，建立開放創新的城市軌道交通工程信息化管理應用平臺，服務于工程全生命周期。結合工程勘察設計、建設管理不同階段管理需求，開發相應業務功能，滿足不同階段的管理需要，同時以工程BIM 模型為載體，實現設計階段（管線遷改、交通導改、車站場地現場仿真、車站方案比選、工程量計算核算各專業施工圖設計、管線綜合、裝修設計、設備協調布置及監控攝像機盲區處理）、施工階段（管綜、孔洞、支吊架深化設計，施工模擬，利用BIM 開展安全管理、質量管理、進度管理、投資管控、資產管理等）、竣工交付和BIM運營移交，實現勘察‐設計‐建設‐運維全周期BIM 智慧建設。

4.4 智慧運維關鍵技術

4.4.1 車輛運維

車輛作為軌道交通運行的核心構件，其技術和信息集中度高，隨車輛智慧化技術的進步，其信息感知和判斷分析具備應用條件，但故障分析判斷的專家系統還需進一步完善，通過數據積累和技術發展，逐步實現從預防修到狀態修的轉變。建議按照新建線路全面實施、既有線路分步改造的原則進行建設。

4.4.2 供電運維

供電智慧運維技術主要包括：接觸網安全檢測監測系統、接觸網可視化接地系統、無人值守變電所和變電所環境監測系統等。主要供電運維實現：

（1）接觸網安全檢測監測系統（6C）系統；

（2）變電所無人值守；

（3）變電所環境監測系統。

4.4.3 通號運維

通信、信號等弱電系統信息采集技術較為成熟，故障信息的分析判斷具備應用條件，其智能運維和管控具備應用條件。平臺建設按照多點試點、示范線建設、全面建設三個階段：第一階段多點探索建立設備監測標準，明確信息采集內容；第二階段示范線建設，選取合適項目開展通號智慧運維管理系統建設和智能化運維設備試驗；第三階段為全面建設，逐步實現線網智慧運維系統建設。

4.4.4 工務運維

工務智慧運維平臺共包含三個層次建設，即智能感知層、數據中心層、智能應用層，綜合考慮高速攝像、車載巡檢、銑刨車等技術和設備應用。

5 結論

當前，新一輪科技革命和產業變革正在深刻影響經濟社會大局。數字化、網絡化、智能化越來越重要。利用最新科技成果推進城市軌道交通信息化，發展智能化系統，建設智慧城市軌道交通，大力開創自主創新發展的新局面，是我國城市軌道交通行業面臨的主要任務。

在此背景下，本文對智慧城軌進行了總體規劃，構建了頂層設計和功能架構，并對智能建筑的關鍵技術進行了系統研究。本文的研究有助于了解城市軌道交通智能化建設的方向，為實現軌道交通信息化和智能化改造提供了新的研究思路，也為新理論，新技術的融合提供了探究依據。