多專業融合的地鐵智慧運維平臺研究

蒲曉斌，侯文軍

（深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳 518038）

1 引言

隨著全國各地地鐵線網運營規模的快速擴張，設備數量迅速增加，設備維護任務越發繁重，地鐵設備運維所面臨的挑戰和矛盾也不斷出現，具體體現在監控信息不全面、聯動功能少、自動巡檢手段缺失、數據定義流向不準確[1]等方面。云計算、大數據和5G通信技術進入技術成熟期，為智慧運維提供了良好的數據存儲、分析及通信條件，智慧運維逐步成為解決上述矛盾、打造智慧交通的必然發展方向。對關鍵設備設施進行全壽命周期的健康監測和故障智能診斷預警及成本分析，也成為業界普遍關注的熱點[2]。國內北京[3]、上海[4]、廣州[5]、寧波[6]、南寧[7]等城市地鐵公司均對智慧運維進行了研究，提出了不同的解決方案。本文從多專業融合、跨專業應用角度出發，依托大數據、云計算等技術，以設備全壽命周期管理、保證設備運行健康安全、提高運維效率、提升資產價值為目的，提出一種多專業融合的智慧地鐵綜合運維系統。

2 智慧運維平臺構建原則及架構

深圳市地鐵集團有限公司（以下簡稱“深圳地鐵”）以機場站、深云站為試點，搭建具備融合“車站智慧服務、智慧車站管理、設備智慧運維、車站智慧巡檢”等功能的智慧車站數字平臺（圖1），整合智慧施工、智慧票務、視頻分析、設備健康度分析等應用，實時提供車站全場景動態信息服務，實現客流監控分析、運營風險預警、人員設備定位監控、事件處置輔助決策等功能。

圖1 智慧車站數字平臺系統界面

智慧運維是智慧車站的核心版塊，深圳地鐵基于運營組織架構及設備系統管控模式，在云平臺及大數據平臺架構下，按照集團級、中心級、就地級3個層級構建深圳地鐵智慧運維平臺，以統一的數據存儲、數據分析、時空定位和無線傳輸網絡技術規劃智慧運維平臺架構，打通各信息孤島，實現各專業數據互聯互通和業務主動關聯[8]。

中心級的智慧運維平臺包含車輛、供電、票務等模塊，圍繞智慧檢測、健康管理、智慧檢修方向進行建設。其中，智慧檢測要求建立全感知體系，實現人員行為、設備狀態趨勢分析及預測；健康管理要求構建專家系統，在設備狀態趨勢分析基礎上，實現設備主動運維管理，具備故障預判、壽命預警功能，主動指導維修；智慧檢修要求實現人機器化向機器人化過渡，通過人員軌跡監控、作業過程指導，實現人工作業標準化。研究圖像異常診斷技術應用，探索用機器輔助指導重復、不穩定的人工作業。

按照上述統一原則，深圳地鐵基于供電系統的多專業融合智慧運維平臺，以全面監測和檢測為基礎，建立變電、接觸網、軌道、橋隧、房建多專業的智慧運維平臺，協同生產管理系統，通過全壽命周期的閉環管理，實現智慧化的分析決策及跨專業全流程的綜合應用。智慧運維平臺架構如圖2所示，其網絡結構如圖3所示。該平臺在設備房、車站、線路、中心系統設置不同級別的運維終端，通過中心數據交互，將分別部署在不同網絡的全流程多專業系統互聯互通，借助成熟的技術架構，為多專業綜合運維管理提供技術支持。

圖2 智慧運維平臺架構

圖3 網絡結構圖

3 多專業融合智慧運維平臺功能

3.1 多專業監控、檢測和智慧分析

智慧運維平臺以變電所監控系統為基本出發點，整合接觸網、軌道、橋隧、房建等多專業的檢測和監測數據，實現全面監控和檢測。

變電所監控主要包含電力監控系統及設備房輔助監控（圖4），通過視頻、紅外、開關動作特性、局放、氣體濃度測量（氧氣、六氟化硫）、感溫測量等裝置進行在線監測，融合電力監控系統采集數據，實現變電所設備及環境的全息感知。采用標準化數據接口和傳輸協議，具備自動巡檢、智慧報表、定值管理等功能。電力監控系統數據顯示和報警可以聯動視頻，增加了巡檢可視化內容，解決了監測盲點，提高了數據采集和報警可靠性。

圖4 設備房全景監控圖

在運維現場，接觸網、軌道、橋隧、房建等相關專業通常已經部署好各自專業的監控、檢測儀器和設備，并掌握了大量的數據，如接觸網拉出值、導高、磨耗、燃弧，軌道軌距、高程、軌向、正矢、三角坑、磨耗，橋隧及房建沉降量、水平移位、裂紋、滲漏水等。通過將各專業采集數據以標準的數據接口進行整合處理并展示，實現信息集中和操作統一。通過運用閾值分析、趨勢分析、融合分析手段進行數據深度分析。結合離線數據分析和實時監測報警，實現設備故障、缺陷的報警提示和管理，為運營主動維護提供數據支持和決策指導。

3.2 全生命周期設備管理

將設備基礎履歷、設計運行限值、質量評價指標等靜態數據，以及監控系統、生產管理系統生成的監測、故障缺陷、試驗記錄、檢修臺賬、維修經歷等動態數據，通過統一的設備模型建立全壽命周期的設備管理數據總倉。在靜態數據基礎上自動匯聚業務過程的全方位動態數據，實現設備信息全維度的查詢統計及運維全過程的歷史數據管理，從而為全流程的生產管理、各種智慧應用和跨專業的綜合應用提供數據支撐，實現設備全壽命周期標準化管理。

3.3 全流程協同生產管理

通常在首條運營線路建成之初，運維部門就已經部署好諸如施工管理系統、安全生產系統、資產管理系統等運維管理和支持系統。這些系統通常由各責任部門主導開發，往往是各自孤立的系統，相互之間的數據無法互聯和共享，導致很多關聯業務需要在不同的系統中進行重復操作、效率降低，同時也無法快速實現生產流程上全過程數據的綜合展示和應用。

通過針對性的接口開發，打通各中心級智慧運維平臺與既有施工管理、安全管理、資產管理等各類系統，實現各系統數據的互聯和共享，整合各部門業務，實現全流程協同生產管理和綜合應用。例如，以數據總倉中設備全壽命周期數據檔案為基礎，結合檢修周期，實現年度檢修計劃的智慧排程，防止漏修、過修。此外，也可結合實時的缺陷報警、故障預測和設備健康指數評估，實現缺陷維修、搶修和預防維修的智慧排程，及時處理故障，提高效率。

3.4 跨專業的智慧分析決策和綜合應用

系統以設備基礎數據、在線監測數據、故障缺陷記錄、檢修試驗記錄、值班日志等全壽命周期數據為基礎，通過將零散的數據關聯分析、專題分析和融合分析，對設備當前健康狀態進行評估，得到設備健康狀態和健康分值，以總維修成本最低和系統整體可靠性最高為優化目標，系統化地制定維修決策，以提高維修價值。

在數據監測分析時，系統采用專業內的越限分析、狀態分析，橫向、縱向綜合分析，實現跨專業的智慧分析決策。例如，結合接觸網故障信號和變電所跳閘信號，判斷故障范圍；通過分析軌道平順度檢測和接觸網導高監測數據，綜合判定弓網關系；結合隧道沉降、變形監測、接觸網、軌道幾何參數，對隧道結構狀態進行推論。

4 存在問題及建議

智慧運維是一項系統工程，從專業上講，涉及供電、車輛[9]、機電、通信[10]、信號[11]、票務[12]等各專業設備系統；從空間上講，涉及車站[13]、區間、車輛基地[14]、控制中心等各類場所；從時間上講，涉及規劃、設計、施工[15]、運營、改造等各個階段。各設備系統、各場所基本都建立了獨立的維護子系統來采集本專業的設備信息，并建立了與設備系統對應的管理組織架構。在構建智慧運維系統時，如果前期不統籌做好頂層架構規劃，部署統一的無線傳輸網絡、統一的定位系統、統一的數據存儲及分析平臺，就沒有辦法實現各個生產系統的完全融合，發揮智慧運維的最大作用。深圳地鐵基于維修中心管轄的設備設施系統，進行了以供電系統為基礎的多專業融合的智慧運維系統構建的嘗試。下一步將以所有設備系統共建統一平臺為目標，采用云計算技術架構進行平臺建設，建立統一生產大數據系統，以期實現更大范圍的數據共享和更全面的智慧應用。

5 結語

智慧運維目前已經是地鐵業界內的熱門話題，關于各個專業系統內的智慧運維應該實現的功能以及實現方法已經有廣泛的討論和應用。筆者認為，智慧運維的理想目標是搭建一個覆蓋各設備系統狀態感知、資產管理、維保業務的多專業融合的系統，將生產與管理相結合，進行多專業的綜合應用和跨專業的智慧分析，實現全流程維修管理，最終助力地鐵運維實現全息感知、融合共享、效益驅動和主動安全的愿景。