寧波軌道交通5號線一期工程智慧城軌的探索與實踐

文：徐金平丨寧波市軌道交通集團有限公司運營總監(jiān)、正高級工程

楊樹松丨寧波市軌道交通集團有限公司副總工程師、高級工程師

面對新形勢、新任務(wù)、新要求，寧波軌道交通以建設(shè)浙江省首條全自動運行線路5號線一期為契機，逐步形成具有寧波軌道交通特色的智慧城軌發(fā)展藍圖，以智慧城軌建設(shè)引領(lǐng)寧波軌道交通高質(zhì)量發(fā)展。

在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起的背景下，隨著新一代信息技術(shù)與城市軌道交通業(yè)務(wù)融合進程不斷加快，融合領(lǐng)域不斷拓展，融合程度不斷加深，智慧城軌應(yīng)運而生。2020年3月，中國城市軌道交通協(xié)會（以下簡稱：中城軌協(xié)會）編制發(fā)布《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》（以下簡稱：《智慧城軌發(fā)展綱要》），推動行業(yè)整體向智慧時代邁進。建設(shè)智慧城軌已成為當前行業(yè)的發(fā)展共識和發(fā)展趨勢。面對新形勢、新任務(wù)、新要求，寧波軌道交通以建設(shè)浙江省首條全自動運行線路5號線一期為契機，逐步形成具有寧波軌道交通特色的智慧城軌發(fā)展藍圖，以智慧城軌建設(shè)引領(lǐng)寧波軌道交通高質(zhì)量發(fā)展。

一、規(guī)劃智慧城軌發(fā)展藍圖，構(gòu)建軌道交通發(fā)展新格局

智慧城軌是交通強國建設(shè)的戰(zhàn)略突破口，也是未來軌道交通行業(yè)的發(fā)展方向。寧波軌道交通秉承“提升城市品質(zhì)，締造幸福出行”的責(zé)任使命，按照“安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟”的發(fā)展目標，以解決軌道交通行業(yè)難點痛點為目的，以實際運營需求為導(dǎo)向，編寫制定了《寧波軌道交通智慧城軌頂層設(shè)計規(guī)劃》，并于2021年4月順利通過中城軌協(xié)會專家的評審。

《寧波軌道交通智慧城軌頂層設(shè)計規(guī)劃》（圖1）作為指導(dǎo)寧波軌道交通5號線一期及后續(xù)線路智慧城軌建設(shè)的綱領(lǐng)性文件，打造了具有寧波特色的“1-3-5-8-N”智慧城軌發(fā)展藍圖，通過搭建1個寧波軌道交通云平臺，創(chuàng)建智慧乘客服務(wù)、智能能源系統(tǒng)、智能列車運行等8大體系，實現(xiàn)N個智慧化應(yīng)用，統(tǒng)籌推進新興信息技術(shù)與軌道交通業(yè)務(wù)的深度融合和應(yīng)用探索。

圖1 寧波軌道交通智慧城軌頂層設(shè)計規(guī)劃

5號線一期工程智慧城軌建設(shè)是寧波軌道交通對智慧城軌發(fā)展藍圖的一次實踐驗證。5號線一期工程是浙江省首條按照GoA4等級開通運營的全自動運行線路，也是由寧波軌道交通自主設(shè)計運營場景、自主聯(lián)調(diào)聯(lián)試、自主組織試運行的首條全國產(chǎn)化線路。在無經(jīng)驗、無指導(dǎo)的情況下，經(jīng)過科學(xué)探索、創(chuàng)新實踐，寧波軌道交通打造以服務(wù)乘客為核心，集智能列車運行、智慧車站、智能能源系統(tǒng)等技術(shù)設(shè)施于一體的浙江省第一條智慧城軌示范線路，全面提升系統(tǒng)的智能化、自動化、自主化水平，在初期運營安全評審中受到行業(yè)專家高度評價。5號線一期工程的開通運營代表著寧波軌道交通全面邁入5線并行的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化運營新時代。自2021年12月28日開通以來，總體運營良好。

二、建設(shè)智能高效的軌道交通，構(gòu)建智能列車運行新模式

寧波軌道交通5號線一期工程以全自動運行最高等級GoA4模式開通運營，搭載的全自動駕駛系統(tǒng)由國內(nèi)廠商自主研發(fā)。在滿足全自動運行通用功能的基礎(chǔ)上，寧波軌道交通創(chuàng)新多項系統(tǒng)功能設(shè)計，大幅度提升列車智能化程度、環(huán)境感知能力、故障自愈能力，實現(xiàn)設(shè)備自主化運行、智能化控制以及高效化精準化的應(yīng)急處置，打造安全、高效、協(xié)同、韌性的軌道交通運行系統(tǒng)。

研究攻克自主駕駛列車運行關(guān)鍵控制技術(shù)，采用目前自動化水平最高的GoA4運行模式，實現(xiàn)自動喚醒、自檢、自動洗車、自動出庫、自動精確停站、自動開關(guān)門、自動發(fā)車、自動回庫、自動休眠、跳躍停車、蠕動、車門/站臺門對位隔離、空開自動復(fù)位、遠程控制等功能，滿足108項全自動運行場景應(yīng)用要求。研究探索了支持全自動運行控制系統(tǒng)的列車障礙物主動探測系統(tǒng)，結(jié)合視頻、毫米波雷達等多傳感技術(shù)，實現(xiàn)列車運行前方各種障礙物的主動檢測，有效防止列車與人、軌旁障礙物、前方車輛碰撞的危險發(fā)生。

研究應(yīng)用基于移動互聯(lián)的大數(shù)據(jù)車輛智能運維技術(shù)，覆蓋列車牽引系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、走行部在線監(jiān)測系統(tǒng)、弓網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)等各大系統(tǒng)。在發(fā)生異常情況時第一時間進行報警，同時采集、分析運行數(shù)據(jù)，為檢修模式升級提供技術(shù)支持。當發(fā)生故障時，列車可自動進行故障診斷與自我修復(fù)，還可進行遠程隔離、遠程復(fù)位、遠程旁路，確保了列車可用性。

全面實現(xiàn)全電子計算機聯(lián)鎖，用電子執(zhí)行單元取代計算機聯(lián)鎖執(zhí)行層的采集/驅(qū)動板和繼電接口電路方案，進一步滿足了未來城市軌道交通聯(lián)鎖設(shè)備集成度高、安裝速度快、維護方便的使用需求。

創(chuàng)新智能調(diào)度技術(shù)，在5號線一期全自動運行系統(tǒng)基礎(chǔ)上，以行車安全為核心，實現(xiàn)包括智能編圖、智能列車批處理、智能小交路、智能回庫條件識別、火災(zāi)智能控制等功能，逐步從傳統(tǒng)計劃運輸向智能運輸轉(zhuǎn)變。同時將信號ATS與綜合監(jiān)控系統(tǒng)深度互聯(lián)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作站界面集成了信號ATS工作站界面，進一步滿足運輸計劃靈活調(diào)整、調(diào)度資源有機聯(lián)動、應(yīng)急處置科學(xué)高效的需要。

三、打造以人為本的軌道交通，構(gòu)建智慧車站服務(wù)新體系

車站作為乘客出行服務(wù)的窗口和載體，是智慧城軌中的一個重要智慧節(jié)點。寧波軌道交通堅持“以人為本”的價值導(dǎo)向，通過深度挖掘車站服務(wù)管理的智能化應(yīng)用，構(gòu)建車站內(nèi)部“人、機、環(huán)”的全方位動態(tài)感知、系統(tǒng)集成聯(lián)控、智能分析、提前預(yù)判、協(xié)同處置及移動化操控的高度自運轉(zhuǎn)模式，逐步實現(xiàn)“提升乘客服務(wù)體驗，解決一線服務(wù)痛點，降低企業(yè)服務(wù)成本，提高乘客服務(wù)效率”的目標。

智慧乘客服務(wù)方面，在5號線一期車站打造智慧客服中心，以乘客出行需求為核心，建立新型服務(wù)模式，為乘客提供智能票務(wù)處理、綜合資訊查詢、失物招領(lǐng)、智能乘客招援等服務(wù)，實現(xiàn)車站服務(wù)的自助化、智能化。手機端迭代升級“寧波地鐵”APP功能，為乘客提供更為全面的信息服務(wù)，且不斷嘗試增加微信、支付寶免密支付等新功能。構(gòu)建基于云架構(gòu)的多線路中央計算機系統(tǒng)（MLC），不斷豐富互聯(lián)網(wǎng)移動支付功能，為乘客出行提供更加多元、更加方便、更加快捷的服務(wù)。

車站智慧運行方面，在車站既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上搭載智慧車站管控系統(tǒng)（圖2、圖3），深度結(jié)合全自動運行，構(gòu)建“乘客服務(wù)”“運管調(diào)度”“智慧運維”“智慧客流”等應(yīng)用，涵蓋車站三維圖形綜合數(shù)據(jù)展示、全自動運行數(shù)據(jù)與分析、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、智能視頻分析、智能環(huán)境控制（高效機房）、機房智能巡檢機器人及變電所智能化運維等內(nèi)容，為車站人員提供更智能、更全面、更聯(lián)動的運營管理，為乘客提供更友好、更實時、更智能的服務(wù)體驗，為運維管理提供更快捷、更全面、更詳細的實時設(shè)備現(xiàn)狀。同時，將智慧車站綜合數(shù)據(jù)展示屏嵌入綜合后備盤（integrated backup panel，IBP盤面）內(nèi)，為運營管理提供更快捷、更全面、更詳細的實時車站運營現(xiàn)狀，提升車站運營管理工作的及時性和針對性。

圖2 寧波軌道交通智慧城軌管控系統(tǒng)-車控室

圖3 寧波軌道交通智慧城軌管控系統(tǒng)-人機界面

四、建設(shè)綠色低碳的軌道交通，構(gòu)建智能能源節(jié)能新示范

為全面貫徹“碳達峰、碳中和”重大戰(zhàn)略決策，進一步落實《智慧城軌發(fā)展綱要》的建設(shè)目標及重點任務(wù)，寧波軌道交通全面總結(jié)前期節(jié)能技術(shù)研究應(yīng)用經(jīng)驗基礎(chǔ)，以3號線二期、4號線、5號線一期工程為依托，以節(jié)能減排、綠色低碳、智能高效為目標，構(gòu)建“供用管”一體的綜合節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新體系，打造“基于云平臺的智能能源系統(tǒng)節(jié)能示范工程”，為行業(yè)實現(xiàn)更高水平的節(jié)能減排，邁向綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展的道路輸出“寧波方案”。目前，該項目已被中城軌協(xié)會正式列為示范工程（圖4）。

圖4 “基于云平臺的智能能源系統(tǒng)節(jié)能示范工程”立項技術(shù)審查會召開

“基于云平臺的智能能源系統(tǒng)節(jié)能示范工程”在城市軌道交通行業(yè)率先提出打造“供用管”一體的智能能源系統(tǒng)綜合節(jié)能技術(shù)體系。在供能側(cè)，全面采用國內(nèi)首創(chuàng)的架空接觸網(wǎng)結(jié)合專用軌回流技術(shù)、雙向變流牽引供電技術(shù)以及地源熱泵、光伏發(fā)電等綠色新能源技術(shù)，從能源輸送、能源轉(zhuǎn)換、能源結(jié)構(gòu)等多個角度挖掘節(jié)能潛力；在用能側(cè)，研究應(yīng)用車輛永磁同步牽引技術(shù)、車站通風(fēng)空調(diào)全局優(yōu)化技術(shù)、直流集中供電智能照明技術(shù)，從車輛牽引系統(tǒng)、車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等多系統(tǒng)提升節(jié)能降耗水平；在管理側(cè)，研究構(gòu)建基于云平臺、大數(shù)據(jù)的能源管理系統(tǒng)，以數(shù)字化管理手段，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的智能化、精細化管理。同時，將形成一套適用于智能能源系統(tǒng)的標準規(guī)范，為城市軌道交通建設(shè)和運營智能能源系統(tǒng)提供示范和依據(jù)。此示范技術(shù)將在第三期6、7、8號線建設(shè)中全面推廣應(yīng)用，預(yù)計運營綜合能耗將下降25%。

五、謀劃可持續(xù)發(fā)展的軌道交通，構(gòu)建城軌治理新格局

智慧城軌建設(shè)不僅僅是技術(shù)變革，同時也是組織和管理模式的變革，更是發(fā)展理念的變革。為了進一步適應(yīng)寧波軌道交通智慧城軌發(fā)展、數(shù)字化改革、多線建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)化運營等新形勢新挑戰(zhàn)，在5號線一期開通運營后，寧波軌道交通主動求變、科學(xué)謀劃，開展組織架構(gòu)和治理模式的調(diào)整，以打造“軌道交通事業(yè)發(fā)展的主抓手、現(xiàn)代城市深度經(jīng)營的主力軍、軌道產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建的主平臺”為戰(zhàn)略目標導(dǎo)向，解決現(xiàn)有組織架構(gòu)和管理模式中不適應(yīng)新時代發(fā)展需求的問題，進一步強化設(shè)計統(tǒng)籌、機電統(tǒng)籌、產(chǎn)業(yè)統(tǒng)籌和信息化統(tǒng)籌，建立與智慧城軌相匹配的管理體系，推進運營治理體系和治理能力的現(xiàn)代化，進一步增強寧波軌道交通發(fā)展動力活力和可持續(xù)發(fā)展能力。

智慧城軌建設(shè)永遠在路上。未來寧波軌道交通將持續(xù)發(fā)揚“堅韌、善為、創(chuàng)新、求精”的軌道交通精神，不斷總結(jié)和創(chuàng)新，將“數(shù)字化”基因真正融入寧波軌道交通業(yè)務(wù)支撐和生產(chǎn)運行，在后續(xù)第三期建設(shè)規(guī)劃線路上續(xù)寫智慧城軌的新篇章。