雙碳背景下城市軌道交通基礎設施運維管理平臺建設

徐 棟，趙正陽，王文斌，張梓鴻，陳萬里

（1.北京市軌道交通運營管理有限公司，北京 100068；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

1 背景

2021年10 月，中共中央、國務院相繼出臺《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》[1]與《2030年前碳達峰行動方案》2個重要文件，共同構建了中國碳達峰、碳中和政策體系的頂層設計，為我國實現“碳達峰、碳中和”目標制定了時間表和實施架構[2]。

2017年，國務院發布《“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》[3]，提出“促進交通運輸綠色發展”的重要目標，為促進交通行業綠色低碳發展提供了戰略部署。2021年，中共中央、國務院發布《國家綜合立體交通網規劃綱要》[4]，明確了將綠色交通作為主要發展目標和重要建設內容；2021年，國務院發布的《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》[1]中，明確要“積極引導低碳出行，加快城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）等大容量公共交通基礎設施建設”，指出綠色低碳是交通領域未來的重要發展方向。從我國關于交通運輸行業未來發展方向的頂層設計（政策文件）可知，實現交通運輸行業的綠色低碳化不僅應成為企業自身發展的內在要求，也是實現我國雙碳目標的重要途徑。

近年來，我國城軌行業發展十分迅速。據中國城市軌道交通協會統計[5]，截至2021年12月31日，全國城軌運營里程已高達9 192.62 km，多數城市已經形成線網級規模，而且未來仍具有較大的發展空間。城軌的快速發展在一定程度上緩解了城市交通擁堵問題，同時也成為城市交通領域實現節能減排的重要途徑，但是城軌的能源消耗問題也成為制約其綠色低碳發展的重要因素[6]。在城軌全生命周期中，運營階段是持續時間最長、能源消耗最大且產生碳排放最多的階段[7]。通過文獻調研發現，當前對于城軌運營階段節能降耗的研究主要集中在列車牽引能耗[8-13]和車站（含車輛段）運行能耗2 個方面，而對于伴隨整個運營周期的基礎設施運維環節的能耗問題尚無相關研究。

本文從城軌基礎設施運維管理角度出發，精準定位基礎設施運維過程中易出現資源或能源過耗的環節，有效挖掘其節能減排潛力，開發城軌基礎設施運維管理平臺；同時，以運維管理平臺為依托，從運維數據資產管理、基礎設施狀態精準評價與智能維修決策分析、運維作業流程與運維資源調度3個方面對節能減排的實現過程進行了系統探討，可為城軌行業助力國家雙碳工作提供參考和借鑒。

2 平臺建設思路

2.1 基礎設施運維資源過耗問題

基礎設施運維中，主要在3個環節存在資源過耗問題：數據資料應用與共享過程中產生的大量紙質資源消耗；檢測分析過程中因過檢、過修產生的人力物力過耗；運維資源調度中因資源配置不合理等問題產生的大量資源過耗。

（1）在數據資料應用過程中，由于當前大部分運營管理單位仍以紙質臺賬的方式進行主要數據資產的儲存與使用，從而導致大量的紙質資源被耗費，這與國家倡導的城軌綠色低碳發展要求不符。因此，亟需依托快速發展的信息技術，通過數字化的方式實現無紙化管理，有效降低能源消耗。

（2）在檢測數據分析與檢修決策方面，現有維修形式大多為“計劃修”與“故障修”，前者為了保證運營安全存在大量過檢過修問題，造成資源浪費；后者由于故障的劣化程度較高，在維修作業時會消耗更多的人力物力。因此，需要推進智能化狀態評價與維修決策，提供最佳的檢測維修建議，實現“預防修”，減少人力物力資源浪費。

（3）在運維資源調度方面存在人員分配不均、檢修物資使用粗放式管理、資源分配沖突等問題，因此亟需開展智能化工單管理，實現人員物資的自動調度，提升資源利用率與維修效率，從而降低人、財、物匹配不合理帶來的附加能耗，節省各項資源。

針對上述城軌基礎設施運維3個環節中的資源過耗問題，本文從節能降耗的角度建立了基礎設施運維管理平臺，通過信息化手段深入挖掘節能減排潛力，有效提升資源利用率，大幅減少資源消耗，從而響應國家雙碳政策。

2.2 以節能減排為目標的基礎設施運維平臺建設

基礎設施運維管理平臺以“一平臺、三中心”為核心，分別構建了基礎數據管理中心、檢測分析管理中心與運維綜合管理中心，如圖1所示。平臺有效實現了基礎設施綜合管理，從而解決基礎設施運維3個環節中的資源過耗問題。該平臺通過對基礎數據進行統一管理，利用數據感知手段對不同來源數據進行匯集，通過技術支撐實現數據的綜合應用，為基礎設施運維環節的節能減排工作提供有效支持。

圖1 基礎設施運維管理平臺首頁

（1）基礎數據管理中心主要解決傳統紙質資料打印中的紙張浪費問題，實現數據資產電子化傳閱、共享和使用。通過基礎數據管理中心構建基礎設施運維數據管理方法、數據治理標準、數據編碼規范，形成數據資產目錄，可實現基礎設施數據規范化、數字化管理，徹底摒棄傳統的紙質文件，實現全部數據臺賬、數據資產的在線查看，在減少資源消耗、推進低碳節能的同時為數據分析奠定數據基礎。

（2）檢測分析管理中心主要解決因傳統分析方法不準確、不全面、不綜合而導致的過檢過修、檢修資源浪費問題。檢測分析管理中心基于基礎數據臺賬及運維業務數據，可實現多類型檢測數據的關聯和對比分析，提升對城軌基礎設施檢測、監測和巡檢數據的分析水平與評價能力，從而減少因人工分析誤差而產生的人力、物力資源的附加消耗；可形成基礎設施狀態評估與告警預警方法，推動“計劃修”“故障修”向“預防修”轉變，加強檢修工作的科學化、合理化，減少緊急維修次數，大幅減少因過度檢修而產生的資源浪費；通過地理信息系統（GIS）+建筑信息模型（BIM）可視化技術，將各專業設備設施及病害信息展示在地圖上，輔助運維人員快速定位檢修位置，縮短檢修時間，提升檢修效率，進而有效降低因故障定位和故障確認問題而產生的檢修超時與資源過耗。

（3）運維綜合管理中心主要解決運維資源調度中人員組織和檢修資源調度不合理的問題。通過綜合運維管理中心，可實現運維管理工作全流程信息化閉環，通過建立線上作業計劃、人員工時、工單、問題庫和資源等管理功能，省去冗雜的線下審批環節；通過對日常工務運維業務流程化管理，可實現人員物資的科學合理規劃，減少物資消耗，精簡管理環節，提升管理效率；通過人員物資自動分配，保證人員與物資的合理、高效配置，避免因資源調度不及時、分配不當等原因造成不必要的人力物力損耗。

3 基礎設施運維管理平臺應用效果

3.1 運維數據資產管理

平臺主要通過基礎數據管理中心對運維數據資產進行有效管理。目前，該平臺已針對某地鐵運營線路進行了落地應用，對線路、土建、供電和通號等專業的基礎設施臺賬、檢測數據結果、人員臺賬、物資臺賬和技術資料等數據進行了錄入、匯總、分類與管理工作，數據臺賬管理界面如圖2所示。通過開展運維數據資產管理，主要可在以下方面實現節能減排。

圖2 數據臺賬管理

（1）將紙質臺賬轉變為電子臺賬并集中于基礎設施運維平臺，使現場運維人員可在線查看、編輯電子化臺賬，在減少紙質臺賬率、推進綠色辦公、降低數據管理成本的同時，高效開展臺賬管理，提升臺賬檢索與管理效率。

（2）降低數據獲取、數據存儲和數據調用等環節的工作難度與工作量，節省人力資源消耗。

（3）通過采用便于維護的電子臺賬，可節約大量實際辦公空間，降低因紙質臺賬儲存與管理需要而帶來的環境管理成本，提升空間利用效率。

3.2 基礎設施狀態精準評價與智能維修決策分析

平臺主要通過檢測分析管理中心開展基礎設施狀態精準評價與智能維修決策分析工作。結合實際檢測技術應用情況與數據基礎，開展軌道、橋梁和隧道等基礎設施檢測數據的自動化與多維度分析；基于檢測數據開展狀態評估、問題診斷以及健康狀態預測等技術研究，實現數據中臺對具體檢修業務的有效支撐；通過可視化技術，用戶可直觀了解各線路的簡要檢測情況、瀏覽整體線路的檢測問題、查看對應線路的問題情況，快速定位目標線路問題位置點并查看對應位置點的軌道質量具體信息及各項檢測情況。通過基礎設施狀態精準評價與智能維修決策分析，主要可在以下方面實現節能減排。

（1）利用多期檢測結果疊加分析，實現如圖3所示的線路狀態趨勢變化分析，根據數據變化趨勢提前發現異常變化，對問題進行預警，指導針對性檢測與預防性維修。

圖3 線路狀態趨勢變化分析圖

（2）通過對檢測數據標準化管理與線路狀態扣分分類分級管理，實現如圖4所示的全線路單元化、網格化的基礎設施狀態綜合評價打分。根據各評價單元得分情況科學制定下一階段檢查計劃，減少高分區段不必要的檢查，節約檢查作業資源。根據問題種類與問題嚴重程度，結合基礎設施臺賬、履歷，形成合理的設備維保周期，減少過度維修，節約維修資源。

圖4 線路狀態綜合評價

3.3 運維作業流程與運維資源調度

平臺主要通過運維綜合管理中心開展運維作業流程與運維資源調度管理工作。通過開展計劃管理、工單管理、問題庫管理和人員管理等多種管理，實現如圖5、圖6所示的運維管理工作全流程信息化閉環，滿足運維作業各環節中的資源智能化分配，提升資源分配與使用效率。通過運維作業流程與運維資源調度管理，主要可在以下方面實現節能減排。

圖5 運維全流程閉環管理

圖6 檢修工單管理

（1）匯集各類運維作業數據資源并進行歸類，便于運維管理人員快速調取各類數據，提升運維管理效率，降低因人工歸類數據和人工檢索數據帶來的人力資源消耗。

（2）建立完善的線上運維檢修管理流程，實現運維管理工作全流程信息化閉環。省去冗雜的線下審批環節，推動日常工務運維業務流程化，精簡管理環節，提升管理效率；通過建立電子工單，實現無紙化辦公，減少物資消耗。

（3）平臺通過人員資質臺賬管理與物資設備管理功能，實現檢修作業中人員與物資的最優調度，從而保證每位人員均可投入自身最擅長的工作中，提升人員的利用率；同時，利用智能算法結合歷史數據實現檢修作業物資的合理規劃，減少作業中物資的浪費，具體如圖7、圖8所示。

圖7 人員資質臺賬管理

4 結語

本文以國家雙碳戰略為背景，為有效挖掘城軌節能減排潛力，從基礎設施運維管理角度出發，開發了城軌基礎設施運維管理平臺。該平臺從數據電子化資產管理、檢測結果精準分析與智能決策和檢修資源智能化調度等方面在一定程度上實現了基礎設施運維過程中節能降耗的目標，這對于保證城軌綠色低碳發展、助力國家雙碳戰略具有十分重要的意義。