城市軌道交通智能運維現狀分析及發展建議

方俊，喬素華，譙都督

（1.杭州中港地鐵裝備維護有限公司 技術中心，浙江 杭州 310000；2.杭州中港地鐵裝備維護有限公司 項目部，浙江 杭州 310000；3.杭州中港地鐵裝備維護有限公司 市場部，浙江 杭州 310000）

0 引言

隨著城市軌道交通路網規模快速擴張，城市軌道交通設備數量迅速增加，新技術的發展和應用為提升管理水平創造了可能，城市軌道交通車輛智能運維系統應運而生［1-3］。城市軌道交通是復雜的系統工程，涉及車輛、信號、供電、通信、自動售檢票等多個系統，包括眾多子系統及產品部件，系統的安全、穩定運行需要各專業設施、設備處于良好的服役狀態［1］。新技術賦能城軌產業已成必然趨勢［4］。

1 浙江省城市軌道交通智能運維發展現狀

1.1 維護模式

隨著城市軌道交通建設快速發展，運營規模逐漸形成網絡化發展趨勢，不同運營單位根據其運營里程、人力成本、維護成本、技術優勢等多方面綜合因素采取不同的維護模式。大致分為2種維護模式：自主維護和委外維護。

1.1.1 杭州

杭州作為浙江省省會城市，也是浙江省內唯一一個具有建成超大型規模線網運營潛力的城市，根據中華人民共和國國家發展和改革委員會于2018年批準的杭州地鐵三期建設規劃調整方案及現有載客運營線路里程，杭州市地鐵集團有限責任公司（簡稱杭州地鐵）將在2022年9月亞運會前建成12條線路，共計516 km較完整的軌道交通線網。同時，2021年12月杭州市人民政府辦公廳印發的《杭州市綜合交通發展“十四五”規劃》明確提出：2022年將全面啟動杭州城市軌道交通四期建設規劃。在2022年7月杭州地鐵發布的《杭州市城市軌道交通第四期建設環評公眾意見征詢》方案中：公示了12條線路，其中新增線路5條，延伸線路7條，新增線路總里程244.8 km。若加上周邊杭紹、杭海等城際鐵路，未來杭州城市軌道交通運營里程將近900 km，運營列車將超過7 000列。

杭州地鐵運營維護業務主要包括車輛、供電、車站、工務、通號維護等。下設3個客運分公司：客運一公司負責2、4、9號線的車站、車輛維護業務；客運二公司負責3、6、16號線的車站、車輛維護業務；客運三公司負責7、8、10號線的車站、車輛維護業務；而維保公司則負責分公司運營所有線路的通號、供電、工務等維護業務。

目前維護模式以自主維護+部分委外維護為主，日常的均衡修、故障檢修等基本都由杭州地鐵運營分公司下設的客運一公司、二公司、三公司以及維保公司進行。其中涉及設備來源單一、技術難度較高無法自主檢修的零部件及系統時（如地鐵車輛制動系統相關閥件、電扶梯、工務系統等），仍然采取與供應商簽訂框架合同進行委外維護的模式。此外，車輛維護中檢修周期較長、檢修成本較大的預防性維護（架大修）業務也采取第三方委外維護的模式，如杭州地鐵4號線地鐵車輛60萬km架修、杭州地鐵1號線地鐵車輛60萬km及120萬km大修都采取了第三方委外維護的模式。

1.1.2 寧波

寧波市軌道交通集團有限公司（簡稱寧波軌道交通）作為浙江省內運營里程第2長的城市軌道交通運營單位，雖然投入載客運營的時間不長，但在運營初期就開始探索不同設備系統的維護模式，根據寧波軌道交通運營分公司運營情況以及各設備系統的自身特性，并結合下設工程維修部門具有的技術條件，采取自主維護+部分委外維護的模式。運營設備、設施系統中，通風空調系統、給排水及消防系統、電扶梯系統、供電系統、安全門、工務系統、車站建筑采用完全委外維護的模式；關鍵系統中，電客車60萬km架修采用自主維護的模式。此外，寧波軌道交通運營分公司負責日常維護作業、日常監管作業，與外部維護公司聯合完成所有維護工作［5］。

1.1.3 溫州

溫州軌道交通雖僅有1條53.5 km的市域線路投入運營，但溫州S1線是當時我國第1次提出介于地鐵和國鐵之間的“市域線路”［6］，采納了城市軌道交通和高鐵的優點，市域動車組以高速動車組技術平臺為基礎，同時借鑒城市軌道交通成熟經驗，具備快速起停、持續高速、大載客量的特點。

但由于線路單一，未形成網絡化運營規模，因此在設備維護時受到較多限制?，F在溫州S1線的運營單位、運營機構主要包括溫州幸福軌道交通股份有限公司客運中心、乘務中心、調度中心和設備中心。車輛部分采取完全委外的維護模式，所有的車輛日常檢修、故障修等都委托溫州中車四方軌道車輛有限公司進行，運營單位只需派專業監管人員，對屬地安全、質量驗收進行控制。

1.2 發展現狀

1.2.1 杭州

2019年9月，中華人民共和國國務院印發的《交通強國建設綱要》中指出：大力發展智慧交通，推動大數據、互聯網、人工智能、區塊鏈、超級計算等新技術與交通行業深度融合［7］。2020年3月中國城市軌道交通協會印發的《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》更加明確了未來城軌將以新興信息技術與城軌交通深度融合為主線，推進城軌信息化，發展智能系統，建設智慧城軌，助推交通強國崛起。《浙江省數字化改革總體方案》和《杭州市5433工程》提出，杭州城市軌道交通將繼續堅持“高速+高質量”發展方向，繼續踐行“八八戰略”、奮力打造“重要窗口”［8-9］。

杭州城市軌道交通以智慧城軌總體架構為指導，以智能運維為突破點，全面啟動智慧城軌建設：

框架：1個總體架構，4大功能板塊，2個重要層次，4個統一基礎。

技術：基于工業互聯網、物聯網，積極應用智能傳感、數字通信、數據處理、視頻圖像處理等技術。

特點：形成“城軌運維”一張圖，“城軌車站”一張圖，“城軌調度”一張圖的統一呈現平臺。

目標：實現大范圍、全方位、實時準確高效的地鐵運營管理。

杭州城市軌道交通車輛智能運維平臺架構見圖1，包括以下重點智能運維設備及系統：

圖1 杭州城市軌道交通車輛智能運維平臺架構

（1）車門在線監測系統：通過智能門控器，實現采集電機的電流、轉角、轉速、輸入輸出信號，故障代碼等數據，經過算法分析，建立預測模型，實現車門故障預警判斷，亞健康狀態預測，改變車門維護機制——從計劃修轉變為狀態修。

（2）列車巡檢機器人：由于人檢人修受人為因素影響較大，比較主觀，維護質量難以把控，同時難以形成形式數據關聯和數據管理。巡檢機器人通過攝像頭識別、算法以及機器學習，能自主識別待檢列車，調出待檢列車數據，并將結果記錄為一車一檔；機器人采用自主導航、自主定位的移動方式，可滿足巡檢坑道之間的自行轉運要求；識別到缺陷點后，能準確定位并告知運維人員故障準確位置并回傳故障點圖像；機器人覆蓋單列列車超過5 000余個監測點的巡檢工作。

（3）360°動態圖像智能檢測系統：采用圖像特征分析和狀態識別技術，當列車經過時360°高清全景掃描列車，實現故障報警。

1.2.2 寧波

面對新形勢、新任務、新要求，寧波軌道交通全面推進智慧城軌布局，按照“安全、便捷、高效、綠色、經濟”的原則，以解決城市軌道交通行業難點、痛點為目的，以實際業務需求為導向，統籌制定《寧波軌道交通智慧城軌頂層設計規劃》，推進新型信息技術與城市軌道交通業務的深度融合。其中智能運維安全系統已在5號線一期初步實施，并將在新建線路全面建設車輛、信號、軌道、接觸網等行車安全密切相關系統關鍵設備的數據監測、匯集、分析、預警智能運維系統。

寧波軌道交通智慧城軌設計規劃見圖2，重點智能運維系統包括：

圖2 寧波軌道交通智慧城軌設計規劃

（1）車輛智能運維系統：目前該系統已在寧波軌道交通5號線一期實施，并將在規劃建設的6、7、8號線全面推廣應用。該系統由車載維護以太網、車載智能大腦、地面智能運維平臺、軌旁在線監測系統構成。可實現車輛數據實時監視、故障應急處理指導、設備健康管理、車輛外觀在線監測與異常識別、歷史數據查詢與綜合分析等功能。

設備健康管理依托新增的走行部在線監測、弓網在線監測、軌旁在線監測系統的檢測數據，實現車載各子系統的監測網全面覆蓋。

軌旁在線監測系統通過基于機器視覺、激光等傳感技術的檢測裝置，在車輛低速通過時，實現對輪對、閘瓦、車頂、車側、車底的關鍵部件缺失、變形及異常等的檢測，并將所有檢測結果及相關數據上傳至地面智能運維平臺，進行狀態實時顯示、故障識別、分級預警。

（2）信號智能運維系統：通過對主要信號設備監測數據的采集、分析和處理，采用大數據及人工智能技術，實現設備狀態在線監測、智能綜合分析、健康診斷評價及全生命周期管理功能，并實現設備檢修向狀態修維護模式轉變。

（3）接觸網可視化接地系統：采用遠程自動控制、視頻監視技術，實現遠程可視化驗電和自動接掛地線，可有效提高接觸網驗電和接掛地線的安全性，提高檢修作業效率。

（4）軌道智能運維系統：以基于城市軌道交通列車車載的軌道檢測裝置，實現在城市軌道交通列車運行過程中對軌道幾何參數、鋼軌廓形、鋼軌波磨等進行實時動態檢測、檢查以及軌道狀態巡檢，并通過車地傳輸系統，將檢測數據實時傳輸到地面數據中心，利用人工智能和識別算法，對檢測結果進行分析、篩選，并基于大數據，對關鍵項點狀態和發展趨勢進行預測。目前該系統將在寧波軌道交通3號線二期的城市軌道交通列車上裝車運用。

（5）接觸網智能巡檢系統：已在寧波軌道交通5號線一期城市軌道交通列車上裝車運用。該系統基于電客車車載的高清成像設備，對接觸網定位裝置零部件進行故障智能識別，及時發現接觸網潛在故障，提高接觸網的可靠性，同時提升接觸網定位裝置的巡檢效率。

（6）橋隧結構智能巡檢系統：為滿足對結構設施進行全面檢測、故障診斷的需求，對結構裂縫、滲漏水、管片錯臺、翻漿冒泥等病害進行定期動態檢測，達到結構設施故障處理和運行維護檢修可靠、高效、智能的目的。

1.3 存在問題

智能運維會對現有城市軌道交通運營單位造成多方面的沖擊：組織架構被打破重建、全生命周期資產管理體系建立、信息化設備整改、專業技術人員能力提升和智能運維體系標準化等都將面臨巨大的挑戰，主要存在以下方面問題：

（1）運維成本居高不下：增加外部傳感器等監測設備、關鍵子系統模型研究投入巨大，在未形成標準化、規模化之前，智能運維成本居高不下。

（2）數據采集支撐度不夠：數據采集覆蓋范圍廣度、深度不夠，形式單一。阻礙車輛健康管理系統正常運行，且數據采集缺乏標準化、規范化。

（3）數據模型與運維目標脫節：智能運維數據需求不明確，對故障預測和健康評估的研究不夠深入，關鍵子系統模型的數量和類型不能滿足狀態修需求。

（4）多系統、多專業數據孤島：城市軌道交通多專業各自搭建運維系統，設備數據無法互聯互通，難以支持多專業關聯分析，影響故障處置效率與科學運維決策。

2 城市軌道交通智能運維發展建議

針對浙江省具體情況，以城市軌道交通維護業務為例，智能運維發展建議如下：

（1）推廣專業化委外維護模式。目前，我國大部分城市軌道交通運營企業普遍采用“自主維護為主，委外合作為輔”的維護模式。然而，自主維護為主的模式對企業規模、自身經驗、人員配置、投資成本等方面均有較高要求，城市軌道交通運營企業需要立足于管理機制和理念，在供應商技術支持下，組織自己的維護力量，完全負責所有軌道交通設備的維護。從風險管控、成本管控、質量和進度把控及架大修環境安全等角度出發，專業化委外維護模式具備更大優勢。

（2）搭建全生命周期管理框架。香港鐵路有限公司有成熟、值得借鑒的管理經驗，全生命周期資產管理從可靠性、可維護性、安全性等方面，對材料老化、磨損、停產及資產更新、線路延伸等進行資產健康狀態監控，類似于人類身體健康狀態監控，是一個長期過程，符合行業從“計劃修”“均衡修+故障修”向“狀態修”轉變的趨勢。架大修是長周期維護項目，全生命周期資產管理為其提供數據支撐和維護經驗，為后續進入架大修的車輛奠定堅實有效的基礎。同時，隨著科技進步，智能運維、數字化設備、信息化系統逐漸應用，全生命周期管理實施效果會更顯著。

（3）剩余資源再利用。加強市內線網之間資源協調和組織，加速區域內城市軌道交通資源的共享機制建立和完善。利用第三方單位強大的供應鏈管理能力和豐富的備件資源，加強與委外企業之間的合作，有效降低某些高價值、高使用頻率、難周轉的大型部件和設備的使用成本和維護成本。

（4）確定示范單位和工程。運營企業通過選擇行業內具備專業化服務水平的企業或與高校聯合確定智能運維示范性項目，從技術、人才、產業方面入手，進行供應鏈培育，全面提升系統化水平。首先以點帶線，完成部分代表性設備、系統的實踐；其次以面帶全，向城市軌道交通行業推廣優秀智能運維產品和平臺的應用案例。

（5）建立智能運維標準體系。通過結合資產設備全生命周期的維護理念，建立智能運維標準體系，利用科學化管理及技術手段分析設備可靠性及壽命，在保障運營服務質量的前提下適度延長設備目標壽命，有效降低全生命周期運維成本，并繼續對不同子系統、不同機械和電子部件的維護標準、壽命管理和可靠性管理進行深入探索。

3 結論

截至2021年，以杭州、寧波為代表的浙江省城市軌道交通經過“十三五”期間加速建設，運營里程和規模已基本實現城市軌道交通線網建成與投入運營。浙江省城市軌道交通響應國家號召，緊跟時代步伐，對浙江省城市軌道交通智能運維分析結論如下：

（1）以綱要為指引，緊抓“智能化+自主化”，以“精準運用+按需維護”為智能運維核心，保障可靠性和可維護性，始終牢牢把握“高速+高質量”發展的方向。

（2）借鑒先進城市示范點的寶貴經驗，主動融入城市軌道交通智能運維發展隊伍。

（3）以實際情況為基礎，規劃發展藍圖、搭建工作路徑、實事求是、深入了解底層規劃發展邏輯。

（4）構建大數據平臺、吸納人才，為科研攻關做準備。

（5）確定示范單位和工程，明確應用場景，深度融合運營業務，與外部環境協同發展。

（6）主動建立行業標準體系。