集約化維護(hù)新模式下超大城市軌道交通運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)

韓斌，代偉，趙媛媛，宋宇，鄂淳，王嘉寧，魏秀琨，馮國(guó)強(qiáng)

（1.同濟(jì)大學(xué) 鐵道與城市軌道交通研究院，上海 201804；2.上海軌道交通檢測(cè)認(rèn)證（集團(tuán)）有限公司，上海 201804；3.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，北京 100044；4.北京京城地鐵有限公司，北京 102206；5.北京地鐵科技發(fā)展有限公司，北京 100072；6.北京交通大學(xué) 先進(jìn)軌道交通自主運(yùn)行全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044）

0 引言

城市軌道交通是全面開(kāi)啟建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的重要支撐，是建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)和智慧城市的重要組成部分。根據(jù)我國(guó)城市規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)，目前有7座超大城市，分別為北京、上海、廣州、深圳、成都、重慶、天津，其中前6 座城市的軌道交通里程均已突破500 km［1］。經(jīng)過(guò)50 多年的發(fā)展，城市軌道交通已成為超大城市的主導(dǎo)交通方式。以北京地鐵為例，從1969 年1 號(hào)線開(kāi)通至今，共有運(yùn)營(yíng)線路27 條，運(yùn)營(yíng)總里程807 km，車(chē)站475座，各專(zhuān)業(yè)維保人員近萬(wàn)人。

超大城市軌道交通維護(hù)存在建設(shè)跨度時(shí)間長(zhǎng)（設(shè)備型號(hào)制式多）、線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)（設(shè)備保有量大）、設(shè)備服役負(fù)荷強(qiáng)、安全保障要求高、系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)同難、巨型系統(tǒng)維護(hù)難、企業(yè)運(yùn)維成本高等突出問(wèn)題［2］，具體為：（1）在初期建設(shè)過(guò)程中，因缺乏運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，只能采用設(shè)備供應(yīng)商推薦的維保規(guī)程；（2）新線建設(shè)時(shí)各類(lèi)設(shè)備設(shè)施均以線路為單位進(jìn)行采購(gòu)，導(dǎo)致不同線路的設(shè)備設(shè)施分屬多家供應(yīng)商，其維保規(guī)程各有不同；（3）由于建設(shè)初期無(wú)法對(duì)未來(lái)的城軌交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維給出精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，當(dāng)線路增多后，面對(duì)日益增加的各類(lèi)設(shè)備設(shè)施，在天窗期時(shí)長(zhǎng)不變的情況下，加大了各專(zhuān)業(yè)運(yùn)維壓力。

面對(duì)上述問(wèn)題和困難，迫切要求運(yùn)營(yíng)公司轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)展模式，以安全、降本、增效和乘客滿(mǎn)意度提升為目標(biāo)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化智能集約維護(hù)新模式體系來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)管理模式轉(zhuǎn)變［3-4］。集約化是指集合要素優(yōu)勢(shì)、節(jié)約生產(chǎn)成本，從而提高單位效益的方式。城市軌道交通集約維護(hù)，意在將超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域化梳理，對(duì)各區(qū)域的運(yùn)維資源進(jìn)行解構(gòu)和重構(gòu)并統(tǒng)籌調(diào)配，打破分線路和專(zhuān)業(yè)化運(yùn)維傳統(tǒng)模式，提高運(yùn)維效率和質(zhì)量，降低運(yùn)維成本和風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維的智能化和標(biāo)準(zhǔn)化。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量增多，邊際投資效益明顯，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、設(shè)備維修、備品備件、人員培訓(xùn)方面實(shí)現(xiàn)資源貢獻(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)效益會(huì)形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。從廣州市2020 年軌道交通線網(wǎng)來(lái)看［5］，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛基地、主變電所、車(chē)輛廠架修、備品備件采購(gòu)和庫(kù)存等的網(wǎng)絡(luò)化，利于形成規(guī)模效益，降低管理成本，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益。此外，可通過(guò)運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)，加快推進(jìn)業(yè)務(wù)流程的信息化、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施狀態(tài)感知的數(shù)字化以及典型重要應(yīng)用場(chǎng)景的智能化。

1 超大城市軌道交通智能集約維護(hù)新模式

1.1 超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)總體規(guī)劃

將超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)分成4個(gè)階段，不同階段網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)特征見(jiàn)圖1，根據(jù)線路規(guī)模分析各階段對(duì)于運(yùn)維的不同需求點(diǎn)，基于RAMS基礎(chǔ)要求，面向安全、高效、成本優(yōu)化以及乘客滿(mǎn)意度，從具體產(chǎn)品、專(zhuān)業(yè)維修、線路級(jí)綜合維修和線網(wǎng)級(jí)智能運(yùn)維4個(gè)階段建立分級(jí)維護(hù)體系模型。

圖1 不同階段網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)特征

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)建設(shè)初期

在網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)建設(shè)初期，即完成1～5條運(yùn)營(yíng)線路建設(shè)或運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到100 km 前，該階段的特點(diǎn)是以線路建設(shè)為抓手，以安全為第一要?jiǎng)?wù)，保障乘客出行，保障設(shè)備設(shè)施可靠運(yùn)行，此階段中由于需要維保的設(shè)備設(shè)施數(shù)量和種類(lèi)不多，因此可基于各供應(yīng)商建議的維保規(guī)程對(duì)具體產(chǎn)品進(jìn)行作業(yè)，通常在此過(guò)程中是以遇到故障后根據(jù)故障重要程度進(jìn)行維修，首要目標(biāo)是快速恢復(fù)線路正常運(yùn)營(yíng)。

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)發(fā)展期

第2階段的量化指標(biāo)為完成6～20條運(yùn)營(yíng)線路建設(shè)或運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到500 km 前，該階段的特點(diǎn)為伴隨需要維保的線路增加，需要投入更多的資源來(lái)完成相關(guān)設(shè)備設(shè)施的維保，可通過(guò)設(shè)立運(yùn)營(yíng)分公司和專(zhuān)業(yè)分公司的形式，對(duì)車(chē)輛、供電、線路、通號(hào)、機(jī)電等關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施開(kāi)展計(jì)劃性維修，完成對(duì)各線路設(shè)備設(shè)施的保障。

1.1.3 網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)成熟期

第3 階段的量化指標(biāo)為完成21～40 條運(yùn)營(yíng)線路建設(shè)或運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到1 000 km 前，該階段的特點(diǎn)為以運(yùn)營(yíng)分公司和專(zhuān)業(yè)分公司為主體的維保體制成本日益增高，需要從集團(tuán)層面統(tǒng)籌資源，建立網(wǎng)絡(luò)化智能集約維護(hù)體系，初步實(shí)現(xiàn)跨線路區(qū)域化集中調(diào)配，以線路集群為對(duì)象進(jìn)行集約維護(hù)，建立以狀態(tài)全面感知加預(yù)測(cè)的狀態(tài)維護(hù)，初步實(shí)現(xiàn)跨專(zhuān)業(yè)綜合維修。

1.1.4 網(wǎng)絡(luò)化維護(hù)穩(wěn)定期

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維來(lái)到第4 階段，即達(dá)到40 條以上運(yùn)營(yíng)線路建設(shè)或運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到1 000 km 及之后，標(biāo)志著其網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維條件已經(jīng)具備，在該時(shí)點(diǎn)上，通過(guò)線網(wǎng)級(jí)運(yùn)維模式，打破線路界限、專(zhuān)業(yè)壁壘、分公司界限，基于網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能化運(yùn)維策略，實(shí)現(xiàn)維保成本穩(wěn)定下降（不含新線開(kāi)通以及設(shè)備設(shè)施更新改造經(jīng)費(fèi)）。

1.2 超大城市軌道交通智能集約維護(hù)新模式

1.2.1 總體框架

針對(duì)地鐵運(yùn)維作業(yè)中存在的應(yīng)急維修響應(yīng)速度慢、故障處置速度慢、設(shè)備設(shè)施全生命周期編碼不一致、狀態(tài)修設(shè)備設(shè)施比例低、故障處置案例信息化不足和缺乏統(tǒng)一的支撐平臺(tái)等問(wèn)題。構(gòu)建面向運(yùn)行和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化智能集約維護(hù)新模式框架體系，重點(diǎn)包含以下內(nèi)容：

（1）對(duì)維修作業(yè)區(qū)間進(jìn)行重新劃分，部分專(zhuān)業(yè)進(jìn)行跨線路區(qū)域化管理，整合站內(nèi)維修作業(yè)人員，成立綜合維修部門(mén)，重新調(diào)整維修人員的角色，對(duì)應(yīng)急維修人員進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，形成高效協(xié)作和一人多角色的組織管理模式。

（2）依托UWB 北斗室內(nèi)定位技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取相關(guān)維修人員和維修設(shè)備設(shè)施的位置信息，對(duì)維修人員進(jìn)行綜合調(diào)配。

（3）依托5G 專(zhuān)網(wǎng)，建設(shè)在線維修支撐系統(tǒng)，支持遠(yuǎn)程視頻傳送，專(zhuān)家在線應(yīng)急會(huì)商，同時(shí)也可以邀請(qǐng)各設(shè)備設(shè)施供應(yīng)商進(jìn)行聯(lián)合在線會(huì)診。

（4）不斷推進(jìn)各種新型設(shè)備設(shè)施狀態(tài)智能感知技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)各種設(shè)備設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行全面感知，建立相應(yīng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、故障致因分析、故障預(yù)測(cè)、維修決策模型和案例庫(kù)，推進(jìn)各專(zhuān)業(yè)設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)修。

1.2.2 區(qū)域化應(yīng)急聯(lián)動(dòng)搶修新模式

基于空間最優(yōu)路徑原則、網(wǎng)絡(luò)效益原則、設(shè)備制式相近原則、規(guī)模均衡原則，通過(guò)UWB 北斗室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)設(shè)備及人員精準(zhǔn)定位，結(jié)合智能運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)統(tǒng)一下發(fā)故障信息及應(yīng)急人員調(diào)度，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急區(qū)域化綜合搶修和設(shè)備故障快速定位及快速處置。區(qū)域化應(yīng)急聯(lián)動(dòng)搶修概念圖見(jiàn)圖2，圖中藍(lán)色數(shù)字表示目前的運(yùn)營(yíng)區(qū)域化劃分，黑線表示在線路繼續(xù)增加后，優(yōu)化線網(wǎng)區(qū)域化劃分規(guī)劃。若在現(xiàn)場(chǎng)處置人員遇到自身無(wú)法解決的故障，可通過(guò)手持終端利用5G 通信申請(qǐng)遠(yuǎn)程技術(shù)支持，通過(guò)專(zhuān)家后臺(tái)輔助更快速高效進(jìn)行應(yīng)急處置。

圖2 區(qū)域化應(yīng)急聯(lián)動(dòng)搶修概念圖

1.2.3 時(shí)空融合綜合巡檢新模式

將具有相同作業(yè)空間的巡檢業(yè)務(wù)與人員整合，不同專(zhuān)業(yè)巡檢人員在同一窗口期同一空間組成綜合維修小組（見(jiàn)圖3）。根據(jù)智能感知裝備回傳的設(shè)備設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行確認(rèn)核查，該模式相較計(jì)劃性日常巡檢，進(jìn)一步提升維護(hù)效率。此外，借助UWB 北斗室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)設(shè)備及人員精準(zhǔn)定位，可由算法優(yōu)化綜合巡檢小組的巡檢路線，提高巡檢效率的同時(shí)加強(qiáng)對(duì)維護(hù)人員的管理。

圖3 時(shí)空融合綜合巡檢概念圖

1.2.4 綜合智能狀態(tài)維修新模式

同一場(chǎng)景或地點(diǎn)，不同專(zhuān)業(yè)維修人員協(xié)同開(kāi)展跨專(zhuān)業(yè)綜合維修作業(yè)，組成綜合維修班組，利用統(tǒng)一時(shí)間窗完成工作（見(jiàn)圖4）。基于智能感知技術(shù)獲取關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立狀態(tài)評(píng)價(jià)、故障致因分析、故障預(yù)測(cè)、維修決策模型和案例庫(kù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警并自動(dòng)派送工單，將故障設(shè)備涉及的不同專(zhuān)業(yè)維修人員協(xié)同開(kāi)展維修任務(wù)，使各專(zhuān)業(yè)有機(jī)融合高效協(xié)作。

圖4 綜合智能狀態(tài)維修概念圖

2 超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)

2.1 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)總體建設(shè)目標(biāo)

針對(duì)超大城市軌道交通各維護(hù)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)煙囪式分散建立，不同線路、不同專(zhuān)業(yè)、不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成度低、互聯(lián)互通性差等問(wèn)題，面向車(chē)輛、供電、線路、通信、機(jī)電等多專(zhuān)業(yè)智能維護(hù)需求，構(gòu)建超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)，結(jié)合智能集約維護(hù)新模式，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急響應(yīng)、維修策略?xún)?yōu)化以及備品備件智能資產(chǎn)聯(lián)動(dòng)［6］的全生命周期管控，最終實(shí)現(xiàn)超大城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的安全保障能力提升、維護(hù)效率提升、運(yùn)維成本下降以及乘客滿(mǎn)意度提升。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)構(gòu)建

在總體規(guī)劃、系統(tǒng)研究、分步實(shí)施總體戰(zhàn)略方針指引下，首先結(jié)合智能運(yùn)維新模式和未來(lái)技術(shù)方向，形成基于網(wǎng)絡(luò)化集約化的智能運(yùn)維總體規(guī)劃；然后對(duì)于整體運(yùn)維背景下的車(chē)輛、供電、通號(hào)、線路等專(zhuān)業(yè)打通接口和堵點(diǎn)并形成整體，將典型研究成果在北京地鐵進(jìn)行試點(diǎn)部署；通過(guò)3年的建設(shè)實(shí)現(xiàn)單條線路示范應(yīng)用，最終將示范成果推廣至北京地鐵全線網(wǎng)以及全國(guó)各地鐵線網(wǎng)。

2.2.1 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)智能運(yùn)維需求，結(jié)合超大城市軌道交通運(yùn)維服務(wù)業(yè)務(wù)，明確基于云化、分布式和微服務(wù)化的技術(shù)架構(gòu)，突破多元異構(gòu)數(shù)據(jù)接入、模型構(gòu)建、故障預(yù)測(cè)等難點(diǎn)技術(shù)，建設(shè)運(yùn)、檢、修一體化的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)（見(jiàn)圖5）。

圖5 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

（1）IaaS層：主要以智能感知裝備為平臺(tái)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支撐，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，搭建統(tǒng)一資源池，為上層的應(yīng)用與服務(wù)提供統(tǒng)一資源調(diào)度和監(jiān)控管理，支持按需分配與彈性擴(kuò)展。

（2）PaaS層：主要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)PaaS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)處理的DPaaS服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)的IPaaS服務(wù)。

（3）SaaS 層：主要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)、維修策略?xún)?yōu)化、維修計(jì)劃管理、監(jiān)控中心和故障診斷預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)應(yīng)用。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)服務(wù)應(yīng)用，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化集約維護(hù)新模式，提升運(yùn)營(yíng)安全性和可靠性。

2.2.2 平臺(tái)功能架構(gòu)

通過(guò)智能感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)監(jiān)測(cè)；通過(guò)邊緣計(jì)算、深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)算法實(shí)現(xiàn)故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)；通過(guò)UWB 北斗室內(nèi)定位技術(shù)與工單報(bào)送系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急維修響應(yīng)；通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化和資源配置等技術(shù)實(shí)現(xiàn)維修策略?xún)?yōu)化調(diào)整；通過(guò)構(gòu)型技術(shù)及多元數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)備品備件優(yōu)化、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)與資產(chǎn)信息全壽命周期實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)主要功能架構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)功能架構(gòu)

2.3 北京首都機(jī)場(chǎng)線典型示范應(yīng)用

2.3.1 示范應(yīng)用整體架構(gòu)

北京首都機(jī)場(chǎng)線于2008 年7 月19 日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，目前由北京京城地鐵有限公司負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)，由北京市地鐵科技發(fā)展有限公司實(shí)行單線路綜合專(zhuān)業(yè)維修。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，3號(hào)航站樓為高架站，其余均為地下站；從運(yùn)營(yíng)條件來(lái)看，三元橋?yàn)橹虚g站，其余均為近端站。最小站間距約為3.1 km，與其他軌道交通線路約1 km 的站間距相比，區(qū)間長(zhǎng)度顯著增大，為列車(chē)高速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)線“安全、快速、舒適”優(yōu)質(zhì)服務(wù)的功能定位提供了基礎(chǔ)條件。以其作示范旨在為構(gòu)建可復(fù)制、可推廣的安全、便捷、高效、國(guó)際領(lǐng)跑的城市軌道行業(yè)典范提供技術(shù)支撐和模式示范。網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)（見(jiàn)圖6）面向車(chē)輛、供電、線路等多專(zhuān)業(yè)智能維保需求，依托于北京地鐵首都機(jī)場(chǎng)線部分創(chuàng)新型設(shè)備開(kāi)展典型示范應(yīng)用，集成車(chē)載PHM系統(tǒng)、軌道在線檢測(cè)、車(chē)輛結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)、隧道檢測(cè)、AR 輔助制動(dòng)維修、供電/通信機(jī)房自巡檢、車(chē)輛段車(chē)底自巡檢、AR輔助車(chē)門(mén)維修等智能感知裝備，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)測(cè)、維修策略?xún)?yōu)化、應(yīng)急響應(yīng)、資產(chǎn)智能聯(lián)動(dòng)的全生命周期管控功能，保障超大城市軌道交通的設(shè)備設(shè)施安全性和維護(hù)效率提升。

圖6 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)

2.3.2 典型智能監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

以目前迫切需要解決的保障安全、降本、增效為指導(dǎo)，部署了列車(chē)智能感知系統(tǒng)、車(chē)站智能感知以及場(chǎng)段智能維護(hù)增強(qiáng)系統(tǒng)，下面以搭載式軌道健康狀態(tài)綜合檢測(cè)子系統(tǒng)、場(chǎng)段車(chē)輛車(chē)底自巡檢子系統(tǒng)、車(chē)輛故障預(yù)測(cè)與健康管理子系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。

（1）搭載式軌道健康狀態(tài)綜合檢測(cè)子系統(tǒng)（見(jiàn)圖7）。該子系統(tǒng)針對(duì)鋼軌廓形、軌道不平順、鋼軌表面?zhèn)麚p、扣件、軌枕、感應(yīng)板缺陷以及車(chē)輛平穩(wěn)性進(jìn)行綜合檢測(cè)［7］，通過(guò)對(duì)多維檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)基于軌道狀態(tài)與車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性稠合分析的軌道服役狀態(tài)評(píng)估。檢測(cè)裝置在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)智能算法識(shí)別軌道缺陷，并記錄缺陷圖片、運(yùn)行位置、時(shí)間、車(chē)次等信息，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳到地面數(shù)據(jù)中心。

圖7 搭載式軌道健康狀態(tài)綜合檢測(cè)子系統(tǒng)

（2）場(chǎng)段車(chē)輛車(chē)底自巡檢子系統(tǒng)（見(jiàn)圖8）。該子系統(tǒng)通過(guò)3D/2D視覺(jué)傳感器，對(duì)螺釘緊固、部件表面外觀、結(jié)構(gòu)斷裂、零件丟失、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、易耗件尺寸等項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)智能評(píng)價(jià)。對(duì)所拍攝的車(chē)底、車(chē)側(cè)不同類(lèi)型圖像，根據(jù)不同適用部位，使用整體比對(duì)、定位部件局部比對(duì)、精掃部件局部比對(duì)，利用部件相互位置關(guān)系進(jìn)行推理定位及匹配映射定位技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)圖像中關(guān)鍵區(qū)域映射至待檢測(cè)途中，實(shí)現(xiàn)故障和目標(biāo)定位。

圖8 場(chǎng)段車(chē)輛車(chē)底自巡檢子系統(tǒng)

（3）車(chē)輛故障預(yù)測(cè)與健康管理子系統(tǒng)（見(jiàn)圖9）。利用先進(jìn)傳感技術(shù)獲取列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用智能算法和模型對(duì)車(chē)載大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，獲取列車(chē)設(shè)備健康狀態(tài)的定量知識(shí)，對(duì)列車(chē)關(guān)鍵系統(tǒng)和部件的性能檢測(cè)和評(píng)估，檢測(cè)和識(shí)別早期故障，進(jìn)行中長(zhǎng)期故障預(yù)測(cè)，為列車(chē)實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的均衡修提供支持，以達(dá)到在降低運(yùn)維成本條件下確保行車(chē)服務(wù)質(zhì)量目的。

圖9 車(chē)輛故障預(yù)測(cè)與健康管理子系統(tǒng)

2.3.3 隧道智能運(yùn)維典型場(chǎng)景

通過(guò)感知、定位、自動(dòng)工單派送、維修調(diào)度審核、現(xiàn)場(chǎng)維修以及確認(rèn)修復(fù)等6 個(gè)步驟完成預(yù)防性狀態(tài)修，隧道智能運(yùn)維典型流程見(jiàn)圖10。

圖10 隧道智能運(yùn)維典型流程

（1）場(chǎng)景1：隧道病害感知及定位。基于激光雷達(dá)、攝像頭及慣導(dǎo)多傳感器構(gòu)建的地鐵隧道服役安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)隧道狀態(tài)，基于語(yǔ)義分割識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)異物和設(shè)備設(shè)施侵界辨識(shí)、隧道變形及沉降狀態(tài)感知。發(fā)現(xiàn)病害后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)調(diào)用當(dāng)前時(shí)刻的車(chē)輛定位（北斗UWB 時(shí)空一體定位技術(shù)）信息。

（2）場(chǎng)景2：自動(dòng)生成維修工單。基于病害，系統(tǒng)將調(diào)用該定位區(qū)間隧道構(gòu)型信息及維護(hù)臺(tái)賬，并根據(jù)病害類(lèi)型和嚴(yán)重程度推薦相應(yīng)維修建議方案，匹配相應(yīng)維修材料和工器具，自動(dòng)生成維修工單。

（3）場(chǎng)景3：報(bào)送維修調(diào)度審核。目前仍需要有一名綜合維修調(diào)度人員，確認(rèn)病害準(zhǔn)確性，并及時(shí)將工單進(jìn)行拒絕或發(fā)送。

（4）場(chǎng)景4：建維公司下發(fā)任務(wù)。由建維公司委派相關(guān)人員進(jìn)行任務(wù)接受，基于工單告知故障位置、配件和工具需求。

（5）場(chǎng)景5：維修人員赴現(xiàn)場(chǎng)維修。若線路有異物或設(shè)備設(shè)施侵界，則列車(chē)立即停運(yùn)，維修人員處于應(yīng)急響應(yīng)模式，根據(jù)工單的定位信息，攜帶工器具前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶修；若發(fā)現(xiàn)隧道病害，則可在運(yùn)營(yíng)結(jié)束后由維修人員進(jìn)行綜合維修。

（6）場(chǎng)景6：病害排除及維修確認(rèn)。當(dāng)運(yùn)維人員完成維修作業(yè)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)維修情況進(jìn)行復(fù)核，即通過(guò)場(chǎng)景1的感知手段和數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行病害識(shí)別，確認(rèn)工單關(guān)閉。

2.3.4 示范應(yīng)用的改進(jìn)分析

通過(guò)對(duì)機(jī)場(chǎng)線示范應(yīng)用的效果來(lái)看，在實(shí)現(xiàn)地鐵智能轉(zhuǎn)型中存在一些基礎(chǔ)問(wèn)題亟須跟進(jìn)解決。（1）地鐵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析能力不足，無(wú)法充分利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)提升運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量；（2）目前傳統(tǒng)的檢規(guī)、修規(guī)無(wú)法滿(mǎn)足新模式下數(shù)字化智能運(yùn)維的需求；（3）地鐵系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全風(fēng)險(xiǎn)較高，需要加強(qiáng)防護(hù)措施和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，防止黑客攻擊和數(shù)據(jù)泄露。

針對(duì)上述問(wèn)題，建議采取以下措施。（1）加大地鐵系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施投入，提升數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析能力，建立完善的數(shù)據(jù)管理和共享機(jī)制，支持大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)應(yīng)用；（2）在機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景下的模式對(duì)檢規(guī)、修規(guī)進(jìn)行重新梳理和運(yùn)作；（3）加強(qiáng)對(duì)地鐵系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全監(jiān)管，制定嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建立健全安全檢測(cè)和審計(jì)制度，提高網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全的防御能力和應(yīng)對(duì)能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)化智能運(yùn)維已是我國(guó)超大城市軌道交通行業(yè)的又一突破點(diǎn)，通過(guò)智能運(yùn)維平臺(tái)部署，能夠?qū)υO(shè)備設(shè)施的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)UWB北斗室內(nèi)外定位系統(tǒng)，對(duì)于人-機(jī)-環(huán)-管實(shí)現(xiàn)全鏈路安全閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急搶險(xiǎn)、綜合巡檢、預(yù)防性狀態(tài)修、輔助決策支撐。然而，技術(shù)創(chuàng)新只是手段，要真正實(shí)現(xiàn)安全、降本、增效和乘客滿(mǎn)意度提升的目標(biāo)，必須要通過(guò)管理模式創(chuàng)新，打破原有管理架構(gòu)進(jìn)行管理流程和業(yè)務(wù)流程再造。

首先，要加快構(gòu)建城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施全生命周期管控方案。《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理管理辦法》［8］中明確指出了設(shè)施監(jiān)測(cè)養(yǎng)護(hù)類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)（橋梁、隧道、軌道、路基、車(chē)站、控制中心和車(chē)輛基地等）以及設(shè)備運(yùn)行維修類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)（車(chē)輛、供電、通信、信號(hào)、機(jī)電等），因此，對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施監(jiān)測(cè)及防護(hù)是保障超大城市軌道交通安全運(yùn)營(yíng)的重要手段。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的全生命周期監(jiān)管，依托運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)建立設(shè)備設(shè)施基礎(chǔ)構(gòu)型及維修臺(tái)賬，記錄試運(yùn)行階段、運(yùn)行初期以及運(yùn)行中后期各階段數(shù)據(jù)，制定階段分級(jí)檢修機(jī)制，通過(guò)輔助預(yù)測(cè)設(shè)備設(shè)施服役極限，并與備品備件模塊聯(lián)動(dòng)，完成預(yù)防性狀態(tài)修。其次，需加快推進(jìn)超大城市軌道交通設(shè)備設(shè)施智能化數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)體系建立。隨著逐漸增多的感知裝備對(duì)軌道交通關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)范化定義就顯得尤為重要，同樣，在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，需要對(duì)物資編碼進(jìn)行詳細(xì)劃分，以使運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)進(jìn)行資產(chǎn)智能聯(lián)動(dòng)分析管理，車(chē)輛及設(shè)備設(shè)施的位置編碼也尤為重要，特別是在應(yīng)急維修過(guò)程中需要明確設(shè)備設(shè)施的具體位置。因此隨著運(yùn)維增強(qiáng)平臺(tái)不斷完善，迫切需要出臺(tái)智能運(yùn)維數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)體系，來(lái)規(guī)范各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)，最終形成各系統(tǒng)/平臺(tái)之間數(shù)據(jù)互聯(lián)、業(yè)務(wù)互通、資源共享。

回顧我國(guó)超大城市軌道交通建設(shè)歷程，都經(jīng)歷了建設(shè)、發(fā)展、成熟直至穩(wěn)定的階段，目前應(yīng)進(jìn)一步總結(jié)超大城市軌道交通面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，在城市軌道交通規(guī)劃和建設(shè)之初，就應(yīng)圍繞超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化方向進(jìn)行有序規(guī)劃。