城市軌道交通場景化運營管控研究

劉建委，張少文，陳朝暉，賈 沛

（1. 廣州地鐵建設管理有限公司，廣東廣州 510250；2. 廣州新科佳都科技有限公司，廣東廣州 510700）

1 引言

近幾年，隨著城市軌道交通（以下簡稱“城軌”）運營里程不斷增加，線網客流量快速攀升，尤其是大中型城市的軌道交通網絡日漸復雜，運營中的內生矛盾逐漸加劇，乘運安全和運營管理都面臨著巨大的壓力和挑戰。城軌各線路之間關聯度越來越高，單條線路或節點發生突發或異常事件的影響范圍越來越大。運力與運量不匹配、通行效率低等因素造成高峰時期車站客流擁堵，對乘客出行效率造成較大影響；運營出現故障時，相關設備設施的監測數據交互不充分，導致響應速度慢，使突發事件的危害愈發具有不確定性。以上問題的暴露，都需要城軌運營管理單位站在全局化視角，圍繞保障乘運安全、提高乘車效率、優化客流管理、提升服務體驗4個維度，用更高效的技術手段加以解決。隨著新興信息技術的演進和推廣，場景化運營管控方式被認為是解決城軌復雜系統內生矛盾的有效途徑。

2 城軌運營管理現狀

截至2023年9月，我國內地58個城市開通運營城市軌道交通線路，運營里程10 841.59 km。北京、上海、廣州、深圳等 10 個城市的城軌客運量占公共交通分擔比率均超過50%以上，城軌正在成為大中型城市居民出行的重要選擇。當更多城市居民將城軌視為首選出行方式時，城軌客運量勢必增大。據統計，2022年城軌完成客運進站量116.56億人次，城軌現有運營體系在高密度網絡、高強度客流條件下存在著突出的安全問題。僅2022年，全國就相繼出現多起城軌安全事故，如上海地鐵15號線“1 · 22”站臺門夾人動車導致乘客死亡事件，青島地鐵1號線“1 · 17”接觸軌失電導致區段停運事故，重慶地鐵“1 · 18”巡檢發現環線鵝公巖大橋吊索異常導致停運事故，事件均在社會上造成較大影響。在吸取事故教訓同時，行業也在深刻反思，安全保障與主動防控、網絡高效韌性運行、網絡集約維護等技術瓶頸有待完善與突破，這是當前城軌領域亟待解決的重要課題，文章對既有運營體系進行解構，對事故主要成因進行分析。

2.1 車站系統運行協同難

由于傳統城軌線路“一線一中心”的設計模式，導致現有運營管理系統場景啟動條件分布在不同的專業系統中。即使在已被城軌綜合監控系統（ISCS）集成或互聯的車站，通過綜合監控系統也僅能完成簡單的數據交互，實現系統互聯的部分功能，各系統運行的自主性和整合性不強。系統自動化程度低、場景控制方式單一是影響安全性的重要原因。

在常規的車站指揮中心，站務人員需要完成接發列車、維護站臺秩序、監控列車運行狀態、處理突發事件、監控站廳設備運行狀況、統計能耗等工作，需同時在多個終端上進行操作，且通常缺少通用、情景化的計劃，很可能會導致錯誤和遺漏。不同線路、專業、業務系統間的數據集成度低、互聯互通性差，導致運力和運量匹配度低，不同系統設備運行協同性差，客流波動和故障場景下站務調度響應的速度慢，運營整體效能不高，難以實現網絡化協同運行。

2.2 突發事件處理能力弱

在車站實際運營過程中，現有系統難以對海量客流進行準確預測。當出現較大客流時，存在乘客信息獲取不及時，運營信息發布不到位，出行服務信息推送不精準等問題。尤其遇到乘客逆行、跌落等異常情況時，需通過視覺與圖像結合的方式，對突發情況實時預警，并能快速反應，確保乘客安全。目前階段，突發事件的解決主要依賴線路線網級命令的上傳下達，沒有能夠形成迅速響應、實時分析、綜合應用及場景聯動的應急處理管理體系。現有運營管理系統沒有對綜合監控系統展開必要的場景整合，不能提供實時決策的必要依據。因此，突發事件決策仍以被動響應為主，信息化分析預警與全系統聯動不夠，應急信息發布不夠及時和全面。

2.3 安全管控閉環管理難

網絡化運營條件下，城軌系統的巨量設備設施、高密度隨機客流、難以預測人因要素、動態風險要素耦合關系以及復雜的風險傳播路徑等因素，導致風險要素提前感知、預判、預測和預警能力不足，異常情況依賴被動接報，主動防控能力有待提升，難以實現運營安全“知-辨-治控-救”的閉環管理，造成“小故障，大影響”。針對以上問題，對城軌運營模式提出更高要求，迫切需要轉變傳統的運營管理觀念，將新一代技術引入城軌，提高運營過程中自動化水平，將單一功能根據特定場景生成相應的處置預案使其能夠一鍵聯動，解決城軌在安全管理、高效運行、乘客服務等方面的難題。綜上所述，軌道交通場景化運營管控成為運營管理的必然發展趨勢。

3 運營場景設計與構建

3.1 場景化運營管理定義

場景化運營是通過數據分析、智能控制、安全監測、信息通信等技術手段，提高運營服務水平，構建運營安全、高效的新一代城軌交通運營體系。城軌運營管控場景可分為車站運營管理和線網調度管理。場景管理支持對所需各集成和互聯子系統執行動作進行設置，并由系統自動或人工觸發不同場景聯動交互。場景化設計目的為實現車站各場景的自動/半自動觸發執行，減少對工作人員的操作依賴，使車站管理更加智能化，逐步發展成為車站無人值守的運營模式。根據車站運營的工作內容和崗位職責，從開站到關站，以及包括夜間維修工作，系統在不同時段將工作內容進行精細化場景控制管理，提升運行穩定性、連續性、可靠性，最終實現車站全自動運營管理。操作場景的界定，不僅要從內容上涵蓋與駕駛有關的操作，更要從運營場景的本質需求加以考慮。

3.2 運營場景定義與本質需求

城軌線路建設之初，操作情景構建的主要參與者除了施工單位外，還需要精通運營的專業管理人員和設備廠商共同參與，將運營需求、實際狀況、設備性能等因素進行綜合考慮。在工程實施過程中，可根據業務流程推導出各系統所要完成的任務。設備功能是為操作情景服務的，操作情景關注的焦點是設備的特定功能，但不對該功能的具體實施進行規定。如果設備功能不能滿足運營場景要求，就必須對相關操作流程進行界定，制定作業指導書和行車管理辦法，從而達到運營場景的要求。操作方案要具備普遍性、獨立性、公平性和可持續改進等特性，從操作方案中推導出設備功能要求，并在工程實施中不斷測試，通過改善升級，實現最佳運營場景。

3.3 場景構建及關鍵技術要素

面向運營管理的場景中，要包括客運組織、行車調度、設備控制和應急處置等方面。目前的城軌運營場景研究，大多描述情景使用單一功能，功能之間沒有相關性，缺乏完整的失效情景描述以及應對方案，缺乏特定場景下不同設備功能間的聯動界面。此外，對于應急情景的考慮也比較簡單，通常僅限于火災和氣象災害，對于其他特殊情景如斷軌、大客流等，沒有完全涵蓋。而場景化運營的技術體系構建要素涉及多個方面，包括數據采集與傳感器技術、數據存儲與管理系統、數據分析與決策支持系統、安全監測與檢測技術、通信與聯網技術等。同時，這些技術要素應不斷升級和改進，以適應城軌運營需求的不斷變化和發展。

2021年開通的廣州地鐵18號、22號線，針對既有研究的不足，開發一套集中監控系統軟件，將運營場景劃分為正常場景、故障場景、應急場景，進行新型場景設計與建設，如圖1所示。在此基礎上，采用常規情景分析和現有操作情景分析相結合的方式，操作情景由以下5個步驟組成：

圖1 場景化運營系統軟件場景分類

（1）場景描述：將列車所屬的環境、前提條件、設備情況進行詳細描述；

（2）基本流程：對此場景所需要操作的步驟詳細列出；

（3）人機界面：此場景中所展示的人機界面；

（4）功能需求：此場景中需要各方提供的功能及配合；

（5）接口需求：實現此場景需其他各專業系統提供的數據。

在以上步驟描述中，既包括了施工時對各系統的需求，也包括了對交互界面的要求，以及操作過程中的具體步驟和維修搶修步驟。5個步驟說明將運營和維修要求提前到線路施工階段，大大減少新線施工階段獲取信息不完整導致的隱患。

3.3.1 正常場景

正常場景描述中包括列車運行全天所需功能。根據列車運行環境和狀態，將列車完整運行功能劃分成日常運營、早間起運、晚間停運、列車運行、列車發車、客流引導、列車進站、跳停、扣車、折返換端、清客、車門與站臺門異物檢測等12個場景，并分別對各子場景中的工作步驟和所需功能進行詳細說明。

3.3.2 應急場景

應急場景包括運營中可能發生的各種突發事件，共分為大客流、緊急關站、列車火災、車站火災、事故災難、氣象災害、有害氣體超標、車輛阻塞、區間疏散等9個情景，其中大客流、氣象災害、車輛阻塞、區間疏散是較為普遍發生的情景。比如，節假日或大型集會日的大客流是一種常見情景，車站站廳、站臺、樓梯、換乘通道等地點的客流量極易達到飽和或超荷，如不采取措施，可能發生踩踏等事故。廣州地鐵利用閉路電視、自動售檢票（AFC）等技術對客流進行監視，站務人員根據客流情況，進行客運組織和列車接發作業，遇到突發事件時，車站配合調度中心進行應急處置，組織乘客疏散。與此同時，綜合監控系統將各功能整合，通過暫停自動售票機、關閉車站出入口、調整電梯方向等措施，實現客流疏散。

3.3.3 故障場景

實際管理過程中，存在運營狀態感知手段不完備，系統分散建設導致的數據集成度不高，設備控制方式多以人工為主等問題。因此，在所有運營場景中，故障情景是規避運營事故最關鍵的一環，其中區間、接觸網電力故障、變電所電力故障、車站客運設施故障、列車運行故障、車門故障、站臺門故障為較常見的幾種。

3.3.4 大客流場景構建分析

文章選取應急場景中常見的大客流引導場景為例對場景構建方法加以分析描述，通過重點功能場景的智慧化管控，形成網絡化行車調度體系與設備監視體系，以及基于客流的智能運力運量匹配體系。設備維護方面，形成關鍵設備設施健康狀態智能檢測監測體系與遠程輔助維修體系，實現關鍵業務的態勢研判、資源優化配置與智能監管。

（1）場景描述。當車站短時內滯留乘客超過承載負荷時，客流短時沖擊狀態需啟動應急預案進行客流疏導，車站各子系統、設備需聯動執行該應急預案，這是應急場景中最常見的一種。早晚高峰大客流引導或突發大客流引導，系統采用半自動聯動方式，在大客流報警時自動觸發或系統預設定時觸發。

（2）基本流程。大客流場景下應急預案啟動流程共分為11個基本步驟，聯動執行應急預案具體內容如表1所示。

表1 大客流場景下的系統基本流程表

（3）人機界面。廣州地鐵采用智能綜合監控平臺，如圖2所示，實時監測車站內具體事項，實現關鍵業務態勢研判、資源優化配置，面對大客流沖擊能夠有效解決發生的各種問題。

圖2 智能綜合監控平臺界面

（4）功能需求。客流引導場景具體分為車站設備狀態監控、客流監控、環境監控、CCTV監控、異常行為分析、行車信號監控、系統聯動監控、預案進度記錄等8個方面。

（5）接口需求。接口是系統集成的關鍵技術之一，為達到場景化管控的目的，主控系統提供PA系統廣播信息及下發接口、PIDS下發接口、CCTV視頻畫面、AFC設備狀態信息等子專業接口信息，通過前端處理器完成發往被集成、互聯系統的資料和命令，具體需求如表2所示。

表2 大客流場景下系統接口需求

4 場景化運營管控意義

4.1 提升網絡化運營整體效能

在運營場景復雜、客流特征復雜、運行交路復雜等情況下，場景化運營管控尤為重要。在既有綜合監控系統的基礎上，新增末端感知設備與既有系統接口進行整合，對現場信息進行感知，將數據集中管理，對車站設備狀況全面了解，構建智能化場景管控模式，為實現各運營場景的聯動控制（如智能開、關站）提供先決條件，一鍵聯動多專業設備，輔以圖表化的形式進行實時顯示，增強運營人員應對突發事件的能力，加快調度響應速度，大幅提升網絡化運營整體效能。

4.2 實現重點功能場景智慧化

場景化運營管控為操作提供更加安全的方法，迅速察覺運營狀況并迅速做出處理。尤其在應急場景管控方面，以各子系統的功能優勢為基礎，提煉出相應的邏輯與次序，通過多設備聯動與觸發調節相結合，改進現有運營模式的缺陷，規范化、標準化執行流程，避免人為失誤造成誤操作。而廣州地鐵重點功能場景的智慧化是實現智慧城軌平臺搭建不可或缺的環節，在行業創新示范引領等方面取得顯著成效。

5 結束語

文章提出的場景化運營管控模式，以解決城軌實際業務問題為導向，緊緊圍繞城軌業務本質屬性開展工作，切實解決運營管理中所面臨的痛點問題，通過創新管理模式和業務流程，建立未來與智慧城軌相匹配的運營管理體系，加快城軌交通領域高質量發展的步伐。在豐富完善各業務系統智慧化功能場景、提升功能場景智慧化程度、實現各專業系統智慧化方面，廣州地鐵18號、22號線場景化運營試點取得系統性成果與經驗，便于后續出臺完備的配套政策與規范，建立相應技術標準體系、安全保障體系，大幅提高廣州地鐵的綜合運營能力，為全方位打造智慧城軌奠定基礎。