城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營時期關(guān)鍵行車設(shè)備管理若干問題研究

張 郁

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營時期關(guān)鍵行車設(shè)備管理若干問題研究

張 郁

（上海地鐵維護保障有限公司通號分公司，200235，上海//高級工程師）

為了應(yīng)對城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營時期關(guān)鍵行車設(shè)備運維中遇到的一些問題，提出了“基于測量測試分析的改善性預(yù)修模式、基于評估的預(yù)知性維修體系和綜合化設(shè)備管理”的理念。詳細闡述了該理念的內(nèi)涵，以及上海軌道交通的運營實踐經(jīng)驗。實踐表明，基于該理念的關(guān)鍵行車設(shè)備運維方法的實施，有力地改善了設(shè)備管理的質(zhì)量和經(jīng)濟成本等指標(biāo)，為迎接“十三五”期間超大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營做好了準(zhǔn)備。

城市軌道交通；網(wǎng)絡(luò)化運營；關(guān)鍵設(shè)備運維；綜合設(shè)備管理體系

截至2016年底，上海共開通14條軌道交通線路，已經(jīng)形成“一環(huán)、十四射”網(wǎng)絡(luò)運營格局，全網(wǎng)運營線路總長617 km，車站366座，軌道交通在公共交通中的骨干作用日益顯現(xiàn)。目前，全網(wǎng)客流已常態(tài)穩(wěn)定在1 000萬人次/日以上，全網(wǎng)各線早高峰滿載率維持在較高水平，大部分線路的最大車輛載荷均超過100%，其中中心城區(qū)線路的高峰車輛載荷超過120%，因此，關(guān)鍵行車設(shè)備的管理者隨時面臨著巨大的安全運營壓力。

1 超大網(wǎng)絡(luò)化運營面臨的形勢和任務(wù)

上海正處在向著超大城市體量擴張、人口和經(jīng)濟雙增長、軌道交通線路投資不斷擴大的發(fā)展黃金期。然而，隨著新線路不斷開通運營，人力成本及維修成本逐年增長，員工隊伍成熟度和技術(shù)力量不斷被攤薄，專業(yè)設(shè)備的集中性、常發(fā)性故障仍然存在，故障險情處置復(fù)雜，有效信息難以充分掌握，分析判斷決策速度較慢，一旦在高峰期間發(fā)生故障，哪怕是一個5 min延誤，影響的斷面客流也將達到約5 000人次；而若行車關(guān)鍵設(shè)備持續(xù)長時間功能失效，將對上海的社會秩序和市民出行安全帶來極大的負面影響。因此，切實加強運營關(guān)鍵設(shè)備突發(fā)故障的有序管理，增強指揮和提前防范設(shè)備失效的能力，是構(gòu)建社會主義和諧社會的重要內(nèi)容，也是全面履行集團公司管理職能、提高行政能力的迫切要求。隨著廣大人民群眾對處理突發(fā)事件的能力和速度要求越來越高，行車關(guān)鍵設(shè)備的可靠性已成為廣大人民群眾評判集團公司執(zhí)行和管理能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。

2 維修體系轉(zhuǎn)變的目標(biāo)

盡管現(xiàn)代化的設(shè)備維護概念很早就已經(jīng)提出來了，并且成為城市軌道交通行業(yè)關(guān)注的焦點，然而由于國內(nèi)起步較晚，在設(shè)備狀態(tài)檢測和在線診斷技術(shù)方面還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)。因此，上海在超大規(guī)模軌道交通網(wǎng)絡(luò)的形勢下必定驅(qū)動設(shè)備管理和技術(shù)能力的雙升級。目前設(shè)備維修模式中的巡檢、定期維修、事后維修方式雖是一種受控的方式，但是還存在對于突發(fā)故障的檢測手段落后，過度維修導(dǎo)致可靠性和經(jīng)濟性下降等弊端。因此，需研發(fā)各種先進的管理和數(shù)字化工具，以進一步拓展維修模式創(chuàng)新，如：基于自有試驗室、電子維修專業(yè)組、在線狀態(tài)檢測的改善性維修，通過各類日志大數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷結(jié)果的預(yù)知性維修，圖1為擴展的維修模式示意圖。這些創(chuàng)新均力求在最短的時間內(nèi)做出正確而全面的反應(yīng)和決策，有效地調(diào)集各類資源，實施故障的事前隔離和事中控制工作，用最有效的控制手段和最小的資源（成本）將設(shè)備失效影響控制在最小范圍內(nèi)。

3 發(fā)展基于測量測試的改善性預(yù)修模式

3.1 建設(shè)全網(wǎng)級信號試驗室

信號系統(tǒng)是最重要的行車關(guān)鍵設(shè)備之一，它的穩(wěn)定性決定了運營質(zhì)量。而信號系統(tǒng)中的各類板卡起到控制、表決、輸出/輸出等至關(guān)重要的作用。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)復(fù)雜的隨機問題時，一般對板卡類備件采用比較法、替換法等來對板卡進行判定，但這樣盲目性太大。電子類板卡隨機問題重現(xiàn)率較低，因此，容易造成帶病板卡重復(fù)投用，引發(fā)重復(fù)故障，同時也容易發(fā)生偽故障件被送至原廠維修情況，會浪費大量的時間和財力等資源。

為了能夠?qū)Σ考ぷ鳡顟B(tài)進行完整仿真功能測試，自動判斷其可用性，上海地鐵維護保障有限公司通號分公司投建了信號試驗室，建有主流CBTC（基于通信的列車控制）試驗平臺、ATS（列車自動監(jiān)控）試驗平臺、車載試驗平臺、DCS（數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)）骨干網(wǎng)絡(luò)試驗平臺等各類仿真平臺。

各類試驗平臺有著十分完善的硬件檢測功能，在測試的幾分鐘時間里，可以完成上百項底層功能測試，對設(shè)備的外圍接口進行完整的數(shù)據(jù)交換和評價。自實驗平臺投用后，有了更完善、更直觀、更準(zhǔn)確的診斷手段處理板卡的隨機問題，板卡管理不再無的放矢，束手無策。近2年來，通過信號專業(yè)試驗室各平臺截留了大量偽故障件，節(jié)約返修資金近800萬元。同時，減少了夜間動車試驗次數(shù)，重復(fù)故障率也大為下降，從而降低了維護工作量和成本。

3.2 推進城市級綜合在線監(jiān)測平臺建設(shè)

近年來隨著信號專業(yè)的維護支持系統(tǒng)（MSS）不斷演進，各種監(jiān)測深度也有了長足進步，但是在軟件和硬件方面，與地鐵網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的要求還存在著一些差距，如：采集傳感器的精確度和穩(wěn)定性還處在比較低的水平；軌旁線路側(cè)監(jiān)測仍在完善階段；信息分析和診斷能力不足，系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)沒有得到充分利用和二次挖掘。為了解決上述問題，首次將全路網(wǎng)城市級信號專業(yè)數(shù)據(jù)匯集，采用可擴展的策略進行后期數(shù)據(jù)挖掘處理，生成各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)和趨勢信息，為日常線路運行維護管理和設(shè)備維修決策提供量化、可視化依據(jù)，實現(xiàn)城市級的統(tǒng)一監(jiān)控、調(diào)度和管理，符合網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化管理的趨勢。

平臺底層依靠各類先進性的傳感器收集主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過網(wǎng)管協(xié)議、輪詢、代理等方式將數(shù)據(jù)匯聚至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，進行實時性能判斷、歷史數(shù)據(jù)對比分析、告警日志分類匯總，最后形成自動化/可視化巡檢、搶修應(yīng)急指導(dǎo)、性能基線分析、健康度評價、疑難故障快速定位等專題應(yīng)用。

綜合在線監(jiān)測平臺作為一種提升設(shè)備管理模式的新型思路方式，在大幅提高施工檢修效率的同時，為關(guān)鍵設(shè)備可靠性方面的順利改善帶來了新的希望。在線監(jiān)測平臺集各類先進傳感器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、模式識別技術(shù)等高科技精華于一身，促進了周期預(yù)防性檢修這種單一模式逐步被改變。技術(shù)人員身不離崗就能獲得持續(xù)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，突破了時間和空間的限制，實現(xiàn)了設(shè)備實時診斷的功能，減少了設(shè)備疑難、突發(fā)問題的發(fā)生率，避免了設(shè)備未劣化前的不必要的檢查和維修。維保技術(shù)優(yōu)勢力量集中在了數(shù)據(jù)分析、故障模式、技術(shù)革新等更重要的領(lǐng)域，從根本上避免了救火隊式的管理模式，也使得設(shè)備壽命和可靠性延長、備件的采購按需決策，提高了資金使用效率并有效地控制了成本。圖2為綜合在線監(jiān)測平臺的邏輯功能圖。

圖2 綜合在線監(jiān)測邏輯功能圖

4 嘗試基于評估的預(yù)知性維修體系

綜合在線監(jiān)測平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存在大量子系統(tǒng)的過程日志記錄，上海地鐵維護保障有限公司決策層考慮的是，如何使海量的日志記錄成為進行科學(xué)的故障診斷和預(yù)警的支撐手段。上海軌道交通部分CBTC線路的技術(shù)人員已完成了各種維修手段實施后的效果分析，以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，為設(shè)備預(yù)知維修決策提供支撐。

首先要對大數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，技術(shù)人員通過分析日志中的原始數(shù)據(jù)，剔除大量模糊的、指示性的、不完整的、冗余的數(shù)據(jù)，梳理后的數(shù)據(jù)格式具有一致性和確定性的特點，降低了信息挖掘的難度。通過各種不同的數(shù)學(xué)模型進行一系列的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，進而得出精確定位的故障點，例如單信標(biāo)丟失。單信標(biāo)丟失并不會直接導(dǎo)致故障，工程師根據(jù)數(shù)據(jù)平臺自動生成的報表進行分析，判斷故障發(fā)生在地面還是在列車上，針對相應(yīng)設(shè)備下發(fā)檢修工單，從而進行預(yù)防性維修。此外根據(jù)日志中大量告警記錄可對設(shè)備進行健康度評價。首先界定各種報警的狀態(tài)優(yōu)先級，定義各種報警狀態(tài)的值，如“3取2系統(tǒng)表決不一致”作為嚴(yán)重優(yōu)先級、“校驗與命令不符”作為中等優(yōu)先級等，并給予相應(yīng)評分，再通過時間軸變化來評估設(shè)備健康指數(shù)和故障概率。

圖3 大數(shù)據(jù)平臺頁面

以“車載單信標(biāo)丟失”情況為例（見圖4～圖6），技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)該報警的數(shù)量呈上升趨勢；然后根據(jù)車體號、軌道位置、發(fā)生次數(shù)等要素，對列車的“單信標(biāo)故障”進行關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)報警主要集中于1103、1113、1127號列車，且故障地點分布較散，可初步判斷該報警由車載設(shè)備引起；再通過根原因分析法，同步驗證了這3列列車單信標(biāo)丟失遠高于其它列車。從而在車載天線功能沒有完全失效前，對缺陷設(shè)備進行了識別和預(yù)判，提前實施主動性維修策略，增強了車載控制系統(tǒng)的可用性和可靠性。

該大數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)應(yīng)用后取得了較好的效果，以車載信號設(shè)備為例，車載設(shè)備的5 min晚點密度從312萬車·km/次上升到797萬車·km/次，設(shè)備穩(wěn)定度提高了61%；切除ATC（列車自動控制）事件從25次/萬車·km下降至20次/萬車·km，設(shè)備故障發(fā)生概率下降了20%。維護模式也進行了相應(yīng)的改革，由傳統(tǒng)的日檢模式改變?yōu)榛跀?shù)據(jù)分析的狀態(tài)維修。人均維護列車由原2.1列/人提升至2.9列/人，提高效率38%。該大數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)的應(yīng)用不僅提高了設(shè)備維修的效率，節(jié)省了大量的人力資源，同時，通過設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)管理，避免了列車帶病工作，保證上線列車設(shè)備狀態(tài)均處在良好的工作范圍內(nèi)。

5 推進綜合化設(shè)備管理理念

（1）基于自主專業(yè)化故障件維修，行車控制核心設(shè)備一般都采購自國外，隨著使用年限的增加以及原廠返修次數(shù)的上升，使得一些設(shè)備的修理費高達設(shè)備原值的2～3倍。為此，上海地鐵維護保障有限公司專門設(shè)立了進口部件專業(yè)化維修班組，班組成員的修理裝備和板卡級維修水平較高，形成了可靠的維修工藝。經(jīng)過專業(yè)化維修班組復(fù)原的故障件比原廠質(zhì)保時間有較大幅度增加，其修理成本也大大低于返修價格。

圖5 列車和位置故障分布

圖6 根原因查找分析

（2）實施設(shè)備電子化履歷管理，通過對信號系統(tǒng)所有最小可替換單元（LRU）進行編碼化管理，根據(jù)技術(shù)人員的經(jīng)驗并綜合經(jīng)濟價值等因素，對部件的維修方案和策略進行合理化的規(guī)劃。在具體實施維修策略之前，羅列若干可行的維修策略，按照對部件性能的影響，從經(jīng)濟、技術(shù)等方面做綜合考慮，選擇最優(yōu)方案。按照維修策略的規(guī)則，部件可以劃分為不可修復(fù)、局部自主修復(fù)和返原廠修復(fù)。不可修復(fù)件，歸類為成本較低、通用性強、結(jié)構(gòu)簡單的零部件，使用一段時間自動報廢，或者多次維修造成費用高于設(shè)備殘值的，采取拋棄方式處理。局部自主修復(fù)的部件，通過各種靈活方式進行修復(fù)，如更換零部件、更換集成電路和電子元器件等。返原廠修復(fù)的，要求原廠對部件從外到內(nèi)，從部件到元器件進行無替換修復(fù)或者同規(guī)格型號替代，經(jīng)濟成本較高。實施履歷管理后，通過各種維修策略，使得功能和壽命周期相似的不同設(shè)備的維修方案選擇更經(jīng)濟和優(yōu)化。

（3）面對今后的超大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化，制訂了相應(yīng)的戰(zhàn)略規(guī)劃：①把控維修資金投入重點方向。聚焦重點設(shè)備、管理難點，定向投入，形成一批具有實效意義成果，提升數(shù)字化管理能力，完善安全保障智慧化、維修養(yǎng)護智慧化。②建立關(guān)鍵技術(shù)的戰(zhàn)略聯(lián)盟。與行業(yè)知名企業(yè)建立聯(lián)盟，針對運營維護的具體需求，圍繞“安全、高效、智能”主題，開展聯(lián)合研發(fā)，以新技術(shù)驅(qū)動維護保障能力提升。③對標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn)，把控專業(yè)的重點發(fā)展方向。掌握國際最先進技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，朝著運營質(zhì)量、維護效率、設(shè)備穩(wěn)定性和維護管理成本等方向?qū)ふ也罹?，完善自身管理?biāo)準(zhǔn)。

6 展望

“思深方益遠，謀定而后動?！被厮葸^往，欣喜城市軌道交通的管理實踐和創(chuàng)新成果；展望未來，深感責(zé)任在肩，仍不敢怠惰。上海軌道交通將立足新的起點，把握超大網(wǎng)絡(luò)化設(shè)施設(shè)備管理的新要求，深入研究現(xiàn)代化的維護體系和運營可靠度，切實提升軌道交通企業(yè)的維管能力，降本增效。緊緊圍繞“十三五”發(fā)展理念，為高水平的上海公共交通服務(wù)提供堅強的保障。

［1］ 應(yīng)名洪.城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運營［M］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［2］ 畢湘利.基于網(wǎng)絡(luò)化運營的城市軌道交通技術(shù)發(fā)展趨勢［J］.城市軌道交通研究，2010（9）：彩 16.

［3］ 朱滬生.提升、完善、加快——寫在“十三五”軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)之際［J］.交通與運輸.2014（6）：38-40.

［4］ 彭偉.基于故障診斷與可靠性分析的機械系統(tǒng)預(yù)防維修研究［D］.成都：電子科技大學(xué)，2016.

［5］ 王永生.基于粗糙集理論的動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.北京：北京科技大學(xué)，2016.

［6］ 郭曜.鐵路車輛設(shè)備管理思路探討［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016（4）：22-24.

［7］ 臧文羽，李軍，方濱興，等.H-Tree：一種面向大數(shù)據(jù)流在線監(jiān)測的層次索引［J］.計算機學(xué)報，2015（1）：35-44.

［8］ 田一輝.綠色供應(yīng)鏈管理擴散模型研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2013.

On Problems in Key Equipment Management during Urban Rail Networking Operation

ZHANG Yu

To deal with the problems in key equipment operation and maintenance during urban rail networking operation，a concept is proposed，including the modified pre maintenance mode based on measurement analysis，the predictive maintenance system and the integrated equipment management based on assessment.The philosophy of the concept and experiences of Shanghai rail transit operation are elaborated，and practice shows that the implementation of the concept in key equipment operation and maintenance has effectively improved the quality of equipment management and adequately met the economic cost index，thus a solid foundation is laid for the large scale rail transit networking operation in the 13th Five-Year period.

urban rail transit； network operation； key equipment operation and maintenance；integrated equipment management system

F530.7

10.16037/j.1007-869x.2017.10.025

Author′s address Telecom&Signal Branch，Shanghai Rail Transit Maintenance Support Co.，Ltd.，200235，Shanghai，China

2017-05-04）