智能車站的實踐與思考

韓志偉 張凱

（1中國鐵路總公司工程設(shè)計鑒定中心 提待高工，北京 100038；2中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院 高級工程師，北京 100038）

0 引言

人類社會發(fā)展開始進(jìn)入智慧化時代，人工智能已經(jīng)在各個領(lǐng)域取得超乎想象的成果。近年來，智能技術(shù)逐漸開始在鐵路上應(yīng)用，研究智能技術(shù)在鐵路車站的未來發(fā)展，是鐵路車站面臨的重要課題。

1 鐵路建設(shè)以往成就

1.1 鐵路建設(shè)取得新成果

回顧過去十年，我國鐵路快速發(fā)展，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)初步形成，服務(wù)水平明顯提升，創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、保障和改善民生、支撐國家重大戰(zhàn)略實施、增強(qiáng)我國綜合實力和國際影響力發(fā)揮了重要作用。中國高鐵已經(jīng)成為一張閃亮的中國名片，截至2017年底，全國鐵路營業(yè)里程已達(dá)12.7萬km，其中高鐵達(dá)到2.5萬km。

鐵路車站作為展示鐵路服務(wù)的社會窗口和城市門戶，越來越受到鐵路方的重視和社會各界的廣泛關(guān)注。伴隨著鐵路的發(fā)展，一大批功能完備、設(shè)施現(xiàn)代的鐵路車站拔地而起，這些新型車站的建成，展示了鐵路發(fā)展的新成就。截至2017年年底，鐵路車站共建成1 200余座，其中高鐵車站700余座，省會級（副省級）車站63座。

1.2 鐵路客站建設(shè)碩果累累

多年來鐵路客站理論研究取得了豐碩成果?！惰F路旅客車站設(shè)計指南》、《中國當(dāng)代鐵路客站設(shè)計理論探索》、《鐵路旅客車站細(xì)部設(shè)計》、《鐵路旅客車站設(shè)計集錦》、《鐵路客站技術(shù)深化研究》系列課題，從理論到實踐，已經(jīng)形成了一套比較完整的理論體系[1]。

近年建成的全地下車站深圳福田站 （見圖1）、天津于家堡站（見圖2）；即將開工建設(shè)，車場采用雙層立體布局的豐臺站，屬世界首創(chuàng)規(guī)模最大的立體車站，均最大限度地集約利用了土地，集中體現(xiàn)了客站建設(shè)新成就。

圖1 深圳福田站剖切圖

圖2 天津于家堡站實景

2 鐵路車站智能化發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，隨著智能技術(shù)的飛速發(fā)展、日新月異，智能化時代的到來讓傳統(tǒng)的觀念、生活方式都在產(chǎn)生著巨大的變化。各個行業(yè)均在積極應(yīng)對智能化的轉(zhuǎn)變，鐵路車站也在積極研究提升智能化水平。

2.1 鐵路車站智能化現(xiàn)狀

我國鐵路受歷史背景和國情所限，一直以來給旅客有買票難、體驗差等根深蒂固的消極印象。隨著鐵路的快速發(fā)展，高鐵網(wǎng)絡(luò)的建成，網(wǎng)絡(luò)購票、自助服務(wù)、高鐵網(wǎng)上訂餐等多種措施不斷推出，百姓對鐵路的印象已經(jīng)大大改變。但與百姓便捷的移動支付、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等智能化更普及的日常生活比較起來，鐵路智能化程度還有待進(jìn)一步提升。鐵路車站作為旅客接觸鐵路的第一直接場所，智能化的需求更是遠(yuǎn)比列車等其他鐵路配套設(shè)施更甚。目前，鐵路車站的智能化水平與人民群眾的高期待仍然相去甚遠(yuǎn)，這個差距集中體現(xiàn)在發(fā)展的均衡性、車站運營管理、車站服務(wù)等諸多方面。

2.2 鐵路車站智能化發(fā)展不均衡

我國國土幅員遼闊，人口眾多，在歷史上和地理上就形成了東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)人口密集、西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后人口稀少的狀況，區(qū)域社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展也同樣存在著不協(xié)調(diào)、不匹配、不均衡的現(xiàn)象。這種現(xiàn)狀造成了鐵路發(fā)展的不均衡，進(jìn)而產(chǎn)生了鐵路車站智能化發(fā)展的不均衡。主要體現(xiàn)在以下兩方面。

首先，鐵路線路等級不同造成車站智能化發(fā)展的不均衡（見表1）。

表1 線路等級不同造成的車站智能化發(fā)展不均衡

其次，區(qū)域發(fā)展差異造成的車站智能化發(fā)展的不均衡（見表2）。

表2 區(qū)域發(fā)展差異造成的車站智能化發(fā)展不均衡

2.3 車站運營管理的智能化與發(fā)展需求還存在不適應(yīng)

在智能技術(shù)發(fā)展和普及之前，我國鐵路車站被傳統(tǒng)運營模式制約，車站運營管理模式單一僵化，長期形成的是人工為主的管理模式。時至今日，雖然車站智能化發(fā)展已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但在車站內(nèi)仍然隨處可見人工管理及服務(wù)的情形。譬如，目前車站檢票驗證仍需人工，售票窗口仍全靠人工售票，站內(nèi)服務(wù)基本是人工服務(wù)，站臺乘車安全提醒仍靠人工等等。

2.4 車站智能服務(wù)與旅客需求仍有較大差距

隨著我國社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路旅客已經(jīng)從最初單一的基本乘車需求提升到安全舒適、快捷高效的體驗需求，旅客對車站智能服務(wù)的需求越來越高，車站智能化程度不高更是加大了與旅客需求之間的差距。

3 思考與展望

通過對鐵路車站智能化發(fā)展現(xiàn)狀的綜合分析，可以看到，鐵路車站智能化水平不高，旅客對車站智能化需求迫切，鐵路車站智能化發(fā)展不均衡與旅客多樣化需求的矛盾日益突出。全面提升鐵路車站的智能化水平，是鐵路車站亟待解決的首要任務(wù)，也是契合鐵路提出的落實以人民為中心的鐵路發(fā)展理念的重要體現(xiàn)?？梢灶A(yù)見得到，智能車站在未來一段時期內(nèi)將是鐵路發(fā)展方向，也是鐵路車站的發(fā)展目標(biāo)。

2016年頒布的 《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》提到：“加快工業(yè)化和信息化深度融合，把數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化作為提升產(chǎn)業(yè)競爭力的技術(shù)基點。”無論從鐵路車站自身需求，還是國家發(fā)展戰(zhàn)略安排看，全面提升鐵路車站的智能水平，鐵路車站智能化發(fā)展勢在必行。

3.1 鐵路車站的智能化發(fā)展目標(biāo)

鐵路車站的智能化發(fā)展目標(biāo)是通過智能系統(tǒng)的整合、集成、應(yīng)用，全面提升鐵路車站的智能化水平。首先，要全面打造車站智能建筑特性，滿足智能車站的基本需求；其次，要使車站能為旅客提供更加安全、便利、溫馨、舒適、快捷、周到的服務(wù)；同時，要全面提升車站的智能化維護(hù)管理水平，利用智能、節(jié)能、環(huán)保技術(shù)，延長建筑使用周期，節(jié)省運營成本。

3.2 鐵路車站智能化手段

3.2.1全面提升車站的智能基礎(chǔ)設(shè)施

智能科技與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)等前沿科技密不可分，正是這些科學(xué)技術(shù)的積累和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來了智能科技的迅猛發(fā)展。未來，智能車站將會整合鐵路車站及相關(guān)計算資源建立云計算基礎(chǔ)設(shè)施，如云服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等。云計算基礎(chǔ)設(shè)施將對一個或多個車站資源進(jìn)行系統(tǒng)化的動態(tài)分配，最大效率地利用車站資源。

3.2.2利用車站大數(shù)據(jù)全面提升旅客出行體驗

云服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)車站大數(shù)據(jù)的分析，能針對旅客出行習(xí)慣、個人喜好等推薦個性化的需求信息，讓每個旅客獲得獨一無二的出行體驗。如推薦乘客乘坐列車的班次座次、口味符合的餐飲食品，進(jìn)出車站提供符合個人習(xí)慣的交通方式、交通接駁線路、交通接駁方案等。

3.2.3充分利用最新的科技成果，安全快捷完成車站各種管理及服務(wù)

當(dāng)下，新的科技成果層出不窮，指紋識別技術(shù)、面部識別技術(shù)、納米技術(shù)等科技成果在日常生活中全面普及應(yīng)用，為人們生活帶來了巨大便利。車站也將充分利用最新的科技成果，為旅客提供方便舒適的智能化服務(wù)。如利用人臉識別系統(tǒng)可直接達(dá)到旅客刷臉驗證、進(jìn)站、上車、出站等一系列的出行要求；利用智能語音識別系統(tǒng)可判斷旅客國籍，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的語言為旅客提供針對性的應(yīng)答；利用車站部署的各類傳感器實時監(jiān)測站內(nèi)人群動態(tài)，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和采集，并進(jìn)行命令的反饋，實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)測和調(diào)控。

3.2.4充分利用移動及便攜智能設(shè)備，提供個性化服務(wù)

智能移動設(shè)備的全面爆發(fā)也給車站智能化提供了更多的選擇，尤其一些線路等級較低、智能化升級改造難度較大的既有車站，車站中智能化應(yīng)用需求較特殊或較困難的區(qū)域，充分利用各種移動便攜智能設(shè)備是快速提高車站的智能化水平的最有效的手段。如，提供車站專用的智能平板等移動設(shè)備，可對有需求的旅客提供站內(nèi)導(dǎo)航、候車、商業(yè)等服務(wù)；移動機(jī)器人隨時可提醒并引導(dǎo)旅客排隊，并在特殊區(qū)域進(jìn)行巡檢，在火災(zāi)等突發(fā)事件發(fā)生時進(jìn)行滅火和安全疏導(dǎo)。

3.3 車站智能化的實現(xiàn)途徑

在討論實現(xiàn)車站智能化及打造智能車站之前，筆者先就建筑智能化、智能建筑進(jìn)行一些簡單的研討。在我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50314—2015《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中對智能建筑有如下定義：“以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應(yīng)用，集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展功能的建筑。”我們從中可認(rèn)知到，建筑智能化的目的，就是為了實現(xiàn)建筑物的安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康等屬性。在美國、歐洲、日本等國家，對智能建筑的界定也著眼在安全、高效、舒適、節(jié)能、環(huán)保等特性上。

鐵路車站建筑屬性自然決定了其必然與上述的智能建筑智能化特性保持一致；同時，鐵路車站自身明晰的功能性在智能化進(jìn)程及表現(xiàn)上一定會有其獨有的特點，著重體現(xiàn)在設(shè)計、建造、運營、服務(wù)、維護(hù)等方面。現(xiàn)重點通過這幾個方面對車站智能化的實現(xiàn)途徑進(jìn)行闡述。

3.3.1智能設(shè)計

設(shè)計是工程建設(shè)的靈魂。車站設(shè)計經(jīng)過多年發(fā)展，也已逐步進(jìn)入智能設(shè)計時代；FAS/BAS系統(tǒng)在車站設(shè)計中已得到普遍應(yīng)用，仿真技術(shù)也在推廣使用，BIM技術(shù)正逐步在鐵路車站中推廣應(yīng)用。未來，智能設(shè)計將會把車站設(shè)計引領(lǐng)到一個新的高度上來。下面著重對BIM技術(shù)和仿真技術(shù)進(jìn)行介紹。

BIM（Buiding Information Modeling），指的是通過計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)模擬建立一座建筑，這個模擬建筑具有真實的信息。BIM技術(shù)不單單應(yīng)用于設(shè)計階段，而是貫穿于車站全生命周期的各個階段，正是緣于此，近年來BIM技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，在車站設(shè)計中已逐步普及。

BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計工作有著以下優(yōu)點：1）三維設(shè)計，可以進(jìn)行三維空間變化的表達(dá)，可拆分設(shè)計；2）可視設(shè)計，便于業(yè)主事前決策，減少設(shè)計的返工量；3）協(xié)同設(shè)計，各專業(yè)在同一個平臺上進(jìn)行工作，提高整個設(shè)計工作的效率；4）修改方便，一處修改處處更新，軟件會提示調(diào)整，實現(xiàn)計算與繪圖的融合；5）管道檢測，通過設(shè)備專業(yè)的管線自動碰撞檢測，解決管道“打架”的問題；6）自動統(tǒng)計，通過軟件可以將工程量自動統(tǒng)計及材料表更精確自動生成；7）提高質(zhì)量，協(xié)同式的工作方式可以通過技術(shù)監(jiān)控質(zhì)量問題，減少錯漏碰缺，提高圖紙質(zhì)量；8）綠色節(jié)能，通過軟件，支持整個項目可持續(xù)和綠色節(jié)能環(huán)保設(shè)計。

如蘭州西站就是一個BIM技術(shù)應(yīng)用的典型案例（見圖 3）。

圖3 蘭州西站結(jié)構(gòu)設(shè)計模型圖

豐臺站設(shè)計中對客流進(jìn)行了模擬研究，研究中以仿真為核心，結(jié)合靜態(tài)計算，通過對客流的細(xì)分對站點平面布局、設(shè)施能力、動線安排、緊急疏散等進(jìn)行評價與優(yōu)化（見圖 4、圖 5、圖 6、圖 7、圖 8）。 仿真采用最新版的Legion Spaceworks軟件包，更加地功能完善及智能，接近現(xiàn)實[2]。

圖4 豐臺站客流模擬模型建立流程圖

圖5 豐臺站高速車場站臺層平均密度圖

圖6 豐臺站高架候車層平均密度圖

圖7 豐臺站國鐵進(jìn)站層平均密度圖

圖8 豐臺站交通轉(zhuǎn)換層平均密度圖

豐臺站基本信息：豐臺站站房總建筑面積40萬m2，車站采用雙層車場設(shè)計，地面一層為普速車場，高速車場高架設(shè)置。立體雙層車場布置方案屬我國首例，在國際上也很少見。

3.3.2智能建造

近年來，我國在大力發(fā)展裝配式建筑，車站建設(shè)也已經(jīng)開始實現(xiàn)數(shù)字化、工廠化、預(yù)制化的建造。這種智能建造技術(shù)可有效避免現(xiàn)場場地局限等不利因素，提高建造精度和工程效率、加快施工進(jìn)度、保證工程質(zhì)量。鐵路車站建設(shè)也正在通過智能管理、BIM技術(shù)、實時監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用提升智能化水平。同時，也在標(biāo)準(zhǔn)化方面逐步探索和積累經(jīng)驗。目前，鐵路車站已經(jīng)在積極研究裝配式鋼結(jié)構(gòu)雨棚，研究中小型車站的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計問題。

如重慶西站建造中，鋼結(jié)構(gòu)、混凝土在實現(xiàn)裝配式建造的同時，基于物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理等技術(shù)，研發(fā)了“工廠化預(yù)制構(gòu)件的全周期管理系統(tǒng)”，系統(tǒng)數(shù)據(jù)涵蓋從零部件采購、生產(chǎn)、運輸和現(xiàn)場安裝的全過程。結(jié)合數(shù)字化的加工，提高了預(yù)制件生產(chǎn)的精度和效率，大大縮短了施工工期。

BIM技術(shù)同樣在車站建造中廣泛應(yīng)用，施工單位根據(jù)BIM模型，對車站進(jìn)行4D施工模擬搭建，隨時隨地、直觀快速地將施工計劃與實際進(jìn)展進(jìn)行對比，業(yè)主方、施工方、監(jiān)理方都可對施工中的各種問題和情況了如指掌，減少了施工質(zhì)量問題和施工安全問題，減少返工和整改，大大提高了施工效率。

3.3.3智能運營

車站運營期間的智能化管理是全方位的，主要的智能化管理內(nèi)容見表3。

表3 車站智能化管理內(nèi)容

續(xù)表

3.3.4智能服務(wù)

隨著車站智能化水平的不斷提升，旅客將在車站內(nèi)體驗到無處不在的智能服務(wù)，感受到無微不至的個性體驗，見表4。

表4 車站智能化服務(wù)內(nèi)容

3.3.5智能維護(hù)

智能維護(hù)是車站全壽命周期運營良好的重要保證。大型鐵路車站中推廣結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，可對站房結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容主要包括：應(yīng)力監(jiān)測、振動加速度響應(yīng)監(jiān)測、風(fēng)壓監(jiān)測、風(fēng)速監(jiān)測等。并能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測回放、綜合分析等功能，確保車站建筑安全。

BIM技術(shù)建立的數(shù)字模型除了包含三維信息以外，后續(xù)還可以添加設(shè)備、管線的性能參數(shù)、維修情況等多種對運營管理非常有價值的綜合技術(shù)信息，以一個集成系統(tǒng)的形態(tài)給運營管理單位提供全方位的決策支持。

如寧波站樞紐工程中采用了大跨度結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)（見圖9）。

圖9 寧波站大跨度結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)

4 展望

在智能化程度越來越高的今天，民眾對鐵路車站也提出了更高的智能需求，目前，車站的智能化和這個需求還差距很大。正如同黨的十九大報告里所提到的“我國社會的主要矛盾已轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分發(fā)展之間的矛盾”一樣，旅客對乘高鐵出行的體驗及舒適性要求越來越高，全面提升車站的智能化水平是滿足旅客多樣化需求的唯一路徑，此項工作任重而道遠(yuǎn)，需要在實踐中不斷探索提升。

未來，鐵路車站將不斷采用各種智能技術(shù)，通過智能設(shè)計、智能建造、智能運營、智能服務(wù)、智能維護(hù)等方面全力推進(jìn)智能車站的發(fā)展，打造智能化程度越來越高的智能車站，以滿足旅客智能出行的需求。

[1]鄭健，沈中偉，蔡申夫．中國當(dāng)代鐵路客站設(shè)計理論探索［M］．北京：人民交通出版社，2009

[2]張?zhí)靷ィF路客運站旅客聚集規(guī)律研究[J]．鐵道學(xué)報，2009(1)：31-34