城市軌道交通智能運(yùn)維技術(shù)發(fā)展及智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方法研究

王冰 李洋 王文斌

摘 要：為助推城軌行業(yè)智能化發(fā)展，文章聚焦城軌智能運(yùn)維技術(shù)，首先概述該技術(shù)的良好發(fā)展環(huán)境，簡要闡述城軌智能運(yùn)維技術(shù)內(nèi)涵和涉及的相關(guān)技術(shù)，分析研究具有較強(qiáng)代表性的北京、上海、廣州、深圳地區(qū)城軌公司在智能運(yùn)維技術(shù)方面的發(fā)展動態(tài)，指出現(xiàn)階段我國城軌行業(yè)在智能運(yùn)維發(fā)展中存在的不足。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究分析《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維體系的建設(shè)目標(biāo)與重點(diǎn)內(nèi)容，并在智能基礎(chǔ)設(shè)施方面提出平臺搭建、技術(shù)接入、生產(chǎn)應(yīng)用、數(shù)據(jù)積累與智能應(yīng)用的五步發(fā)展路徑，以促進(jìn)我國城軌交通行業(yè)信息化健康發(fā)展和智慧城軌建設(shè)有序?qū)嵤?/p>

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;智慧城軌;智能運(yùn)維技術(shù);智能基礎(chǔ)設(shè)施

中圖分類號：U213.9

隨著我國城市軌道交通建設(shè)高速發(fā)展，國內(nèi)部分一、二線城市已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營，同時面臨著建設(shè)與運(yùn)維的雙重壓力[1-2]。發(fā)展智能運(yùn)維技術(shù)成為當(dāng)前各大城軌運(yùn)營企業(yè)更好適應(yīng)城軌交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營需求、提升設(shè)備設(shè)施運(yùn)維管理水平、推動創(chuàng)新技術(shù)裝備落地應(yīng)用的主要方式。

相較于設(shè)計、建設(shè)服務(wù)而言，運(yùn)營維保服務(wù)生命周期更長，且具有確定性和可持續(xù)性，有較大的發(fā)展市場。同時，國家近幾年高度重視城軌交通行業(yè)發(fā)展，各級政府部門相繼出臺了若干政策與意見，引導(dǎo)城軌行業(yè)的高質(zhì)量健康發(fā)展[4-6]。另外，當(dāng)前移動通信、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等智能技術(shù)已逐漸成熟，具備了良好的應(yīng)用基礎(chǔ)[7-8]，并且軌道交通關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備的核心技術(shù)均實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，并正在進(jìn)行智能化升級。綜上，城軌裝備智能運(yùn)維充分具備了政策、經(jīng)濟(jì)、社會、技術(shù)等各個方面的良好發(fā)展環(huán)境。

文章重點(diǎn)針對智慧城軌系統(tǒng)中的智能運(yùn)維技術(shù)，從技術(shù)內(nèi)涵、發(fā)展動態(tài)，以及智能基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)方法等方面進(jìn)行闡述，以期為業(yè)內(nèi)同行開展相關(guān)工作提供借鑒或思考。

1 城軌智能運(yùn)維技術(shù)內(nèi)涵

運(yùn)維有運(yùn)行和維保兩重含義，城市軌道交通運(yùn)維工作的目的在于確保城市軌道交通安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)營。運(yùn)營是指為城市軌道交通線路提供正常運(yùn)營服務(wù)，以及“運(yùn)營+N”服務(wù)從而獲取相應(yīng)收入的活動;維保則是為了保持和恢復(fù)裝備或設(shè)備的良好工作狀態(tài)而進(jìn)行的活動，是保障城市軌道交通安全運(yùn)營的基礎(chǔ)。城市軌道交通運(yùn)維的全部工作，包括了人員管理、設(shè)備管理、物資管理、維修策略管理、現(xiàn)場維修、離線維修、后勤保障、應(yīng)急管理等，涵蓋了全部城軌運(yùn)營涉及的土建設(shè)施系統(tǒng)與機(jī)械電氣化系統(tǒng)[9-10]。

智能運(yùn)維則是應(yīng)用泛在數(shù)據(jù)和智能技術(shù)對“運(yùn)維”生產(chǎn)任務(wù)所進(jìn)行的賦能，以關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備為主要管控對象，采用移動通信、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等智能技術(shù)，圍繞設(shè)施設(shè)備運(yùn)維全過程質(zhì)量控制開展全面數(shù)字化、互聯(lián)化、智能化，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備故障自診斷、遠(yuǎn)程集中檢測、專家系統(tǒng)綜合決策、故障預(yù)測健康管理等功能的綜合智能維修系統(tǒng)，以提高安全服務(wù)水平和管理效率，降低勞動強(qiáng)度、技能要求和運(yùn)維成本。

智能運(yùn)維技術(shù)充分建立在基于狀態(tài)的維護(hù)（Condition-based Maintenance，CBM）、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（Structural Health Monitoring，SHM）、故障預(yù)測與健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）[11]等技術(shù)之上，故在此對相關(guān)技術(shù)作簡要闡述，有助于深刻認(rèn)識智能運(yùn)維技術(shù)內(nèi)涵。

1.1 CBM 技術(shù)

在檢修體制演變的過程中，根據(jù)不同的行業(yè)特點(diǎn)、不同的設(shè)備管理要求，出現(xiàn)了各種追求不同具體目標(biāo)的檢修方式，主要包括事后維修、預(yù)防性計劃檢修以及狀態(tài)檢修。

事后維修是當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或其他失效時進(jìn)行的非計劃性維修。在現(xiàn)代管理設(shè)備要求下，事后維修僅用于對生產(chǎn)影響極小的非重點(diǎn)設(shè)備、有冗余配置的設(shè)備或采用其他檢修方式不經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，這種檢修方式又稱為故障維修。預(yù)防性計劃檢修是一種以時間為基礎(chǔ)的預(yù)防檢修方式，也稱計劃檢修、定期檢修。它是根據(jù)設(shè)備磨損的統(tǒng)計規(guī)律或經(jīng)驗(yàn)，事先確定檢修類別、檢修周期、設(shè)備檢修內(nèi)容、檢修備件及材料等的檢修方式。定期檢修適合于已知設(shè)備磨損規(guī)律的設(shè)備，以及難以隨時停機(jī)進(jìn)行檢修的流程工業(yè)、自動生產(chǎn)線設(shè)備。狀態(tài)檢修（CBM）是從預(yù)防性檢修發(fā)展而來的更高層次的檢修體制，是一種以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)（Condition Monitoring，CM）為基礎(chǔ)、以預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢為依據(jù)的檢修方式[11]。它根據(jù)設(shè)備的巡檢、例行試驗(yàn)、在線監(jiān)測、診斷性試驗(yàn)等方式提供的信息、經(jīng)過分析處理，判斷設(shè)備的健康和性能劣化狀況及其發(fā)展趨勢，并在設(shè)備故障發(fā)生前及性能降低到不允許極限前計劃性安排檢修。

根據(jù)各自定義可知，狀態(tài)檢修與事后維修均著眼于設(shè)備故障發(fā)生的時間，力圖在設(shè)備故障現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)前或發(fā)生后及時予以處理，消除故障隱患或故障，保證設(shè)備能夠正常發(fā)揮其設(shè)計功能，而定期檢修作為事后維修與狀態(tài)檢修的過渡性檢修體制，其出現(xiàn)與特定時代的技術(shù)背景和設(shè)備的復(fù)雜程度有關(guān)，最終將被狀態(tài)維修所替代，僅作為一種輔助性檢修的選擇。與早期的事后維修與定期檢修相比，狀態(tài)檢修能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行適時地、有針對性地維修，不僅能保證設(shè)備處于良好的技術(shù)狀態(tài)，而且能夠充分利用零部件的壽命，有效地避免“維修不足”和“維修過?！钡那闆r。

1.2 SHM 技術(shù)

SHM是指通過先進(jìn)傳感技術(shù)監(jiān)測結(jié)構(gòu)在環(huán)境或人為激勵下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，結(jié)合先進(jìn)信號信息處理技術(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和損傷狀況的識別與結(jié)構(gòu)性能的評估乃至未來服役周期內(nèi)的性能預(yù)測，從而保障結(jié)構(gòu)安全與實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)預(yù)防性管養(yǎng)的技術(shù)。SHM技術(shù)與CM技術(shù)在思路上較為接近，但在方法與對象方面有所差異。CM 技術(shù)傾向于在自旋轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)外圍對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，而SHM則基于無損檢測方法，更傾向于對受外載荷影響為主的設(shè)備結(jié)構(gòu)（如飛行器、橋梁等）的監(jiān)測點(diǎn)直接進(jìn)行監(jiān)測。傳統(tǒng)的SHM技術(shù)較關(guān)注健康評估內(nèi)容，很少涉及維護(hù)維修內(nèi)容。SHM技術(shù)的應(yīng)用范疇主要包括損傷探查、損傷定位、損傷識別、損傷量化、健康預(yù)測。

1.3 PHM 技術(shù)

PHM技術(shù)從外部測試、機(jī)內(nèi)測試、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷發(fā)展而來，涉及故障預(yù)測和健康管理兩方面內(nèi)容。故障預(yù)測是根據(jù)系統(tǒng)歷史和當(dāng)前的監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷、預(yù)測其當(dāng)前和將來的健康狀態(tài)、性能衰退與故障發(fā)生的方法。健康管理是以診斷、評估、預(yù)測的結(jié)果作為信息，根據(jù)可用的維修資源和設(shè)備使用要求等知識，對任務(wù)、維修與保障等活動做出適當(dāng)規(guī)劃、決策、計劃與協(xié)調(diào)的能力。PHM技術(shù)代表了一種理念的轉(zhuǎn)變，是裝備管理從事后處置、被動維護(hù)，到定期檢查、主動防護(hù)，再到事前預(yù)測、綜合管理，層層遞進(jìn)的結(jié)果，旨在實(shí)現(xiàn)從基于傳感器的診斷向基于智能系統(tǒng)的預(yù)測轉(zhuǎn)變;從忽略對象性能退化的控制調(diào)節(jié)向考慮對象性能退化的控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變;從靜態(tài)任務(wù)規(guī)劃向動態(tài)任務(wù)規(guī)劃轉(zhuǎn)變;從定期維修到實(shí)情維修轉(zhuǎn)變;從被動保障到主動保障轉(zhuǎn)變。故障預(yù)測可向短期協(xié)調(diào)控制提供調(diào)參、任務(wù)規(guī)劃和視情維修的前提是以提高裝備可靠性、安全性、維修性、測試性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性和降低全壽命周期費(fèi)用為核心。

PHM技術(shù)是一種針對設(shè)備設(shè)施健康狀態(tài)管理提供整體性指導(dǎo)的策略方法，實(shí)現(xiàn)了管理對象全生命周期內(nèi)故障/損傷與維護(hù)維修的可預(yù)測性，從功能范疇來看，PHM技術(shù)實(shí)際上是包含了CBM與SHM技術(shù)，其核心內(nèi)容如圖1所示。智能運(yùn)維即是建立在PHM基礎(chǔ)上的一種維護(hù)方式。

2 我國城軌智能運(yùn)維技術(shù)發(fā)展動態(tài)

在信息技術(shù)加持、產(chǎn)業(yè)升級、生產(chǎn)需要等的多重推動作用下，我國各地城軌業(yè)主與相關(guān)單位紛紛投身于城軌設(shè)施設(shè)備智能運(yùn)維技術(shù)研發(fā)應(yīng)用的行列中。各地城軌業(yè)主結(jié)合各自地區(qū)城軌發(fā)展情況，形成了具有多樣性的智能運(yùn)維技術(shù)體系發(fā)展規(guī)劃與實(shí)踐路徑，下面對上海、廣州、深圳、北京具有較強(qiáng)代表性地區(qū)的智能運(yùn)維技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行介紹。

2.1 上海地鐵

上海地鐵當(dāng)前運(yùn)營線路總長705km，位于世界第一，規(guī)模巨大的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營帶來了設(shè)備規(guī)模大、故障數(shù)量多、維修強(qiáng)度大、可用資源少等若干問題[12]。近年來，全自動運(yùn)行、基于建筑信息模型（BIM）的建設(shè)管理平臺，以及上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營調(diào)度指揮大樓、上海軌道交通行業(yè)數(shù)據(jù)中心等項目的陸續(xù)建設(shè)與投用，為上海軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理提供了新的途徑。上海地鐵制定了智慧地鐵1.0（2018 — 2020）與智慧地鐵2.0（2020 —）的智慧化發(fā)展目標(biāo)，其中在第一階段設(shè)定了到2020年在線監(jiān)測達(dá)到狀態(tài)感知覆蓋率50%、降低一線人員比例20%的量化指標(biāo)目標(biāo)，主要功能架構(gòu)如圖2所示。

《企業(yè)級AIOps實(shí)施建議》白皮書[13]中對智能運(yùn)維應(yīng)用進(jìn)行了5個階段的劃分：①嘗試應(yīng)用，單相電嘗試，無成熟應(yīng)用;②單點(diǎn)應(yīng)用，單項點(diǎn)功能成熟應(yīng)用;③串聯(lián)應(yīng)用，多項點(diǎn)功能串聯(lián)應(yīng)用;④能力完備，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化流程的運(yùn)維狀態(tài)采集、分析、應(yīng)用;⑤智能運(yùn)維，全壽命周期運(yùn)維成本、效率、可靠性動態(tài)調(diào)整。

上海地鐵參照上述關(guān)于智能運(yùn)維階段的定義對自身所處階段進(jìn)行了定位，在車輛專業(yè)、供電專業(yè)、通號專業(yè)、工務(wù)專業(yè)以及物后專業(yè)均達(dá)到了3～4階段的水平，通過各專業(yè)智能運(yùn)維平臺的建設(shè)與應(yīng)用，上海地鐵在車輛專業(yè)方面實(shí)現(xiàn)了日常檢查于夜間窗口時間完成，提升了20%的生產(chǎn)效率;在供電專業(yè)方面巡檢效率提高75%;通號專業(yè)方面實(shí)現(xiàn)了事后搶修升級為事中和事前干預(yù)，響應(yīng)維修時間縮短30%;工務(wù)專業(yè)方面則通過軌道檢查車和鋼軌探傷車的運(yùn)用，比人工檢測效率提升10倍以上。特別是，上海地鐵車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)已成為國家示范工程項目，也被中城協(xié)認(rèn)定為車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)示范工程，可以說在車輛智能運(yùn)維方面做到了行業(yè)領(lǐng)先。

2.2 廣州地鐵

廣州地鐵從2011年結(jié)合“十二五”科技支撐計劃和國家“863計劃”重點(diǎn)項目，開展了城軌列車在途監(jiān)測與安全預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究和示范應(yīng)用，對列車的行駛狀態(tài)、關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，開發(fā)了綜合監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)和綜合運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)。近年來，廣州地鐵又基于安全和維修的目的，開展了行車關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施主動運(yùn)維系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用。經(jīng)國家發(fā)改委批復(fù)，廣州地鐵、城軌創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)公司、廣州地鐵設(shè)計研究院共同承接了“城軌交通行車關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施主動運(yùn)維系統(tǒng)研究及工程應(yīng)用項目”，并依托廣州地鐵11號線建設(shè)進(jìn)行試點(diǎn)工程應(yīng)用。通過構(gòu)建車載+地面檢測體系，結(jié)合主動運(yùn)維數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，全面形成線路、車輛、信號、供電各專業(yè)設(shè)施設(shè)備智能運(yùn)維能力[14]，如圖3所示。

基于主動運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)，廣州地鐵已在線路上對車載綜合檢測子系統(tǒng)以及軌旁/地面檢測子系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行實(shí)踐。目前，廣州地鐵已實(shí)現(xiàn)對列車走行部的軸溫、軸承振動等關(guān)鍵參數(shù)的在線監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)以及示范應(yīng)用。車載式軌道巡檢技術(shù)利用載客運(yùn)營期巡檢對軌道缺陷進(jìn)行智能識別，提高巡檢效率，可減少軌道巡檢人工成本達(dá)80%。信號運(yùn)維模塊已在廣州地鐵多條線路推廣應(yīng)用。供電運(yùn)維模塊實(shí)現(xiàn)了對供電設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測，同時接入了廣州地鐵既有電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）和精細(xì)化維修信息系統(tǒng)（LMIS）的相關(guān)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行深度數(shù)據(jù)挖掘、趨勢預(yù)測及預(yù)警[14]。

2.3 深圳地鐵

深圳地鐵通過運(yùn)營智慧系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)維保模式、管理模式的變革。全系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，承載智慧運(yùn)維、智慧出行、智慧車站、智慧段場、智慧行車、智慧調(diào)度、智慧經(jīng)營等生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)，具備跨專業(yè)、跨系統(tǒng)、跨功能、整合聯(lián)動等特點(diǎn)。深圳地鐵智慧運(yùn)維體系建設(shè)內(nèi)容如圖4所示。

在吸取高鐵高速綜合檢測列車研發(fā)、運(yùn)用的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，深圳地鐵集團(tuán)與鐵科院組成聯(lián)合團(tuán)隊，開展了綜合檢測列車研發(fā)及深圳地鐵基礎(chǔ)設(shè)施檢測數(shù)據(jù)處理中心建設(shè)工作。綜合檢測列車檢測系統(tǒng)主要包括了軌道幾何、鋼軌輪廓、軌道狀態(tài)巡檢、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、弓網(wǎng)受流參數(shù)、鋼軌短波不平順、隧道限界、通信、車輛動態(tài)響應(yīng)等檢測系統(tǒng)及定位同步和線路周邊環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)等[15]。同時，該系統(tǒng)應(yīng)具備雙向的檢測能力，其技術(shù)性能并不會受到運(yùn)行速度和運(yùn)行方向的影響，各檢測系統(tǒng)檢測精度處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。綜合檢測列車主要包括以下功能：可對城軌新建線路開展聯(lián)調(diào)聯(lián)試、動態(tài)驗(yàn)收，提高新建城軌項目總聯(lián)調(diào)的質(zhì)量和效率;在雙向自走行狀態(tài)下，具備地鐵基礎(chǔ)設(shè)施全項目、高效率、實(shí)時綜合同步檢測能力，實(shí)現(xiàn)動態(tài)、系統(tǒng)、全面地掌握各項基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài);可對既有線進(jìn)行定期檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題并指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)，保證運(yùn)營安全，替代各專業(yè)檢測車和檢測設(shè)備，大幅度降低養(yǎng)護(hù)維修成本。可以說，城軌綜合檢測列車的研制應(yīng)用，有效補(bǔ)充了城軌基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)感知源的欠缺與不足，能夠?yàn)槌擒壔A(chǔ)設(shè)施開展智能運(yùn)維工作奠定良好基礎(chǔ)。

2.4 北京地鐵

北京地鐵在較早時期便起步開展設(shè)施設(shè)備安全狀態(tài)檢測監(jiān)測與運(yùn)維大數(shù)據(jù)方面的研究及應(yīng)用，涵蓋了車輛、線路、通信、信號、機(jī)電等各個專業(yè)，使得線路運(yùn)維水平得到很大提升。例如，通過地鐵列車關(guān)鍵部件與軌道狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測的開發(fā)與應(yīng)用試驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了對地鐵車輛關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，滿足北京地鐵13號線基于列車狀態(tài)的主動運(yùn)維需求，提升北京地鐵13號線車輛的可用性，從而降低車輛全壽命周期成本，使車輛的運(yùn)維保障能力和運(yùn)營效率得以提升。通過城軌關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用建設(shè)項目，初步建立了涵蓋信號、線路、機(jī)電和車輛4個專業(yè)子系統(tǒng)以及多專業(yè)綜合平臺的城軌關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測與智能診斷系統(tǒng)。

在智慧城市與智慧地鐵大發(fā)展初露端倪之時，北京地鐵搶抓機(jī)遇，快速行動，拿出了“北京智慧軌道交通發(fā)展行動策劃方案（2019 — 2021）”。其圍繞智慧軌道交通發(fā)展目標(biāo)，規(guī)劃打造5項智慧地鐵應(yīng)用示范、4類智慧地鐵示范工程、3類基礎(chǔ)支撐、1套標(biāo)準(zhǔn)體系。其中，智慧運(yùn)維方面劃分為三大類業(yè)務(wù)，即設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)視、運(yùn)維保障以及關(guān)聯(lián)資產(chǎn)信息，至2021年實(shí)現(xiàn)5個功能點(diǎn)的應(yīng)用，包括圖像通信系統(tǒng)（CCTV）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）設(shè)備監(jiān)視，設(shè)備設(shè)施定位，維修計劃、維修流程、維修工單等電子化，移動端智能維修輔助與遠(yuǎn)程運(yùn)維支撐，設(shè)備維修維護(hù)結(jié)果與資產(chǎn)信息實(shí)時關(guān)聯(lián)。

結(jié)合自身發(fā)展?fàn)顩r與生產(chǎn)需求，北京地鐵運(yùn)營公司研究制定了“智慧地鐵三年行動計劃研發(fā)方向（2020 — 2022）”，通過逐步構(gòu)建完善感知層、融合層、分析層、應(yīng)用層共計78項科研及工程項目，形成各專業(yè)智能維護(hù)、智能融合，以及全系統(tǒng)的智能運(yùn)行、智能管理、智能客服以及智慧大腦。

2.5 智能運(yùn)維發(fā)展存在的問題

我國城軌行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入智能化大發(fā)展階段，但同時仍面臨諸多挑戰(zhàn)及制約因素，需要行業(yè)共同努力將其逐步克服。

2.5.1 技術(shù)層面

（1）檢測監(jiān)測感知設(shè)備有待進(jìn)一步研發(fā)。由于檢測監(jiān)測裝備技術(shù)發(fā)展程度所限，城軌軌道、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)智能感知水平較低、手段較少，橋梁、隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)在城軌領(lǐng)域應(yīng)用較少，近年來涌現(xiàn)的綜合檢測列車、智能機(jī)器人、無人機(jī)等智能巡檢裝備也處于探索應(yīng)用階段。同時，監(jiān)測鋼材、混凝土等土建結(jié)構(gòu)所用的傳感器自身壽命不足或可靠性不夠，也是一大制約因素。

（2）信息傳輸通道亟待技術(shù)革新。當(dāng)前城軌信息傳輸能力極其有限，無線局域網(wǎng)（WLAN）或車地綜合通信系統(tǒng)（LTE-M）通信帶寬對于承載列控、PIS視頻、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、公務(wù)電話、時鐘通信、專用電話通信等常規(guī)業(yè)務(wù)尚可，但對于大規(guī)模檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸或無線傳輸功能而言，目前不論從帶寬容量、傳輸質(zhì)量還是傳輸效率方面均難以實(shí)現(xiàn)。需要依靠新一代5G通信技術(shù)以及邊緣計算技術(shù)應(yīng)用來解決此問題。

（3）智能運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)體系有待健全。由于城軌發(fā)展歷程短，當(dāng)前設(shè)施設(shè)備狀態(tài)性能評價評估體系尚不完善，部分指標(biāo)評價方法參照鐵路領(lǐng)域或其他相關(guān)領(lǐng)域，其適用性難以保證，另外檢測新裝備技術(shù)的應(yīng)用也需要進(jìn)一步配套相應(yīng)的評價評估方法。檢測評估技術(shù)發(fā)展的不充分，造成當(dāng)前數(shù)據(jù)積累不足以及相關(guān)聯(lián)因素狀態(tài)參數(shù)/信息的缺失，以至于現(xiàn)階段仍然無法形成全面、有效的設(shè)施設(shè)備智能化診斷、評估、預(yù)測能力，更難以產(chǎn)生智能決策應(yīng)用。

2.5.2 管理層面

（1）全產(chǎn)業(yè)鏈信息共享能力不足。智能運(yùn)維平臺的主要功能之一即是開展設(shè)施設(shè)備的全壽命周期健康管理，這需要全面基于設(shè)施設(shè)備在設(shè)計、生產(chǎn)、施工安裝、調(diào)試、交付使用、養(yǎng)護(hù)維修、更新改造、報廢等方面的信息數(shù)據(jù)支撐，當(dāng)前由于各階段實(shí)施主體未形成有效的信息共享與交互，使得全壽命周期管理成為空談，這一問題需要全行業(yè)的通力合作來解決。

（2）數(shù)據(jù)信息融合應(yīng)用有待提升。當(dāng)前，城軌仍多數(shù)采用各專業(yè)獨(dú)立開展檢修維保工作的傳統(tǒng)運(yùn)維模式，各專業(yè)集成程度、體系性、數(shù)據(jù)信息共享程度較低，甚至存在不同專業(yè)由不同公司負(fù)責(zé)運(yùn)維的情況。專業(yè)割裂管理導(dǎo)致單專業(yè)較難即時共享關(guān)聯(lián)專業(yè)信息，造成跨專業(yè)的關(guān)聯(lián)信息缺失，進(jìn)一步導(dǎo)致跨專業(yè)關(guān)聯(lián)信息維護(hù)場景缺失，對于城軌全系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)開展科學(xué)合理檢修、應(yīng)急預(yù)案編制與應(yīng)急處置等方面工作造成不利影響。這一局面僅靠推動智能運(yùn)維平臺應(yīng)用難以快速扭轉(zhuǎn)，更需要有效結(jié)合管理手段，開展頂層設(shè)計、全局部署，充分共享關(guān)聯(lián)信息，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間的協(xié)同運(yùn)維。

（3）智能運(yùn)維尚處于投資探索階段。當(dāng)前各地城軌交通智能運(yùn)維系統(tǒng)基本處于平臺搭建或規(guī)劃階段，運(yùn)維平臺也處于數(shù)據(jù)積累階段，數(shù)據(jù)分析深度與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用方面工作開展較少，難以形成直接面向生產(chǎn)的成熟智能應(yīng)用。由于當(dāng)前智能運(yùn)維技術(shù)體系仍處于研發(fā)階段，未形成規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用，因此，感知、傳輸、分析、應(yīng)用平臺等各個系統(tǒng)的建設(shè)均需要大量資金投入，且在短期內(nèi)難以產(chǎn)生直接的可觀效益，這一因素制約了部分城軌新興城市在現(xiàn)階段對于智能運(yùn)維技術(shù)的探索應(yīng)用。

3 智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方法路徑

3.1 智慧城軌發(fā)展綱要簡述

由前面論述可知，當(dāng)前城軌領(lǐng)域中基礎(chǔ)設(shè)施在智能運(yùn)維技術(shù)方面發(fā)展偏慢，既有諸多挑戰(zhàn)，也有廣闊的發(fā)展空間。下面，以中國城市軌道交通協(xié)會印發(fā)的 《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》（以下簡稱《發(fā)展綱要》）中給出的相關(guān)內(nèi)容要求為目標(biāo)，結(jié)合自身在城軌基礎(chǔ)設(shè)施方面長期開展基礎(chǔ)研究與技術(shù)服務(wù)所積累的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識，對城軌基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維技術(shù)體系建設(shè)方法與路徑進(jìn)行探討。

為了促進(jìn)我國城軌交通行業(yè)信息化的健康發(fā)展和智慧城軌的有序建設(shè)，進(jìn)行行業(yè)層面的頂層設(shè)計，統(tǒng)籌發(fā)展戰(zhàn)略，中國城市軌道交通協(xié)會于2020年3月發(fā)布了《發(fā)展綱要》，為今后我國城軌行業(yè)制定智慧城軌發(fā)展的技術(shù)政策、技術(shù)規(guī)范、發(fā)展規(guī)劃以及實(shí)施計劃予以指導(dǎo)?！栋l(fā)展綱要》將智慧城軌建設(shè)規(guī)劃為八大體系、一個城軌云與大數(shù)據(jù)平臺、一套中國智慧城軌技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并均提出了建設(shè)目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)，為開展相關(guān)研究與應(yīng)用明確了方向與思路，在此給出智能基礎(chǔ)設(shè)施體系2035年建設(shè)目標(biāo)與重點(diǎn)內(nèi)容，如表1所示。

由表1可知，城軌基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維體系建設(shè)主要圍繞軌道、橋隧、接觸網(wǎng)/軌等設(shè)施，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息、狀態(tài)變化信息的系統(tǒng)管理與可視化;通過檢測監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)施自身狀態(tài)變化、設(shè)施設(shè)備關(guān)聯(lián)影響、環(huán)境影響等信息的感知，并建立相應(yīng)的狀態(tài)評估體系;通過綜合仿真分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)對設(shè)施及環(huán)境多元耦合狀態(tài)的評價、診斷及預(yù)測;利用海量數(shù)據(jù)積累并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施健康狀態(tài)預(yù)測模型的建立及開展劣化預(yù)警應(yīng)用;廣泛利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期的資產(chǎn)管理、集成化移動化的運(yùn)維管理及智能化可視化的安全管理;利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)并結(jié)合信息管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施健康管理與智能分析決策，在資產(chǎn)管理與運(yùn)維管理中進(jìn)行合理應(yīng)用。

3.2 智能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展路徑

根據(jù)智能化技術(shù)發(fā)展規(guī)律，以及充分考慮上述各項技術(shù)當(dāng)前發(fā)展水平，城軌基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維基礎(chǔ)體系建設(shè)路徑可按照平臺搭建、技術(shù)接入、生產(chǎn)應(yīng)用、數(shù)據(jù)積累與智能應(yīng)用決策五步走。

（1）平臺搭建。智能運(yùn)維是以數(shù)據(jù)信息驅(qū)動的業(yè)務(wù)綜合應(yīng)用，因此首先需要具備云平臺、大數(shù)據(jù)平臺、基礎(chǔ)信息與業(yè)務(wù)管理平臺（如BIM平臺）等基礎(chǔ)類平臺，為業(yè)務(wù)信息與相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲、分析、傳輸、共享、應(yīng)用，以及裝備、系統(tǒng)、業(yè)務(wù)等的管理與綜合承載提供開發(fā)應(yīng)用環(huán)境。

（2）技術(shù)嵌入。為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施安全性與可靠性有效管控，及開展經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的視情維修，需在狀態(tài)檢測監(jiān)測、評價評估、分析診斷、綜合仿真分析等方面提供充分的技術(shù)支撐。分層次分階段開展既有成熟技術(shù)集成應(yīng)用、其他領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用、空白關(guān)鍵技術(shù)壁壘自主或合作攻破，逐步完善核心支撐技術(shù)并嵌入平臺。

（3）生產(chǎn)應(yīng)用。利用已搭建平臺與嵌入技術(shù)開展基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)感知、健康度評價、問題故障診斷、多要素關(guān)聯(lián)分析，巡檢維修過程管理、質(zhì)量管理、資產(chǎn)管理。在解決生產(chǎn)需要的同時，加速積累完善數(shù)據(jù)信息，充分挖掘運(yùn)維業(yè)務(wù)智能化應(yīng)用點(diǎn)。

（4）數(shù)據(jù)積累。通過既有業(yè)務(wù)開展應(yīng)用，充分積累數(shù)據(jù)量，擴(kuò)充數(shù)據(jù)類型，關(guān)聯(lián)信息源，構(gòu)建分析預(yù)測模型并加以訓(xùn)練，形成具備智能應(yīng)用能力的算法庫。同時，進(jìn)一步利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，挖掘具有應(yīng)用潛質(zhì)的應(yīng)用點(diǎn)。

（5）智能應(yīng)用決策。將信息技術(shù)、PHM技術(shù)、管理技術(shù)等深度融合，全面形成基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)智能感知、診斷、報警預(yù)警、預(yù)測、維修智能決策、應(yīng)急智能處置、資產(chǎn)智能管控等能力，達(dá)到降低人工作業(yè)強(qiáng)度、減輕故障等級、提升生產(chǎn)效率、降低運(yùn)維成本等目的。

4 結(jié)語

作為智慧城軌建設(shè)體系中的關(guān)鍵之一，智能運(yùn)維技術(shù)體系的建設(shè)要牢牢把握智能化與自主化發(fā)展實(shí)施策略，全面秉持統(tǒng)籌規(guī)劃、頂層設(shè)計、自主創(chuàng)新、重點(diǎn)突破、分步實(shí)施等方針，為早日完成軌道交通高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變、實(shí)現(xiàn)智慧城軌，以及交通強(qiáng)國戰(zhàn)略目標(biāo)砥礪前行。

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收稿日期 2020-07-22

責(zé)任編輯 司玉林