新基建體系支撐下的城市軌道交通運維模式芻議

顧正宜

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司， 上海， 200070∥高級工程師)

當(dāng)前，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G通信等先進信息技術(shù)已成為國家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)(以下簡稱“新基建”)的熱點研究方向。城市軌道交通結(jié)合新基建的技術(shù)特點，融合自身運營維護需求，開展模式創(chuàng)新，這是目前全國各地城市軌道交通運維創(chuàng)新的重要路線?；谌珖鞯氐膶嵺`案例和發(fā)展思路，本文就當(dāng)前新基建體系支撐下城市軌道交通運維模式總體創(chuàng)新趨勢及體會做一些分析及分享。

1 政策、態(tài)勢及企業(yè)現(xiàn)狀

2017年，習(xí)近平總書記在中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會的報告中提出：貫徹新發(fā)展理念，深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推動大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟的深度融合，尤其要加強鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。2020年，國家發(fā)展和改革委員會再次解讀新基建時提出：以5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以人工智能、云計算等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，以數(shù)據(jù)中心等為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施，要支撐傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型升級。2020年，中國城市軌道交通協(xié)會頒布的《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中提出了“交通強國，城軌擔(dān)當(dāng)”的發(fā)展理念。顯然，基于新興信息技術(shù)賦能傳統(tǒng)交通基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是在城市軌道交通領(lǐng)域進行應(yīng)用落地，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，是行業(yè)、地區(qū)乃至國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型的總體趨勢。

但與此同時，也應(yīng)看到城市軌道交通企業(yè)的運營現(xiàn)狀特點：一是企業(yè)營收相對單一。2019年全國平均運營收支比為72.7%，同時非票務(wù)收入比重偏低。二是部分地區(qū)的線路實際開通后，客流與預(yù)期有較大偏差，導(dǎo)致運營成本壓力較大，政府各項補貼成為企業(yè)運營收入的重要來源。三是成本構(gòu)成中與人工相關(guān)的成本支出占比較大，約占50%左右；電力能源消耗成本占比也要在10%以上。四是隨著線網(wǎng)規(guī)?；?、運營長期化后，設(shè)備系統(tǒng)的大修更新改造費用將逐漸成為企業(yè)(特別是開通運營10～20年的城市軌道交通企業(yè))開支中不可忽視的重要部分。五是企業(yè)債務(wù)負(fù)擔(dān)隨著線網(wǎng)擴張而不斷增加，特別是當(dāng)實際客流與預(yù)期不符時尤甚。

綜上所述，城市軌道交通企業(yè)在承擔(dān)社會公共運輸服務(wù)職責(zé)時，如何保證企業(yè)自身的良性可持續(xù)發(fā)展是其關(guān)鍵。因此，切實改善支出成本比例，優(yōu)化企業(yè)組織架構(gòu)，降低能源消耗，改良設(shè)備、裝備，以及創(chuàng)新的運營維護體系等，是其重要方面。對于新基建作為技術(shù)手段如何賦能城市軌道交通產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)降本增效，結(jié)合國家部委、行業(yè)協(xié)會的宏觀理念進行信息化創(chuàng)新，是近幾年各地城市軌道交通企業(yè)研究的熱點及焦點。

2 新型運維體系建設(shè)原則

1) 確保優(yōu)先滿足公交通勤服務(wù)質(zhì)量前提下，著力優(yōu)化運維成本。2019年，國務(wù)院頒布的《交通強國建設(shè)綱要》提出“全國123出行交通圈”概念，要求確保都市區(qū)1 h，都市圈2 h通勤保證。這是城市軌道交通合理存在的首要前提。探索靈活、柔性的行車組織方式，有助于在保障乘客通勤體驗時，優(yōu)化整體運營成本，逼近最優(yōu)運行效率。相對2 h及以上中長途運輸場景對交通工具乘坐舒適性的要求，短途運輸乘客對車次頻率、準(zhǔn)點率更為敏感，因此提供標(biāo)準(zhǔn)化、無差別群體運輸服務(wù)是可以接受的。

2) 凝煉聚焦與運輸服務(wù)強相關(guān)的功能需求，有助于提升運輸效率的功能，因此是值得強化和研究創(chuàng)新的。具體來說，主要分為外部需求和內(nèi)部需求兩類。外部需求聚焦與乘客出行關(guān)聯(lián)度較高的業(yè)務(wù)，如購票、安檢、過閘、換乘等體驗及效率優(yōu)化，著力提升運輸效率，強化公共運輸?shù)纳鐣б婕靶实暮诵膬r值，可以進一步吸引客流來正向反饋以提升企業(yè)營收。內(nèi)部需求著力于：優(yōu)化企業(yè)管理，減少組織內(nèi)耗；提升服務(wù)品質(zhì)，優(yōu)化修程修制；賦能狀態(tài)預(yù)測維修模式，提高應(yīng)急搶修反應(yīng)速度等措施。

3 新基建支撐體系下城市軌道交通運維模式若干問題探討

3.1 基于核心業(yè)務(wù)導(dǎo)向的系統(tǒng)創(chuàng)新路線

應(yīng)當(dāng)持續(xù)探索強化城市軌道交通的通勤運輸優(yōu)勢，最大化其社會公共屬性收益，包括：① 提供面向乘客的承運便利性。結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)、5G通信、人工智能生物識別、智能識別算法，賦能傳統(tǒng)業(yè)務(wù)提升效率，提供跨地區(qū)票務(wù)清分結(jié)算、線上線下快速購票、安檢互信和快速進站模式，提升用戶服務(wù)品質(zhì)。② 優(yōu)化換乘方式。通過手機終端感知、客流圖像采集、票務(wù)過閘信息等方式，對車站實時客流進行采集，當(dāng)累積一定周期的大數(shù)據(jù)后，利用算法模型即可優(yōu)化車站客流組織流線，以及大客流預(yù)警功能，提升車站及車輛運轉(zhuǎn)組織效率。

3.2 基于成本導(dǎo)向的系統(tǒng)創(chuàng)新路線

城市軌道交通企業(yè)具有部分事業(yè)單位屬性，但本質(zhì)上還是企業(yè)，需要確保組織可持續(xù)發(fā)展。雖然當(dāng)前普遍采用政府補貼等方式對城市軌道交通企業(yè)進行輸血，但這也取決于當(dāng)?shù)卣呢斦嵙Α?018年，國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進一步加強城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的意見》中再次強調(diào)了城市軌道交通建設(shè)的科學(xué)性，也從一個側(cè)面反映出政府對公共項目債務(wù)風(fēng)險的控制。那么對于新建和改建城市軌道交通項目，利用新基建技術(shù)賦能，降低人工投入、節(jié)能減排、預(yù)測維護，最終實現(xiàn)整體運維成本的有效控制，是實現(xiàn)城市軌道交通企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要切入點。

3.3 創(chuàng)新場景探索

1) 基于信用快速安檢創(chuàng)新。當(dāng)前，城市軌道交通運輸中一個較為普遍的矛盾是客流高效進站乘車與繁瑣安檢程序之間的矛盾。在國家建立完善社會信用體系的總體背景和指導(dǎo)思想下，探索以城市多維度大數(shù)據(jù)分析為支撐的乘客綜合評價體系；同時，配以快速分流、可信免檢進站模式，以信用評估為支撐，以實名購票驗證為措施，探索快速進站的新管理模式，在有效提升客流速度的同時保障運營安全，同時兼顧降低運營成本。這是利用信息化大數(shù)據(jù)優(yōu)勢的一個重要場景。

2) 應(yīng)急搶險駐點評估創(chuàng)新。當(dāng)城市軌道交通出現(xiàn)故障、事故或災(zāi)害時，局部阻塞造成的蝴蝶效應(yīng)將會波及社會正常秩序，因此，快速反應(yīng)、排障恢復(fù)是城市軌道交通企業(yè)的重要責(zé)任。特別是在網(wǎng)絡(luò)化運營趨勢下，當(dāng)城市軌道交通企業(yè)維護保障資源有限時，駐點的選取、倉庫配件數(shù)量及種類、人員配比將變得尤為重要。因此需要基于災(zāi)害事故的重要性、發(fā)生概率、人員車輛實際到場的時間、不同類型故障恢復(fù)時間等多維數(shù)據(jù)的采集、分析，以科學(xué)的算法模型進行分析并提供咨詢意見，將駐勤保障點優(yōu)化至最佳地理位置，為城市軌道交通排障快速恢復(fù)提供有效支撐，將社會通行秩序影響降至最低。

3) 車站運營管理創(chuàng)新。通過基于BIM(建筑信息模型)建模的數(shù)字孿生技術(shù)，以及車站風(fēng)、水、電、電扶梯等各類設(shè)備的智能化、信息化數(shù)據(jù)采集和控制，實現(xiàn)基于大客流、啟用/關(guān)閉車站、災(zāi)害處置疏散等場景的動態(tài)可調(diào)節(jié)精細(xì)化控制，實現(xiàn)現(xiàn)場機電系統(tǒng)一體化協(xié)同動作，實現(xiàn)時滯性系統(tǒng)(如通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng))的低時延輸出；在顯著改善車站環(huán)境的同時，簡化工作人員的操作復(fù)雜度，降低從業(yè)人員專業(yè)門檻；同時，以人工智能、雙驅(qū)算法來輔助決策及精細(xì)動作，提高整體運營水平，甚至在將來實現(xiàn)無人化、少人化車站管理。

4) 機電設(shè)備維護創(chuàng)新。機電設(shè)備運維很大程度上依賴于修程修制的規(guī)定和維護人員的長期經(jīng)驗及主觀評估。當(dāng)然，這些方法經(jīng)過驗證顯示基本可行。但是，隨著城市軌道交通規(guī)?；l(fā)展，維護人員的需求缺口極速擴大，人員素質(zhì)和經(jīng)驗難以穩(wěn)定保障；同時新設(shè)備、新型號的迭代更新僅依賴經(jīng)驗和既有章程已很難適應(yīng)當(dāng)前城市軌道交通企業(yè)對系統(tǒng)設(shè)備的持續(xù)高質(zhì)量運行要求。為此，當(dāng)前基于設(shè)備特征數(shù)據(jù)采集、分析的運維創(chuàng)新模式應(yīng)運而生，例如基于圖像識別的自動化巡檢設(shè)備、基于傳感器采集的“物理+數(shù)據(jù)”雙驅(qū)模型預(yù)測維護等的應(yīng)用，都能很大程度提高和改善運維水平。但當(dāng)前創(chuàng)新試點還是以數(shù)據(jù)積累、算法優(yōu)化為主，還需要較長時間的數(shù)據(jù)積累對算法及結(jié)果進行驗證。

5) 車輛裝備運維創(chuàng)新。城市軌道交通電客列車作為城市軌道交通的核心資產(chǎn)，是整體運輸服務(wù)的主力，也是能源消耗、運維保障成本的主要組成部分。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)信息采集、大數(shù)據(jù)云、人工智能算法支撐的車輛修程修制創(chuàng)新在幾大車輛制造企業(yè)的推動下，預(yù)測修、狀態(tài)修的模式不斷得到驗證改良。有數(shù)據(jù)表明，中國國家鐵路集團有限公式在2020年對動車組、機車車輛實施的修程修制實施的改革，使全年動車組高級修方面支出減少120億元，在機車車輛大修方面支出減少160億元，在貨車維修方面支出減少18億元左右，能夠為整體運維成本優(yōu)化做出較大貢獻(xiàn)。

3.4 新基建云架構(gòu)體系建設(shè)實踐及未來走向

3.4.1 當(dāng)前實踐現(xiàn)狀

在中國城市軌道交通協(xié)會的倡導(dǎo)下，基于云計算、大數(shù)據(jù)等先進信息技術(shù)的“城軌云”架構(gòu)體系在全國各地開展了部分試點創(chuàng)新，不斷探索以業(yè)務(wù)融合為方向的云架構(gòu)體系，同時各類專業(yè)云方案也在不斷試點和驗證中。云架構(gòu)方案的概念和理念也在各方共同推動下不斷得到修正和優(yōu)化。

但是，也應(yīng)看到，當(dāng)前方案的著力點是以服務(wù)器虛擬化為側(cè)重點，提供以IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)的云架構(gòu)服務(wù)模式)層應(yīng)用軟件運行環(huán)境為交付條件的綜合生產(chǎn)業(yè)務(wù)云技術(shù)架構(gòu)。業(yè)務(wù)與業(yè)務(wù)之間的接口并沒有完全突破原業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)體系。筆者認(rèn)為“虛擬煙囪化”可能依然存在。而為了實現(xiàn)虛擬資源池化所搭建的數(shù)據(jù)中心機房、大帶寬傳輸系統(tǒng)、服務(wù)存儲陣列設(shè)備及異地容災(zāi)措施的投入所換來的價值并未完全釋放。另一方面，云架構(gòu)化伴隨帶來的“隱形中間層”，為管理分工、權(quán)責(zé)劃分、運維界面等非技術(shù)層面的管理問題，提出了需要進一步完善解決的方向。

3.4.2 未來走向

當(dāng)前云架構(gòu)主流方案在信息化基礎(chǔ)設(shè)施，如數(shù)據(jù)中心機房、服務(wù)器集群、傳輸網(wǎng)絡(luò)、虛擬化等方面，已經(jīng)形成了行業(yè)基本共識和成套體系方案，但是對新基建所涉及的價值創(chuàng)造方面，尚具有進一步提升和挖掘的潛力。主要體現(xiàn)在：

1) 大數(shù)據(jù)云平臺的最終運用目標(biāo)：新基建倡導(dǎo)的新興信息技術(shù)，助力的是宏觀的、整體的應(yīng)用，至少是城市級的數(shù)據(jù)應(yīng)用，而局部、微觀、短期的數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新并非其優(yōu)勢。數(shù)字化改革的目的是通過海量數(shù)據(jù)提供宏觀信息及決策，提升服務(wù)品質(zhì)，優(yōu)化企業(yè)運營效率，以及網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)?；瘧B(tài)勢下的成本控制。目前基于“城軌云”的應(yīng)用實踐案例由于實踐時間尚短，在切實提質(zhì)增效上還在持續(xù)探索和驗證。

2) 數(shù)據(jù)中臺/平臺化：當(dāng)前各種數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用場景實踐的開展，尚未形成一個有機整體，工務(wù)、通號、供電、車輛等業(yè)務(wù)板塊自成體系的態(tài)勢還較為顯著(這也和企業(yè)組織架構(gòu)有關(guān))。通過對生產(chǎn)系統(tǒng)、辦公管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行清洗、篩選和結(jié)構(gòu)化，形成業(yè)務(wù)體系、數(shù)據(jù)體系對接的平臺/中臺化PaaS(平臺即服務(wù)的云架構(gòu)服務(wù)模式)體系，通過大數(shù)據(jù)挖掘及人工智能訓(xùn)練來為上層運營、維護、管理等業(yè)務(wù)開發(fā)提供宏觀決策支撐，或?qū)⒊蔀槲磥頂?shù)字運維價值化的一個方向。

相對互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新開發(fā)的敏捷性，城市軌道交通業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性特點更吻合中臺/平臺化架構(gòu)體系。但是中臺/平臺化的開發(fā)部署需要更多基于當(dāng)?shù)仄髽I(yè)運營管理的精細(xì)化進行開發(fā)。這往往是核心難點所在。

當(dāng)前對云架構(gòu)下大數(shù)據(jù)的價值運用開發(fā)尚未完全體現(xiàn)。這一方面是云平臺技術(shù)企業(yè)對城市軌道交通運營維護業(yè)務(wù)這一細(xì)分專業(yè)領(lǐng)域認(rèn)知較為有限，另一方面是城市軌道交通企業(yè)對基于云平臺的業(yè)務(wù)管理優(yōu)勢還在逐步認(rèn)知和探索的過程中。因此，基于諸方建立共識認(rèn)知后的整體大數(shù)據(jù)云價值體系的閉環(huán)構(gòu)建才是關(guān)鍵。

3.5 規(guī)劃、設(shè)計及咨詢的定位

設(shè)計、咨詢從業(yè)人員是數(shù)字化、智能化運維應(yīng)用價值目標(biāo)認(rèn)知以及新基建信息技術(shù)理解的雙重交匯點，是城市軌道交通數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計、咨詢從業(yè)人員的服務(wù)價值，就是成為城市軌道交通企業(yè)和信息化供應(yīng)商之間的橋梁，既了解一定的業(yè)務(wù)流程，也同時兼顧一定的技術(shù)能力。他們應(yīng)以復(fù)合型、綜合型人才服務(wù)進行服務(wù)輸出，方能提出最合理的方案。

城市軌道交通運維方案，是結(jié)合當(dāng)?shù)仄髽I(yè)特點的長期定制化服務(wù)，其設(shè)計、咨詢?nèi)藛T應(yīng)具備歸納需求、提煉標(biāo)準(zhǔn)、整合業(yè)務(wù)、建立場景的綜合梳理策劃能力，為企業(yè)提供頂層、長期、宏觀數(shù)字化運營解決方案，起到承上啟下、內(nèi)外融通的作用。當(dāng)前具備這樣能力的信息化咨詢、設(shè)計人才還比較稀缺，尚需要挖掘和培養(yǎng)。

4 結(jié)語

在當(dāng)前國家、社會、城市的數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體趨勢下，如何運用新基建信息技術(shù)，切實提高城市軌道交通運行及維護體系的效率，是重要課題。當(dāng)下的很多創(chuàng)新實踐在節(jié)能、預(yù)測維修、高效運行等業(yè)務(wù)場景方面做了很多有益的嘗試，取得了一定的進展。但筆者認(rèn)為：技術(shù)架構(gòu)已不是當(dāng)前首要關(guān)鍵因素，更重要的是跨專業(yè)、體系化、宏觀級的策劃和管理思路和理念。這是新基建體系支撐下城市軌道交通企業(yè)精細(xì)化管理和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。