天津軌道交通智慧運(yùn)營(yíng)的探索

文/王路萍，天津城市軌道咨詢公司總經(jīng)理

目前天津軌道交通建設(shè)正處在發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，推動(dòng)智慧城軌相關(guān)項(xiàng)目研究和建設(shè)符合《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》等國(guó)家政策和行業(yè)發(fā)展需要?！短旖蚴小笆奈濉币?guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)建議》同樣指出打造交通強(qiáng)市，加快城市軌道交通和市域（郊）鐵路建設(shè)，推動(dòng)傳統(tǒng)和新型基礎(chǔ)設(shè)施整體優(yōu)化、協(xié)同融合，提升社會(huì)服務(wù)管理數(shù)字化、智能化水平。

隨著天津城市軌道交通運(yùn)營(yíng)規(guī)模的迅速擴(kuò)展和信息化水平的不斷提高，如何高質(zhì)量推進(jìn)城軌信息系統(tǒng)向網(wǎng)聯(lián)化、協(xié)同化和智能化方向發(fā)展成為重要的研究方向。車站作為城軌網(wǎng)絡(luò)中最為關(guān)鍵的銜接部分，車站的有效監(jiān)測(cè)與管理關(guān)系著整個(gè)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。

針對(duì)城軌車站業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備部署分散、信息資源共享程度低、業(yè)務(wù)流程融合協(xié)同效率不足，智能化綜合管控提升難等問題，依托BIM、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，研究以數(shù)據(jù)為核心構(gòu)建車站人、機(jī)、物等要素的全面互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)城軌車站綜合業(yè)務(wù)、復(fù)雜專業(yè)系統(tǒng)集成的運(yùn)營(yíng)管理優(yōu)化和效率提升，推動(dòng)城軌車站實(shí)現(xiàn)數(shù)字可視化、業(yè)務(wù)協(xié)同化、管理智慧化。

主要意義：一是推進(jìn)智能感知技術(shù)在車站管理中的應(yīng)用，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)廣度與深度，為設(shè)備運(yùn)營(yíng)故障及健康狀態(tài)的分析提供技術(shù)支持；二是采用基于BIM和數(shù)字孿生的車站生產(chǎn)要素全景可視化展示，有利于車站管理的全局管控，保障車站安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)；三是實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景的可視化監(jiān)控、應(yīng)急事件感知、人員異常行為感知，提升車站運(yùn)營(yíng)及應(yīng)急指揮能力。

天津軌道交通現(xiàn)狀

天津軌道交通開通運(yùn)營(yíng)線路地鐵線路共有6條，線網(wǎng)覆蓋11個(gè)市轄區(qū)，通車線路分別為1、2、3、5、6、9號(hào)線，總運(yùn)營(yíng)里程232千米，共設(shè)車站143座；2019年，天津軌道交通年客運(yùn)量為5.2506億人次，日均客運(yùn)量約為143.85萬人次。

2015年9月14日，中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)了《天津市城市軌道交通第二期建設(shè)規(guī)劃》，規(guī)劃建設(shè)M3線二期（南延）、M7線一期、M8線一期、M10線一期、M11線一期、Z2線一期、Z4線一期和B1線一期等8個(gè)項(xiàng)目，總長(zhǎng)約228.1公里。建成后將形成14條運(yùn)營(yíng)線路、總長(zhǎng)513公里的軌道交通網(wǎng)絡(luò)。

天津市城市軌道交通遠(yuǎn)景年線網(wǎng)由28條線路組成，總里程1380公里。目前正在進(jìn)行新一輪線網(wǎng)規(guī)劃修編工作，為推進(jìn)京津冀一體化戰(zhàn)略落地，促進(jìn)京津冀都市圈經(jīng)濟(jì)繁榮，進(jìn)一步規(guī)劃了市域郊鐵路。天津各區(qū)縣結(jié)合城際鐵路、市域鐵路、軌道交通等規(guī)劃建設(shè)工作，也在開展中低運(yùn)量軌道交通的規(guī)劃和建設(shè)工作。

天津智慧城軌的研究及技術(shù)路徑

天津軌道交通經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，總結(jié)提煉出屬于天津地鐵基本特征的智慧地鐵 定義，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)與執(zhí)行；同時(shí)構(gòu)建了“一朵產(chǎn)業(yè)云：互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)云；兩類智能數(shù)據(jù)：管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)；三大標(biāo)準(zhǔn)體系：運(yùn)營(yíng)管理、綜合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、智能裝備；四個(gè)智慧領(lǐng)域：智慧建設(shè)、智慧運(yùn)營(yíng)、智慧資源、智慧管理；五層技術(shù)架構(gòu)：綜合決策層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)處理層、服務(wù)平臺(tái)層、智能采集層”的天津智慧城軌框架并同步開展了一系列的智慧地鐵應(yīng)用探索。天津智慧城軌的研究與試點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)下的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)與需求出發(fā)，以“安全、服務(wù)、效率、效益”4 個(gè)維度作為智慧智慧城軌的建設(shè)目標(biāo)。各類智慧化應(yīng)用的試點(diǎn)項(xiàng)目需要以上這四個(gè)維度指導(dǎo)建設(shè)，構(gòu)建智能感知、協(xié)同聯(lián)動(dòng)的能力，以數(shù)字化驅(qū)動(dòng)地鐵業(yè)務(wù)的執(zhí)行提升，支撐天津軌道交通網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展。

（一）總體技術(shù)思路

對(duì)標(biāo)國(guó)家和行業(yè)發(fā)展策略和目標(biāo)，參照《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中“1-8-1-1”發(fā)展藍(lán)圖，對(duì)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，對(duì)天津軌道的現(xiàn)狀、存在問題、發(fā)展需求進(jìn)行分析和評(píng)估，落實(shí)智慧城軌建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)智慧城軌的建設(shè)目標(biāo)。

（二）頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃——技術(shù)路線

行業(yè)技術(shù)發(fā)展和天津軌道實(shí)際需求相結(jié)合，落實(shí)指導(dǎo)思想和基本原則，確定總體目標(biāo)和建設(shè)目標(biāo)，貼合天津軌道交通特點(diǎn)分版塊確定需求及功能，進(jìn)一步設(shè)計(jì)應(yīng)用功能架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)體系，落實(shí)智慧軌道的實(shí)施方案，包括建設(shè)項(xiàng)目、實(shí)施籌劃、保障措施。

（三）智慧城軌建設(shè)——PEOS模式

以人為本，因地制宜，結(jié)合現(xiàn)狀以科學(xué)定位，合理配置資源，開展統(tǒng)籌規(guī)劃（Plan as a whole）；選取典型應(yīng)用場(chǎng)景和車站進(jìn)行試驗(yàn)、示范（Experiment）；優(yōu)化完善（Optimise）智慧化應(yīng)用成果，打造可復(fù)制、可推廣的智慧城軌建設(shè)管理模式，最終實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用（Spread）。

（四）生產(chǎn)業(yè)務(wù)智慧化

從業(yè)務(wù)需求出發(fā)，以智能感知為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施、人員、運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)的感知智能；通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析利用實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)判斷、業(yè)務(wù)閉環(huán)管理、自主學(xué)習(xí)提升，逐步實(shí)現(xiàn)認(rèn)知智能、行動(dòng)智能，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的總體目標(biāo)。

（五）管理提升智慧化

根據(jù)天津軌道交通管理架構(gòu)特點(diǎn)，分析管理提升的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合新型信息化技術(shù)手段，落實(shí)管理提升的規(guī)劃建設(shè)方向，實(shí)踐智慧化技術(shù)方案措施。

（六）數(shù)據(jù)規(guī)劃路線

數(shù)據(jù)規(guī)劃是智慧城軌規(guī)劃的核心，首先建立各專業(yè)感知數(shù)據(jù)的采集原則，確定數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)和技術(shù)設(shè)施，進(jìn)一步確定數(shù)據(jù)的共享共治方案，建立分類存儲(chǔ)處理規(guī)則，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用落實(shí)數(shù)據(jù)分析方法、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)綜合決策的應(yīng)用場(chǎng)景。

（七）核心技術(shù)建設(shè)方向

結(jié)合天津軌道交通智慧化建設(shè)實(shí)踐，根據(jù)業(yè)務(wù)版塊特點(diǎn)，發(fā)展天津智慧城軌的特色核心技術(shù)，主要包括：網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌管理技術(shù)、智慧車站技術(shù)、數(shù)據(jù)治理技術(shù)、車輛及設(shè)備運(yùn)維技術(shù)、新型技術(shù)裝備。

智慧車站

（一）總體定位

結(jié)合采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的車站運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)智慧車站的總體功能，具體實(shí)現(xiàn)車站態(tài)勢(shì)全感知、客運(yùn)服務(wù)智能化和人員管控精細(xì)化，全面支持多職能隊(duì)伍的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)崗位復(fù)合和減員增效。一方面確定車站運(yùn)營(yíng)需求，定義車站管理內(nèi)容，明確運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，并以車站各崗位作業(yè)內(nèi)容為引導(dǎo)，轉(zhuǎn)換車站智能化需求; 另一方面梳理現(xiàn)有的技術(shù)支持，如系統(tǒng)設(shè)備和大數(shù)據(jù)支撐，以及車站現(xiàn)有的工作流程、臺(tái)賬記錄、崗位標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)案文本等，并從車站運(yùn)營(yíng)管理、設(shè)備管理和人員管理智能化以及故障聯(lián)動(dòng)、消防聯(lián)動(dòng)、大客流應(yīng)急聯(lián)動(dòng)需求進(jìn)行梳理，并從人員布崗作業(yè)、信息流轉(zhuǎn)和設(shè)備聯(lián)動(dòng)三方面確定功能需求和系統(tǒng)配置。

（二）特征分析

1.線網(wǎng)特征：線網(wǎng)架構(gòu)高度依托城市重要節(jié)點(diǎn)；雙城化發(fā)展，中心城區(qū)和濱海新區(qū)分區(qū)規(guī)劃和建設(shè)；以外環(huán)為界，環(huán)內(nèi)相對(duì)高密度和環(huán)外低密度。

2.客流特點(diǎn)：通勤客流為主，潮汐客流突出，時(shí)段客流差異較大；客流強(qiáng)度較低，分為樞紐站，中心站、一般站和小客流站；客流組成中老人及小孩占比較高。

3.管理特點(diǎn)：集團(tuán)制版塊化管理，職能及管理較為清晰；PPP建設(shè)模式下存在多個(gè)建設(shè)主體和運(yùn)營(yíng)管理主體；資金和成本控制壓力較大。

4.技術(shù)特點(diǎn)：各期建設(shè)線路技術(shù)差異較大，存在較大代差；設(shè)備廠家較多，設(shè)備系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化需要進(jìn)一步提高。

5.系統(tǒng)架構(gòu)：智慧車站以高效的運(yùn)營(yíng)管理、優(yōu)質(zhì)的乘客服務(wù)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)車站系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)車站環(huán)境、客流、突發(fā)事件的實(shí)時(shí)感知，實(shí)現(xiàn)車站的自主運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)乘客服務(wù)的無人化或者少人化運(yùn)作，總體框架分為7層。

（1）感知系統(tǒng)層。包括各智能化系統(tǒng)、智能設(shè)備、控制裝置、執(zhí)行裝置和傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)及建筑內(nèi)部附屬設(shè)施、環(huán)境和人的實(shí)時(shí)感知與智能控制。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。采用統(tǒng)一的通信接口協(xié)議，通過公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)以無線或有線方式，將信息、數(shù)據(jù)與指令在感知系統(tǒng)層與數(shù)據(jù)層、平臺(tái)支撐層和應(yīng)用層之間傳遞。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施層。包括平臺(tái)運(yùn)行所需的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)備，可采用物理服務(wù)器，也可采用云服務(wù)器。

（4）數(shù)據(jù)層。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一組織和管理及數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與統(tǒng)一表達(dá)，為數(shù)據(jù)交換和共享提供支撐。

（5）平臺(tái)支撐層。支撐上層應(yīng)用的各種服務(wù)組件，可根據(jù)實(shí)際需求不斷增加。

（6）應(yīng)用層。包括滿足運(yùn)營(yíng)管理和辦公生活需求的各類應(yīng)用。

（7）展示層根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，提供多種展示交互方式。

6.功能設(shè)計(jì)：基于數(shù)字孿生技術(shù)的車站多元生產(chǎn)要素?cái)?shù)字模型及可視化監(jiān)視技術(shù)，通過研究建立車站人員、設(shè)備、設(shè)施、建筑、環(huán)境等生產(chǎn)要素3D模型，通過物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備實(shí)時(shí)信息實(shí)現(xiàn)三維可視化的車站聯(lián)動(dòng)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車站設(shè)備運(yùn)營(yíng)階段故障預(yù)測(cè)和聯(lián)動(dòng)控制，高可靠性預(yù)警。

對(duì)“人員—設(shè)備設(shè)施—環(huán)境”等在時(shí)域空間的預(yù)測(cè)與推演，基于多智能體協(xié)同控制技術(shù)，對(duì)客流、設(shè)備、供電、視頻、其他等專業(yè)之間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互、數(shù)據(jù)和設(shè)備協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)車站作業(yè)自動(dòng)化、管理信息化、乘客服務(wù)自主化、信息發(fā)布多樣化以及設(shè)備管理精細(xì)化。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處置自動(dòng)化，提高車站運(yùn)營(yíng)的智能化水平。

基于數(shù)字模型的創(chuàng)建適應(yīng)于車站生產(chǎn)要素融合平臺(tái)，采用BIM、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立融合無人客服、智慧信息、客流監(jiān)測(cè)與預(yù)警、智能安防、智能站務(wù)等各模塊信息的多源信息融合處理框架，形成集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)清洗為一體的多專業(yè)、多結(jié)構(gòu)的全面信息融合體系，本技術(shù)實(shí)現(xiàn)融合12類設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、 TB級(jí)數(shù)據(jù)處理能力，并實(shí)現(xiàn)車站無人化或少人化。

7.試點(diǎn)情況

（1）天津站。天津站位于天津市河?xùn)|區(qū)天津站后廣場(chǎng)地下，是天津站交通樞紐重要組成部分，是天津地鐵2號(hào)線、天津地鐵3號(hào)線和天津地鐵9號(hào)線的換乘節(jié)點(diǎn)，同時(shí)滿足地鐵2、3、9號(hào)線、京津城際、津秦客專、地下直徑線、國(guó)鐵等旅客換乘的需要，實(shí)現(xiàn)了軌道交通與城際鐵路及其他交通方式之間的“無縫換乘”。天津站為一類車站，客流量大，是交通樞紐車站，試點(diǎn)工程將側(cè)重于面向乘客服務(wù)與智慧出行特色試點(diǎn)項(xiàng)目，主要示范項(xiàng)目如下：一是智慧票務(wù)，語音購票、無感支付；二是智慧客服與導(dǎo)向，無人智能客服中心、智能導(dǎo)向；三是智慧出行，智慧信息發(fā)布、智慧出行移動(dòng)APP體驗(yàn)、智能列車的信息服務(wù)、智慧衛(wèi)生間；四是客流監(jiān)測(cè)與預(yù)警；五是智能安防；六是智能站務(wù)管理。

（2）文化中心站。文化中心站是5、6、11號(hào)線的換乘車站，為二類車站，是地鐵大型換乘站，試點(diǎn)工程將側(cè)重面向設(shè)備智能運(yùn)行與科技體驗(yàn)為試點(diǎn)特色項(xiàng)目，建立示范站。主要示范項(xiàng)目如下：智慧客服與智能導(dǎo)向、設(shè)備運(yùn)行感知、能源管理、一鍵開關(guān)站、智能站務(wù)管理。

（3）張貴莊站。張貴莊站為地鐵9號(hào)線的高架車站，三類車站，試點(diǎn)工程將在側(cè)重面向環(huán)境感知與站務(wù)管理特色試點(diǎn)項(xiàng)目，建立示范站。主要示范項(xiàng)目如下：智能環(huán)境感知與動(dòng)態(tài)調(diào)控、電扶梯與異常行為監(jiān)控、能源管理、一鍵開關(guān)站。

天津軌道交通在經(jīng)過近些年的高速發(fā)展，逐漸形成了從滿足運(yùn)營(yíng)基本需要向智慧化發(fā)展的行業(yè)趨勢(shì)，通過對(duì)智慧車站的研究，打破當(dāng)前設(shè)備系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的壁壘，更重要的是重新定義了車站的服務(wù)功能，洞悉了乘客及車務(wù)運(yùn)營(yíng)管理的新需求，從業(yè)務(wù)流程、管理流程上進(jìn)行了優(yōu)化，并形成天津軌道交通智慧車站的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而指導(dǎo)后續(xù)線路的智慧車站建設(shè)，也可為其他城市智慧地鐵的建設(shè)提供參考。