城市軌道交通智慧段場的設計與應用

摘" 要：各城市軌道交通運營管理單位的段場是列車、設備維保的主要場所，在自動駕駛線路逐漸普及的情況下，車輛段的安全與運營效率均需同步提高。據(jù)此，設計一套符合自動駕駛線路的智能段場管理系統(tǒng)，以智能檢測、智能運維、DCC一體化和安全防護為主要支撐的智慧段場體系，打通各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)互聯(lián)互通。智慧段場在常州地鐵實際生產(chǎn)中成功試用，該設計可在保障安全生產(chǎn)高效運轉(zhuǎn)的同時，精簡部分運營生產(chǎn)人員，減少運營單位的人力成本支出，提供可持續(xù)的經(jīng)濟價值。

關鍵詞：城市軌道交通；段場；設計；智慧；子系統(tǒng)

中圖分類號：Ｕ239.5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0023-04

城市軌道交通運營單位的段場是車輛段與停車場的統(tǒng)稱，是對地鐵車輛進行清洗、檢查、維修等生產(chǎn)作業(yè)的主要基地，以保證車輛處于健康狀態(tài)，保障車輛在正線安全運行[1]。但隨著信息化技術的逐步發(fā)展，新技術的逐步運用，城市軌道交通行業(yè)逐步推行智慧城軌應用[2-3]。目前，各軌道交通單位均在開展全自動駕駛線路的建設與運營，但在自動駕駛線路中，車輛段將由基地化向車站化管理轉(zhuǎn)變，段場軌行區(qū)的調(diào)度、運維、安全均需進行管理升級，對此亟需一套安全、可靠、高效的智慧段場系統(tǒng)。

1" 傳統(tǒng)段場運作

1.1" 車輛維保

傳統(tǒng)段場內(nèi)，運營車輛需按周期進行檢查與維保，列車各種檢修計劃往往是通過列車的維修記錄臺賬，結(jié)合正線運營列車的故障報告情況，為對檢修工班安排相應的工作任務。檢修人員按照下發(fā)的檢修要求，辦理請銷點后前往指定地點進行檢修作業(yè)。車輛受電弓、車門等特殊部件的檢測，需要通過人工調(diào)車的方式，進入特殊的維修庫進行檢修。

1.2" DCC運作

車輛段控制中心（DCC）主要由調(diào)度員和派班員組成，段場內(nèi)的行車主要由調(diào)度員負責，列車司機出退勤工作由派班員進行安排和把控。傳統(tǒng)線路的段場均無信號保護，調(diào)度員需要根據(jù)收發(fā)車計劃、施工情況、調(diào)試計劃等因素，人工排列進路，并聯(lián)控列車司機組織段場內(nèi)行車。

1.3" 段場管理

在使用接觸網(wǎng)供電方式的段場內(nèi)，庫內(nèi)和軌行區(qū)相對開放，施工作業(yè)、司機駕駛、檢修維保等人員互相交叉作業(yè)，人員分散管理。軌行區(qū)與庫內(nèi)的人員作業(yè)安全，往往通過施工負責人監(jiān)督、DCC調(diào)度員的巡場進行把控。

1.4" 其他

各段場在運維與指揮工作之外，存在施工計劃、維修、物資和巡檢等輔助工作。各輔助工作均存在相應的電子辦公自動化（OA）流程，各相關的審批人根據(jù)任務計劃進行審批與執(zhí)行。

2" 智慧段場設計

2.1" 智能檢測

列車的運營狀態(tài)，往往通過機控的車輛控制與管理系統(tǒng)（TCMS）網(wǎng)絡主線進行傳輸，將列車的實時狀態(tài)反饋至司機行車顯示裝置（DDU）平臺，由列車司機對列車的狀態(tài)進行監(jiān)控。在運營時間內(nèi)，列車分布在正線的各個站點，列車出現(xiàn)故障時，往往需要司機、行調(diào)、檢調(diào)的逐級匯報與反饋，過程中易出現(xiàn)信息延時和信息偏差。

為了更便捷、迅速地監(jiān)測列車狀態(tài)，如圖1所示，在各列車控制單元中加裝故障預測與健康管理（PHM）主系統(tǒng)，并接入車輛TCMS網(wǎng)絡中。PHM系統(tǒng)對列車的各內(nèi)在運作數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，獲取車輛各設備的實時狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)，通過5G或車地無線網(wǎng)絡傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心。在車輛段維修工班內(nèi)集成終端數(shù)據(jù)顯示，可對各激活列車的實時狀態(tài)進行查閱并對異常信息進行警示。PHM系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口與軌旁綜合檢測系統(tǒng)、列車巡檢機器人、車輛檢修管理系統(tǒng)連接，接收并儲存軌旁檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)、列車巡檢機器人數(shù)據(jù)和車輛檢修管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，建立智能分析診斷系統(tǒng)和智能監(jiān)控應急系統(tǒng)，指導列車排故，改變傳統(tǒng)的檢修模式，提高檢修效率[4]。

在段場的咽喉區(qū)安裝軌旁綜合檢測系統(tǒng)，對通過的列車進行設備硬件狀態(tài)檢測。在列車回庫時，綜合檢測系統(tǒng)利用全方位光電技術和熱成像技術，對列車各設備表面進行取樣和圖像對比分析。對列車走行部溫度、走行部設備、受電弓和外觀等列車外部設備，實現(xiàn)運動中的自動檢測與故障判斷分析。

2.2" 智能運維

智能運維主要分為智能工作任務分布與智能作業(yè)。如圖2所示，在智能工作任務中，對車輛信息進行全方位記錄，建立列車全生命信息系統(tǒng)。根據(jù)檢修標準與規(guī)程、車輛里程、維保記錄和故障信息等數(shù)據(jù)，列車全生命信息系統(tǒng)自動布置檢修任務。車輛、設備智能任務，包括整個檢修作業(yè)中的作業(yè)下發(fā)、作業(yè)過程管理、物料管理和質(zhì)量管理等各環(huán)節(jié)，在車輛、設備標準化檢修工藝流程的標準下，自動生成檢修工單，建立以車輛、設備及關鍵零部件為核心的檢修體系，并根據(jù)檢修過程中填報的數(shù)據(jù)，建全車輛、設備及部件的全生命周期履歷檔案。

智能運維的本質(zhì)是狀態(tài)修，狀態(tài)修是智能運維的最終目標[5]。在智能作業(yè)中，配備符合列車檢修要求的智能列檢機器人，智能列檢機器人在收到智能工作任務的布置后，對列車關鍵部件進行實時高清檢測。通過圖像對比、計算機視覺、深度學習和分級預警等技術，對異常信息自動識別，異常數(shù)據(jù)及時傳遞至管理中心并進行報警。智能列檢機器人的運用，可達到提升檢修效率、降低運維成本、保障列車安全行駛的目的。

2.3" DCC一體化

全自動駕駛線路的DCC受智能化設備影響，相關作業(yè)有明顯變化。對派班工作進行單元化分析，在各運營單位現(xiàn)有的乘務管理系統(tǒng)基礎上，建立智慧派班系統(tǒng)。使用計算機檢測、控制技術，對列車司機出勤情況進行把控，自助完成行車備品的收發(fā)、充電、備品領取及司機臨時交路調(diào)整功能，從而實現(xiàn)列車司機出退勤自主化、智能化和無人化管理。

全自動駕駛的線路，列車的收發(fā)車均由信號系統(tǒng)控制，列車在段場內(nèi)實現(xiàn)自動運行。在各職能設備、系統(tǒng)的不斷應用下，車輛的使用、運維和行車指揮之間的聯(lián)系更加密切，將檢修調(diào)度系統(tǒng)與DCC運作打通，對相關人員進行組織合并管理，對關聯(lián)業(yè)務進行融合，實現(xiàn)智慧段場DCC一體化。

2.4" 安全防護

2.4.1" 門禁系統(tǒng)

全自動駕駛線路的段場，列車自動運行，相關庫區(qū)和軌行區(qū)的進出人員需嚴格管控。在庫內(nèi)主要通道處，設置區(qū)域門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)人臉識別、判斷與開關門等功能。各生產(chǎn)管理系統(tǒng)對人員發(fā)布作業(yè)信息后，同步向區(qū)域門禁系統(tǒng)傳輸人員信息，作業(yè)人員通過人臉核驗后方可進入行車區(qū)域。

2.4.2" 區(qū)域定位系統(tǒng)

作業(yè)人員在庫區(qū)或軌行區(qū)進行施工或檢修作業(yè)時，需明確活動區(qū)域與范圍。智慧場段需對庫內(nèi)和軌行區(qū)進行一定數(shù)量與作業(yè)范圍的區(qū)域分類，明確各區(qū)域界限。在段場內(nèi)設置若干定位基站，利用無線測距技術，通過不同位置的多個定位基站分別對定位標簽的距離檢測，綜合判斷出實際標簽位置，從而進行人員定位。當作業(yè)人員佩戴定位標簽進入對應的區(qū)域，DCC調(diào)度室的設備終端可進行定位與顯示，實時展示運用庫內(nèi)的人員分布情況，當人員進入錯誤分區(qū)時，定位系統(tǒng)發(fā)生警報，DCC調(diào)度員可通過綜合廣播進行阻止與指揮。

區(qū)域定位系統(tǒng)可通過各分區(qū)的標簽數(shù)量的識別，實現(xiàn)分區(qū)的人員計數(shù)功能。開始作業(yè)前，對規(guī)定作業(yè)人數(shù)進行核實，當作業(yè)完畢后，對作業(yè)人員出勤情況進行判斷，保障區(qū)域安全。

2.4.3" 鷹眼監(jiān)控系統(tǒng)

對全段場布置智能視頻檢測全覆蓋，在重要行車區(qū)域進行全方位實時圖像監(jiān)測。對出現(xiàn)異物和非區(qū)域定位人員進行預警，對隔離開關分合、接地刀閘分合過程進行視頻監(jiān)控，對圖像進行智能分析判斷，判斷分、合狀態(tài)及是否到位信息。

在月修、定修、架修庫等特殊庫區(qū)的頂部安裝智能識別設備，實時識別作業(yè)人員是否佩戴安全帶，綜合分析各種安全隱患點。對重點作業(yè)區(qū)域，比如登頂平臺、車頂作業(yè)區(qū)域進行特殊視頻分析，判斷是否有工器具或者其他設備的遺落，保障作業(yè)的安全和車輛行駛安全。

2.5" 互聯(lián)互通

各智能子系統(tǒng)開發(fā)方式不同，如通過啟用局部智能產(chǎn)品單純解決某些問題，不僅收效甚微，甚至還可能加重運營成本。以搭建和發(fā)展智能運維平臺為基礎，多維度、全方位發(fā)展智能產(chǎn)品，實現(xiàn)各崗位工作內(nèi)容和步驟互通，各產(chǎn)品數(shù)據(jù)互聯(lián)互通并得到最大化利用，是智能運維系統(tǒng)的核心關鍵[6]。

如圖3所示，在城市軌道交通的內(nèi)網(wǎng)中，打造一個綜合數(shù)據(jù)管理平臺。各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總后，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，開放調(diào)用協(xié)議，實現(xiàn)各系統(tǒng)的信息互聯(lián)互通后，搭建完整的智能化運作平臺。在數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的基礎上，各設備通過數(shù)據(jù)的傳輸與控制，實現(xiàn)智能列車、軌旁設備、智能設備、工藝設備、用戶終端、監(jiān)視設備與DCC一體化管理系統(tǒng)業(yè)務管理融合，提升人機交互效率。在各檢測設備中，實現(xiàn)對檢測設備、防護裝置、工器具柜、工藝設備等運作與平臺中運、檢、修業(yè)務管理深度融合、業(yè)務自動化、作業(yè)無紙化和運作智能化，實現(xiàn)減人增效。在生產(chǎn)管理中，實現(xiàn)終端信息分享與推送，同時對各相關信息進行跟蹤與綜合判斷，對異常信息進行預警，提升安全管理質(zhì)量。

3" 經(jīng)濟價值

3.1" 直接經(jīng)濟效益

智慧段場的應用，提高了安全生產(chǎn)效率的同時，可減少人員工作量，從而對相關崗位進行融合，減少人員成本支出，縮減企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本。

智慧段場應用后，DCC人員、檢調(diào)維修人員均產(chǎn)生一定的縮減。智慧段場經(jīng)濟價值的主要影響因素有：段場現(xiàn)有人員數(shù)量、薪資組成、智慧段場的投入費用及年度運維費用，其所能產(chǎn)生的直接經(jīng)濟價值詳見公式（1）。

式中：E為項目所帶來的經(jīng)濟價值；A為崗位工資；X為績效工資；M為員工福利；N為優(yōu)化人數(shù)；P為智慧段場造價；Y為項目運用的年數(shù)；R為項目3年后每年運維的費率。

以常州地鐵2號線試行和5號線建設初期應用為例，額外投入成本382萬元，目前尚處于過渡期，已優(yōu)化11名派班員、2名檢調(diào)和9名檢修員，每名員工的平均年度支出為17.2萬元，前3年將節(jié)省753萬元。

3.2" 間接經(jīng)濟效益

傳統(tǒng)段場的工作任務發(fā)布、設備檢測均由人工執(zhí)行，實際生產(chǎn)中常常出現(xiàn)作業(yè)遺忘、細節(jié)失誤等問題，其準確率遠不如成熟的智慧段場系統(tǒng)。智慧段場可為自動駕駛線路提供一套更加便捷、高效的管理工具，且其精準的數(shù)據(jù)，可為地鐵后續(xù)大數(shù)據(jù)管理工作提供良好的信息基礎。

智慧段場是智慧城軌的應用先鋒，成熟使用后，對智慧城軌的創(chuàng)新探索起到積極影響，將引導各城市軌道交通運營單位的生產(chǎn)業(yè)務部門以生產(chǎn)業(yè)務為主要邏輯，開展智能化探索。

3.3" 經(jīng)濟可持續(xù)性

全國具有城市軌道交通的城市已高達59座，智慧段場作為創(chuàng)新型成果，僅在極少數(shù)地鐵的個別線路進行試用，其具備廣闊的運用空間與運用前景。

由式（1）可知，智慧段場的經(jīng)濟價值并不是一次性回報，各城市的地鐵線路一旦投入運營，隨著年限的增長，其創(chuàng)造的經(jīng)濟價值成線性增長。此外，城市軌道交通獲批后，將逐步搭建線路網(wǎng)絡，隨著線路的增加，智慧段場所創(chuàng)造的經(jīng)濟價值也將伴隨能夠優(yōu)化的派班員人數(shù)呈二次增長趨勢。

4" 結(jié)束語

交通運輸行業(yè)已由高速發(fā)展逐步向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新、綠色、智慧的城市軌道交通將成為主要發(fā)展方向[7]。智慧段場作為智慧城軌的細分領域，在全自動駕駛持續(xù)推廣的背景下，其的成功應用充分表明：各生產(chǎn)、運維管理業(yè)務，可利用新型技術搭建的智能化管理系統(tǒng)可發(fā)揮降本增效的作用，其能夠產(chǎn)生巨大的可持續(xù)經(jīng)濟效益。隨著智慧段場的不斷探索與完善，相信其將在各城市軌道交通運營單位中逐步實施與應用。

參考文獻：

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[3] 中國城市軌道交通協(xié)會.城市軌道交通發(fā)展戰(zhàn)略與“十四五”發(fā)展思路研究報告[R].北京：中國城市軌道交通協(xié)會，2021.

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[5] 郭澤闊，賀莉娜，王璐.城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)的建設方案[J].城市軌道交通研究，2022（6）：176-181.

[6] 董成.軌道交通車輛智能運維平臺設計應用與發(fā)展建議[J].交通企業(yè)管理，2024（2）：96-98.

[7] 交通強國建設綱要[Z].2019.

Abstract： The depots of various urban rail transit operation and management units are the main places for the maintenance of trains and equipment. With the gradual popularization of autonomous driving lines， the safety and operational efficiency of the depots need to be improved simultaneously. Based on this， we design an smartdepot system that conforms to the automatic driving line. The smartdepot mainly supported by smart detection， intelligent operation and maintenance， DCC integration， and safety protection will open up the data interfaces of each subsystem to achieve interconnection. The smart depot was successfully tested in the actual production of Changzhou Metro. This design can streamline some operating and production personnel while ensuring safe production and efficient operation， reduce the labor cost of the operating unit， and provide sustainable economic value.

作者簡介：屠朝豐（1989-），男，經(jīng)濟師，工程師。研究方向為地鐵運營與運輸經(jīng)濟。