轨道交通智能运维体系与创新平台建设

随着我国高速铁路和城市轨道交通运营规模的迅速扩大和“一带一路”战略的实施，整个行业对于保障运营安全、提高服务质量及降低运营成本，开始显现巨大的刚性需求，轨道交通运维业务日益成为全行业关注的新焦点。这给轨道交通运维技术的创新提出了更高的要求，也给轨道交通运维产业开辟了极其广阔的发展空间，并带来了良好的发展机遇。在这种环境下，轨道交通智能运维产业应运而生，各界在对轨道交通智能运维产业的发展前景寄予厚望的同时，也存在一些认识上的差异。

1、轨道交通智能运维体系构建

运维工作的目的

运维有运行和维护两重含义。轨道交通运维工作的目的在于：确保轨道交通安全、稳定、高效经济地运营。

（1）安全是指系统在风险可控的状态下运行，保证乘客、公众与轨道交通工作人员的人身安全，以及运输货物与轨道交通设施设备的完好。

（2）稳定是指持续地向用户提供可用、准确和完善的服务。

（3）高效经济是指确保系统的运营效率，以合理的成本和资源投入实现较高的乘客及货物周转量，即在确保轨道交通安全运行的前提下，以合理的成本完成系统预定的运输服务任务和达到规定的服务指标水平。轨道交通作为典型的设备设施资产密集型行业，设备设施数量巨大，涉及专业多。按照规范的运维工作标准来确保相关设备设施正常、高效地运行，是轨道交通安全、稳定、高效经济运营的决定性因素。

我国轨道交通智能运维现状及发展趋势

 面临的挑战 

我国正处于轨道交通大发展时期，随着线网规模不断扩大，面对人员分布不均、线路个性化、技术水平差异化、设备制式多样化、客流量持续攀升、拥挤度超标以及需要高效应对突发事件的局面，对设施和设备的可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维修性（Maintainability）和安全性（Safety）（4 者缩写为“ RAMS”）提出了越来越高的要求。庞大的运营规模和复杂的装备体系，加上大量设施设备的更新改造任务，给轨道交通的运维管理带来了巨大的压力和沉重的负担（下图）。

我国已开通的轨道交通运维业务大多沿用传统运维模式，其特点有：①多预防修、故障修，少预知修；②大量使用人工操作，运维效率较低；③运维数据不够细化，频度不够高；④缺少处理、分析设备设施大数据的系统平台和智能化应用；⑤业主不能及时、透明地管理维保过程，事后紧急处理情况较多。这既影响服务质量的提高，又会带来安全隐患。随着后续更大规模线路的开通运营，依靠传统的轨道交通运维模式已经很难满足行业快速发展的需要。例如，2016 年，某地铁进行专业列车日检超18 万次、均衡修6 000 余次、架大修超150 列次；若按目前运维模式，至2020 年，每年至少需进行列车日检40 万次、均衡修10 000 次、架大修700 列次。

目前，地铁车辆的维修方式普遍采用库内人工检测的方式，专业检修设备是否齐备，自动化程度的高低，以及“人”的因素（如经验、技术能力、责任心等）都会直接影响检查结果。因此库内检测存在检测方式不精确、不及时、不全面等弊端。此外，新建线路和更新改造项目会采用最新技术，这些技术同既有设备存在较大差异，从而使人机关系产生变化，导致故障率不稳定。

 创新工作动态 

在网络化运营规模迅速扩大的新形势下，轨道交通运维管理人员的大量增加和粗放的运维管理模式，使得运维成本居高不下，并保持上升态势。因此，进入网络化运营的单位近些年来都在尝试和寻求新的运维模式，并开展了一些围绕运维智能化的课题研究和技术创新项目，以提高运维业务水平。其中包括以下典型项目：

（1）高铁与城市轨道交通车辆综合监测系统的研发；

（2）基于全寿命周期的关键设施设备系统健康监测和智能诊断管理系统课题研究与实践；

（3）以预防性维护为主的定修机制向基于可靠性的状态维修机制转变的研究；

（4）基于统一数据模型的全寿命周期大数据实时处理技术研究；

（5）基于物联网的关键设施设备故障预警系统的研究开发；

（6）采用生命周期成本（Life CycleCost，LCC）管理对设备进行全寿命周期成本分析评估；

（7）列车安全状态在途监测预警和网络化维保系统开发；

（8）城市轨道交通基础设施故障预测与健康管理系统研究开发；

（9）基于建筑信息模型化（Building InformationModeling，BIM）的设计施工运维全过程管理平台研发；

（10）地铁运营盾构隧道承载机理和破坏机制研究；

（11）地铁运营隧道的智慧监控与运维；

（12）智能机器人在地铁隧道巡检领域的应用；

（13）基于MIoT+BIM+GIS 的桥梁健康监测与管养系统；

（14）地铁桥隧结构运维监测技术应用；

（15）移动巡检系统开发；

（16）城市轨道交通自动售检票系统（AutomaticFare Collection System，AFC）维修模式优化的研究和实践；

（17）供电设备在线监测系统研发。

通过分析这些课题和项目可知，采用大数据、物联网等新技术构建综合信息管理平台，对轨道交通的关键设备设施进行全生命周期的健康监测和故障智能诊断预警及成本分析，是业界普遍关注的热点。

 创新工作存在的问题 

目前国内各运营单位在设备检修维护模式、设备运维管理体系以及整体信息化、自动化程度等方面的创新工作都还处于起步阶段。智能运维管理大多集中在性能管理与故障处理上，距离实现智能运维功能的整合还有一定差距。开发的信息系统各自独立，缺乏各系统间互联互通的考虑，形成一些“信息孤岛”，无法充分发挥信息化的整体优势。从总体上看，存在许多需要深入研究的课题以及需要改进的技术。智能运维创新工作面临如下共性问题：

（1）各智能运维系统分离建设，缺少顶层设计和统一的管理平台；

（2）不同线路或系统的运维综合管理信息化程度差异大；

（3）企业智能运维管理创新能力不足；

（4）缺乏统一的运维管理体系标准；

（5）缺乏统一的运维管理技术标准；

（6）缺乏统一的运维管理评价标准。

轨道交通智能运维体系建设思路

 智慧轨道交通是智慧城市 体系的重要组成部分 

2013年，国家科技部、国家标准化管理委员会确定国家 “智慧城市”技术和标准。智慧轨道交通是智慧城市建设的重要组成部分，需在信息化、大数据的基础上构建。智慧轨道交通作为城市公共交通的骨干，其含义是在轨道交通领域中充分运用物联网、云计算、人工智能、自动控制、移动互联网等技术，对轨道交通管理、运输、公众出行等领域以及轨道交通建设管理进行全方位全过程的管控，使轨道交通系统在局部区域、整个城市，甚至更大的时空范围内具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障轨道交通安全，发挥轨道交通基础设施效能，提升轨道交通系统运行效率和管理水平，为公众的通畅出行和经济的可持续发展服务。

自2018 年7 月1 日起施行的《城市轨道交通运营管理规定》（交通运输部令 2018 年第8 号）要求：“应当建立城市轨道交通智能管理系统，对所有运营过程、区域和关键设施设备进行监管，具备运行控制、关键设施和关键部位监测、风险管控和隐患排查、应急处置、安全监控等功能，并实现运营单位和各级交通运输主管部门之间的信息共享，提高运营安全管理水平。”

 主要工作内容 

为了解决轨道交通智能运维的问题，将传统的周期性计划修转变为基于测试分析的状态修和基于评估先验的预知修（下图），需要采用先进的技术，将传统以人工为主的运维管理转变为自动化、信息化的智能监测维护方式。

具体工作内容可以理解为：利用传感网、物联网、车联网、移动互联、云平台、大数据、深度与自主学习、协作、分享等技术手段，搭建智能运维管理平台，实施精准的状态感知、可靠的状态预测以及应用“互联网+”，通过进行流程管理、事件管理、问题管理、变更管理、发布管理、运行管理、知识管理、综合分析管理，实现运营故障处置、驾驶行为评估、运营组织管理、列车能耗管理、设备健康评估、设备安全预警和数据共享等。

 业务开展影响因素 

影响轨道交通智能运维业务开展的因素有如下方面：

（1）轨道交通设计、建设、运营技术标准（国际、国家、团体）；

（2）基于项目全生命周期LCC 的轨道交通运维体系；

（3）轨道交通系统安全性及维保方法；

（4）建设、运营主体与运维专业服务市场；

（5）智能运维技术创新体系建设。

 平台架构 

（1）接入采集。对于设备状态、工况、维护保养和外接系统，采集设备全寿命周期的各类数据，打破独立感知监控的信息孤岛格局。

（2）处理存储。利用物联网、大数据，以及高性能的数据接入、处理、存储技术，建立知识库、模型库。

（3）算法分析。运用云计算、人工智能和大数据挖掘算法对海量数据进行深入挖掘和分析。

（4）智能应用。借助移动互联的大数据和可视化软件，实现多维可视化智能管理、移动应用、监控报警以及智能报表。

例如，某地铁线路的综合监控系统（IntegratedSupervisory Control System，ISCS）有超过15 万监测点，日均产生监测数据超过5 亿条。某地铁线路的自动列车监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）每天产生的日志平均约在25 万条，一年的数据量高达9 000 万条。依托上述智能运维管理平台，可采集、存储、分析海量数据，确保轨道交通运营的安全性和经济性。

 主要功能 

（1）在线监测、移动过程管理。包括整合信息孤岛，实时预警，生成移动工单及进行可视化管理。

（2）设备健康智能管理。包括数据驱动的故障管理，智能预测及性能衰退分析。

（3）升级设备维护管理。包括消除过度维修和欠维修的情况，优化备件库存，减少人员配置，优化运维方法及运维管理，协调企业资源计划系统（EnterpriseResource Planning，ERP）、制造企业生产过程执行系统（Manufacturing Execution System ，MES）和客户关系管理系统（Customer Relationship Management，CRM）等各相关管理系统。

 实施步骤 

（1）以项目建设运营为主线，进行基于大数据的智能运维管理体系顶层设计，建立轨道交通网络信息管理基础数据核心框架。

（2）打破专业维护、系统维护的传统体制，将分散且相互独立的项目全生命周期的业务数据（包括：基于BIM 的勘察设计数据，基于项目信息管理PIM 的工程建设管理数据，基于大数据云技术的智能运维数据，基于数据的实时动态RAMS 管理数据，基于办公自动化系统OA、企业资产管理系统EAM、ERP 等的企业经营管理数据）按照统一的标准进行串接积累和管控，使其成为能与基础数据核心框架对接的独立模块。

（3）采用大数据、互联网和云技术将上述模块有机地组合成综合管理数据网络，整合传统的管理信息数据。

 智能运维管理优势与效果 

实施智能运维管理可以有效提升运维管理的智能化程度，有利于增强轨道交通的可靠性、可用性、可维护性和安全性，提高服务质量和水平，降低企业运营成本；同时，为实现智慧城市的宏伟目标奠定扎实的基础。

例如，通过列车智能运维管理可以对列车状态进行实时监测与报警，评估预测列车的安全状态，使列车维保支持功能网络化，其优势与效果如下：

（1）通过数字化，简化设备和布线；

（2）通过自动智能诊断，提高诊断效率；

（3）进行无线实时传输，无需人工下载；

（4）通过预测评估，为状态修提供基于RAMS 的数据支撑；

（5）实现互联网+，提高资源利用效率；

（6）列车工况远程可视，可进行远程处置指导，因此处置速度快；

（7）易于扩展、可充分保护前期投资，因此扩展性好；

（8）可减少列车购置数量。

2、轨道交通智能运维产业展望

推进行业发展

轨道交通运维智能化将成为我国智慧经济发展的重要产业之一。加快轨道交通智能化发展，一方面有助于推进我国交通行业的发展进程，另一方面也有助于带动与轨道交通智能化相关领域的发展，从而促进我国相关科技的进步。轨道交通作为智慧城市的主要标志，其建设运营规模不断增大，轨道交通智能化系统市场的容量也随之扩大，从而推动轨道交通智能运维行业向着社会化、专业化、智能化的方向健康发展。

市场前景广阔

据行业保守估计，轨道交通维保市场约占轨道交通装备市场总规模的4%。预测2020 年铁路机车车辆维保市场规模将达到约2 000 亿元。城市轨道交通车辆及其他机电系统投资约占总建设费的25%，每年约1 000 亿元，其全生命周期的运维和更新改造费用则更高。保守估计，到2025 年，其运维市场规模也将达到1 500 亿元以上。其中与智能运维直接相关的智能装备研发和制造、系统集成、智能运维工艺设计和第三方服务业务、人力资源、金融资本、标准规范等方面，即将出现全面发展的局面。

3、轨道交通技术创新平台建设

国家轨道交通技术创新框架

我国经济已由高速增长转向高质量发展。科技创新能够为此提供新的成长空间、关键着力点和重要支撑，是促进实体经济升级、引领高质量发展的核心驱动力。当前，从全球范围看，新技术、新产业蓬勃兴起，科学技术日益成为推动经济社会发展的主要力量。面对新一轮科技革命和产业变革带来的机遇和挑战，世界发达国家（美国、德国、英国、日本等）均采取政府手段促进科技创新，以驱动经济发展，着重强化基础研究和产业化研究（应用研究）之间的创新薄弱环节，而构建新型创新平台是重要举措之一。

通过多年努力，我国轨道交通行业已初步构建了国家轨道交通技术创新框架，建成以现代轨道交通国家实验室为代表的一批专业门类齐全的国家级研发机构。从“十二五”开始，国家有关部委就提出了关于建设“城市轨道交通创新平台”的指导意见，并开展了相关的组织工作。自2012 年起，中国城市轨道交通协会组织行业内主要骨干企业和院校单位机构，开展城市轨道交通创新平台建设的准备和研究工作。2014 年，国家发改委发布《关于请组织申报城市轨道交通创新能力建设专项的通知》（发改办高技[2014]2600 号），并于2016 年3 月份批准了7 个国家级工程实验室，即轨道交通系统测试国家工程实验室（含高铁和地铁）、轨道交通车辆系统集成国家工程实验室（含高铁和地铁）、城市轨道交通数字化建设与测评技术国家工程实验室、城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程实验室、城市轨道交通系统安全与运维保障国家工程实验室、城市轨道交通系统安全保障技术国家工程实验室、城市轨道交通列车通信与运行控制国家工程实验室（下图）。

根据通知和国家有关部委批复意见，上述7 个国家工程实验室所属单位已经于2017 年共同出资组建了“城轨创新网络中心有限公司”，将创新平台拓展到行业范围。目前各实验室正加紧推进平台建设，并开展与轨道交通建设和智能运维相关的项目研究。该创新网络的建成将大大提升我国轨道交通的技术创新能力。

城市轨道交通安全与运维保障国家工程实验室

由广州地铁牵头联合7 家单位（北京交通大学、中南大学、广州地铁设计研究院有限公司、北京锦鸿希电信息技术股份有限公司、株洲中车时代电气股份有限公司、广州广电运通金融电子股份有限公司、广州新科佳都科技有限公司）共同申报的“城市轨道交通系统安全保障国家工程实验室”专项，于近期正式通过专家组验收。实验室多项技术达到国际先进、国内领先水平，所形成的技术研究平台及其研究成果为打造轨道上的大湾区提供创新技术支撑（下图）。

城市轨道交通系统安全保障国家工程实验室智能运维管理平台结构见下图。该平台有如下功能：①在线监测与离线监测；②实景验证与仿真分析；③数据挖掘与风险预估。

目前，实验室采取“1+7+N”建设模式，整合全产业链，已实现多项成果转化，并销售出一批产品。预计未来几年内，可转化为每年数亿元的市场销售额。近期，上海轨道交通车辆智能运维国家示范工程项目也正式启动。该项目的实施，以及后续形成的相应技术标准体系和运营组织管理体系，将有力提升城市轨道交通行业的创新能力和运营水平，并且带动一批企业的发展以及培养一批创新型领军人才。

4、思考与建议

产业链合作

目前，行业内各轨道交通由于建设进程不同，对智能运维业务的认识也存在较大差异。因此，一些在单个专业系统或有限的数个专业系统内开展的智能运维项目研究和实践出现不同技术水准的重复开发现象；同时，由于缺乏全局性考虑，研究成果也很难大面积推广应用和实现产业化。要打造完善的轨道交通智能运维产业体系，需要整个产业链中的各方携手合作，共同推动智能运维业务的进步。

首先，应由政府、行业协会牵头，各有关方参与，在智慧城市、智慧交通的大框架下进行顶层设计，制定智能运维相关的行业标准。近期，城市轨道交通协会牵头编制《智慧城轨信息技术规范》。该技术规范覆盖城市轨道交通各种制式及其全生命周期的各个阶段，可为制定各种运输制式信息化技术标准提供指导，为统筹全行业、全信息化的规划奠定基础。

其次，由运营经验丰富的运营单位根据轨道交通全生命周期运营的实际需要，提出切合实际的用户需求。设计单位应根据顶层设计和用户需求，规划智能运维体系的架构，将以计划修和故障修为主的模式转变为状态修和预知修模式，并且统一系统接口标准。智能运维装备生产厂家按照运维需求和统一的接口标准，进行产品设计和智能系统集成等。

智能运维技术创新中心

为了推进智能运维产业的健康发展，建议在各国家实验室平台的示范工程中，选择有较好市场发展前景的项目，打造由政府、企业、学校、科研、资本、运营多方参与的全产业链技术创新中心或实体，推进智能运维相关产业的发展。

产业发展政策

建议政府有关部门和行业协会，根据轨道交通智能运维行业的市场发展需求，在技术创新、市场推广、金融资本、人才培养、知识产权等方面制定相关扶持政策和鼓励措施，以推动该行业的健康发展。

信息安全

在构建智能运维体系时，应充分重视信息网络安全，根据国家网络安全法分别设置生产网、内部服务网和外部服务网，建立可靠的安全等级保护体系。

5、结 语

目前，国内轨道交通已进入高速黄金建设期和安全运维期。轨道交通的急速发展给轨道交通运维市场带来了广阔的前景，但目前轨道建设和运维管理尚未高效化、信息化和智能化。面对轨道交通运维智能化这一大趋势，只有提前布局、提前研究，才能更好地适应发展的需要。

艾三维技术信息技术有限公司专注BIM咨询|软件出售|BIM平台研发、建模出图|BIM培训|工程动画
微信：18122393143

试用点击/Tools/leaveword.html    软件购买、培训咨询4000 333 136