城市轨道交通网络化运营时期关键行车设备管理若干问题研究

张 郁

城市轨道交通网络化运营时期关键行车设备管理若干问题研究

张 郁

（上海地铁维护保障有限公司通号分公司，200235，上海//高级工程师）

为了应对城市轨道交通网络化运营时期关键行车设备运维中遇到的一些问题，提出了“基于测量测试分析的改善性预修模式、基于评估的预知性维修体系和综合化设备管理”的理念。详细阐述了该理念的内涵，以及上海轨道交通的运营实践经验。实践表明，基于该理念的关键行车设备运维方法的实施，有力地改善了设备管理的质量和经济成本等指标，为迎接“十三五”期间超大规模城市轨道交通网络运营做好了准备。

城市轨道交通；网络化运营；关键设备运维；综合设备管理体系

截至2016年底，上海共开通14条轨道交通线路，已经形成“一环、十四射”网络运营格局，全网运营线路总长617 km，车站366座，轨道交通在公共交通中的骨干作用日益显现。目前，全网客流已常态稳定在1 000万人次/日以上，全网各线早高峰满载率维持在较高水平，大部分线路的最大车辆载荷均超过100%，其中中心城区线路的高峰车辆载荷超过120%，因此，关键行车设备的管理者随时面临着巨大的安全运营压力。

1 超大网络化运营面临的形势和任务

上海正处在向着超大城市体量扩张、人口和经济双增长、轨道交通线路投资不断扩大的发展黄金期。然而，随着新线路不断开通运营，人力成本及维修成本逐年增长，员工队伍成熟度和技术力量不断被摊薄，专业设备的集中性、常发性故障仍然存在，故障险情处置复杂，有效信息难以充分掌握，分析判断决策速度较慢，一旦在高峰期间发生故障，哪怕是一个5 min延误，影响的断面客流也将达到约5 000人次；而若行车关键设备持续长时间功能失效，将对上海的社会秩序和市民出行安全带来极大的负面影响。因此，切实加强运营关键设备突发故障的有序管理，增强指挥和提前防范设备失效的能力，是构建社会主义和谐社会的重要内容，也是全面履行集团公司管理职能、提高行政能力的迫切要求。随着广大人民群众对处理突发事件的能力和速度要求越来越高，行车关键设备的可靠性已成为广大人民群众评判集团公司执行和管理能力的重要标准。

2 维修体系转变的目标

尽管现代化的设备维护概念很早就已经提出来了，并且成为城市轨道交通行业关注的焦点，然而由于国内起步较晚，在设备状态检测和在线诊断技术方面还没有形成标准化的系统框架结构。因此，上海在超大规模轨道交通网络的形势下必定驱动设备管理和技术能力的双升级。目前设备维修模式中的巡检、定期维修、事后维修方式虽是一种受控的方式，但是还存在对于突发故障的检测手段落后，过度维修导致可靠性和经济性下降等弊端。因此，需研发各种先进的管理和数字化工具，以进一步拓展维修模式创新，如：基于自有试验室、电子维修专业组、在线状态检测的改善性维修，通过各类日志大数据和在线监测数据诊断结果的预知性维修，图1为扩展的维修模式示意图。这些创新均力求在最短的时间内做出正确而全面的反应和决策，有效地调集各类资源，实施故障的事前隔离和事中控制工作，用最有效的控制手段和最小的资源（成本）将设备失效影响控制在最小范围内。

3 发展基于测量测试的改善性预修模式

3.1 建设全网级信号试验室

信号系统是最重要的行车关键设备之一，它的稳定性决定了运营质量。而信号系统中的各类板卡起到控制、表决、输出/输出等至关重要的作用。当设备出现复杂的随机问题时，一般对板卡类备件采用比较法、替换法等来对板卡进行判定，但这样盲目性太大。电子类板卡随机问题重现率较低，因此，容易造成带病板卡重复投用，引发重复故障，同时也容易发生伪故障件被送至原厂维修情况，会浪费大量的时间和财力等资源。

为了能够对部件工作状态进行完整仿真功能测试，自动判断其可用性，上海地铁维护保障有限公司通号分公司投建了信号试验室，建有主流CBTC（基于通信的列车控制）试验平台、ATS（列车自动监控）试验平台、车载试验平台、DCS（数据通信系统）骨干网络试验平台等各类仿真平台。

各类试验平台有着十分完善的硬件检测功能，在测试的几分钟时间里，可以完成上百项底层功能测试，对设备的外围接口进行完整的数据交换和评价。自实验平台投用后，有了更完善、更直观、更准确的诊断手段处理板卡的随机问题，板卡管理不再无的放矢，束手无策。近2年来，通过信号专业试验室各平台截留了大量伪故障件，节约返修资金近800万元。同时，减少了夜间动车试验次数，重复故障率也大为下降，从而降低了维护工作量和成本。

3.2 推进城市级综合在线监测平台建设

近年来随着信号专业的维护支持系统（MSS）不断演进，各种监测深度也有了长足进步，但是在软件和硬件方面，与地铁网络化发展的要求还存在着一些差距，如：采集传感器的精确度和稳定性还处在比较低的水平；轨旁线路侧监测仍在完善阶段；信息分析和诊断能力不足，系统中的原始数据没有得到充分利用和二次挖掘。为了解决上述问题，首次将全路网城市级信号专业数据汇集，采用可扩展的策略进行后期数据挖掘处理，生成各种统计数据和趋势信息，为日常线路运行维护管理和设备维修决策提供量化、可视化依据，实现城市级的统一监控、调度和管理，符合网络化、智能化、信息化管理的趋势。

平台底层依靠各类先进性的传感器收集主要业务系统的工作状态，通过网管协议、轮询、代理等方式将数据汇聚至数据库服务器中，进行实时性能判断、历史数据对比分析、告警日志分类汇总，最后形成自动化/可视化巡检、抢修应急指导、性能基线分析、健康度评价、疑难故障快速定位等专题应用。

综合在线监测平台作为一种提升设备管理模式的新型思路方式，在大幅提高施工检修效率的同时，为关键设备可靠性方面的顺利改善带来了新的希望。在线监测平台集各类先进传感器、物联网技术、模式识别技术等高科技精华于一身，促进了周期预防性检修这种单一模式逐步被改变。技术人员身不离岗就能获得持续的状态数据，突破了时间和空间的限制，实现了设备实时诊断的功能，减少了设备疑难、突发问题的发生率，避免了设备未劣化前的不必要的检查和维修。维保技术优势力量集中在了数据分析、故障模式、技术革新等更重要的领域，从根本上避免了救火队式的管理模式，也使得设备寿命和可靠性延长、备件的采购按需决策，提高了资金使用效率并有效地控制了成本。图2为综合在线监测平台的逻辑功能图。

图2 综合在线监测逻辑功能图

4 尝试基于评估的预知性维修体系

综合在线监测平台系统数据库中存在大量子系统的过程日志记录，上海地铁维护保障有限公司决策层考虑的是，如何使海量的日志记录成为进行科学的故障诊断和预警的支撑手段。上海轨道交通部分CBTC线路的技术人员已完成了各种维修手段实施后的效果分析，以大数据分析为基础，为设备预知维修决策提供支撑。

首先要对大数据进行预处理，技术人员通过分析日志中的原始数据，剔除大量模糊的、指示性的、不完整的、冗余的数据，梳理后的数据格式具有一致性和确定性的特点，降低了信息挖掘的难度。通过各种不同的数学模型进行一系列的数据关联，进而得出精确定位的故障点，例如单信标丢失。单信标丢失并不会直接导致故障，工程师根据数据平台自动生成的报表进行分析，判断故障发生在地面还是在列车上，针对相应设备下发检修工单，从而进行预防性维修。此外根据日志中大量告警记录可对设备进行健康度评价。首先界定各种报警的状态优先级，定义各种报警状态的值，如“3取2系统表决不一致”作为严重优先级、“校验与命令不符”作为中等优先级等，并给予相应评分，再通过时间轴变化来评估设备健康指数和故障概率。

图3 大数据平台页面

以“车载单信标丢失”情况为例（见图4～图6），技术人员发现该报警的数量呈上升趋势；然后根据车体号、轨道位置、发生次数等要素，对列车的“单信标故障”进行关联，发现报警主要集中于1103、1113、1127号列车，且故障地点分布较散，可初步判断该报警由车载设备引起；再通过根原因分析法，同步验证了这3列列车单信标丢失远高于其它列车。从而在车载天线功能没有完全失效前，对缺陷设备进行了识别和预判，提前实施主动性维修策略，增强了车载控制系统的可用性和可靠性。

该大数据决策系统应用后取得了较好的效果，以车载信号设备为例，车载设备的5 min晚点密度从312万车·km/次上升到797万车·km/次，设备稳定度提高了61%；切除ATC（列车自动控制）事件从25次/万车·km下降至20次/万车·km，设备故障发生概率下降了20%。维护模式也进行了相应的改革，由传统的日检模式改变为基于数据分析的状态维修。人均维护列车由原2.1列/人提升至2.9列/人，提高效率38%。该大数据决策系统的应用不仅提高了设备维修的效率，节省了大量的人力资源，同时，通过设备状态的动态管理，避免了列车带病工作，保证上线列车设备状态均处在良好的工作范围内。

5 推进综合化设备管理理念

（1）基于自主专业化故障件维修，行车控制核心设备一般都采购自国外，随着使用年限的增加以及原厂返修次数的上升，使得一些设备的修理费高达设备原值的2～3倍。为此，上海地铁维护保障有限公司专门设立了进口部件专业化维修班组，班组成员的修理装备和板卡级维修水平较高，形成了可靠的维修工艺。经过专业化维修班组复原的故障件比原厂质保时间有较大幅度增加，其修理成本也大大低于返修价格。

图5 列车和位置故障分布

图6 根原因查找分析

（2）实施设备电子化履历管理，通过对信号系统所有最小可替换单元（LRU）进行编码化管理，根据技术人员的经验并综合经济价值等因素，对部件的维修方案和策略进行合理化的规划。在具体实施维修策略之前，罗列若干可行的维修策略，按照对部件性能的影响，从经济、技术等方面做综合考虑，选择最优方案。按照维修策略的规则，部件可以划分为不可修复、局部自主修复和返原厂修复。不可修复件，归类为成本较低、通用性强、结构简单的零部件，使用一段时间自动报废，或者多次维修造成费用高于设备残值的，采取抛弃方式处理。局部自主修复的部件，通过各种灵活方式进行修复，如更换零部件、更换集成电路和电子元器件等。返原厂修复的，要求原厂对部件从外到内，从部件到元器件进行无替换修复或者同规格型号替代，经济成本较高。实施履历管理后，通过各种维修策略，使得功能和寿命周期相似的不同设备的维修方案选择更经济和优化。

（3）面对今后的超大城市轨道交通网络化，制订了相应的战略规划：①把控维修资金投入重点方向。聚焦重点设备、管理难点，定向投入，形成一批具有实效意义成果，提升数字化管理能力，完善安全保障智慧化、维修养护智慧化。②建立关键技术的战略联盟。与行业知名企业建立联盟，针对运营维护的具体需求，围绕“安全、高效、智能”主题，开展联合研发，以新技术驱动维护保障能力提升。③对标国际标准，把控专业的重点发展方向。掌握国际最先进技术标准，朝着运营质量、维护效率、设备稳定性和维护管理成本等方向寻找差距，完善自身管理标准。

6 展望

“思深方益远，谋定而后动。”回溯过往，欣喜城市轨道交通的管理实践和创新成果；展望未来，深感责任在肩，仍不敢怠惰。上海轨道交通将立足新的起点，把握超大网络化设施设备管理的新要求，深入研究现代化的维护体系和运营可靠度，切实提升轨道交通企业的维管能力，降本增效。紧紧围绕“十三五”发展理念，为高水平的上海公共交通服务提供坚强的保障。

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On Problems in Key Equipment Management during Urban Rail Networking Operation

ZHANG Yu

To deal with the problems in key equipment operation and maintenance during urban rail networking operation，a concept is proposed，including the modified pre maintenance mode based on measurement analysis，the predictive maintenance system and the integrated equipment management based on assessment.The philosophy of the concept and experiences of Shanghai rail transit operation are elaborated，and practice shows that the implementation of the concept in key equipment operation and maintenance has effectively improved the quality of equipment management and adequately met the economic cost index，thus a solid foundation is laid for the large scale rail transit networking operation in the 13th Five-Year period.

urban rail transit； network operation； key equipment operation and maintenance；integrated equipment management system

F530.7

10.16037/j.1007-869x.2017.10.025

Author′s address Telecom&Signal Branch，Shanghai Rail Transit Maintenance Support Co.，Ltd.，200235，Shanghai，China

2017-05-04）