智能车站的实践与思考

韩志伟 张凯

（1中国铁路总公司工程设计鉴定中心 提待高工，北京 100038；2中国铁路经济规划研究院 高级工程师，北京 100038）

0 引言

人类社会发展开始进入智慧化时代，人工智能已经在各个领域取得超乎想象的成果。近年来，智能技术逐渐开始在铁路上应用，研究智能技术在铁路车站的未来发展，是铁路车站面临的重要课题。

1 铁路建设以往成就

1.1 铁路建设取得新成果

回顾过去十年，我国铁路快速发展，基础网络初步形成，服务水平明显提升，创新能力显著增强，对促进经济社会发展、保障和改善民生、支撑国家重大战略实施、增强我国综合实力和国际影响力发挥了重要作用。中国高铁已经成为一张闪亮的中国名片，截至2017年底，全国铁路营业里程已达12.7万km，其中高铁达到2.5万km。

铁路车站作为展示铁路服务的社会窗口和城市门户，越来越受到铁路方的重视和社会各界的广泛关注。伴随着铁路的发展，一大批功能完备、设施现代的铁路车站拔地而起，这些新型车站的建成，展示了铁路发展的新成就。截至2017年年底，铁路车站共建成1 200余座，其中高铁车站700余座，省会级（副省级）车站63座。

1.2 铁路客站建设硕果累累

多年来铁路客站理论研究取得了丰硕成果。《铁路旅客车站设计指南》、《中国当代铁路客站设计理论探索》、《铁路旅客车站细部设计》、《铁路旅客车站设计集锦》、《铁路客站技术深化研究》系列课题，从理论到实践，已经形成了一套比较完整的理论体系[1]。

近年建成的全地下车站深圳福田站 （见图1）、天津于家堡站（见图2）；即将开工建设，车场采用双层立体布局的丰台站，属世界首创规模最大的立体车站，均最大限度地集约利用了土地，集中体现了客站建设新成就。

图1 深圳福田站剖切图

图2 天津于家堡站实景

2 铁路车站智能化发展现状

近年来，随着智能技术的飞速发展、日新月异，智能化时代的到来让传统的观念、生活方式都在产生着巨大的变化。各个行业均在积极应对智能化的转变，铁路车站也在积极研究提升智能化水平。

2.1 铁路车站智能化现状

我国铁路受历史背景和国情所限，一直以来给旅客有买票难、体验差等根深蒂固的消极印象。随着铁路的快速发展，高铁网络的建成，网络购票、自助服务、高铁网上订餐等多种措施不断推出，百姓对铁路的印象已经大大改变。但与百姓便捷的移动支付、云计算、物联网等智能化更普及的日常生活比较起来，铁路智能化程度还有待进一步提升。铁路车站作为旅客接触铁路的第一直接场所，智能化的需求更是远比列车等其他铁路配套设施更甚。目前，铁路车站的智能化水平与人民群众的高期待仍然相去甚远，这个差距集中体现在发展的均衡性、车站运营管理、车站服务等诸多方面。

2.2 铁路车站智能化发展不均衡

我国国土幅员辽阔，人口众多，在历史上和地理上就形成了东部地区经济发达人口密集、西部地区经济落后人口稀少的状况，区域社会、经济发展也同样存在着不协调、不匹配、不均衡的现象。这种现状造成了铁路发展的不均衡，进而产生了铁路车站智能化发展的不均衡。主要体现在以下两方面。

首先，铁路线路等级不同造成车站智能化发展的不均衡（见表1）。

表1 线路等级不同造成的车站智能化发展不均衡

其次，区域发展差异造成的车站智能化发展的不均衡（见表2）。

表2 区域发展差异造成的车站智能化发展不均衡

2.3 车站运营管理的智能化与发展需求还存在不适应

在智能技术发展和普及之前，我国铁路车站被传统运营模式制约，车站运营管理模式单一僵化，长期形成的是人工为主的管理模式。时至今日，虽然车站智能化发展已经有了很大的进步，但在车站内仍然随处可见人工管理及服务的情形。譬如，目前车站检票验证仍需人工，售票窗口仍全靠人工售票，站内服务基本是人工服务，站台乘车安全提醒仍靠人工等等。

2.4 车站智能服务与旅客需求仍有较大差距

随着我国社会与经济的发展，铁路旅客已经从最初单一的基本乘车需求提升到安全舒适、快捷高效的体验需求，旅客对车站智能服务的需求越来越高，车站智能化程度不高更是加大了与旅客需求之间的差距。

3 思考与展望

通过对铁路车站智能化发展现状的综合分析，可以看到，铁路车站智能化水平不高，旅客对车站智能化需求迫切，铁路车站智能化发展不均衡与旅客多样化需求的矛盾日益突出。全面提升铁路车站的智能化水平，是铁路车站亟待解决的首要任务，也是契合铁路提出的落实以人民为中心的铁路发展理念的重要体现。可以预见得到，智能车站在未来一段时期内将是铁路发展方向，也是铁路车站的发展目标。

2016年颁布的 《国家创新驱动发展战略纲要》提到：“加快工业化和信息化深度融合，把数字化、网络化、智能化、绿色化作为提升产业竞争力的技术基点。”无论从铁路车站自身需求，还是国家发展战略安排看，全面提升铁路车站的智能水平，铁路车站智能化发展势在必行。

3.1 铁路车站的智能化发展目标

铁路车站的智能化发展目标是通过智能系统的整合、集成、应用，全面提升铁路车站的智能化水平。首先，要全面打造车站智能建筑特性，满足智能车站的基本需求；其次，要使车站能为旅客提供更加安全、便利、温馨、舒适、快捷、周到的服务；同时，要全面提升车站的智能化维护管理水平，利用智能、节能、环保技术，延长建筑使用周期，节省运营成本。

3.2 铁路车站智能化手段

3.2.1全面提升车站的智能基础设施

智能科技与互联网技术、云计算、大数据等前沿科技密不可分，正是这些科学技术的积累和相关基础设施建设带来了智能科技的迅猛发展。未来，智能车站将会整合铁路车站及相关计算资源建立云计算基础设施，如云服务器、数据中心等。云计算基础设施将对一个或多个车站资源进行系统化的动态分配，最大效率地利用车站资源。

3.2.2利用车站大数据全面提升旅客出行体验

云服务器、数据中心等基础设施根据车站大数据的分析，能针对旅客出行习惯、个人喜好等推荐个性化的需求信息，让每个旅客获得独一无二的出行体验。如推荐乘客乘坐列车的班次座次、口味符合的餐饮食品，进出车站提供符合个人习惯的交通方式、交通接驳线路、交通接驳方案等。

3.2.3充分利用最新的科技成果，安全快捷完成车站各种管理及服务

当下，新的科技成果层出不穷，指纹识别技术、面部识别技术、纳米技术等科技成果在日常生活中全面普及应用，为人们生活带来了巨大便利。车站也将充分利用最新的科技成果，为旅客提供方便舒适的智能化服务。如利用人脸识别系统可直接达到旅客刷脸验证、进站、上车、出站等一系列的出行要求；利用智能语音识别系统可判断旅客国籍，并转换为相应的语言为旅客提供针对性的应答；利用车站部署的各类传感器实时监测站内人群动态，通过网络进行数据的传输和采集，并进行命令的反馈，实现对环境的实时监测和调控。

3.2.4充分利用移动及便携智能设备，提供个性化服务

智能移动设备的全面爆发也给车站智能化提供了更多的选择，尤其一些线路等级较低、智能化升级改造难度较大的既有车站，车站中智能化应用需求较特殊或较困难的区域，充分利用各种移动便携智能设备是快速提高车站的智能化水平的最有效的手段。如，提供车站专用的智能平板等移动设备，可对有需求的旅客提供站内导航、候车、商业等服务；移动机器人随时可提醒并引导旅客排队，并在特殊区域进行巡检，在火灾等突发事件发生时进行灭火和安全疏导。

3.3 车站智能化的实现途径

在讨论实现车站智能化及打造智能车站之前，笔者先就建筑智能化、智能建筑进行一些简单的研讨。在我国国家标准GB 50314—2015《智能建筑设计标准》中对智能建筑有如下定义：“以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能的建筑。”我们从中可认知到，建筑智能化的目的，就是为了实现建筑物的安全、高效、便捷、节能、环保、健康等属性。在美国、欧洲、日本等国家，对智能建筑的界定也着眼在安全、高效、舒适、节能、环保等特性上。

铁路车站建筑属性自然决定了其必然与上述的智能建筑智能化特性保持一致；同时，铁路车站自身明晰的功能性在智能化进程及表现上一定会有其独有的特点，着重体现在设计、建造、运营、服务、维护等方面。现重点通过这几个方面对车站智能化的实现途径进行阐述。

3.3.1智能设计

设计是工程建设的灵魂。车站设计经过多年发展，也已逐步进入智能设计时代；FAS/BAS系统在车站设计中已得到普遍应用，仿真技术也在推广使用，BIM技术正逐步在铁路车站中推广应用。未来，智能设计将会把车站设计引领到一个新的高度上来。下面着重对BIM技术和仿真技术进行介绍。

BIM（Buiding Information Modeling），指的是通过计算机数字化技术模拟建立一座建筑，这个模拟建筑具有真实的信息。BIM技术不单单应用于设计阶段，而是贯穿于车站全生命周期的各个阶段，正是缘于此，近年来BIM技术的发展突飞猛进，在车站设计中已逐步普及。

BIM技术进行设计工作有着以下优点：1）三维设计，可以进行三维空间变化的表达，可拆分设计；2）可视设计，便于业主事前决策，减少设计的返工量；3）协同设计，各专业在同一个平台上进行工作，提高整个设计工作的效率；4）修改方便，一处修改处处更新，软件会提示调整，实现计算与绘图的融合；5）管道检测，通过设备专业的管线自动碰撞检测，解决管道“打架”的问题；6）自动统计，通过软件可以将工程量自动统计及材料表更精确自动生成；7）提高质量，协同式的工作方式可以通过技术监控质量问题，减少错漏碰缺，提高图纸质量；8）绿色节能，通过软件，支持整个项目可持续和绿色节能环保设计。

如兰州西站就是一个BIM技术应用的典型案例（见图 3）。

图3 兰州西站结构设计模型图

丰台站设计中对客流进行了模拟研究，研究中以仿真为核心，结合静态计算，通过对客流的细分对站点平面布局、设施能力、动线安排、紧急疏散等进行评价与优化（见图 4、图 5、图 6、图 7、图 8）。 仿真采用最新版的Legion Spaceworks软件包，更加地功能完善及智能，接近现实[2]。

图4 丰台站客流模拟模型建立流程图

图5 丰台站高速车场站台层平均密度图

图6 丰台站高架候车层平均密度图

图7 丰台站国铁进站层平均密度图

图8 丰台站交通转换层平均密度图

丰台站基本信息：丰台站站房总建筑面积40万m2，车站采用双层车场设计，地面一层为普速车场，高速车场高架设置。立体双层车场布置方案属我国首例，在国际上也很少见。

3.3.2智能建造

近年来，我国在大力发展装配式建筑，车站建设也已经开始实现数字化、工厂化、预制化的建造。这种智能建造技术可有效避免现场场地局限等不利因素，提高建造精度和工程效率、加快施工进度、保证工程质量。铁路车站建设也正在通过智能管理、BIM技术、实时监控技术的应用提升智能化水平。同时，也在标准化方面逐步探索和积累经验。目前，铁路车站已经在积极研究装配式钢结构雨棚，研究中小型车站的标准化设计问题。

如重庆西站建造中，钢结构、混凝土在实现装配式建造的同时，基于物联网、数据管理等技术，研发了“工厂化预制构件的全周期管理系统”，系统数据涵盖从零部件采购、生产、运输和现场安装的全过程。结合数字化的加工，提高了预制件生产的精度和效率，大大缩短了施工工期。

BIM技术同样在车站建造中广泛应用，施工单位根据BIM模型，对车站进行4D施工模拟搭建，随时随地、直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，业主方、施工方、监理方都可对施工中的各种问题和情况了如指掌，减少了施工质量问题和施工安全问题，减少返工和整改，大大提高了施工效率。

3.3.3智能运营

车站运营期间的智能化管理是全方位的，主要的智能化管理内容见表3。

表3 车站智能化管理内容

续表

3.3.4智能服务

随着车站智能化水平的不断提升，旅客将在车站内体验到无处不在的智能服务，感受到无微不至的个性体验，见表4。

表4 车站智能化服务内容

3.3.5智能维护

智能维护是车站全寿命周期运营良好的重要保证。大型铁路车站中推广结构健康监测技术，可对站房结构安全进行实时监测，监测内容主要包括：应力监测、振动加速度响应监测、风压监测、风速监测等。并能实现结构的监测回放、综合分析等功能，确保车站建筑安全。

BIM技术建立的数字模型除了包含三维信息以外，后续还可以添加设备、管线的性能参数、维修情况等多种对运营管理非常有价值的综合技术信息，以一个集成系统的形态给运营管理单位提供全方位的决策支持。

如宁波站枢纽工程中采用了大跨度结构健康监测系统（见图9）。

图9 宁波站大跨度结构监测系统

4 展望

在智能化程度越来越高的今天，民众对铁路车站也提出了更高的智能需求，目前，车站的智能化和这个需求还差距很大。正如同党的十九大报告里所提到的“我国社会的主要矛盾已转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分发展之间的矛盾”一样，旅客对乘高铁出行的体验及舒适性要求越来越高，全面提升车站的智能化水平是满足旅客多样化需求的唯一路径，此项工作任重而道远，需要在实践中不断探索提升。

未来，铁路车站将不断采用各种智能技术，通过智能设计、智能建造、智能运营、智能服务、智能维护等方面全力推进智能车站的发展，打造智能化程度越来越高的智能车站，以满足旅客智能出行的需求。

[1]郑健，沈中伟，蔡申夫．中国当代铁路客站设计理论探索［M］．北京：人民交通出版社，2009

[2]张天伟．铁路客运站旅客聚集规律研究[J]．铁道学报，2009(1)：31-34