智慧城轨前沿技术研究

张舵

（天津城市轨道咨询有限公司 天津市 300450）

1 引言

建设智慧城轨是落实习近平总书记重要指示，相应国家号召的需要，国家各级政府在大力引导轨道交通建设和发展。上海地铁提出了上海智慧地铁“1135X”架构，从顶层规划上明确了智慧建设、智慧运维、智慧服务三大业务板块。北京地铁展开“一个智慧轨道交通中心”、“一批示范工程”、“一套标准体系”发展行动。广州地铁集团将构建轨道交通的产业生态联盟，打造纵向延展、横向协作的轨道交通数字化产业集群，形成全智慧型轨道交通产业生态链。天津轨道集团也全面开展智慧城轨顶层设计规划和示范项目建设，探索天津智慧城轨建设模式和发展方向。

在制定轨道交通发展规划时，各国都在提升乘客服务质量、增强轨道交通行业竞争力、实现绿色生态交通等方面提出了需求。在实现轨道交通智慧化方面，国外在多网融合及全自动运行技术上实现较早、较为成熟，在其他智慧轨道发展进程上相对缓慢，如图1所示。

图1

2 智慧城轨建设发展思路

2.1 充分发挥企业在项目建设、推进中的主导作用

轨道建设运营企业是智慧轨道发展的原动力和推动者，车辆、各设备系统、信息化供应商是智慧轨道中的技术研发者，勘察设计企业是需求与技术的桥梁。企业统筹协调、共同努力，才能有效推进智慧城轨的建设和发展。

2.2 以效率（Benefit）、效益（Efficiency）、安全（Safety）、服务（Service）为方向

从城市轨道交通的总体业务需求出发，深入分析业务需求，将轨道交通建设和运营中遇到的痛点反馈、分析、梳理，将技术创新与业务提升相结合，以智能化服务于业务痛点和难点，面向实战落实应用，建设安全可靠、运维高效、经济适用、绿色发展的智慧城轨体系。

2.3 形成近远结合、先进适用、持续发展的长效机制

智慧城轨的建设不是一蹴而就，随着轨道交通网络化运营和技术发展，需要持续的技术、资金、人员投入。各个企业应坚持立足当前和谋划长远相结合，围绕主导业务，梳理基础设施和资源，落实智慧城轨建设的关键领域，结合国内外技术发展趋势，既要重视技术的前瞻性、提升长远竞争力，又要项目落地，落实应用示范和应用推广研究，促进智慧城轨的可持续发展。

3 顶层设计

3.1 业务架构

顶层设计要融合总体筹划、分工协作和逐步推进。结合顶层设计，确定目标和方向；根据板块分工，确立实施计划；根据各板块工作分工，执行实施计划，逐步推动落实各项业务。

3.2 功能架构

功能架构要结合地铁的线网、线路和车站进行系统性功能设计。线网级实现企业管理、建设管理、生活服务、线网的运营组织管理；线路级实现线路工程建设的安全、投资、进度管理等，线路的运营、

运维、客运、物资、人员管理等；车站级实现各标段、各工点的建设管理，车站级的站务、设备、服务等。功能架构图如图2所示。

图2：功能架构图

4 智慧化关键技术探索

4.1 智慧车站

智慧车站的建设实施，应遵循“安全可靠、需求导向、经济合理”的指导原则开展。智慧车站的建设实施，应根据各线路的技术基础、各车站的功能布局、客流特征等，采用差异化的实施方案。

结合全国地铁行业对于智慧车站建设的经验，智慧车站建设可分为标准建设项目（必选项）与特色建设项目（可选项）。其中，标准建设项目为基础通用功能建设，如智能客服、无感支付、全息感知、智能导向、一键开/关站、智能站务管理等；特色建设项目作为智慧车站试点建设的侧重项目与特色项目，如智慧安防、客流监测与预警、能源管理、电扶梯智能监控与乘客异常行为分析等项目；根据功能需求和技术条件，实现智慧车站各应用场景。

4.2 城轨云与大数据平台

根据各地轨道交通线网的实际建设情况，按照物联网与互联网相结合，安全生产、内部管理、外部服务三个网域分区协同治理的原则，分期分步建设。

4.2.1 既有线

对于已经建成开通运营、已完成信息化建设的线路，应注重总结经验和教训，为后期信息化与智慧化建设留下组织过程资产，以便更好地开展后期建设工作。结合新系统的建设和系统更新改造，进一步优化既有系统的升级。

4.2.2 线网管理云

针对线网的运营和管理，建立统一的线网管理云及大数据平台。重点涵盖安全生产、运营管理、企业管控、资源管理等，实现智慧管理及智慧运营业务功能，建立调度指挥、运维管理、乘客服务、线网数据、资源管理、企业管理等智慧城轨应用体系，建立轨道交通各专业、各部门之间高效信息共享、协同平台。

采用统一云管模式集成专业运维管理中心，各管理系统、专业运维管理系统等不再单独设立云管平台，只按照系统业务量适当补充线网管理云使用资源，力求达到充分利用资源、统一规划建设的目标，充分体现线网云管理平台的管理能力。

4.2.3 线路工控云

建议采用单线或多线建设工控云模式，各设备厂商按照云架构研发其工控管理系统，将车辆、通信、信号、综合监控、AFC 等线路专业系统统一纳管至线路云管平台。通过线网数据共享平台，将其状态、告警、综合预警模型等数据传至线网管理云平台进行线网数据分析，支持运营决策。

4.2.4 行业产业云

发展横向产业集群、联通纵向产业链，通过整合“云”战略，探索形成公共资源共享、产业循环完整、互相补充、部分替代的智慧城轨产业云体系建设新模式。

4.3 智慧建设

4.3.1 安全风险监控

通过数字化技术手段，对建设全过程进行监测和管控，并与施工过程相融合，提高在应对应急情况下的智慧能力，进行直观、动态、综合、统一的建设管理监控信息可视化展示，为监测预警、应急智慧提供“客观、实时”的现场情况，为现场营造安全环境，为管理人员快速提供科学的决策依据。

4.3.2 综合信息化管理

综合信息化管理与先进信息技术结合，将工程项目中的各主要业务与BIM 模块进行关联，以项目计划进度、安全质量控制、流程及关键控制点为重点，实现对项目的全过程管理，同时引入AI人工智能技术，结合海量项目建设数据及周边环境信息，提前感知项目风险点和制约因素，为决策提供有效参考依据，彻底消除信息孤岛，提高项目效率和效益。

4.3.3 基于BIM 技术的全寿命周期建设

以三维地理信息系统平台为基础，以BIM 模型为核心，以城市轨道交通工程设计、建设、运营全生命周期管理为目标，建立开放创新的城市轨道交通工程信息化管理应用平台，服务于工程全生命周期。结合工程勘察设计、建设管理不同阶段管理需求，开发相应业务功能，满足不同阶段的管理需要，同时以工程BIM 模型为载体，实现设计阶段（管线迁改、交通导改、车站场地现场仿真、车站方案比选、工程量计算核算各专业施工图设计、管线综合、装修设计、设备协调布置及监控摄像机盲区处理）、施工阶段（管综、孔洞、支吊架深化设计，施工模拟，利用BIM 开展安全管理、质量管理、进度管理、投资管控、资产管理等）、竣工交付和BIM运营移交，实现勘察‐设计‐建设‐运维全周期BIM 智慧建设。

4.4 智慧运维关键技术

4.4.1 车辆运维

车辆作为轨道交通运行的核心构件，其技术和信息集中度高，随车辆智慧化技术的进步，其信息感知和判断分析具备应用条件，但故障分析判断的专家系统还需进一步完善，通过数据积累和技术发展，逐步实现从预防修到状态修的转变。建议按照新建线路全面实施、既有线路分步改造的原则进行建设。

4.4.2 供电运维

供电智慧运维技术主要包括：接触网安全检测监测系统、接触网可视化接地系统、无人值守变电所和变电所环境监测系统等。主要供电运维实现：

（1）接触网安全检测监测系统（6C）系统；

（2）变电所无人值守；

（3）变电所环境监测系统。

4.4.3 通号运维

通信、信号等弱电系统信息采集技术较为成熟，故障信息的分析判断具备应用条件，其智能运维和管控具备应用条件。平台建设按照多点试点、示范线建设、全面建设三个阶段：第一阶段多点探索建立设备监测标准，明确信息采集内容；第二阶段示范线建设，选取合适项目开展通号智慧运维管理系统建设和智能化运维设备试验；第三阶段为全面建设，逐步实现线网智慧运维系统建设。

4.4.4 工务运维

工务智慧运维平台共包含三个层次建设，即智能感知层、数据中心层、智能应用层，综合考虑高速摄像、车载巡检、铣刨车等技术和设备应用。

5 结论

当前，新一轮科技革命和产业变革正在深刻影响经济社会大局。数字化、网络化、智能化越来越重要。利用最新科技成果推进城市轨道交通信息化，发展智能化系统，建设智慧城市轨道交通，大力开创自主创新发展的新局面，是我国城市轨道交通行业面临的主要任务。

在此背景下，本文对智慧城轨进行了总体规划，构建了顶层设计和功能架构，并对智能建筑的关键技术进行了系统研究。本文的研究有助于了解城市轨道交通智能化建设的方向，为实现轨道交通信息化和智能化改造提供了新的研究思路，也为新理论，新技术的融合提供了探究依据。