城市轨道交通车辆智能运维现状分析及启示

潘婷，刘青青，朱利明

（1.杭州中港地铁装备维护有限公司 技术中心，浙江 杭州 310000；2.杭州中港地铁装备维护有限公司 综合管理部，浙江 杭州 310000）

1 概述

城市轨道交通是开启全面建设社会主义现代化强国的重要支撑，是建设现代化经济体系的先行领域，也是建设交通强国和智慧城市的重要组成部分。当前新一轮科技革命和产业变革正在深刻影响经济社会全局，数字化、网络化、智能化日益成为重要的发展趋势，也是各国技术竞争和产业竞争的主旋律，关乎能否占据未来发展的制高点和主动权［1-3］。因而，发展智能、智慧技术和产品已经成为加快实现由高速发展转向高质量发展的切入点和主要抓手［4］。但目前城市轨道交通智能运维系统的建设还处于初级阶段，同时随着轨道交通的快速发展，列车运行密度也在不断增加，现有运维模式将面临一些问题，如线网扩大、人力成本增大、缺乏历史数据统计分析及很难为设备故障处置提供指导等。新技术赋能城轨产业已成必然趋势，智能运维是运营规模快速增长和新技术发展应用的必然选择［3-6］。

2 国内外城市轨道交通智能运维分析

城市轨道交通智能化系统是应用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G、卫星通信等新兴信息技术，全面感知、深度互联和智能融合乘客、设施、设备、环境等实体信息的综合系统，智能化是现代轨道交通发展的必然趋势。随着我国城市轨道交通建设规模的不断增大，城市轨道交通智能化系统的市场规模将持续扩大［7-8］。

城市轨道交通智能化系统包括综合监控系统、乘客信息系统、综合安防系统、通信系统、自动售检票系统、信号系统和车辆系统七大子系统，具有高科技化、综合集成化、数据分析智能化和运营体系智慧化等优势，是我国城市轨道交通的建设目标和发展方向［3，6］。

2.1 上海地铁智能运维

为了适应轨道交通网络化大发展的需求，上海地铁主动加快维修模式的创新，通过运营的供给侧结构性改革，提升精细化管理能力。抓住轨道交通大发展的契机，提升状态修、在线监测及大数据分析的能力，正在努力研究一套适合上海地铁设施设备维护的新模式，让上海地铁技术引领地铁行业，让地铁行业共享上海地铁成果［9］。上海地铁车辆智能运维系统于2019年获批国家示范工程，在互联网时代，上海地铁始终坚持以科技助力生产，各专业智能运维建设取得了优秀成果。

上海地铁智能运维体系（见图1）包含四大子系统：车辆系统、供电智能运维系统、通号智能运维平台、工务智能运维系统。

图1 上海地铁智能运维系统架构

（1）车辆系统主要包括轨旁综合检测系统、车地无线传输系统、智能工具箱及仓储系统、检修股道可视化监视系统、车辆智能运维系统（RISE）以及相关技术标准制定。RISE是集列车运行状态实时监测、车辆轨旁综合检测、列车维护信息管理、车辆维护专家系统为一体的列车智能化检修维护系统。通过RISE并辅以运维管理手段的创新，将初步实现城市轨道交通车辆运维由传统计划修、故障修向状态修的转变［10］。此外，在全自动列车驾驶方面，上海地铁14、15、18号线列车自动化等级满足EN 62290中UTO全自动驾驶（GoA4）的90余项功能，其中18号线作为上海首批全功能一次性开通最高等级全自动无人驾驶系统的地铁线路，已于2020年底正式开通运营。

（2）供电智能运维系统从设备感知能力、设备全生命周期管理、生产业务流程管控、专家系统4个体系进行建设。感知海量异构数据状态变化趋势，对数据进行智能分析，实现故障预测、预警。集成设备的静态基础数据、动态履历、运维业务数据，掌握设备全生命周期管理。建立跨平台的数据共享模式，实现分公司整体业务流程上传下达、融会贯通的一体化、全过程管控。专家系统为故障诊断、健康评估、故障预测、维修决策、联动执行提供更智能的手段。

（3）通号智能运维平台除了能实现信号设备状态监视外，还将具备对信号设备进行质量评价功能和大数据分析功能。通过专家智能诊断和大数据分析，在故障出现时能自动定位故障点及故障原因，并以故障原理图的方式显示故障点；当检测信息出现异常波动、突变、超限等情况时，系统能够及时预警。同时平台具备提供维护建议和故障处理流程的功能。

（4）工务智能运维系统主要是为了实现以“设备”为中心的维修向以“数据”为中心的运维转变。一方面，通过轨道检查车、钢轨探伤车等设备进行智能采集应用建设；另一方面，基于生产管理、设备管理、关键点位监控3个板块对智能运维平台进行整合规划，实现故障的提前预警预判。

2.2 成都地铁智能运维

在信息化背景下，成都地铁提早对智能运维进行规划［11］。根据规划总体建设思路，从建设维保网出发，率先打通监测信息回传通道。同时，在整合各专业现有在线监测功能基础上，丰富监测检测手段，初步形成智能运维在线监测检测体系，为大规模线网集中运维管理模式实践创造条件。另一方面，以集团数据中心为依托，布局监测检测中心、分析中心、智能调度中心，逐步构建大数据的分布式处理模式，为实现智能检、状态修及指挥型调度等管理目标奠定基础。后续将围绕“一网三中心”（见图2）展开建设，结合专业、设备特点和管理实际分步实施。

图2 成都地铁智慧维保建设总体框架

一网：即维保网，由无线网络和有线网络两部分组成。无线网络解决非接触式监测数据的灵活接入；有线网络解决监测数据的长距离回传。

三中心：即监测检测中心、分析中心、智能调度中心。监测检测中心汇聚并处理线网设备设施运行数据，监控设备设施工作状态，并提供实时故障告警；分析中心对监测检测中心处理后的数据进行深度分析，并提供事件决策方案；智能调度中心执行分析中心的决策方案，并实现业务的智能联动。

此外，各专业需按顶层接口标准承建监测检测系统，通过“一网三中心”促进监测大数据转化为有效生产力，支撑人工检向智能检、计划修向状态修、生产型调度向指挥型调度转型，全面提升城市轨道交通维保工作信息化、自动化、智能化水平。

（1）状态修实现精准维保。通过监测检测中心的建设，不断完善与强化维保设备设施的在线监测功能，形成全面、实时、准确、集中的地铁设备设施智能监管体系。在此基础上，一是有计划地减少人员巡检工作内容、巡检次数，逐步推进各专业无人值守维保模式；二是通过对设备状态数据的准确收集，逐步完成专业设备从计划修向状态修过渡，同时将动态检修状态及结果纳入维保生产管理体系建设的依据。

（2）自动化装备助力高效维保。通过开发智能涂油器、轨道巡检机器人、地质雷达机器人等一系列新型自动化设备，同时深化既有自动化设备的应用，如综合检测车、轨道探伤车、轨道打磨车等，全面提升维保工作的自动化水平。在此基础上，一是进一步减少人工作业，降低安全风险，提升设备维护效率；二是利用人工经验模型推动系统机器学习，实现管理思路的智能化。此外，通过建立客观的健康评价体系，结合系统标准化与管理差异化研究，进一步提升维保管理工作水平。

（3）数据价值构建智能维保。通过信号系统线网化在线监测标准研究及实施、地铁接触网专业大数据处理系统研究、通信线网级集中告警平台开发与告警数据挖掘研究、调度应急指挥系统研究等项目的开展，逐步完成监测检测中心、分析中心与智能调度中心的建设与布局。在此基础上，一是深度挖掘数据价值，逐步推进基于设备状态运行趋势预判与故障提前介入的检修机制；二是践行业务智能决策与联动，最大限度缩短业务处置时间，规避主观因素风险。

2.3 香港铁路有限公司（MTR）智能运维

香港铁路有限公司（简称港铁）作为世界范围内最优秀的地铁运营公司之一，至今已有40多年历史，地铁车辆、通号、隧道、机电/自动化设备及其系统都仍能保持良好的运营服务表现，归根结底与其多年来良好的全生命周期资产管理体系、严格的标准化作业方案和不断探索创新优化修程修制密不可分。在互联网发展趋势下，港铁也不断利用架大修等契机对设备进行数字化升级改造，日常建立车辆系统表现监控小组（EEPM），采用资产状态及性能评估（ACCA）等评估手段，结合实时数据监测和分析，确保安全前提下完成设备维护周期的最优化调整。

以港铁电客车智能运维为例，港铁根据不同线路和设备运营特点，分别建立轮轨监测系统、轨旁监测系统、轴箱温度监测系统、弓网监测系统和转向架振动监测系统，对不同线路受电弓、轮对等设备状态进行实时监控，并收集数据统一发送至车辆段，车辆段将根据实时车辆状态对列车运行计划进行再优化，降低列车运行风险，提高列车可靠性。同时，大数据将最终发送至车辆状态监测中心（Rolling Stock Condition Monitoring Centre），由监测中心对实时数据进行分析和再整理，也将“均衡修+故障修”向“状态修”进一步转变，对预防性维修计划、架修和大修修程修制进行调整，做好设备状态监测的同时延长维修周期，在全生命周期内完成资产成本效益的评估，发挥资产的最大价值（见图4）。

图4 港铁全生命周期资产管理体系时间轴

此外，港铁已深耕资产管理体系ISO 55001多年，该体系以实现组织资产价值最大化为目标，因此在港铁所有后续电客车管理范围内，都将从设备设计之初开始进行全生命周期资产的理念融合。同时，在智能运维浪潮的推动下，也将不断结合数字化设备设施对列车部件进行价值最大化的改造和利用，做好车辆各系统及部件状态监测，完善“状态修”的制度和标准，做好高质量运营的前提保障，实现降本增效。

2.4 多特蒙德莱茵—鲁尔快线数字化车辆段

在德国多特蒙德莱茵—鲁尔快线数字化车辆段内（见图5），设计之初对车辆段和列车配置全面的实时故障诊断系统、安防设备、数字化和无纸化办公等设施，覆盖所有列车维护工作，通过智能运维和数字化设备的全面覆盖，车辆段内人车比仅为0.18，75个维护人员负责85列电客车长达32年的维护和服务工作（全球大多轨道交通运营单位的人车配比为0.50左右）。

图5 多特蒙德莱茵-鲁尔快线数字化车辆段

多特蒙德莱茵—鲁尔快线数字化车辆段内所有员工只需通过平板电脑向员工提供的工单即可获取所有维护所需信息；其次通过与西门子合作，车辆段分布了大量传感器和监测设备，运营期间列车会通过多种在线监测系统将有关设备的状态数据传送至车站，方便站务和司机进行紧急操作。

车辆段可通过数据专家利用AI算法分析每列车上关键部件的数据，及时提供给一线维护人员并提供建议，方便维护人员改进自己预防性维修工作和纠错性维修工作。同时，这些故障预警信息和故障定位信息也会方便所有OCC、DCC、驻站、站务和司机等人员做到快速而有效联动，加快列车恢复服务速度。此外，每天结束运营列车回库时，电客车会通过AVI轮对监测设备自动检测每个轮对的磨损状态，这些数据会直接输入信息化的数据管理平台，进行进一步评估和处理。

车辆段还配备1台高性能3D打印机，可以快速、直接制造塑料/橡胶备件，实现某些零部件短时间内的快速周转。

3 城市轨道交通智能运维分析启示

截至2021年，以杭甬为代表的浙江省城市轨道交通经过“十三五”规划的加速建设，运营里程和规模已基本实现市域内轨道交通线网的建成与投入运营。浙江省轨道交通响应国家号召，以发展纲要为指引，紧抓“智能化+自主化”，以“精准运用+按需维修”为智能运维核心，保障可靠性和维修性，始终牢牢把握“高速+高质量”发展的方向。借鉴先进城市示范点的宝贵经验，主动融入轨道交通智能运维发展之中。以实际情况为基础，规划发展蓝图，搭建工作路径，实事求是深入底层规划发展逻辑。构架平台，吸纳人才，为科研攻关做准备。搭建示范单位和工程，明确应用场景，深度融合运营业务，与外部环境协同发展。主动形成行业标准体系。在国家和省市政策保障措施下，顺应发展大趋势，积极面对挑战。启示如下：

（1）智慧维保是一项长期的系统性工程，相关建设工作任重道远。应在做好长期规划的前提下，紧密结合生产实际，集中优势力量优先攻坚关键性技术问题，以循序渐进方式稳步推进信息化与自动化融合，最大限度活化维保资源，逐步实现降本、提质、增效、保安全的目标。

（2）开创以智能运维为中心的设计理念，提升运维便捷性，促进智能运维的发展。

（3）建立数据采集、分析、应用全过程的产业联盟，打破业务部门之间的壁垒，加强相关人员之间的协作。

（4）以智能运维和制造数据为支撑，对标法律法规，细化报废流程及规范。

（5）持续挖掘全生命周期智能运维与制造的融合点，提升智能运维的延展性。

（6）智能运维不仅需要从信息化设备方面更新换代，更是对专业技术人员提出了更高要求，需要掌握数字化设备的操作和使用方法，擅长进行大数据分析和研究，并根据数据规律进行归纳总结，对现有维修手册和维修制度进行有效变更。