物联网与移动互联技术在城市轨道交通设备维修中的应用

张 舒，牟 凯，徐占杰

（吉林建筑科技学院 吉林 长春 130114）

0 引言

城市轨道交通在缓解城市交通压力和提高市民出行效率等方面有重要作用，而城市轨道交通的高效和稳定运行离不开各类设备的正常工作，但设备在复杂工况下难免产生故障，给整个轨道交通系统的运行造成或多或少的影响。另外，为适应城市轨道交通未来发展需要，有必要对城市轨道交通设备维修予以必要的改进，引入物联网与移动互联技术。

1 城市轨道交通设备维修主要特点与一般规定

1.1 主要特点

在城市轨道交通领域，设备维修及其管理的主要任务为采用适宜的设备检查及维修保养措施，在保证成本合理性的基础上，确保设备始终处于良好工作状态，进而为用户提供优质服务。在设备维修工作组织过程中，应制定合理的维修策略，对维修成本与设备可用性目标予以综合考虑，进而在计划维修和状态维修中找到平衡点，明确设备维修具有的特点。设备作为城市轨道交通重要载体，其运行状态直接决定了整个轨道交通系统的服务水平，同时还会对公共交通安全造成影响。加强设备维修及其管理的主要目标就在于使各类设备均处在良好运行状态，减小故障与事故的发生概率。对于城市轨道交通系统，其设备维修主要具有以下两方面特点：其一，设备数量多、类型复杂；其二，设备的分布较为分散，使设备维修作业区域较广。比如广州地铁，其单条线路包含20 余种专业设备，总设备数量可以达到2 万台以上，可见其设备维修难度和复杂度都很高。

1.2 一般规定

1.2.1 线路与轨道

1.2.1.1 日常检查

线路与轨道日常检查一般规定为：每天对走行轨、道岔与接触轨进行检查，以确定其实际状态；每天对限界和其他线路是否存在故障进行检查；对钢轨、道岔、接触轨和主联结零件进行检查，确认是否缺损；以接头、曲线与道岔作为重点检查项目；线路每季度至少检查一次，并填写相应的检查日志，同时做好分项判定。

1.2.1.2 定期检查

线路与轨道定期检查一般规定为：定期检查应严格按照要求的周期对整条线路设备实施全面且细致的检查。通过对整条线路各设备实际状态的检查，为线路状态开展综合评定，以此为之后的维修工作提供指导。整条线路与设备都应在每年春检或秋检过程中检查至少1 次。

1.2.1.3 专项检查

线路与轨道专项检查一般规定为：当出现以下情况其中一种时，需开展专项检查工作：超出容许值时；超出设计使用年限但需要继续使用时；在日常检查和定期检查过程中发现无法判明的病害时。专项检查结果需采用检查记录表的形式及时上报。

1.2.1.4 状态评定

线路与轨道状态评定一般规定为：线路状态评定需分成三级，即优良、合格与失格，其中，优良为扣分后分值在85 ～100 分范围内，合格为扣分后分值在60 ～84 分范围内，失格为扣分后分值不超过60 分。当评定结果为优良和合格时，说明线路使用状态良好，仅需日常养护与维修；当评定结果为失格时，说明线路有病害存在，应及时进行中、大修。

1.2.1.5 中修

线路与轨道中修一般规定为：中修要以线路变化特征与规律为依据，严格按照既定维修周期对线路设施进行适当调整，当发现已经失效的零部件时，应立即维修或将其更换；在制定中修计划时，应充分考虑之前的分项评定结果。

1.2.1.6 大修

线路与轨道大修一般规定为：大修要以线路设施损耗情况与规律为依据，有周期性和计划性地实施修理或直接更新，进行大修的主要目的在于使线路功能得以恢复或提高，从而延长设施设备使用寿命；大修应做好整体规划，明确重点，然后严格按照步骤实施。

1.2.2 区间隧道

1.2.2.1 定期检查

区间隧道定期检查一般规定为：对区间隧道主体和附属结构实施全面且细致的检查，其中，主体结构检查以行车隧道为主，附属结构检查以联络通道、迂回风道和区间与活塞风道为主；完成检查后还需实施状态评定，以掌握区间隧道实际状态，以此为专项养护工作开展提供可靠依据。

1.2.2.2 专项检查

区间隧道专项检查一般规定为：专项检查的对象为衬砌结构开裂、渗漏和掉块等明显病害；完成检查后得出的结果应采用表格的方式记录和上交。

1.2.2.3 状态评定

区间隧道状态评定一般规定为：按照主体与附属结构对区间隧道分别实施状态评定；状态评定共分五级，分别为轻微病害、中等病害、较重病害、严重病害和极严重病害；如果评定结果为一级，则需采取日常养护维修的方法处理；如果评定结果为二级，则需要在日常养护维修基础上加强检查；如果评定结果为三级，需加强监视，并在必要的情况下进行中修；如果评定结果为四级，应尽快开始中修和大修；如果评定结果为五级，应立即开始大修。

1.2.2.4 日常养护维修

区间隧道日常养护维修一般规定为：在检查中与完成后及时进行；日常养护维修具体内容包括经常性养护、预防性养护与轻微破损维修。

1.2.2.5 中修

区间隧道中修一般规定为：根据区间隧道实际状态评定结果编制合理可行的中修计划。

1.2.2.6 大修

区间隧道大修一般规定为：根据区间隧道实际状态评定结果编制合理可行的中修计划。

2 基于网络化运营的设备维修问题

在城市轨道交通不断向网络化运营模式发展的过程中，设备维修出现了很多问题。

（1）技术越来越多样对线网设备有了更高要求，尤其是新设备和老旧设备间的相互协调仍然存在很多问题和挑战。

（2）生产组织形式越来越复杂，使有限资源的调度与分配面临更大困难。在运营逐步实现网络化之后，所有作业组织协调都越难过对线网层面进行统筹分析，在这种情况下如果依然使用传统管理模式，必定对生产效率不断提高造成很大阻碍[1]。

（3）设备现场维修难度日益增大，不同专业间的接口不仅有很高的复杂度，而且关联性强，可能是维修人员产生误判，导致维修效率及配合效率降低。比如某地铁线路，在日间运营完成后，线路中20 余个专业近20万台设备广泛分布，而且不同专业设备间的接口十分复杂，存在人工测点，如果依然采用传统方式很难满足当前的维修需要。

（4）业务控制越来越分散，对信息提出的集中优化要求不断提高。过去的信息获取方式已经无法保证信息真实性、完整性与实时性，如何对信息进行集中管控，同时以海量数据为基础开展管理优化，是现在大部分城市轨道交通主管部门面临的主要问题。

（5）用户的急速扩张以及形势变化带来的一系列安全隐患必须采用科学有效的手段加以防控。城市轨道交通线路及网络的不断完善必然吸引更多的用户，在这种情况下必须通过合理可行的方法或工具将由此产生安全隐患及危害降至最低[2]。

3 物联网与移动互联技术概述

物联网在1999 年召开的移动计算与网络国家会议上被首次提出，现在公认的物联网定义为：采用智能传感设备使物体和互联网之间实现通信，以此对物体进行智能识别与实时监控管理，它将互联网作为基础，是互联网的进一步扩展与延伸，将网络延伸至物质之间，使不同物体之间实现通信。如今，这项技术已经在很多行业领域得到广泛应用。

移动互联技术于20 世纪末产生，现在还处在拓展其内涵的过程，还没有形成相对统一且能得到广泛认可的基本定义。从总体角度讲，移动互联将移动通信技术作为基础，采用局域网与广域网通过一定协议实现互联。目前，这项技术正表现出下列发展趋势：其一，正逐步赶超传统的互联网；其二，向社交化方向不断发展；其三，向电商端方向不断发展；其四，移动互联终端越来越多样；最后，开放平台及其应用多样化[3]。

物联网的核心是物和物之间的连接，包括连接的原因和连接后可实现的功能。在设备维修方面应用物联网及移动互联技术，可从下列几方面入手：借助物联网具有的电子标签，对设备和网络进行连接，以此由网络动态感知设备实际状态，从而为设备管理提供方便；借助移动互联技术使设备维修做到“随时随地”；通过对物联网与移动互联技术的整合，开发出一套企业级信息系统，以此统一设备维修及管理标准，提供设备操作指引，制定统筹计划，监控执行过程，完善数据分析。

4 基于物联网及移动互联技术的设备维修方案

将设备维修实现精细化作为方案设计重点，优化并固化设备管理标准，借助先进可行的工具对整个作业过程进行监控，保证质量管控效果，并为实际工作过程提供可视化指引；按照以上原则和要求实施扩展设计，充分考虑不同业务之间的协同性，以此得到完整有效的解决方案[4]。

系统的应用架构共包含以下4 层：维修业务决策支持层，包括维修绩效管理与商务智能应用（维修作业成本分析和设备运行分析）；维修业务支撑管理层，包括人力资源管理（排班与考勤管理、人员资质管理）和财务管理，即固定资产核算管理；维修业务管理层，包括生产计划管理、施工调度管理、作业排程及物流管理；维修作业管理，包括维修计划管理（计划的编制、调整与下达）、设备管理（基础信息、设备跟踪、履历管理）、维修作业管理（作业分派、记录与检查）、维修标准管理（维修规程、工艺标准、检查要素）；生产系统层，包括主控、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）、AFC（Automatic Fare Collection System）和EMCS（Electrical Monitoring and Control System）等[5]。

在设备维修系统中，维修数据作为核心所在需对大量数据予以全面梳理，编制合理的规则，在满足管理要求的基础上，与现场作业习惯相适应，核心数据主要包含以下几种类型：（1）公共位置编码数据；（2）位置编码数据；（3）设备编码数据；（4）预防性维护编码规则数据；（5）标准作业模板编码规则数据；（6）故障代码编码数据。

考虑到系统在扩展性和稳定性等诸多方面都有很高要求，所以建议对现有的成品和二次开发进行充分结合，即采用MAXIMO 等成熟产品，采用二次开发的方法进行施工管理，并提供手持终端。在架构设计过程中要充分考虑以上两项先进技术的应用，在维修作业管理过程中结合电子标签、软件与手持终端。

为保证系统可用性和安全稳定性，很多轨道交通都按照均衡原则部署APP 与PM，而数据库则按照集群原则部署，以此保证其可靠性。在所有车站、检修库与调度室中均设置无线网络，以便于工单的下载和数据上传，确保实时数据及时送达服务器。对于手持终端设备，不仅运行速度快，而且稳定性好；对于电子标签，主要为二维码的形式，可以对包含公共位置和设备所在位置等的信息进行标注。通过对物联网与移动互联技术的引入，能使设备维修管理工作延伸至现场，使设备和人之间实现相互关联，同时能实时采集设备各项状态信息，最终为之后的分析、使用及预测均奠定良好基础。

5 技术应用效果

（1）在设备维修中，通过对物联网与移动互联技术的合理应用能使设备检修计划更加精确，使施工计划更加快捷。在设备检修周期到达60 d 前，采用系统自动生成维修工单，然后提前30 d 左右对生成的维修工单予以计划排程，同时将工单内容细化至具体人员，确保工单与检修作业相互关联，避免遗漏。此外，物联网与移动互联技术的引入还能使工单和施工计划之间实现关联，维修工班可根据工单内容直接对施工计划进行申报，同时和现场维修作业进行匹配管理。

（2）在设备维修中引入物联网与移动互联技术可以使设备检修作业及其管理实现标准化。在系统作用下，能使标准作业模板得以固化，在开展维修作业的过程中完全按照工序开展检修和确认，同时对检修的人员与时间进行自动记录，保证设备维修工作的精细化与标准化。

（3）使设备维修相关技术资料达到现场化，从而为维修作业提供现场指导。借助手持终端能对设备各项技术文档及应急预案进行查看，为全体作业人员提供指导，从而保证检修工作质量与效果。

（4）设备故障响应速度大幅加快，维修作业时，采用手持终端对设备状态信息进行采集，并能对故障信息进行录入。在实际应用中，可将AFC 系统各类设备的信息实施对接，以此动态获取设备操作日志与分析结果，进而将故障信息转换成维修工单，从而使故障响应速度得以显著的提升。

（5）使现场安全管理更加规范，提高安全防护能力和管控水平。维修人员达到设备维修现场后，应通过扫描电子标签进行报到；维修作业正式开始前，应使用手持终端设备登记所有携带的工器具，同时开展安全交底，经检查确认能否达到安全作业要求；系统可以将设备维修工单返回至手持终端设备，通过对维修作业区域设置的电子标签的扫描，能实现良好的安全防护及越界提醒，所有设备对应的测量数据均可以实现越限提醒。采用以上在作业开始前、作业过程中与作业完成后进行的提醒设置，保证最终的安全防护效果。

（6）使设备的维修与管理更为高效，保证工作质量。在利用系统前，由设备管理部门对总统计报表进行逐层汇报，通过对系统的利用能在系统中对报表数据进行动态调用，这一过程的耗时一般不超过几分钟，能极大地加快管理工作效率，保证数据的真实性与可靠性。

（7）通过大数据分析实现故障预防与预控，减小故障发生概率。采用数据累积和分析的方式能提前发现各类设备隐患，然后据此对维修策略和规程予以优化，并积极推广应用状态检修方式。通过对各类设备状态信息的动态掌握，提升对各类故障的检查和与控能力，从而有效减小设备的故障发生率。

6 结语

综上所述，城市轨道交通包含诸多设备，各类设备能否正常和稳定运行决定了整个轨道交通系统的运行效率和服务质量，但设备运行时难免产生故障，为了不影响轨道交通正常运行，必须对设备维修引起高度重视，实践表明，在设备维修策略中引入物联网和移动互联技术能大幅提高维修技术水平，并能及时发现和解决故障隐患，降低系统设备故障发生率。