城市轨道交通基于智能运维的维护管理新模式研究

张磊，樊茜琪，2，韩斌，2，王黎，祝鑫

（1.同济大学 交通运输工程学院，上海 201804；2.上海轨道交通检测认证（集团）有限公司，上海 200434；3.北京地铁科技发展有限公司 维修管理部，北京 100160）

0 引言

随着城市化进程不断推进，城市轨道交通的建设规模不断扩大，对于基础设施设备的维护需求也逐渐扩大。截至2022 年12 月31 日，我国31 个省（区、市）和新疆生产建设兵团共有53 个城市开通运营城市轨道交通线路290 条，运营里程达9 584 km，车站达到5 609 座。智能化的维护管理能够对轨道交通设施设备进行检测、预测和评估，并按照需求制定详细的维护计划，减低设施设备的故障率，保障设施设备的良好运行［1-3］。针对北京城市轨道交通目前存在的维护作业智能化程度低、设施设备运维与资产管理联动不足、设施设备全生命周期数据分散等问题分别进行研究。提出一套基于智能运维的城市轨道交通维护管理新模式，旨在构建更完善的城市轨道交通维护管理体系，提高城市轨道交通系统可靠性，优化全生命周期费用。

1 北京城市轨道交通维护管理现状

1.1 维护基本组织架构

北京市地铁运营有限公司通过公司内部市场化，进行车辆及设施设备维护管理；各运营分公司和北京京城地铁有限公司（简称京城地铁）负责车辆的运营和维护，北京地铁建筑设施维护有限公司（简称建维公司）已进行区域化管理，北京市地铁科技发展有限公司（简称科发公司）在机场线实行单线路的综合专业维护，全路网的AFC 系统维护由科发公司负责，北京城市轨道交通维护基本组织架构见图1（运一、运二、运三、运四代表北京地铁运营有限公司一、二、三、四分公司）。各专业设备公司下设项目部，每个项目部负责1～2 条线路，各项目部负责所辖区域的设施设备维护管理工作，项目部下设维修班组；各专业维修公司独立管理，独立编制维修计划、独立作业。

图1 北京城市轨道交通维护基本组织架构

1.2 设施设备大数据应用

以车辆系统为例，北京城市轨道交通车辆系统目前配有车辆检修手持记录仪、车辆及设施设备巡检系统、车辆走行部在线监测系统以及轨旁设备在线监测系统等系统设备。虽每天可通过这些监测设备采集到大量车辆运行数据，但各设备数据协议不统一导致数据难以融合，致使采集到的设施设备大数据无法发挥作用［4］。同时不仅车辆系统内部存在此类问题，城轨各系统之间大数据应用现状也是如此，海量的设施设备运营数据无法得到有效的共享融合和互联互通，存在“信息孤岛”的局面。

1.3 设施设备维护

北京城市轨道交通自1969 年10 月正式运营通车直到现在半个多世纪的时间，虽然很多设施设备不断更新，但一些设施设备使用年限长久，需要定期维护。

以机电设施设备为例，车站机电设备维保部门管理的设施设备和系统主要包括通风空调、给排水、动力照明、电扶梯、站台门、门禁、BAS（环境与设备监控系统）、FAS（火灾报警系统）等［5］，机电设施设备种类达上百种，数量更是不计其数，这对传统运维模式而言，无论是维护团队规模，还是维护人员的专业技术能力，都面临巨大挑战。传统的车站机电设施设备运维模式按固定的日、周、月、年进行标准内容检修，会造成过度检修和人力资源浪费等问题。这种维护模式缺乏对维护过程的准确控制和对维护数据的深度挖掘，不利于城市轨道交通运维智能化发展［6］。

城市轨道交通巨大数量设施设备的状态检测、诊断决策和维护处置主要依靠人工作业，智能化程度较低，对检修数据的深度挖掘和分析能力不足，很难实现状态的预测预警和全寿命周期维护策略的优化，维护模式以“故障修+计划修”为主，为避免设施设备运营容易出现过修的现象，一些年久的设施设备易存在欠修的情况，难以实现依据设施设备状态维护以及故障预测预警。北京城市轨道交通现有的维护管理模式已经不能完全适应快速高效故障处置的需求，作业效率有待提升。

1.4 资产管理

北京城市轨道交通设施设备运维与资产管理联动不足，设施设备信息化管理程度不够深入，难以支撑资产管理。目前物资没有统一编码，且编码的物资不全面，物资在各部门之间流转时编码方式改变，无法对物资进行管理、跟踪，进而无法实现资产的全生命周期信息化管理和精细化管理。目前物资采购数量确定主要依靠经验，采购数量往往多于实际需求量，造成库存积压和资金占用，物资更新改造没有统一的衡量标准，不同部门对物资是否需要更新判断不一致，不易管理。

2 北京城市轨道交通基于智能运维的维护管理新模式

对于北京城市轨道交通维护成本高、维护资源共享低、维护资产与需求无联动、维护模式不集约等问题，研究面向运行和服务的网络化集约智能维护管理新模式，旨在提高故障响应速度、优化维护策略、资产智能联动，实现资源共享、降本增效。主要包括城市轨道交通设施设备大数据应用管理模式、城市轨道交通设施设备智能维护模式以及城市轨道交通网络化维护资产智能联动模式3 部分内容，其中第1 部分是后2个部分的基础与前提。

2.1 设施设备大数据应用管理模式

大数据与传统意义数据相比，主要有数据量庞大、数据维度多、数据时效性强、真假数据共存的特点。通过城轨设施设备自带的数据采集工具采集设施设备的相关数据，将采集的数据导入数据库，对数据进行科学管理。通过建立科学合理的数学模型，对数据进行分析，充分挖掘数据中的有用信息，最终对实际维护决策提出针对性的建议［7］。

现有的城轨设施设备数据应用量尚未达到“大数据”该有的数据量，只是利用大数据的思想发现问题找到原因。现多为各行业、单位、系统“信息孤岛”的局面。如何做到真正的信息交互共享，可以参考以下几种途径。

（1）部门相同专业内部数据共享互通。相同专业内部的数据共享互通可以减少数据的重复录入，同时提高数据的统一性。例如将车辆履历管理系统、车辆备品备件更新系统和车辆故障记录系统进行数据共享互通，当车辆因发生故障更换备品备件时，只需在1个系统中进行数据录入，其他关联的系统则会自动进行数据更新，保证数据的高度统一性。

（2）部门不同专业之间数据局域集成。对于多专业共同接口的设施设备，在数据搜集时会因为专业间的信息壁垒导致收集的数据片面化、离散化和失真，最终造成基于搜集数据分析结果的错误导向。所以需要针对不同专业搭建数据局域集成平台，将不同专业设施设备的相关数据在平台内共享。

搭建的平台在数据集成模块提供多源异构数据的接入能力，支持结构化、半结构化、非结构化数据的实时数据采集与离线数据采集，将城市轨道交通不同专业数据汇聚后，统一进行数据分析与共享，从而达到解决系统间信息交换困难、信息共享度低、服务无法共享、信息难以综合利用等问题的目的［8］。同时可以按需根据不同设施设备实际接口情况设置专业访问权限，在数据共享的同时，保留一定的私密性选择。

（3）全生命周期数据互联网化。将设施设备全生命周期整个业务系统流程作为数据源，包括产品的设计、验证、制造、采购、安装、运行、维护、改造更新、退役等过程，建立跨单位跨部门的信息互联平台。可以促进各系统之间资源共享开放与业务协同创新，设施设备故障时可以通过数据追根溯源，深入分析原因，进行循环优化。同时可以减少后期运维阶段采购信息的回溯工作量，解决因城轨运营时间长带来的早期文件查找困难问题［9-10］。

2.2 设施设备智能维护模式

针对目前城市轨道交通按线路管理遇到的问题，提出“打破线路、打破专业、打破平战、条块结合”的理念，借助网络化维护资产智能联动关键技术，结合北斗地下基准体系对设施设备及人员精准定位，利用5G 通信提供远程专家支持，最终实现网络化超大城市轨道交通智能维护新模式。

2.2.1 综合巡检

将车站、隧道等具有相同作业空间的巡检业务与人员整合，采用北斗技术对设施设备及人员精准定位，利用5G 通信提供远程技术支撑，按照规划的巡检路线完成车站、隧道综合巡检。提升综合能力，打破专业壁垒，条块结合，实现按区域划分，打破线路界限。综合巡检示意见图2。

图2 综合巡检示意图

综合巡检优点：巡检效率提升、巡检路线精准规划；有效预防漏检、人员组织优化；专家远程支撑；夜间窗口利用率提高。

2.2.2 综合智能状态修

在同一场景或地点，不同专业维护人员协同开展跨专业综合作业，部分专业实行区域化维护作业（如AFC、电梯等），实现区域化多专业协同维护。运用智能感知技术全面感知设施设备状态，建立状态评价、故障致因分析、故障预测、维护决策模型和案例库，实现故障预警，推进各专业设施设备的状态修。综合智能状态修示意见图3。

图3 综合智能状态修示意图

综合智能状态修优点：提升维护效率，降低维护成本；专业有机融合，接口作业高效协作；共享维护人员和设施设备等资源；实现预测性状态修；可实现资产、物资和备品备件智能联动。

2.2.3 区域化应急抢修

采用北斗技术对设施设备及人员精准定位，利用5G 通信提供远程技术支撑，结合智能维护增强平台统一发布故障信息及应急人员调度，实现区域化综合抢修和设施设备故障的快速定位及快速处置。传统应急抢修模式见图4，区域化应急抢修模式见图5。

图4 传统应急抢修模式

图5 区域化应急抢修模式

现有的应急模式设置网络化抢修布点、划分各自的负责区域，出现故障后由区域内集中站派人员维护。区域化的应急抢修模式，基于北斗+空间数字化技术对人员和设施设备进行定位，当故障发生时派遣最近的维护人员，实现快速响应，AR技术辅助维护可提高维护效率。

2.3 网络化维护资产智能联动模式

通过对北京城市轨道交通维护物资管理分析，针对北京城市轨道交通存在的物资信息化管理不成熟、物资编码不统一、设施设备采购依赖经验及物资共享程度低、资产联动程度不高等问题，提出维护物资资产联动和信息化管理的框架建议（见图6），通过物资编码统一或编码映射，结合射频识别技术，搭建完整的物资信息化管理平台，实现物资管理全过程信息化。基于对物资实时信息的掌握和更新，对物资剩余寿命进行预测，并对采购提供指导和建议，优化库存，实现资源更高层级的共享。将这些优化技术置于信息化管理平台，根据平台中数据及时更新，实现信息的互相反馈，进而实现资产的智能联动［3］。

图6 维护物资资产联动和信息化管理框架建议

3 结束语

为提高北京城市轨道交通维护管理效率，分析北京城轨交通设施设备维护管理现状。针对目前存在的维护作业智能化程度低、设施设备运维与资产管理联动不足、设施设备全生命周期数据分散等问题，探讨面向运行和服务的网络化集约智能维护管理新模式。提出“网络化”超大城市轨道交通智能维护模式、城市轨道交通网络化维护资产智能联动模式以及基于大数据的城市轨道交通设施设备维护管理模式，以推动我国城市轨道交通维护管理模式向更智能化的方向发展。