城市轨道交通场景化运营管控研究

刘建委，张少文，陈朝晖，贾 沛

（1. 广州地铁建设管理有限公司，广东广州 510250；2. 广州新科佳都科技有限公司，广东广州 510700）

1 引言

近几年，随着城市轨道交通（以下简称“城轨”）运营里程不断增加，线网客流量快速攀升，尤其是大中型城市的轨道交通网络日渐复杂，运营中的内生矛盾逐渐加剧，乘运安全和运营管理都面临着巨大的压力和挑战。城轨各线路之间关联度越来越高，单条线路或节点发生突发或异常事件的影响范围越来越大。运力与运量不匹配、通行效率低等因素造成高峰时期车站客流拥堵，对乘客出行效率造成较大影响；运营出现故障时，相关设备设施的监测数据交互不充分，导致响应速度慢，使突发事件的危害愈发具有不确定性。以上问题的暴露，都需要城轨运营管理单位站在全局化视角，围绕保障乘运安全、提高乘车效率、优化客流管理、提升服务体验4个维度，用更高效的技术手段加以解决。随着新兴信息技术的演进和推广，场景化运营管控方式被认为是解决城轨复杂系统内生矛盾的有效途径。

2 城轨运营管理现状

截至2023年9月，我国内地58个城市开通运营城市轨道交通线路，运营里程10 841.59 km。北京、上海、广州、深圳等 10 个城市的城轨客运量占公共交通分担比率均超过50%以上，城轨正在成为大中型城市居民出行的重要选择。当更多城市居民将城轨视为首选出行方式时，城轨客运量势必增大。据统计，2022年城轨完成客运进站量116.56亿人次，城轨现有运营体系在高密度网络、高强度客流条件下存在着突出的安全问题。仅2022年，全国就相继出现多起城轨安全事故，如上海地铁15号线“1 · 22”站台门夹人动车导致乘客死亡事件，青岛地铁1号线“1 · 17”接触轨失电导致区段停运事故，重庆地铁“1 · 18”巡检发现环线鹅公岩大桥吊索异常导致停运事故，事件均在社会上造成较大影响。在吸取事故教训同时，行业也在深刻反思，安全保障与主动防控、网络高效韧性运行、网络集约维护等技术瓶颈有待完善与突破，这是当前城轨领域亟待解决的重要课题，文章对既有运营体系进行解构，对事故主要成因进行分析。

2.1 车站系统运行协同难

由于传统城轨线路“一线一中心”的设计模式，导致现有运营管理系统场景启动条件分布在不同的专业系统中。即使在已被城轨综合监控系统（ISCS）集成或互联的车站，通过综合监控系统也仅能完成简单的数据交互，实现系统互联的部分功能，各系统运行的自主性和整合性不强。系统自动化程度低、场景控制方式单一是影响安全性的重要原因。

在常规的车站指挥中心，站务人员需要完成接发列车、维护站台秩序、监控列车运行状态、处理突发事件、监控站厅设备运行状况、统计能耗等工作，需同时在多个终端上进行操作，且通常缺少通用、情景化的计划，很可能会导致错误和遗漏。不同线路、专业、业务系统间的数据集成度低、互联互通性差，导致运力和运量匹配度低，不同系统设备运行协同性差，客流波动和故障场景下站务调度响应的速度慢，运营整体效能不高，难以实现网络化协同运行。

2.2 突发事件处理能力弱

在车站实际运营过程中，现有系统难以对海量客流进行准确预测。当出现较大客流时，存在乘客信息获取不及时，运营信息发布不到位，出行服务信息推送不精准等问题。尤其遇到乘客逆行、跌落等异常情况时，需通过视觉与图像结合的方式，对突发情况实时预警，并能快速反应，确保乘客安全。目前阶段，突发事件的解决主要依赖线路线网级命令的上传下达，没有能够形成迅速响应、实时分析、综合应用及场景联动的应急处理管理体系。现有运营管理系统没有对综合监控系统展开必要的场景整合，不能提供实时决策的必要依据。因此，突发事件决策仍以被动响应为主，信息化分析预警与全系统联动不够，应急信息发布不够及时和全面。

2.3 安全管控闭环管理难

网络化运营条件下，城轨系统的巨量设备设施、高密度随机客流、难以预测人因要素、动态风险要素耦合关系以及复杂的风险传播路径等因素，导致风险要素提前感知、预判、预测和预警能力不足，异常情况依赖被动接报，主动防控能力有待提升，难以实现运营安全“知-辨-治控-救”的闭环管理，造成“小故障，大影响”。针对以上问题，对城轨运营模式提出更高要求，迫切需要转变传统的运营管理观念，将新一代技术引入城轨，提高运营过程中自动化水平，将单一功能根据特定场景生成相应的处置预案使其能够一键联动，解决城轨在安全管理、高效运行、乘客服务等方面的难题。综上所述，轨道交通场景化运营管控成为运营管理的必然发展趋势。

3 运营场景设计与构建

3.1 场景化运营管理定义

场景化运营是通过数据分析、智能控制、安全监测、信息通信等技术手段，提高运营服务水平，构建运营安全、高效的新一代城轨交通运营体系。城轨运营管控场景可分为车站运营管理和线网调度管理。场景管理支持对所需各集成和互联子系统执行动作进行设置，并由系统自动或人工触发不同场景联动交互。场景化设计目的为实现车站各场景的自动/半自动触发执行，减少对工作人员的操作依赖，使车站管理更加智能化，逐步发展成为车站无人值守的运营模式。根据车站运营的工作内容和岗位职责，从开站到关站，以及包括夜间维修工作，系统在不同时段将工作内容进行精细化场景控制管理，提升运行稳定性、连续性、可靠性，最终实现车站全自动运营管理。操作场景的界定，不仅要从内容上涵盖与驾驶有关的操作，更要从运营场景的本质需求加以考虑。

3.2 运营场景定义与本质需求

城轨线路建设之初，操作情景构建的主要参与者除了施工单位外，还需要精通运营的专业管理人员和设备厂商共同参与，将运营需求、实际状况、设备性能等因素进行综合考虑。在工程实施过程中，可根据业务流程推导出各系统所要完成的任务。设备功能是为操作情景服务的，操作情景关注的焦点是设备的特定功能，但不对该功能的具体实施进行规定。如果设备功能不能满足运营场景要求，就必须对相关操作流程进行界定，制定作业指导书和行车管理办法，从而达到运营场景的要求。操作方案要具备普遍性、独立性、公平性和可持续改进等特性，从操作方案中推导出设备功能要求，并在工程实施中不断测试，通过改善升级，实现最佳运营场景。

3.3 场景构建及关键技术要素

面向运营管理的场景中，要包括客运组织、行车调度、设备控制和应急处置等方面。目前的城轨运营场景研究，大多描述情景使用单一功能，功能之间没有相关性，缺乏完整的失效情景描述以及应对方案，缺乏特定场景下不同设备功能间的联动界面。此外，对于应急情景的考虑也比较简单，通常仅限于火灾和气象灾害，对于其他特殊情景如断轨、大客流等，没有完全涵盖。而场景化运营的技术体系构建要素涉及多个方面，包括数据采集与传感器技术、数据存储与管理系统、数据分析与决策支持系统、安全监测与检测技术、通信与联网技术等。同时，这些技术要素应不断升级和改进，以适应城轨运营需求的不断变化和发展。

2021年开通的广州地铁18号、22号线，针对既有研究的不足，开发一套集中监控系统软件，将运营场景划分为正常场景、故障场景、应急场景，进行新型场景设计与建设，如图1所示。在此基础上，采用常规情景分析和现有操作情景分析相结合的方式，操作情景由以下5个步骤组成：

图1 场景化运营系统软件场景分类

（1）场景描述：将列车所属的环境、前提条件、设备情况进行详细描述；

（2）基本流程：对此场景所需要操作的步骤详细列出；

（3）人机界面：此场景中所展示的人机界面；

（4）功能需求：此场景中需要各方提供的功能及配合；

（5）接口需求：实现此场景需其他各专业系统提供的数据。

在以上步骤描述中，既包括了施工时对各系统的需求，也包括了对交互界面的要求，以及操作过程中的具体步骤和维修抢修步骤。5个步骤说明将运营和维修要求提前到线路施工阶段，大大减少新线施工阶段获取信息不完整导致的隐患。

3.3.1 正常场景

正常场景描述中包括列车运行全天所需功能。根据列车运行环境和状态，将列车完整运行功能划分成日常运营、早间起运、晚间停运、列车运行、列车发车、客流引导、列车进站、跳停、扣车、折返换端、清客、车门与站台门异物检测等12个场景，并分别对各子场景中的工作步骤和所需功能进行详细说明。

3.3.2 应急场景

应急场景包括运营中可能发生的各种突发事件，共分为大客流、紧急关站、列车火灾、车站火灾、事故灾难、气象灾害、有害气体超标、车辆阻塞、区间疏散等9个情景，其中大客流、气象灾害、车辆阻塞、区间疏散是较为普遍发生的情景。比如，节假日或大型集会日的大客流是一种常见情景，车站站厅、站台、楼梯、换乘通道等地点的客流量极易达到饱和或超荷，如不采取措施，可能发生踩踏等事故。广州地铁利用闭路电视、自动售检票（AFC）等技术对客流进行监视，站务人员根据客流情况，进行客运组织和列车接发作业，遇到突发事件时，车站配合调度中心进行应急处置，组织乘客疏散。与此同时，综合监控系统将各功能整合，通过暂停自动售票机、关闭车站出入口、调整电梯方向等措施，实现客流疏散。

3.3.3 故障场景

实际管理过程中，存在运营状态感知手段不完备，系统分散建设导致的数据集成度不高，设备控制方式多以人工为主等问题。因此，在所有运营场景中，故障情景是规避运营事故最关键的一环，其中区间、接触网电力故障、变电所电力故障、车站客运设施故障、列车运行故障、车门故障、站台门故障为较常见的几种。

3.3.4 大客流场景构建分析

文章选取应急场景中常见的大客流引导场景为例对场景构建方法加以分析描述，通过重点功能场景的智慧化管控，形成网络化行车调度体系与设备监视体系，以及基于客流的智能运力运量匹配体系。设备维护方面，形成关键设备设施健康状态智能检测监测体系与远程辅助维修体系，实现关键业务的态势研判、资源优化配置与智能监管。

（1）场景描述。当车站短时内滞留乘客超过承载负荷时，客流短时冲击状态需启动应急预案进行客流疏导，车站各子系统、设备需联动执行该应急预案，这是应急场景中最常见的一种。早晚高峰大客流引导或突发大客流引导，系统采用半自动联动方式，在大客流报警时自动触发或系统预设定时触发。

（2）基本流程。大客流场景下应急预案启动流程共分为11个基本步骤，联动执行应急预案具体内容如表1所示。

表1 大客流场景下的系统基本流程表

（3）人机界面。广州地铁采用智能综合监控平台，如图2所示，实时监测车站内具体事项，实现关键业务态势研判、资源优化配置，面对大客流冲击能够有效解决发生的各种问题。

图2 智能综合监控平台界面

（4）功能需求。客流引导场景具体分为车站设备状态监控、客流监控、环境监控、CCTV监控、异常行为分析、行车信号监控、系统联动监控、预案进度记录等8个方面。

（5）接口需求。接口是系统集成的关键技术之一，为达到场景化管控的目的，主控系统提供PA系统广播信息及下发接口、PIDS下发接口、CCTV视频画面、AFC设备状态信息等子专业接口信息，通过前端处理器完成发往被集成、互联系统的资料和命令，具体需求如表2所示。

表2 大客流场景下系统接口需求

4 场景化运营管控意义

4.1 提升网络化运营整体效能

在运营场景复杂、客流特征复杂、运行交路复杂等情况下，场景化运营管控尤为重要。在既有综合监控系统的基础上，新增末端感知设备与既有系统接口进行整合，对现场信息进行感知，将数据集中管理，对车站设备状况全面了解，构建智能化场景管控模式，为实现各运营场景的联动控制（如智能开、关站）提供先决条件，一键联动多专业设备，辅以图表化的形式进行实时显示，增强运营人员应对突发事件的能力，加快调度响应速度，大幅提升网络化运营整体效能。

4.2 实现重点功能场景智慧化

场景化运营管控为操作提供更加安全的方法，迅速察觉运营状况并迅速做出处理。尤其在应急场景管控方面，以各子系统的功能优势为基础，提炼出相应的逻辑与次序，通过多设备联动与触发调节相结合，改进现有运营模式的缺陷，规范化、标准化执行流程，避免人为失误造成误操作。而广州地铁重点功能场景的智慧化是实现智慧城轨平台搭建不可或缺的环节，在行业创新示范引领等方面取得显著成效。

5 结束语

文章提出的场景化运营管控模式，以解决城轨实际业务问题为导向，紧紧围绕城轨业务本质属性开展工作，切实解决运营管理中所面临的痛点问题，通过创新管理模式和业务流程，建立未来与智慧城轨相匹配的运营管理体系，加快城轨交通领域高质量发展的步伐。在丰富完善各业务系统智慧化功能场景、提升功能场景智慧化程度、实现各专业系统智慧化方面，广州地铁18号、22号线场景化运营试点取得系统性成果与经验，便于后续出台完备的配套政策与规范，建立相应技术标准体系、安全保障体系，大幅提高广州地铁的综合运营能力，为全方位打造智慧城轨奠定基础。