轨道交通智能运维建设研究

何鹏飞

西安市轨道交通集团有限公司 高级工程师

摘要

轨道交通设备品种多、规模大，因此检修模式多样，随着西安轨道交通进入到网络化运营阶段，对设备维保提出更高要求与挑战，需要提升维护手段、转换维修模式。本文结合信息技术及智慧城轨发展，研究智能运维体系化建设方案及策略，为西安轨道交通逐步形成设备安全可靠、人员精简高效、成本效益可控、应急保障迅速的运维管理新模式提供技术支撑。

关键词：设备维保  智能运维   

引言： 西安轨道交通目前已开通运营8条线路，运营里程259km，最大单日线网客流超过400万乘次，网络客运强度稳居全国前列，随着线网规模飞速发展和客流量迅速增加对设备的维保工作提出更高的要求，因此，西安轨道交通一直以来积极探索发展智能运维建设，提升运营管理能力、降低运营成本，保障线网高质量安全运行。

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西安轨道交通运维现状    

随着2020年底5号线一二期、6号线一期和9号线一期开通运营，按照前期规划基本形成“棋盘+放射型”结构，组成2纵2横2L型骨架和2放射的线路网络，网络化运营初步形成。

 西安轨道交通运维管理组织分为分公司、运营中心、专业部门、线路分部、维修班组五级架构，生产人员大多采用白夜四班两运转模式日夜坚守，大量的生产、技术辅助人员为线路的运营保驾护航。各生产专业大都采用计划性维修与预防性维修相结合的维修制式，各系统设备基于企业管理意愿、人员技能、外部市场资源等各方面综合衡量划分为自主维保和委外维保。

自主维保：①影响运营行车安全的重要关键设备（车辆、信号、供电、屏蔽门）；②提供重要保障或涉及资金安全的设备（通信、AFC）;

委外维保：①运营单位不具备取证条件的设备（电扶梯、FAS）；②维修简单、市场资源丰富的设备（轨道、房建、结构、机电）。

 

图1  西安轨道交通运维组织架构

轨道交通设备品种多、规模大，由此检修模式多样，随着线网规模飞速发展及客流量增加，对运营设备维保工作提出更高的要求与挑战，目前主要面临以下突出问题[1]：

（1）维保人员需求量大

设备品类数量繁多，设备巡检及维修主要以人工作业为主，不管是自主维保还是委外维保，执行相关修程均需要配备大量的专业人员。

（2）设备维护手段落后

目前设备基本采用计划修+故障修模式，未能实现及时采集、监视设备状态，为防止漏修过多的安排维护，易产生部分设备的过度修，增加成本的同时设备也没有得到很好的维护效果。

（3）各类信息孤岛严重

各个业务系统相互独立，数据散乱，且日常作业多为纸质台账，形成了信息孤岛，不能有效利用。

（4）数据缺乏实时分析

智能分析技术应用不够全面深入，多种感知方式缺乏融合协同，缺乏实时分析、预警和实时响应，缺乏对信息的全面融合和深度应用，并依据数据信息做出决策。

（5）生产过程管控不足

各类设备设施的维护工作量大，各业务支撑和处理过程无法跟踪，过程价值无法深入分享、挖掘、借鉴，人员能力、状态影响工作质量。

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智慧城轨发展要求    

2020年3月，中国城市轨道交通协会发布《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》[2]，《纲要》是引领我国城轨行业智慧城轨建设，助推交通强国建设的指导性文件，对智能运维安全建设目标提出以下要求：

（1）统一健全的智能运维体系

建设包含车辆、能源、通信、信号、供配电、AFC、车站机电、云平台、轨道、桥隧、建筑等城市轨道所有设备设施综合智能运维体系，提升城轨装备维护智能化程度、提升运维效率，减少维护人工的作业强度，形成城轨装备智能化运维生产组织模式。

（2）协调联动的综合管理平台

建设与智能调度体系协调联动的运营保障系统，实现对线路、场站、车辆、供电、通信、信号、人员、备品备件、维修工具等运输资源的动态监测、优化配置、精准调度和协同运转，提高城轨交通的运营效率和安全管控水平。

（3）全生命周期的设备故障诊断与健康管理系统

建设数据资源互联互通的智能运维分析决策系统，结合设备故障预测与健康管理，实现设备全生命周期管理，提前发现设备故障和预测设备寿命，提升安全运营能力。

（4）安全可靠的设备大数据监测评估系统

以设备设施监测大数据分析为基础，构建城轨运营设备大数据监测安全评估系统，推进安全生产监管的智能化建设，提升基础设施的隐患治理、风险管控能力。

（5）简单易行的智能化自动巡检系统

通过完善智能化巡检系统，补齐单体设备+巡逻安检系统存在的短板，利用人工智能技术，逐步降低人工巡检劳动强度。

（6）综合协调的应急指挥系统

优化线网级的综合协调与应急指挥系统，打造设备日常监测、预测预警和应急处置为一体的城轨交通运维安全综合保障体系。

（7）可视化的设备资产监管系统

建立基于BIM的综合运维监管系统，可直观、快速、全面的获取设备运行状态数据，实现设施设备状态实时远程监控，指导运维作业。

（8）基于状态修的运营维修模式

进行设备的健康管理和寿命预测，结合设备定期维护计划和流程，使设备得到适当的维修保养，逐步实现设施设备由计划修+故障修向状态修+预测修转变。

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智能运维体系方案    

为满足西安轨道交通网络化运营需求，结合智慧城轨发展纲要要求及西安轨道交通发展实际，2021年8月西安轨道交通研究发布《西安智慧城轨发展纲要》（2021-2035）[3]，纲要明确通过云平台及大数据平台建设为智能运维提供体系支撑，构建“一个体系，三个模块，五个专业”的智慧城轨智能运维综合管理体系，形成一个包含三大功能模块的线网级智能运维综合生产平台（设备状态监测诊断模块、智能运维生产管理模块、智能应急指挥模块），五个涵盖所有设施设备的专业级平台（车辆、供电、机电、通号、基础设施），共同支撑西安轨道交通智能运维生产管理体系。

图2  西安轨道交通智能运维体系架构

各专业级运维管理平台：通过数字化、信息化手段实现设备基础运行数据和日常检修数据标准化治理，对设备运行运维参数进行全面监测管理，利用物联网技术实现设备故障分级诊断处理，对专业内设备数据进行挖掘分析，结合设备检修规程对专业日常检修流程信息化管理，实现专业内人员、物资协调调配。

智能运维综合生产平台：通过设备状态监测诊断模块、智能运维生产管理模块、智能应急指挥模块三大功能模块实现线网数据深度挖掘、资源整体调配、生产信息管控，各模块主要功能如下：

（1）设备状态监测诊断模块：以大数据平台为承载组建智能运维大脑，对线网设备基础数据、运行数据、运维数据、环境数据、关联数据进行深度挖掘，对设备状态和寿命周期进行评价管理，对运营风险提供安全预警，为设备制定维修及优化策略，支撑设备运维模式向状态修转变，将相关信息推送至各需求平台和系统。

（2）智能运维生产管理模块：实现设备设施资产信息化管理，将有效数据以报警、图形、图像、表格、统计趋势直观体现，将各个专业智能运维纳入线网级综合管理，实现全线网线路、场站、设备、人员、备品备件、维修工具等运输资源的动态监测、优化配置、精准调度和协同运转。

（3）智能应急指挥模块：通过与NCC之间数据联通，将设备健康及应急物资、救援人员、救援设备的相关信息及时推送至应急指挥平台，同时通过自动推送应急预案、智能及辅助决策，实现资源及人员灵活调度，及时预防及处理应急事件，降低事件影响。

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智能运维体系建设策略    

结合企业发展实际采用“总体规划，分步实施，专业建设”的建设策略，充分利用新一代信息技术发展，通过数字化→智能化 → 智慧化的建设路径逐步完善西安轨道交通智能运维体系，最终形成设备安全可靠、人员精简高效、成本效益可控、应急保障迅速的运维管理新模式。

数字化阶段实现以下目标：

（1）运维信息数据化：通过手机APP、手持终端等，利用数字化、信息化手段将现有日常手工台账及作业记录统一转变为数据化信息。

（2）生产作业信息化：通过信息化管理手段将日常生产管理、资源调配、人员管理等工作流程实现信息化转变。

（3）设施设备标签化：通过二维码、物联网等电子标签技术，实现设施设备资产管理标签化，与运维终端设备实现信息互联互通。

（4）设备装备智能化：以运营需求为基础，结合物联网及人工智能技术发展，建立西安轨道交通设备运维子系统级设备自身监测指标及标准，同时制定数据标准化规则，将其纳入设备采购需求，指导轨道交通建设数字化转型。

智能化阶段主要实现以下目标：

（1）设备巡检自动化：通过人工智能、视屏分析技术等技术，利用车载监测设备、远程机器人、视屏监控、无人机等实现设备状态自动化巡检。

（2）资产状态可视化：利用BIM、GIS、3D等三维可视化技术，实现设备资产状态远程监控、可视化展示。

智慧化阶段主要实现以下目标：

（1）设备寿命精确化：基于大数据分析技术，以最小维修单元为基准实现设施设备寿命精细化管理。

（2）设备维修状态化：利用云平台、大数据平台支撑，对设备状态实时监测，以设备状态为基准指导设备维修工作开展，实现状态修模式转变。

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结论    

1、西安轨道交通网络化运营初步成型，对设备维保提出更高要求与挑战，需要加速形成有效的信息化、智能化体系，推进智能运维安全体系建设和相关技术应用，进一步提高运维管理水平。

2、结合设备运维的实际需求和智能运维技术发展趋势，通过构建“一个体系，三个模块，五个专业”的智能运维综合管理体系，逐步形成设备安全可靠、人员精简高效、成本效益可控、应急保障迅速的运维管理新模式。

3、智能运维建设需制定与其相匹配的数据标准，同时完善轨道交通设施设备分级分类管理办法，以维修子系统为单元明确设备系统数据采集类别和数据采集周期，规范设备采购及运维数据治理。

4、轨道交通运营管理企业应加快推进生产作业信息化建设，实现设施设备检修作业数字化转变，形成有效数据储备，同时以设备维护管理需求为出发制定适应于智能运维可视化的设备设施BIM、GIS、3D交付标准，为运维可视化提供支撑。

参考文献：

1. 曹双胜，西安轨道交通智能运维技术研究，2020.11
2. 中国城市轨道交通协会，《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，2020.3
3. 西安市轨道交通集团有限公司，《西安智慧城轨发展纲要》（2021-2035），2021.8

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