文：溫彤丨上海申通地鐵集團有限公司技術(shù)中心系統(tǒng)集成研究部主任助理工程師

在交通強國、數(shù)字化發(fā)展時代背景下，上海城市軌道交通智慧維保發(fā)展的主要方向與建設的主要目標。闡述了智慧維保平臺總體架構(gòu)中采集層、網(wǎng)絡層、平臺層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務層和應用層六個層次的主要內(nèi)容?？偨Y(jié)了車輛、供電、通信、信號、車站機電設備、軌隧橋基礎設施、車輛基地等專業(yè)的智慧化建設內(nèi)容和主要試點工作情況。

一、建設背景

（一）響應交通強國的戰(zhàn)略部署

根據(jù)黨中央、國務院發(fā)布的《交通強國建設綱要》，建設交通強國需要推動交通發(fā)展由追求速度規(guī)模向更加注重質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變，由依靠傳統(tǒng)要素驅(qū)動向更加注重創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變，推動大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合。上海市政府出臺《關于全面推進上海城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意見》，清晰勾勒出上海市實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展、高品質(zhì)生活、高效能治理的“數(shù)字之路”。城市軌道交通是城市公共交通的骨干，是便民惠民的重大民生工程。高質(zhì)量城市軌道交通具有運能大、效率高、安全便捷、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，是優(yōu)化城市空間布局、增加城市承載能力、改善城市居民出行條件，促進城市經(jīng)濟社會發(fā)展的重要手段。以新基建為導向的高質(zhì)量城市軌道交通建設對推動數(shù)字城市建設起著關鍵作用。

（二）數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展內(nèi)在驅(qū)動

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)“創(chuàng)新引領，轉(zhuǎn)型發(fā)展”發(fā)展的有力保障和重要手段，智慧維保的監(jiān)視是實現(xiàn)申通地鐵集團數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)在需要。第一，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是重要引擎。加快構(gòu)建運營地鐵和經(jīng)營地鐵的數(shù)據(jù)資源池，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)要素在未來地鐵創(chuàng)新發(fā)展中的作用，是“三個轉(zhuǎn)型”的跨行業(yè)融合、跨領域經(jīng)營的關鍵要素。第二，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是有效路徑。利用數(shù)字化技術(shù)高效精準的特點，將形成高質(zhì)量的精細管理和科學決策能力。基于數(shù)據(jù)的決策、管理和執(zhí)行將是申通地鐵實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的核心能力。第三，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是有力抓手。通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打通基礎設施和對接業(yè)務功能，構(gòu)建靈活高效行業(yè)和服務生態(tài)，實現(xiàn)地鐵與其他交通方式的全面融合，是生態(tài)企業(yè)協(xié)作與創(chuàng)新的轉(zhuǎn)型落腳點。數(shù)字化轉(zhuǎn)型是智慧城軌建設的有效手段，其中智慧維保的建設符合申通集團戰(zhàn)略規(guī)劃：“三個轉(zhuǎn)型”、《上海軌道交通智慧地鐵發(fā)展綱要》、集團數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求、集團信息化頂層設計等企業(yè)發(fā)展規(guī)劃，是集團數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的內(nèi)在需求。

二、建設目標

上海智慧維保項目圍繞上海軌道交通線網(wǎng)范圍內(nèi)的維護保障核心生產(chǎn)和管理，通過總結(jié)上海地鐵多年來的網(wǎng)絡化運營維護經(jīng)驗，從而形成具有上海特色的智慧維保體系及架構(gòu)（圖1）。

圖1 總體技術(shù)架構(gòu)

目標一：助力上?！笆奈濉笨傮w規(guī)劃。項目建設應有利于構(gòu)建特大型城市空間布局相協(xié)調(diào)的交通發(fā)展格局，促進城市經(jīng)濟和社會發(fā)展、提升城市公共交通整體管理水平，進一步完善軌道交通網(wǎng)絡功能，發(fā)揮軌道交通網(wǎng)絡效益，助力上海城市總體規(guī)劃和長三角一體化的發(fā)展目標。

目標二：構(gòu)建上海地鐵智慧運維的展示窗口。項目建設應適合上海軌道交通路網(wǎng)運維特點，順應軌道交通技術(shù)和管理發(fā)展新形勢，滿足上海軌道交通線網(wǎng)向功能完備、空間集約、技術(shù)智能、決策科學等方向發(fā)展的需求，從而進一步實現(xiàn)上海地鐵維護保障核心力量的整合，提升上海地鐵運維管理水平。

目標三：支撐上海地鐵數(shù)字化轉(zhuǎn)型。項目建設應能構(gòu)建堅實靈活的數(shù)字底座，通過不斷優(yōu)化、修改，逐步支撐“物聯(lián)、數(shù)聯(lián)、智聯(lián)”的上海地鐵數(shù)字化體系。同時，以設備監(jiān)測和維保數(shù)據(jù)為抓手，盤活設備數(shù)據(jù)資產(chǎn)，重塑業(yè)務流程與管理組織，實現(xiàn)“業(yè)務數(shù)字化”和“數(shù)字業(yè)務化”相結(jié)合的轉(zhuǎn)變。

三、智慧維保平臺規(guī)劃

智慧維保數(shù)字化總體架構(gòu)按照采集層、網(wǎng)絡層、平臺層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務層和應用層六個層次進行劃分，同時利用云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)構(gòu)建智慧維保數(shù)字化底座。

采集層：依托智能傳感、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等前沿技術(shù)對軌道交通各專業(yè)（車輛、供電、通號、工務、物后、車站機電）關鍵設施設備運行狀態(tài)進行智能感知、異常判斷、故障診斷、實時傳輸，優(yōu)化傳統(tǒng)檢修模式，使運維人員有效掌握設施設備實時運行狀態(tài)、為智慧維保平臺提供專業(yè)數(shù)據(jù)來源。

網(wǎng)絡層：作為智慧感知數(shù)據(jù)傳輸和采集的鏈路，提供網(wǎng)絡外沿互聯(lián)互通可達的環(huán)境，提供內(nèi)外網(wǎng)用戶訪問能力的開放服務鏈路。

平臺層：又稱技術(shù)中臺，利用超融合的管控架構(gòu)，為上層應用或服務等提供統(tǒng)一的調(diào)度，由云平臺共享底座和云平臺超融合PAAS兩部分組成，主要包括大數(shù)據(jù)開發(fā)和運行平臺中開發(fā)工具鏈、運行環(huán)境、任務調(diào)度、管理工具等；分布式應用服務，即微服務框架的分布式業(yè)務應用框架，運行環(huán)境、任務調(diào)度、管理工具、配置和監(jiān)控工具等。

數(shù)據(jù)層：又稱數(shù)據(jù)中臺，通過數(shù)據(jù)技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)進行采集、計算、存儲、加工，同時統(tǒng)一標準和口徑。數(shù)據(jù)層把多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一之后，形成標準數(shù)據(jù)，再進行存儲，形成大數(shù)據(jù)資產(chǎn)層，進而為應用提供高效服務。

業(yè)務層：又稱業(yè)務中臺，通過業(yè)務數(shù)據(jù)化，將企業(yè)的核心能力以數(shù)字化形式沉淀為維護保障體系提供快速低成本創(chuàng)新的能力。業(yè)務層的核心是“構(gòu)建維保共享服務中心”，通過業(yè)務板塊之間的鏈接和協(xié)同，持續(xù)提升業(yè)務創(chuàng)新效率，確保關鍵業(yè)務鏈路的穩(wěn)定高效和經(jīng)濟性兼顧的思想體系，并突出組織和業(yè)務機制。

應用層：又稱應用前臺，實現(xiàn)車輛、供電、通號、工務、物后、機電等專業(yè)各個系統(tǒng)之間端到端智能監(jiān)測和多專業(yè)綜合監(jiān)測，通過分析業(yè)務數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)之間傳輸?shù)倪^程和響應時間，從而主動及時發(fā)現(xiàn)端到端的業(yè)務異常；掌握運營關鍵資產(chǎn)的信息，建立清晰準確的資產(chǎn)臺帳，有效管理資產(chǎn)的維護、維修和運行，以規(guī)范、可控的流程進行采購、庫存、維修和報廢流程管理，充分發(fā)揮資產(chǎn)的效益，達到保值增值的目的；實現(xiàn)運維故障定位、知識圖譜、運維故障接報、運維故障處理、工單流程處理、運維應急搶修、資源調(diào)配、運營施工管理、信息發(fā)布記錄管理、運維指令發(fā)布等；實現(xiàn)運維指標統(tǒng)計分析、運維綜合查詢管理、運維設備體系評價、運維管理體系評價、關鍵設備健康度評估等。

四、各專業(yè)智能監(jiān)測規(guī)劃

各專業(yè)系統(tǒng)智能監(jiān)測為單項檢測，依托智能傳感、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等前沿技術(shù)對軌道交通維護六大板塊（車輛、供電、通號、工務、物后、車站機電）關鍵設施設備運行狀態(tài)進行智能感知、異常判斷、故障診斷、實時傳輸，優(yōu)化傳統(tǒng)檢修模式，使運維人員有效掌握設施設備實時運行狀態(tài)、為智慧維保平臺提供專業(yè)數(shù)據(jù)來源。由于項目無法全面覆蓋各項具體檢測，故將根據(jù)關鍵應用場景，基于整體安全的原則部署單項檢測/監(jiān)測設備。如圖2所示：

圖2 智能監(jiān)測系統(tǒng)示意

1.車輛智能監(jiān)測

依據(jù)車輛智能監(jiān)測“構(gòu)建面向服務的車輛數(shù)字孿生、構(gòu)建全壽命周期的數(shù)字化生產(chǎn)（管理）過程、構(gòu)建車輛智能監(jiān)測專家系統(tǒng)”的三個建設目標，對車輛智能監(jiān)測需求進行系統(tǒng)性梳理，得出車輛智能監(jiān)測系統(tǒng)由軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、移動維修管理系統(tǒng)、車輛段設備狀態(tài)智能監(jiān)測及綜合管理系統(tǒng)、智能倉儲系統(tǒng)、安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)、DCC一體化管理系統(tǒng)及專家系統(tǒng)八個部分組成，完成從車輛運行到車輛檢測維護全過程的數(shù)據(jù)采集工作，并實現(xiàn)對車輛的狀態(tài)實時監(jiān)測，異常情況預警等功能。通過以上內(nèi)容完整建設，在上海軌道交通全路網(wǎng)所有車輛檢修段場區(qū)域建設智慧維保體系。

2.供電智能監(jiān)測

供電設施設備智能監(jiān)測建設內(nèi)容包括：故障錄波監(jiān)測、所內(nèi)綜合智能采集、所內(nèi)環(huán)境智能采集、應急電源監(jiān)測、主變設備狀態(tài)智能監(jiān)測、紅外熱成像、直流負荷在線監(jiān)測、400V智能配電、接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)檢測及接口、各類系統(tǒng)接口。通過以上內(nèi)容完整建設，在上海軌道交通全路網(wǎng)供電設備區(qū)域建設完整智慧維保體系。

3.通信信號智能監(jiān)測

通信系統(tǒng)智能監(jiān)測范圍含蓋高速數(shù)據(jù)網(wǎng)、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡中心時間同步系統(tǒng)、公務及專用電話系統(tǒng)、線網(wǎng)專用無線等線網(wǎng)系統(tǒng)以及線路側(cè)的傳輸系統(tǒng)、技術(shù)防范系統(tǒng)、音視頻統(tǒng)一信息服務系統(tǒng)、線路電源網(wǎng)管、LTE綜合網(wǎng)管。

信號系統(tǒng)智能監(jiān)測范圍包括道岔監(jiān)測、電源監(jiān)測、站臺門在線監(jiān)測、水浸監(jiān)測、機房遠程查看、IT設備性能監(jiān)測、網(wǎng)絡設備性能監(jiān)測、遠程電源重啟控制等。

4.車站機電設備智能監(jiān)測

車站機電設備智能監(jiān)測主要由車站機電智能監(jiān)測系統(tǒng)和車站機電專家系統(tǒng)組成，主要涉及站臺門、票務設備、環(huán)控設備、低壓配電設備、給排水設施、電扶梯設施、消防設施等。

5.軌隧橋基礎設施智能監(jiān)測

軌道設施智能化監(jiān)測內(nèi)容包括軌道智能巡檢、隧道限界智能檢測、軌旁振動監(jiān)測、涂油器遠程監(jiān)控、道岔幾何形位監(jiān)測等。

隧道設施智能化監(jiān)測內(nèi)容包括隧道線陣相機檢測、保護區(qū)違規(guī)施工監(jiān)測、特殊地段結(jié)構(gòu)監(jiān)測等。

橋梁設施智能化監(jiān)測內(nèi)容包括橋梁設施監(jiān)測、橋梁健康在線監(jiān)測等。

6.車輛基地智慧化管理

車輛基地智慧化管理包括基地內(nèi)部設施設備監(jiān)測、園區(qū)環(huán)境監(jiān)測、園區(qū)秩序和智慧倉儲。

五、試點成效

上海軌道交通既有的維護保障模式采用以計劃修為主、故障修為輔的模式。隨著線網(wǎng)規(guī)模的快速增長，上海地鐵面臨客流規(guī)模爆發(fā)式增長、設備維保規(guī)模直線上升、維修成本逐年增加、設備故障影響運營安全、維修窗口壓縮、人力資源不足、維修業(yè)務貫通不暢等問題，而傳統(tǒng)運維模式的潛力提升已達瓶頸。因此，對設施設備維保業(yè)務模式提出了向智慧維保轉(zhuǎn)型需求。近年來，上海地鐵進行了多方面的智慧維保試點建設探索與實踐（圖3），試點范圍如圖4。

圖3 智慧維保試點建設歷程

圖4 智慧維保試點范圍

上海地鐵的智能維保試點建設歷程如下：

● 2000年：上海地鐵提出在線監(jiān)測的概念，就是對關鍵設施設備進行狀態(tài)的實時監(jiān)測。

● 2008年：對車地無線傳輸進行了可行性驗證；試點輪軌振動、軸溫監(jiān)測系統(tǒng)。

● 2015年：進行了智能巡檢機器人應用；受電弓在線監(jiān)測系統(tǒng)試點；鷹眼系統(tǒng)試點；車地傳輸功能應用；車載輪軌振動監(jiān)測系統(tǒng)應用。

● 2017年：全專業(yè)移動巡檢系統(tǒng)應用；車輛鷹眼系統(tǒng)應用；車輛智能維保試點平臺搭建。

● 2018年：車輛專業(yè)智能運維獲批協(xié)會示范工程；供電智能維保平臺試點搭建；供電可視化接地試點。

● 2019年：全專業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施；多專業(yè)申報智能維保團體標準；車輛專業(yè)智能運維獲批國家示范工程。

● 2020年：智慧維保項目總體規(guī)劃，推進專業(yè)智能運維建設。

（一）各板塊試點情況

1.車輛智慧維保試點

車輛智慧維保試點建設以多維在線監(jiān)測系統(tǒng)及其專家系統(tǒng)為支撐的列車維修新模式。如圖5所示，通過車載監(jiān)測（車地無線傳輸技術(shù)）、軌旁檢測（機器視覺、紅外線、激光傳感等技術(shù)）、車輛維護管理技術(shù)（采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID、機器視覺技術(shù)）。在17號線試點過程中軌旁車輛綜合檢測子系統(tǒng)覆蓋了57項，70%的規(guī)程內(nèi)容，設備檢測準確率均達90%以上，減少人工作業(yè)強度，提升設備可靠性。

圖5 車輛智慧維保建設試點

2.供電智慧維保試點

如圖6所示，供電智慧維保試點建設涵蓋設備狀態(tài)實時感知預警、機器人智能巡檢兩大系統(tǒng)，通過與現(xiàn)有自動化設備對接獲取基礎數(shù)據(jù)，并在9號線全線試點完成，通過視頻監(jiān)控、環(huán)境檢測、能耗管理、弓網(wǎng)在線檢測技術(shù)、智能故障錄波系統(tǒng)、可視化接地系統(tǒng)。目前可涵蓋如日常維護、設備檢修等方面內(nèi)10項規(guī)程內(nèi)容，在智慧維保幫助下，減少大量重復性人工巡檢和數(shù)據(jù)分析工作。在試點范圍內(nèi)人工效率提升20%。工時利用率提升8.5%。

圖6 供電智慧維保建設試點

3.通號智慧維保試點

如圖7所示，通號智慧維保試點建設圍繞通號綜合運維平臺，監(jiān)測中心、應急中心、預警中心、健康管理中心“四大中心”建設，跟蹤設備狀態(tài)及維保過程，實現(xiàn)線網(wǎng)數(shù)據(jù)的集中匯聚、集成分析及展示，并提供綜合運維管理類功能。通過道岔轉(zhuǎn)轍設備監(jiān)測、計軸系統(tǒng)、信號CBTC系統(tǒng)、機房環(huán)境系統(tǒng)使基于狀態(tài)修和計劃修的車載可靠度提升了71%，基于狀態(tài)修和計劃修的人均維護列車效益提升了38%。

圖7 通號智慧維保建設試點

4.工務設施智慧維保試點

如圖8所示，工務設施智慧維保試點建設主要包括大型裝備、在線監(jiān)測以及業(yè)務管理系統(tǒng)三部分工作，依托軌道檢查車和鋼軌探傷車等大型裝備的數(shù)據(jù)采集能力，通過傷損監(jiān)測平臺對數(shù)據(jù)進行分析和應用，實現(xiàn)了10倍以上巡檢頻率的提升以及軌道傷損的數(shù)據(jù)研究。

圖8 工務智慧維保建設試點

除此以外，結(jié)合云圖軌道交通監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，監(jiān)測路網(wǎng)施工情況，確保軌道交通區(qū)域的安全；在16號線試點了防災系統(tǒng)，對監(jiān)測點的風速、雨量等進行監(jiān)測。

5.車輛基地智慧管理試點

如圖9所示，車輛基地智慧管理試點建設以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云應用為基礎,建立了軌道交通智慧基地的總體系統(tǒng)架構(gòu)，對設施設備管理、資源管理、智慧園區(qū)管理三個方面進行研究，主要建設內(nèi)容覆蓋了：設施設備管理、資源管理、智慧園區(qū)管理。實現(xiàn)作業(yè)區(qū)域安全管理，人臉識別，節(jié)能降耗，提高房屋利用率。利用三維技術(shù)展現(xiàn)三軌有電區(qū)域、設備間設施設備分布、地下環(huán)網(wǎng)、隱蔽工程等，輔助施工。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可視化展示，實施監(jiān)測和展示設施設備狀態(tài)。

圖9 物后智慧維保建設試點

六、主要經(jīng)驗

通過各板塊多專業(yè)的智慧維保試點的建設，在減少故障處置時間、提升設備可靠性、提高生產(chǎn)效率、降低人工維護成本等方面取得了一定的成效，具備一定的可行性和可推廣性。

1.減少故障處置時間

以車輛專業(yè)為例，按照傳統(tǒng)的排故方法，人員從值守點趕赴現(xiàn)場，對故障分析、處置可能要花費2小時以上。通過智能化的實施監(jiān)測，提早報警，通過遠程2分鐘內(nèi)完成數(shù)據(jù)分析和故障判斷，對運營幾乎不會造成影響。

2.提高設備可靠性

以通號專業(yè)為例，平均故障處置時間由原來一個小時左右縮短至10分鐘以內(nèi)，車載設備平均故障運行公里數(shù)從300萬車公里上升至1047萬車公里；

3.有效提升生產(chǎn)效率

以供電專業(yè)為例，故障響應時間80%（跳閘后故障錄波，由原本人工操作最快10分鐘，現(xiàn)遠程調(diào)取平均2分鐘）巡檢效率提升24倍（由原本4天/次的人工巡檢至機器人6次/天，提升約24倍）；以工務專業(yè)為例，通過智能監(jiān)測可實現(xiàn)在60至120公里/小時高速運行狀態(tài)下拍攝地鐵隧道結(jié)構(gòu)形成高清影像，可做到在1-2小時內(nèi)及時自動識別并分級報警，識別準確率達到94%以上。

4.降低人工維護成本

以車輛專業(yè)為例，人車比下降20%至0.33、作業(yè)效率提升50%：(從原來2人一列車80分鐘下降至40分鐘)；以物后專業(yè)為例，物業(yè)管理人員減少11%，安保人員減少15%。