摘 要：2020年3月，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，為智慧城軌的發(fā)展倡議、建設(shè)目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)等提供了思路。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，概括了當(dāng)前運(yùn)維中存在的主要問題。從“監(jiān)”“檢”“修”“管”4個(gè)維度，分析了智慧城軌下基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維的需求，并對(duì)智能運(yùn)維的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。對(duì)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維未來趨勢進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵詞：智慧城軌 基礎(chǔ)設(shè)施 智能運(yùn)維 智能檢修

　　近幾年來，中國城市軌道交通快速發(fā)展。到2020年底，全國共44個(gè)城市開通運(yùn)營城市軌道交通，線路共計(jì)233條，總里程7545.5km。2016—2019年每年全國城市軌道交通新增里程535km、880km、728km、975km，年均增長率達(dá)到16.8%[1]，而在2020年，我國新增運(yùn)營里程1240.3km，較2019年增長20.1%，運(yùn)營里程持續(xù)高速增長。伴隨著城軌規(guī)模的快速增長，基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量急劇增加，相應(yīng)地，基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的壓力也越來越大，傳統(tǒng)的運(yùn)維模式在安全、效率、經(jīng)濟(jì)等方面的不足逐漸顯現(xiàn)。利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新興技術(shù)，為城市軌道交通建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)摸索出一條新路，成為行業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。2020年3月，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》(以下簡稱《綱要》)，不僅第一次明確地提出了發(fā)展智慧城軌的是城市軌道交通的發(fā)展方向，更為智慧城軌規(guī)劃了“1-8-1-1”[2]的布局結(jié)構(gòu)，如圖1所示，成為發(fā)展智慧城軌的重要參考。針對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)維模式存在的問題，以建設(shè)智慧城軌為基本目標(biāo)，結(jié)合新技術(shù)，提出智慧城軌框架下的基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維思路。

　　1 基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維現(xiàn)狀分析

　　城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施龐大而繁復(fù)，涉及多個(gè)專業(yè)，大量設(shè)施設(shè)備。這些設(shè)施/設(shè)備的正常運(yùn)作對(duì)城軌安全運(yùn)營至關(guān)重要。及時(shí)發(fā)現(xiàn)排除故障和隱患，是城軌基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的根本目標(biāo)[3]。

　　1.1 基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)的運(yùn)維模式以分專業(yè)“檢”“修”為主，采用定期巡檢和故障維修的模式，根據(jù)規(guī)章修程，在“天窗期”對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行周期性檢查，檢查的方式以人工為主。為彌補(bǔ)人工效率不足，近年來，專門的檢測車輛得到了大量的應(yīng)用，檢測車輛采用城軌車輛或?qū)ｉT的工程車為載體，搭載特定檢測裝置，以較快的速度進(jìn)行作業(yè)，一定程度上緩解了當(dāng)前城軌基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的壓力。

　　作業(yè)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，基本由最初的紙質(zhì)記錄變成了電子文檔保存。隨著中國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，許多地鐵公司都為各專業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維開發(fā)了繁簡不一的信息化系統(tǒng)。時(shí)至今日，信息化仍是城軌智能運(yùn)維發(fā)展的重要支撐，但發(fā)展程度不高，紙質(zhì)/電子形式的數(shù)據(jù)記錄情況仍然存在。

　　1.2 基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維存在的問題

　　城軌基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維雖然較最初的運(yùn)維形式，已經(jīng)有很大進(jìn)步，但仍存在以下一些問題。

　　(1)設(shè)備設(shè)施運(yùn)維大量依賴人工，運(yùn)營成本高;同時(shí)人工檢修效率低，難以滿足日益增長的運(yùn)營需要。

　　(2)“計(jì)劃檢/修”導(dǎo)致過度檢/修，造成資源的浪費(fèi)，且周期性檢修作業(yè)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害，在檢修空檔期發(fā)生故障。而“故障修”又會(huì)影響城軌正常運(yùn)營。

　　(3)各專業(yè)獨(dú)立運(yùn)維，造成人員和設(shè)備的浪費(fèi)。各專業(yè)獨(dú)立開發(fā)的信息化系統(tǒng)“煙囪”林立，既重復(fù)建設(shè)，增加投入和維護(hù)成本，又形成數(shù)據(jù)孤島，難以充分利用數(shù)據(jù)、無法發(fā)揮信息化優(yōu)勢。

　　(4)應(yīng)對(duì)環(huán)境、自然災(zāi)害的影響能力不足。

　　2 智慧城軌下基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維需求分析

　　安全、高效、經(jīng)濟(jì)是智慧城軌下基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的主要目標(biāo)。與傳統(tǒng)運(yùn)維中的“檢”“修”不同，智能運(yùn)維從“監(jiān)”“檢”“修”“管”4個(gè)維度著手，通過裝備升級(jí)、技術(shù)創(chuàng)新、流程優(yōu)化，構(gòu)造智慧城軌下基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維解決方案[4]。

　　2.1 “監(jiān)”的需求

　　監(jiān)測是利用傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)等，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)、地質(zhì)氣候等線路周邊自然環(huán)境、異物入侵等進(jìn)行實(shí)時(shí)感知并上報(bào)。在《綱要》中，在線監(jiān)測更多的屬于智能基礎(chǔ)設(shè)施體系。實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)有以下3點(diǎn)。

　　(1)及時(shí)性。在線監(jiān)測可以全天24h感知設(shè)施/設(shè)備/環(huán)境狀態(tài)，對(duì)異常情況實(shí)時(shí)反饋，并在第一時(shí)間得到處理。

　　(2)非擠占式運(yùn)維。在線監(jiān)測既不影響正常運(yùn)營，也不占用“天窗期”時(shí)間，可以將寶貴的“天窗”時(shí)間留給其他檢修作業(yè)。

　　(3)可預(yù)測性。基于實(shí)時(shí)感知得到的海量數(shù)據(jù)，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行深度挖掘，對(duì)故障/病害進(jìn)行預(yù)測，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)修。

　　盡管實(shí)時(shí)在線監(jiān)測的優(yōu)勢明顯，但受限于傳感器技術(shù)發(fā)展水平和通過數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估的理論基礎(chǔ)，在線監(jiān)測技術(shù)還無法廣泛應(yīng)用。

　　2.2 “檢”的需求

　　《綱要》中，巡檢屬于智能運(yùn)維安全體系。在智慧城軌框架下，要逐步降低人工巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度，減少巡檢人員數(shù)量，最終完全取消人工巡檢;實(shí)現(xiàn)多專業(yè)融合的綜合巡檢;減少巡檢對(duì)“天窗期”的依賴。

　　2.3 “修”的需求

　　“狀態(tài)修”是智能運(yùn)維的理想狀態(tài)，但偶發(fā)導(dǎo)致的故障不可避免。及時(shí)的響應(yīng)、快速的問題定位、智能化的專家指導(dǎo)、高效的維修施工、完善的閉環(huán)驗(yàn)收機(jī)制是智能運(yùn)維中“修”的目標(biāo)。

　　2.4 “管”的需求

　　以城軌云和大數(shù)據(jù)為平臺(tái)，進(jìn)行線網(wǎng)級(jí)的綜合智能運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理的信息化、智能化、精益化、可視化。圍繞數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的收集、分析，即時(shí)推送、分級(jí)響應(yīng)，為運(yùn)維提供決策支持，并輔助現(xiàn)場作業(yè)。

　　3 智慧城軌下基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維的關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1 在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1.1 實(shí)時(shí)在線感知技術(shù)

　　針對(duì)不同的基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)采集方案，包括采集項(xiàng)點(diǎn)、采集位置、傳感器類型、數(shù)據(jù)傳輸方案等。利用傳感器技術(shù)、視頻監(jiān)測技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)實(shí)時(shí)感知。在線監(jiān)測要做到合理設(shè)計(jì)，既要考慮施工性，也要避免線路設(shè)置大量監(jiān)測設(shè)備后造成過多的額外運(yùn)維工作[5]。

　　3.1.2 基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

　　利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算、圖片識(shí)別技術(shù)、人工智能等，結(jié)合在線感知數(shù)據(jù)，多專業(yè)的數(shù)據(jù)融合分析，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行判別。預(yù)測設(shè)施故障、分析故障原因，提供運(yùn)維決策支持。

　　3.2 新型巡檢裝備

　　智慧城軌下，不同的地鐵公司會(huì)根據(jù)線網(wǎng)運(yùn)營的實(shí)際情況，選擇運(yùn)維方式，基礎(chǔ)設(shè)施的智能運(yùn)維仍然不會(huì)完全摒棄巡檢作業(yè)。但巡檢裝備會(huì)不斷的進(jìn)步，新型巡檢裝備包括機(jī)器人巡檢、自走行檢測小車、多功能綜合巡檢車、電客車為載體的基礎(chǔ)設(shè)施巡檢系統(tǒng)等。

　　3.2.1 機(jī)器人巡檢

　　利用機(jī)器人平臺(tái)，搭載檢測設(shè)備，在“天窗期”自主巡檢，實(shí)現(xiàn)巡檢的智能化、無人化。機(jī)器人巡檢要重點(diǎn)保證安全可靠，不破壞基礎(chǔ)設(shè)施、不掉落部件，不在線路上宕機(jī)。

　　3.2.2 自走行檢測小車

　　以小型帶動(dòng)力車體為平臺(tái)，可靈活地配置不同巡檢/作業(yè)裝置，既可以實(shí)現(xiàn)類似機(jī)器人的無人作業(yè)，也可以載人作業(yè)。與機(jī)器人相比，自走行小車可以有人全程參加，能夠快速進(jìn)行突發(fā)事件處置。小車也可以快速改裝成為人員代步或運(yùn)輸工具。

　　3.2.3 多功能綜合巡檢車

　　巡檢車向功能集中方向發(fā)展。集成線路、供電、信號(hào)、通信等多專業(yè)巡檢設(shè)備的綜合巡檢車，通過一次作業(yè)，對(duì)多專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)數(shù)據(jù)同時(shí)采集，綜合分析。新型綜合巡檢車可以有效壓縮“天窗期”占用，合并司乘人員，并通過FAO、自動(dòng)化作業(yè)，進(jìn)一步減少人員配置。

　　3.2.4 電客車為載體的基礎(chǔ)設(shè)施巡檢

　　與多功能綜合巡檢車類似，將多種基礎(chǔ)設(shè)施檢測設(shè)備集成到電客車上，在電客車運(yùn)行過程中完成檢測作業(yè)，釋放“天窗期”，減少作業(yè)人員。該方案需要解決檢測設(shè)備小型化、處理器集成化、通信高速化、作業(yè)自動(dòng)化的問題。

　　3.3 維修的關(guān)鍵技術(shù)

　　3.3.1 智能化的作業(yè)設(shè)備

　　以安全、高效、節(jié)能為主要目標(biāo)，研制智能化工裝和機(jī)械，實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的基礎(chǔ)設(shè)施維修。

　　3.3.2 專家系統(tǒng)

　　利用專家系統(tǒng)，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)故障成因進(jìn)行分析，對(duì)故障影響進(jìn)行評(píng)估，為維修提供技術(shù)指導(dǎo)。

　　3.4 智能化管理的關(guān)鍵技術(shù)

　　3.4.1 BIM技術(shù)

　　建立基于BIM模型的基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理的可視化。結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測和巡檢數(shù)據(jù)，在BIM模型上直觀呈現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)，提高運(yùn)維效率[6]。

　　3.4.2 智能化作業(yè)過程管控

　　以工作流的機(jī)制對(duì)現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)行管控。管理平臺(tái)可以自動(dòng)或手動(dòng)下發(fā)作業(yè)任務(wù)和數(shù)據(jù)到智能終端，同步下發(fā)的還可以包括智能診斷結(jié)果和專家處理意見。作業(yè)過程可以拍照或攝像進(jìn)行存檔備案，以保證作業(yè)的規(guī)范性，結(jié)果可以通過終端上傳，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。

　　3.4.3 精益化的資產(chǎn)和庫存管理

　　在狀態(tài)檢/修的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的全生命周期管理。實(shí)時(shí)判斷設(shè)施健康狀態(tài)，時(shí)刻保持設(shè)施狀態(tài)良好，避免過度檢修帶來的浪費(fèi)。同時(shí)，根據(jù)對(duì)設(shè)施狀態(tài)的預(yù)測結(jié)果，精準(zhǔn)調(diào)整配件庫存，降低成本。

　　4 結(jié)語

　　在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)快速發(fā)展的背景下，城軌基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)維將越來越智能。用先進(jìn)的技術(shù)手段和設(shè)備可以完全取代或大幅減少人工，降低運(yùn)維成本，并由此帶來安全、效率的大幅提升。信息化、流程化、自動(dòng)化、智能化、無人化將是智慧城軌下基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的主要發(fā)展方向。

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