城市軌道交通基于智能運維的維護管理新模式研究

張磊，樊茜琪，2，韓斌，2，王黎，祝鑫

（1.同濟大學 交通運輸工程學院，上海 201804；2.上海軌道交通檢測認證（集團）有限公司，上海 200434；3.北京地鐵科技發展有限公司 維修管理部，北京 100160）

0 引言

隨著城市化進程不斷推進，城市軌道交通的建設規模不斷擴大，對于基礎設施設備的維護需求也逐漸擴大。截至2022 年12 月31 日，我國31 個?。▍^、市）和新疆生產建設兵團共有53 個城市開通運營城市軌道交通線路290 條，運營里程達9 584 km，車站達到5 609 座。智能化的維護管理能夠對軌道交通設施設備進行檢測、預測和評估，并按照需求制定詳細的維護計劃，減低設施設備的故障率，保障設施設備的良好運行［1-3］。針對北京城市軌道交通目前存在的維護作業智能化程度低、設施設備運維與資產管理聯動不足、設施設備全生命周期數據分散等問題分別進行研究。提出一套基于智能運維的城市軌道交通維護管理新模式，旨在構建更完善的城市軌道交通維護管理體系，提高城市軌道交通系統可靠性，優化全生命周期費用。

1 北京城市軌道交通維護管理現狀

1.1 維護基本組織架構

北京市地鐵運營有限公司通過公司內部市場化，進行車輛及設施設備維護管理；各運營分公司和北京京城地鐵有限公司（簡稱京城地鐵）負責車輛的運營和維護，北京地鐵建筑設施維護有限公司（簡稱建維公司）已進行區域化管理，北京市地鐵科技發展有限公司（簡稱科發公司）在機場線實行單線路的綜合專業維護，全路網的AFC 系統維護由科發公司負責，北京城市軌道交通維護基本組織架構見圖1（運一、運二、運三、運四代表北京地鐵運營有限公司一、二、三、四分公司）。各專業設備公司下設項目部，每個項目部負責1～2 條線路，各項目部負責所轄區域的設施設備維護管理工作，項目部下設維修班組；各專業維修公司獨立管理，獨立編制維修計劃、獨立作業。

圖1 北京城市軌道交通維護基本組織架構

1.2 設施設備大數據應用

以車輛系統為例，北京城市軌道交通車輛系統目前配有車輛檢修手持記錄儀、車輛及設施設備巡檢系統、車輛走行部在線監測系統以及軌旁設備在線監測系統等系統設備。雖每天可通過這些監測設備采集到大量車輛運行數據，但各設備數據協議不統一導致數據難以融合，致使采集到的設施設備大數據無法發揮作用［4］。同時不僅車輛系統內部存在此類問題，城軌各系統之間大數據應用現狀也是如此，海量的設施設備運營數據無法得到有效的共享融合和互聯互通，存在“信息孤島”的局面。

1.3 設施設備維護

北京城市軌道交通自1969 年10 月正式運營通車直到現在半個多世紀的時間，雖然很多設施設備不斷更新，但一些設施設備使用年限長久，需要定期維護。

以機電設施設備為例，車站機電設備維保部門管理的設施設備和系統主要包括通風空調、給排水、動力照明、電扶梯、站臺門、門禁、BAS（環境與設備監控系統）、FAS（火災報警系統）等［5］，機電設施設備種類達上百種，數量更是不計其數，這對傳統運維模式而言，無論是維護團隊規模，還是維護人員的專業技術能力，都面臨巨大挑戰。傳統的車站機電設施設備運維模式按固定的日、周、月、年進行標準內容檢修，會造成過度檢修和人力資源浪費等問題。這種維護模式缺乏對維護過程的準確控制和對維護數據的深度挖掘，不利于城市軌道交通運維智能化發展［6］。

城市軌道交通巨大數量設施設備的狀態檢測、診斷決策和維護處置主要依靠人工作業，智能化程度較低，對檢修數據的深度挖掘和分析能力不足，很難實現狀態的預測預警和全壽命周期維護策略的優化，維護模式以“故障修+計劃修”為主，為避免設施設備運營容易出現過修的現象，一些年久的設施設備易存在欠修的情況，難以實現依據設施設備狀態維護以及故障預測預警。北京城市軌道交通現有的維護管理模式已經不能完全適應快速高效故障處置的需求，作業效率有待提升。

1.4 資產管理

北京城市軌道交通設施設備運維與資產管理聯動不足，設施設備信息化管理程度不夠深入，難以支撐資產管理。目前物資沒有統一編碼，且編碼的物資不全面，物資在各部門之間流轉時編碼方式改變，無法對物資進行管理、跟蹤，進而無法實現資產的全生命周期信息化管理和精細化管理。目前物資采購數量確定主要依靠經驗，采購數量往往多于實際需求量，造成庫存積壓和資金占用，物資更新改造沒有統一的衡量標準，不同部門對物資是否需要更新判斷不一致，不易管理。

2 北京城市軌道交通基于智能運維的維護管理新模式

對于北京城市軌道交通維護成本高、維護資源共享低、維護資產與需求無聯動、維護模式不集約等問題，研究面向運行和服務的網絡化集約智能維護管理新模式，旨在提高故障響應速度、優化維護策略、資產智能聯動，實現資源共享、降本增效。主要包括城市軌道交通設施設備大數據應用管理模式、城市軌道交通設施設備智能維護模式以及城市軌道交通網絡化維護資產智能聯動模式3 部分內容，其中第1 部分是后2個部分的基礎與前提。

2.1 設施設備大數據應用管理模式

大數據與傳統意義數據相比，主要有數據量龐大、數據維度多、數據時效性強、真假數據共存的特點。通過城軌設施設備自帶的數據采集工具采集設施設備的相關數據，將采集的數據導入數據庫，對數據進行科學管理。通過建立科學合理的數學模型，對數據進行分析，充分挖掘數據中的有用信息，最終對實際維護決策提出針對性的建議［7］。

現有的城軌設施設備數據應用量尚未達到“大數據”該有的數據量，只是利用大數據的思想發現問題找到原因?，F多為各行業、單位、系統“信息孤島”的局面。如何做到真正的信息交互共享，可以參考以下幾種途徑。

（1）部門相同專業內部數據共享互通。相同專業內部的數據共享互通可以減少數據的重復錄入，同時提高數據的統一性。例如將車輛履歷管理系統、車輛備品備件更新系統和車輛故障記錄系統進行數據共享互通，當車輛因發生故障更換備品備件時，只需在1個系統中進行數據錄入，其他關聯的系統則會自動進行數據更新，保證數據的高度統一性。

（2）部門不同專業之間數據局域集成。對于多專業共同接口的設施設備，在數據搜集時會因為專業間的信息壁壘導致收集的數據片面化、離散化和失真，最終造成基于搜集數據分析結果的錯誤導向。所以需要針對不同專業搭建數據局域集成平臺，將不同專業設施設備的相關數據在平臺內共享。

搭建的平臺在數據集成模塊提供多源異構數據的接入能力，支持結構化、半結構化、非結構化數據的實時數據采集與離線數據采集，將城市軌道交通不同專業數據匯聚后，統一進行數據分析與共享，從而達到解決系統間信息交換困難、信息共享度低、服務無法共享、信息難以綜合利用等問題的目的［8］。同時可以按需根據不同設施設備實際接口情況設置專業訪問權限，在數據共享的同時，保留一定的私密性選擇。

（3）全生命周期數據互聯網化。將設施設備全生命周期整個業務系統流程作為數據源，包括產品的設計、驗證、制造、采購、安裝、運行、維護、改造更新、退役等過程，建立跨單位跨部門的信息互聯平臺?？梢源龠M各系統之間資源共享開放與業務協同創新，設施設備故障時可以通過數據追根溯源，深入分析原因，進行循環優化。同時可以減少后期運維階段采購信息的回溯工作量，解決因城軌運營時間長帶來的早期文件查找困難問題［9-10］。

2.2 設施設備智能維護模式

針對目前城市軌道交通按線路管理遇到的問題，提出“打破線路、打破專業、打破平戰、條塊結合”的理念，借助網絡化維護資產智能聯動關鍵技術，結合北斗地下基準體系對設施設備及人員精準定位，利用5G 通信提供遠程專家支持，最終實現網絡化超大城市軌道交通智能維護新模式。

2.2.1 綜合巡檢

將車站、隧道等具有相同作業空間的巡檢業務與人員整合，采用北斗技術對設施設備及人員精準定位，利用5G 通信提供遠程技術支撐，按照規劃的巡檢路線完成車站、隧道綜合巡檢。提升綜合能力，打破專業壁壘，條塊結合，實現按區域劃分，打破線路界限。綜合巡檢示意見圖2。

圖2 綜合巡檢示意圖

綜合巡檢優點：巡檢效率提升、巡檢路線精準規劃；有效預防漏檢、人員組織優化；專家遠程支撐；夜間窗口利用率提高。

2.2.2 綜合智能狀態修

在同一場景或地點，不同專業維護人員協同開展跨專業綜合作業，部分專業實行區域化維護作業（如AFC、電梯等），實現區域化多專業協同維護。運用智能感知技術全面感知設施設備狀態，建立狀態評價、故障致因分析、故障預測、維護決策模型和案例庫，實現故障預警，推進各專業設施設備的狀態修。綜合智能狀態修示意見圖3。

圖3 綜合智能狀態修示意圖

綜合智能狀態修優點：提升維護效率，降低維護成本；專業有機融合，接口作業高效協作；共享維護人員和設施設備等資源；實現預測性狀態修；可實現資產、物資和備品備件智能聯動。

2.2.3 區域化應急搶修

采用北斗技術對設施設備及人員精準定位，利用5G 通信提供遠程技術支撐，結合智能維護增強平臺統一發布故障信息及應急人員調度，實現區域化綜合搶修和設施設備故障的快速定位及快速處置。傳統應急搶修模式見圖4，區域化應急搶修模式見圖5。

圖4 傳統應急搶修模式

圖5 區域化應急搶修模式

現有的應急模式設置網絡化搶修布點、劃分各自的負責區域，出現故障后由區域內集中站派人員維護。區域化的應急搶修模式，基于北斗+空間數字化技術對人員和設施設備進行定位，當故障發生時派遣最近的維護人員，實現快速響應，AR技術輔助維護可提高維護效率。

2.3 網絡化維護資產智能聯動模式

通過對北京城市軌道交通維護物資管理分析，針對北京城市軌道交通存在的物資信息化管理不成熟、物資編碼不統一、設施設備采購依賴經驗及物資共享程度低、資產聯動程度不高等問題，提出維護物資資產聯動和信息化管理的框架建議（見圖6），通過物資編碼統一或編碼映射，結合射頻識別技術，搭建完整的物資信息化管理平臺，實現物資管理全過程信息化?；趯ξ镔Y實時信息的掌握和更新，對物資剩余壽命進行預測，并對采購提供指導和建議，優化庫存，實現資源更高層級的共享。將這些優化技術置于信息化管理平臺，根據平臺中數據及時更新，實現信息的互相反饋，進而實現資產的智能聯動［3］。

圖6 維護物資資產聯動和信息化管理框架建議

3 結束語

為提高北京城市軌道交通維護管理效率，分析北京城軌交通設施設備維護管理現狀。針對目前存在的維護作業智能化程度低、設施設備運維與資產管理聯動不足、設施設備全生命周期數據分散等問題，探討面向運行和服務的網絡化集約智能維護管理新模式。提出“網絡化”超大城市軌道交通智能維護模式、城市軌道交通網絡化維護資產智能聯動模式以及基于大數據的城市軌道交通設施設備維護管理模式，以推動我國城市軌道交通維護管理模式向更智能化的方向發展。