聶寧，官科，2，鐘章隊，2

（1. 北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2. 北京市高速鐵路寬帶移動通信工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

德國鐵路4.0戰(zhàn)略

聶寧1，官科1，2，鐘章隊1，2

（1. 北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2. 北京市高速鐵路寬帶移動通信工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

為應(yīng)對數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的影響和挑戰(zhàn)，德國鐵路股份有限公司提出了鐵路4.0戰(zhàn)略。介紹鐵路4.0戰(zhàn)略這場深刻的德國鐵路數(shù)字化變革產(chǎn)生的背景、預(yù)期目標、重要舉措和保障措施，分析鐵路4.0戰(zhàn)略中的運輸4.0、物流4.0、基礎(chǔ)設(shè)施4.0三大舉措的具體內(nèi)容，為我國繼續(xù)提高鐵路服務(wù)質(zhì)量、促進鐵路信息化建設(shè)提供借鑒。

德國鐵路；鐵路4.0；運輸4.0；物流4.0；基礎(chǔ)設(shè)施4.0；數(shù)字化

1 鐵路4.0戰(zhàn)略概述

當今時代，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會的數(shù)字化進程對鐵路服務(wù)產(chǎn)生了全方位影響，不可避免地對鐵路運營和發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。同時，新型共享交通、長距離公共運輸、廉價航空等運輸方式也持續(xù)對鐵路盈利帶來壓力。

近年來，德國鐵路股份有限公司（DB）長距離運輸業(yè)務(wù)的利潤變化趨勢見圖1。由圖1可知，2009—2012年DB長距離運輸業(yè)務(wù)的利潤呈上升趨勢，而從2012年起，由于共享用車平臺、長途公共汽車運輸和廉價航空引起的市場變化，造成德國鐵路運營利潤大幅下滑[1]。為應(yīng)對這一變化，DB將數(shù)字化進程視作寶貴的發(fā)展契機，實施了一系列舉措，即鐵路4.0戰(zhàn)略（見圖2）。鐵路4.0戰(zhàn)略包括運輸4.0、物流4.0、基礎(chǔ)設(shè)施4.0，并以生產(chǎn)4.0、工作環(huán)境4.0和信息技術(shù)4.0作為支撐；推出新型運輸產(chǎn)品、服務(wù)和跨模式的聯(lián)網(wǎng)方式；建立數(shù)字化客戶界面用于實時信息推送；積極發(fā)展學術(shù)性合作伙伴[2]。

為實現(xiàn)鐵路4.0戰(zhàn)略，DB啟動了一系列項目，投入大量精力來推進鐵路運輸和運營的數(shù)字化發(fā)展（見圖3）。主要包括建立多模式約車平臺、為物流業(yè)務(wù)開發(fā)手機應(yīng)用、為顧客提供智能行程和列車線路規(guī)劃等服務(wù)；推出在線機車診斷工具、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目虛擬規(guī)劃與管控系統(tǒng)、使用數(shù)字化設(shè)備進行維護工作等，逐漸形成智能化運營體系；通過建立相關(guān)實驗室、組織“創(chuàng)業(yè)夏令營”等措施促進鐵路研究創(chuàng)新工作發(fā)展。

圖1 DB長距離運輸業(yè)務(wù)的利潤變化趨勢

圖2 鐵路4.0戰(zhàn)略

圖3 鐵路數(shù)字化發(fā)展舉措

2 運輸4.0

2014年，DB市場部完成了顧客需求分析報告，報告顯示，除傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性服務(wù)外，還有四大綜合體驗因素影響著乘客的用戶體驗。傳統(tǒng)的綜合基礎(chǔ)因素包括旅程是否省錢省時、可持續(xù)和可靠（列車是否準時、乘車環(huán)境是否潔凈）；而四大綜合體驗因素包括旅程的舒適程度、豐富性、個性化，以及是否可以直達目的地（或轉(zhuǎn)車線路是否簡單易懂）。這些都是以客戶為中心的企業(yè)所要關(guān)注的。

通過運輸4.0的改革，DB想要達到為不同的目標客戶，從商務(wù)出行者、通勤人員、休閑旅行者、背包客到家庭出游者和學生等，提供從旅客萌生出行意向、進行旅程規(guī)劃和預(yù)訂車票開始，到出發(fā)至火車站的路線選擇，再到乘火車出行、到達目的火車站以及到達最終目的地，甚至包括旅程之后的反饋意見收集等整個與出行有關(guān)的所有產(chǎn)品和服務(wù)設(shè)計，從而滿足客戶全部已提出的和潛在的各種需求。

預(yù)計到2025年，在數(shù)字化大潮的驅(qū)動下，運輸方式將發(fā)生巨大變化（見圖4）。首先，廉價航空和共享用車新方式（如搭車、拼車、共享單車等在市內(nèi)交通和局部地區(qū)的應(yīng)用）將興起并得到更多歡迎；無人駕駛汽車將在高速公路上提供更靈活和個性化的交通，機器人小汽車（Cab）將研制成功并投入使用，這些新型交通工具使出行方式更加多樣化，公民的出行和生活更方便；此外，有外出需求的旅客將享受數(shù)字化旅程：旅程中的供應(yīng)細節(jié)完全透明化，并由智能助手協(xié)助制定最優(yōu)的個性化出行方案。

圖4 運輸4.0未來前景展望

近年來乘客已極大受益于眾多數(shù)字化平臺和應(yīng)用，例如網(wǎng)上購票和驗票、導航選擇線路工具（DB Navigator）、租車平臺（Call aBikeapp、Qixxit）等。然而，若要達到數(shù)字化旅程的要求，即運輸4.0的目標，還必須保證乘客在乘車過程中始終保持無線通信連接，這就需要在電信基礎(chǔ)設(shè)施和列車設(shè)計上投入更多資金。使乘客在列車上保持移動無線連接的技術(shù)基礎(chǔ)和方案見圖5：第一種方式是通過列車的獨特設(shè)計使乘客的移動設(shè)備可以實現(xiàn)與基站信號直連；第二種方式是利用位于車頂?shù)奶炀€和基站相連接，并利用位于車廂內(nèi)部的中繼器對車頂天線接收信號進行放大轉(zhuǎn)發(fā)，使外部信號有效抵達位于車廂內(nèi)的移動用戶終端，提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)；第三種方式是將第二種方式中的中繼器改為車廂內(nèi)Wi-Fi，讓乘客可以享受數(shù)據(jù)服務(wù)。目前德國ICE高速列車均已實現(xiàn)Wi-Fi的免費全覆蓋，其中一等座旅客可以無限制享用數(shù)據(jù)服務(wù)，二等座旅客可使用的數(shù)據(jù)量有限制，但依然可以保證郵件收發(fā)和各種社交軟件的在線連接。

圖5 電信基礎(chǔ)設(shè)施

3 物流4.0

在物流4.0中，德鐵信可（DB Schenker）推出了一系列數(shù)字化變革舉措，以期望在未來的物流市場可以取得關(guān)鍵性進展，形成先進的商業(yè)模式，使DB更具競爭力。

未來，希望在產(chǎn)品開發(fā)中推出新的智能解決方案，并開發(fā)出未來的客戶交互界面；在資產(chǎn)貨物存儲和物流過程的優(yōu)化方面，力圖達到資產(chǎn)存儲的智能化，形成新型數(shù)字化車間，并通過數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化物流過程。DB Schenker計劃通過建立實驗室、與第三方研究人員合作以及與客戶共同建立創(chuàng)新項目等方式促進物流4.0目標的實現(xiàn)。

此外，DB Schenker還將持續(xù)進行創(chuàng)新性研發(fā)，以期能盡快使鐵路貨運列車自動運行（ATO）成為現(xiàn)實。目前，世界各國已經(jīng)成功建設(shè)了很多能夠運行無人駕駛列車的地鐵。2015年，澳大利亞制造了世界首列全自動的重載鐵路列車，無人駕駛列車早已在技術(shù)上成為可能。無人駕駛列車主要有3個特征：自動駕駛、障礙物檢測和自診斷，在這些方面，德國鐵路已取得了一定的技術(shù)成果。

通過運輸4.0和物流4.0兩大舉措，可以看到數(shù)字化發(fā)展的以下8大關(guān)鍵性進展將塑造鐵路運輸和物流的未來：

（1）數(shù)字化工作流程：傳統(tǒng)的紙質(zhì)化運營將被數(shù)字化工作流程替代（例如生產(chǎn)過程）；

（2）客戶交互界面：努力提高服務(wù)的透明度、可見性，使客戶能便捷地獲取實時有效信息，同時保證乘客的舒適性；

（3）數(shù)字化平臺：在線售票平臺將提供供求信息，協(xié)助分析變化，提高市場透明度；

（4）電子商務(wù)：在封裝和郵寄發(fā)貨方面提供更多工作機會；

（5）（大）數(shù)據(jù)分析：新時代下將不斷產(chǎn)生大量信息數(shù)據(jù)，加大對數(shù)據(jù)處理和分析方法的研究投入，將使大數(shù)據(jù)盡快為鐵路高效運營提供依據(jù)；

（6）資產(chǎn)（貨物）智能化管理：倉庫將逐漸配置傳感器或其他智能設(shè)備，用于實時監(jiān)測貨物的貯存狀態(tài)，包括聲、光、溫度、濕度等指標，利于管理；

（7）設(shè)備自主化：設(shè)備本身以及設(shè)備之間的聯(lián)系都將變得更加自主化，例如自動駕駛車輛、自主化倉庫等；

（8）3D打印：DB推動采用3D打印技術(shù)以縮短供應(yīng)鏈，減少交貨時間和備件庫存成本，從而提升物流競爭力。

4 基礎(chǔ)設(shè)施4.0

在數(shù)字化改革中，DB致力于將運營中面向乘客的環(huán)節(jié)簡潔化、智能化，使乘客接受服務(wù)需要進行的操作更加簡單便捷；而其他復(fù)雜的環(huán)節(jié)，如財務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、負載計算等將有條不紊地在系統(tǒng)后臺運行。

在鐵路養(yǎng)護維修方面，數(shù)字化可以起到很大作用。例如，現(xiàn)場維修工人在檢查鋼軌時往往不能立即對故障做出準確判斷，需要專家的專業(yè)指導。DB開發(fā)出Mayday手機應(yīng)用，使現(xiàn)場維修工人在按下Mayday鍵后能夠和專家建立實時連接，通過圖片和視頻及時交流現(xiàn)場情況和維修方案。由于專家具有更多的專業(yè)知識，并能在數(shù)據(jù)庫中獲取有用的信息和資料，可以進行遠程指導，從而實現(xiàn)更有效和快捷的維修。這種方式提高了維修效率和顧客滿意度。

鐵路系統(tǒng)的數(shù)字化還有利于提高基礎(chǔ)設(shè)施的可用性。如圖6所示，遠程診斷工具“DIANA”通過在鋼軌、軌旁設(shè)施和架空線路上部署檢測點，利用傳感器實時監(jiān)控各項指標，可遠程分析鋼軌狀態(tài)和設(shè)施的可用情況，預(yù)測故障發(fā)生概率。相關(guān)部門可以實時關(guān)注反饋信息，可以及時、有針對性地對各種情況采取處理措施。

列車時刻表的數(shù)字化極大提高鐵路運輸?shù)母偁幜?。在未來列車完全?shù)字化的情況下，客戶可以隨時查詢旅程或貨物運輸?shù)娜啃畔ⅰ?/p>

未來數(shù)字化的鐵路系統(tǒng)將擁有以下不可替代的優(yōu)勢：第一，列車運行完全按照規(guī)劃，列車到達各站點的時刻都可以準確預(yù)測，若有變化，也會實時上傳調(diào)整信息；第二，數(shù)字化的鐵路將是最安全的運輸方式之一；第三，與水運和公路運輸相比，鐵路對環(huán)境更友好；第四，列車運行信息將更透明并更易獲取，乘客可以隨時查詢到符合自身要求的列車信息，從而制定合適的出行計劃。

圖6 智能化監(jiān)測手段

5 結(jié)束語

德國鐵路4.0戰(zhàn)略是一次以提升乘客滿意度為目標，并深入到生產(chǎn)、運營、維修養(yǎng)護、客戶交互等鐵路系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的技術(shù)變革。在與客戶交互方面，運輸4.0、物流4.0和基礎(chǔ)設(shè)施4.0三大舉措致力于形成基于數(shù)據(jù)的商業(yè)服務(wù)模式，簡化客戶交互界面，優(yōu)化定價模式；在運營維護方面，這三大舉措逐漸實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)工作流程智能規(guī)劃、列車無人駕駛和物流過程自動化，并基于數(shù)據(jù)分析進行產(chǎn)品優(yōu)化。

此外，生產(chǎn)4.0包含基于路況的預(yù)測性維護、無人駕駛列車控制、新的通信標準應(yīng)用（5G）、機器人手臂應(yīng)用、3D打印維護、運營過程自動化等。工作環(huán)境4.0、信息技術(shù)4.0和其他前沿研究提供了強大的技術(shù)支撐。工作環(huán)境4.0形成工作人員全新的組織和合作模式，注重員工培訓，使員工不斷提高專業(yè)素質(zhì)，各有所長、各司其職；信息技術(shù)4.0包括建立大數(shù)據(jù)處理中心，建立IT工具箱，并致力于系統(tǒng)安全保密性的研究；同時，DB還建立了相應(yīng)實驗室來進行前沿技術(shù)的研究，并創(chuàng)辦一些活動賽事吸引創(chuàng)新人才，為研究注入活力。

總體而言，德國鐵路4.0戰(zhàn)略目前已初見成效，舉辦了大量企業(yè)活動、促進大量項目的立項與推進，帶動DB企業(yè)文化的建設(shè)，使員工對鐵路行業(yè)的數(shù)字化前景有了明確認識。這次變革必將引起相關(guān)市場發(fā)生變化，促進相關(guān)規(guī)范標準向數(shù)字化方向改進。但從長遠看，仍存在一些挑戰(zhàn)，例如如何提升產(chǎn)品的吸引力、大數(shù)據(jù)有效分析的方法研究、文檔的簡化和數(shù)字化、基礎(chǔ)設(shè)施和列車運行的自動化、連接的安全性等。這些也是學術(shù)上開放的、有潛力的研究領(lǐng)域，有待各界研究人員共同進行突破。

德國鐵路這次變革是一項有遠見、緊跟時代發(fā)展的舉措，為正在騰飛和準備走出去的中國鐵路帶來很多啟示。首先，當數(shù)字化手段和多元化交通方式給鐵路行業(yè)盈利帶來壓力時，德國鐵路采取了積極的、順應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流的方式，發(fā)起了致力于實現(xiàn)鐵路數(shù)字化和盈利多元化的大變革，從而能夠及時應(yīng)對挑戰(zhàn)，避免了被時代發(fā)展所淘汰的命運。其次，鐵路4.0戰(zhàn)略是一次技術(shù)的革新，DB專門建立相關(guān)實驗室，與大學和研究所進行多種學術(shù)合作，并舉辦多種創(chuàng)業(yè)活動吸引人才，這些深入的技術(shù)研究和廣泛的學術(shù)合作保證鐵路4.0戰(zhàn)略的各項舉措都處于技術(shù)的前沿，DB也得以確立了在包括鐵路移動通信技術(shù)在內(nèi)的相關(guān)領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。最后，德國鐵路4.0戰(zhàn)略的改革始終將客戶滿意度放在最重要的位置，真正做到了以顧客為中心。當前，我國正處于“十三五”這一鐵路改革發(fā)展關(guān)鍵的五年，應(yīng)著眼時代發(fā)展新要求，順應(yīng)人民群眾新期待，主動適應(yīng)經(jīng)濟新常態(tài)，加快實現(xiàn)新發(fā)展，這也是促進鐵路改革發(fā)展、推動中國鐵路“走出去”的深層次需要[3]。

[1]MARKUSKSOLL.DeutscheBahn-DigitalTransformationand Long-termChallenges[EB/OL].（2016-03-27）[2016-12-01].http://fsr.eui.eu/wp-content/ uploads/2016/03/151127KsollM.pdf.

[2]國家鐵路局.德國鐵路的工業(yè)4.0戰(zhàn)略初步設(shè)想[EB/OL].（2015-10-15）[2016-12-01].http://www. nra.gov.cn/xwzx/zlzx/jwtlxx/201510/t20151015_ 17921.shtml.

[3]國鐵科法［2017］15號鐵路標準化“十三五”發(fā)展規(guī)劃[S].

責任編輯李鳳玲

German Railway 4.0 Strategy

NIE Ning1，GUAN Ke1，2，ZHONG Zhangdui1，2
（1. State Key Lab of Rail Trafc Control and Safety，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；2. Beijing Broadband Mobile Communication Project Technology Research Center for High Speed Railway，Beijing 100044，China）

To cope with the infuence and challenge brought by digitalization and internet technology, Deutsche Bahn (DB) put forth railway 4.0 strategy. The paper introduces the background, targets, major moves and safeguard measurements for this digital change of German railway, analyzes the contents of three major moves, including transport 4.0, logistics 4.0 and infrastructure 4.0, providing references for the improvement of service quality of high speed railway and the IT technology extension for China railway.

German railway；railway 4.0；transport 4.0；logistics 4.0；infrastructure 4.0；digitalization

U29

A

1001-683X（2017）05-0086-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.05.086

2017-03-13

聶寧（1992—），女，碩士研究生。

E-mail：15120429@bjtu.edu.cn