中鐵電氣化局集團(tuán)第三工程有限公司 何生軍

中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司城鐵公司 羅 金 賴一雄

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代的到來，地鐵施工運(yùn)營面臨著來自內(nèi)外部的挑戰(zhàn)。應(yīng)用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等數(shù)字化技術(shù)，融合地鐵施工運(yùn)營管理規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建構(gòu)支撐地鐵施工和運(yùn)營的一體化平臺是地鐵投資、施工和運(yùn)營單位能力建設(shè)的關(guān)鍵。中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司應(yīng)用企業(yè)架構(gòu)、設(shè)計(jì)思維和軟件工程方法，深入分析地鐵施工和運(yùn)營技術(shù)特性與管理體系，研究開發(fā)了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧施工運(yùn)營一體化平臺，旨在發(fā)揮投資融資-工程建設(shè)-運(yùn)營維管的“一體化”優(yōu)勢，推進(jìn)地鐵行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 地鐵施工運(yùn)營面臨的問題與PPP模式的發(fā)展機(jī)遇

“十四五”期間，多地地鐵迎來爆發(fā)式增長，地鐵施工和運(yùn)營單位擁有空前的發(fā)展機(jī)遇。但是地鐵從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)營，接口多、周期長、資產(chǎn)重、要求高，各階段業(yè)務(wù)既有分工又銜接緊密，管理高度復(fù)雜，地鐵施工和運(yùn)營管理面臨著巨大的挑戰(zhàn)：

1.1 地鐵施工面臨的問題

地鐵施工涉及多專業(yè)、多單位的復(fù)雜協(xié)同，傳統(tǒng)施工組織手段造成施工計(jì)劃指導(dǎo)性差，施工執(zhí)行透明度低，移交調(diào)試周期長。總體計(jì)劃、節(jié)點(diǎn)計(jì)劃、詳細(xì)計(jì)劃（月-周-日）沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木幹婆c發(fā)布機(jī)制，進(jìn)度計(jì)劃與資源計(jì)劃不匹配，停工待料和搶工趕工的矛盾現(xiàn)象突出，工程變更、計(jì)劃調(diào)整缺乏分析、控制與追溯能力。施工機(jī)械、人員、物資分散，安全質(zhì)量隱患預(yù)防和處置難度大。施工產(chǎn)值-成本預(yù)算與實(shí)際差異大，缺乏支撐經(jīng)濟(jì)分析與成本控制的方法和手段。工程驗(yàn)收貫穿施工過程，對過程質(zhì)量控制與數(shù)據(jù)管理要求很高，目前為了準(zhǔn)備驗(yàn)收，投入大量人力事后編寫竣工資料。

1.2 地鐵運(yùn)營面臨的問題

地鐵運(yùn)營中設(shè)備管理成本約占35%~40%。但是普遍存在資產(chǎn)底數(shù)不清、管理比較粗放、組織流程繁瑣等問題，導(dǎo)致運(yùn)營效率低、成本高。設(shè)備臺賬維護(hù)職能分散在不同部門，設(shè)備賬實(shí)不符嚴(yán)重，數(shù)據(jù)更新不及時，存在資產(chǎn)流失風(fēng)險。設(shè)備履歷不全，全壽命周期數(shù)據(jù)缺失，造成使用維保成本高，設(shè)備技術(shù)狀態(tài)與質(zhì)量不可控，存在安全隱患。運(yùn)營管理以故障修為主的維修模式付出了很高的故障成本，對應(yīng)急處置考驗(yàn)大，備品工具缺乏定額管理，消耗、報廢合理性缺乏數(shù)據(jù)支撐。生產(chǎn)和管理人員多，對工作量化核定手段不足。施工計(jì)劃、作業(yè)請令、故障處理流程繁瑣，流轉(zhuǎn)時間長，實(shí)際決策智能化水平低。

1.3 地鐵行業(yè)PPP模式的發(fā)展機(jī)遇

地鐵行業(yè)PPP模式經(jīng)過近20年實(shí)踐，逐漸成為政府首選投資方式。作為投資建設(shè)+運(yùn)營的經(jīng)營主體，有著研究和落實(shí)科技賦能地鐵行業(yè)的良好發(fā)展機(jī)遇。PPP模式相比傳統(tǒng)政府融資模式來說，在項(xiàng)目投資建設(shè)和運(yùn)營上更具有整體視角，能夠統(tǒng)籌施工、運(yùn)營并通過運(yùn)營數(shù)據(jù)的分析持續(xù)改善產(chǎn)業(yè)鏈前端的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)和質(zhì)量，推動行業(yè)的整體發(fā)展。

圖1給出了體系結(jié)構(gòu)圖，建設(shè)單位作為PPP模式的主體，既是施工單位又是運(yùn)營單位，在投資建設(shè)和運(yùn)營兩大階段對地鐵行業(yè)有更體系化的思考：（1）投資：關(guān)注全生命周期的成本和收益，而不是單純的施工產(chǎn)值或者運(yùn)營收入。（2）施工：既要滿足設(shè)計(jì)要求，更要服務(wù)于后期運(yùn)營。（3）移交：竣工驗(yàn)收資料不單是存檔，更大的價值在于用，并且持續(xù)更新。（4）運(yùn)營：精細(xì)化成本管控，不斷提升運(yùn)營效率和乘客體驗(yàn)。（5）持續(xù)改善：通過大數(shù)據(jù)技術(shù)分析設(shè)計(jì)和施工中能夠改善的環(huán)節(jié)，推動行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

圖1 體系結(jié)構(gòu)

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧地鐵施工運(yùn)營一體化平臺設(shè)計(jì)理念與架構(gòu)

圖2給出了企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)思維，根據(jù)PPP模式對地鐵施工和運(yùn)營的管理要求，應(yīng)用企業(yè)架構(gòu)（EA）和設(shè)計(jì)思維方法，結(jié)合先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等IT技術(shù)，研究和實(shí)現(xiàn)對地鐵全生命周期的數(shù)字化、智能化、精細(xì)化的管理，是擺在建設(shè)單位面前的重要課題。通過需求分析、方案設(shè)計(jì)、開發(fā)測試、試點(diǎn)運(yùn)行，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧地鐵施工運(yùn)營一體化平臺已取得階段性成果，并得到良好應(yīng)用。

圖2 企業(yè)架構(gòu)設(shè)計(jì)思維

從應(yīng)用架構(gòu)來說，自底向上分為4層，分別是：（1）智慧監(jiān)控：這是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)采集現(xiàn)場設(shè)備、人員、環(huán)境、物料等信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控和控制。（2）智慧生產(chǎn)：這是地鐵施工和運(yùn)營管理的核心業(yè)務(wù)組件。施工管理有進(jìn)度、物資、安裝、成本、質(zhì)量、資源、移交等，運(yùn)營管理有設(shè)備管理、施工調(diào)度、工單、巡檢、票務(wù)、站務(wù)等。（3）智慧管理：這是人財物和綜合管理，這些組件支撐生產(chǎn)活動，對業(yè)務(wù)起到計(jì)劃、控制和評價作用。（4）智慧決策：既有面向領(lǐng)導(dǎo)層的施工和運(yùn)營主題分析，如進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)、資源、安全、質(zhì)量、設(shè)備、服務(wù)等業(yè)務(wù)域，又有面向執(zhí)行層的操作賦能，如資源配置、作業(yè)調(diào)度、設(shè)備故障預(yù)測等。圖3給出了架構(gòu)分成。

圖3 架構(gòu)分成

從技術(shù)架構(gòu)來說，自底向上分為4層，分別是：（1）邊緣層：在地鐵施工和運(yùn)營中大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分布在不同的區(qū)域，邊緣計(jì)算為終端用戶提供實(shí)時、動態(tài)和智能的服務(wù)計(jì)算。（2）IaaS即基礎(chǔ)設(shè)施層，支撐公有云、私有云和混合云。（3）PaaS層：平臺核心層，提供平臺資源部署和管理、地鐵施工運(yùn)營大數(shù)據(jù)采集&處理、地鐵施工運(yùn)營大數(shù)據(jù)建模&分析和應(yīng)用開發(fā)能力，并基于業(yè)務(wù)需求持續(xù)開發(fā)、迭代適用于行業(yè)發(fā)展的微服務(wù)組件。（4）SaaS層：面向施工運(yùn)營業(yè)務(wù)和決策分析的應(yīng)用組件，包含技術(shù)、進(jìn)度、物資、安裝、運(yùn)營、服務(wù)等。

通過智慧地鐵施工運(yùn)營一體化平臺構(gòu)建支撐地鐵產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同生態(tài)環(huán)境，業(yè)主、集團(tuán)、專業(yè)公司、項(xiàng)目部（公司）、運(yùn)營公司、供應(yīng)商、行業(yè)客戶、消費(fèi)者等互聯(lián)互通，智慧協(xié)同。

3 核心技術(shù)方案

3.1 地鐵施工管理方案

地鐵施工項(xiàng)目分為三個階段：施工準(zhǔn)備、工程施工和竣工驗(yàn)收，管理機(jī)構(gòu)有工程、物資、安質(zhì)、工經(jīng)、財務(wù)等。針對地鐵施工特點(diǎn)，構(gòu)建了進(jìn)度、物資、安裝、移交調(diào)試等核心業(yè)務(wù)模塊，同時開發(fā)了勞動力、機(jī)械、安質(zhì)、成本等基礎(chǔ)服務(wù)模塊，進(jìn)而結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場的智能監(jiān)測、預(yù)警和決策分析。圖4給出了業(yè)務(wù)管理分層圖。

圖4 業(yè)務(wù)管理分成

通過智慧施工運(yùn)營一體化平臺，業(yè)務(wù)管理（工程部門、物資部門、安質(zhì)部門等）與財務(wù)管理（工經(jīng)部門、財務(wù)部門）在項(xiàng)目各階段緊密協(xié)同：在施工準(zhǔn)備階段，業(yè)務(wù)部門依據(jù)施工技術(shù)與進(jìn)度要求做項(xiàng)目整體策劃，財務(wù)部門依據(jù)項(xiàng)目合同與進(jìn)度計(jì)劃做財務(wù)預(yù)算，這樣形成施工進(jìn)度計(jì)劃、物資供應(yīng)計(jì)劃、機(jī)械配置計(jì)劃、人力配置計(jì)劃、安全質(zhì)量策劃、收入預(yù)算和責(zé)任成本預(yù)算，指導(dǎo)施工作業(yè)；在工程施工階段，工程部門依據(jù)進(jìn)度計(jì)劃管理現(xiàn)場施工作業(yè)，物資部門依據(jù)工程進(jìn)度要求組織物資、機(jī)械供應(yīng)，工經(jīng)部門依據(jù)人力配置計(jì)劃組織人員進(jìn)場和退場，安質(zhì)部門依據(jù)策劃管理安全、組織質(zhì)量驗(yàn)收，工經(jīng)部門依據(jù)工程完成數(shù)量組織驗(yàn)工計(jì)價，計(jì)算物資、機(jī)械和人力成本；在竣工驗(yàn)收階段，業(yè)務(wù)部門組織驗(yàn)收、移交工程資料、管理剩余尾工，財務(wù)部門編制項(xiàng)目決算。

3.2 地鐵運(yùn)營管理方案

地鐵運(yùn)營管理的主要內(nèi)容有：車輛、設(shè)備（供電、通號、工務(wù)、機(jī)電）和客運(yùn)（乘務(wù)、站務(wù)、票務(wù)、控制中心）管理等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，管理機(jī)構(gòu)有人力資源、物資、財務(wù)、安全等。針對地鐵運(yùn)營業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建以設(shè)備管理（含設(shè)備檔案、設(shè)備調(diào)度、施工調(diào)度、移動巡檢）、乘務(wù)管理、站務(wù)管理等主體，融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)營設(shè)備設(shè)施的智能監(jiān)測、預(yù)警和決策分析。圖5給出了運(yùn)營管理分層圖。

圖5 運(yùn)營管理分層

設(shè)備管理是地鐵運(yùn)營保障的關(guān)鍵。通過智慧施工運(yùn)營一體化平臺，構(gòu)建支撐設(shè)備維修“策劃、計(jì)劃、執(zhí)行和評價”完整體系；并與財務(wù)、物資模塊集成，實(shí)現(xiàn)維修過程中“設(shè)備、物資、人力資源、成本”等資源的整合。其中，“策劃階段”主要是設(shè)備基礎(chǔ)信息管理（含編碼、位置、設(shè)備履歷等），并建立作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、故障體系和安全計(jì)劃，指導(dǎo)和規(guī)范維修作業(yè)?！坝?jì)劃階段”是依據(jù)維修來源和作業(yè)區(qū)間、供電、行車等資源占用情況而運(yùn)算出的維修時間計(jì)劃?！皥?zhí)行階段”是工單分配到具體工班或作業(yè)負(fù)責(zé)人后，維修人員通過移動終端接收任務(wù)到現(xiàn)場作業(yè)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)全程的管理?！霸u價階段”是管理人員對維修作業(yè)執(zhí)行的狀態(tài)、成本、效率、設(shè)備故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

智慧施工運(yùn)營一體化平臺依據(jù)“管理有標(biāo)準(zhǔn)，操作有指引，計(jì)劃有統(tǒng)籌，執(zhí)行有監(jiān)控，事后可追溯，數(shù)據(jù)可分析”的目標(biāo)，能夠做到施工計(jì)劃合理、施工作業(yè)透明、施工響應(yīng)快捷。

3.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)對地鐵施工運(yùn)營數(shù)字化轉(zhuǎn)型的賦能

在地鐵施工階段，應(yīng)用大數(shù)據(jù)指導(dǎo)作業(yè)過程，精細(xì)化統(tǒng)籌項(xiàng)目準(zhǔn)備和施工過程，并為預(yù)配、安裝、調(diào)試推薦最優(yōu)的技術(shù)、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)參數(shù)，隨施工過程建立項(xiàng)目數(shù)字檔案，做到無縫的數(shù)字化工程移交。

在地鐵運(yùn)營階段，無時不刻產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，如車輛的空調(diào)、供電等系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，轉(zhuǎn)向架運(yùn)行參數(shù)；供電各級變壓器、開關(guān)運(yùn)行參數(shù)、軌溫參數(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用能夠?qū)崟r采集、監(jiān)測、分析、處理數(shù)據(jù)，為維修策略制定、故障處理提供科學(xué)的管理方式。

通過物聯(lián)網(wǎng)采集到的海量設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，有針對性地對單類設(shè)備展開模型分析，預(yù)測設(shè)備劣化趨勢并評估當(dāng)前維修策略的精確度。如果出現(xiàn)偏差，將分析結(jié)果通知專業(yè)工程師，并由專業(yè)工程師發(fā)起對現(xiàn)有維修策略的調(diào)優(yōu)工作。當(dāng)設(shè)備狀態(tài)信息和環(huán)境信息改變后，再次發(fā)起分析及調(diào)優(yōu)業(yè)務(wù)，從而保證維修策略與設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)匹配，保證維修策略的最優(yōu)化。

通過在線設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，獲取設(shè)備運(yùn)行異常故障信息。結(jié)合已有的標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)自動生成網(wǎng)絡(luò)化的狀態(tài)修工單，并通過移動互聯(lián)網(wǎng)及時通知維修工程師。維修工程師在移動終端即可獲取現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)及設(shè)備履歷，并將分析結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)廣播，指導(dǎo)相關(guān)人員、設(shè)備迅速啟動排障預(yù)案，達(dá)到異常及故障的快速處置。故障處理后，問題、原因和處理措施自動積累為設(shè)備管理大數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

同時，平臺源源不斷采集所有相關(guān)的運(yùn)營數(shù)據(jù)，例如客流信息、行車信息、運(yùn)營指標(biāo)、運(yùn)力配置、維修服務(wù)、維修成本等運(yùn)營數(shù)據(jù)，與地鐵設(shè)計(jì)、施工數(shù)據(jù)一道，共同形成地鐵大數(shù)據(jù)資產(chǎn)。通過建立分析與預(yù)測模型，全面分析地鐵設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營數(shù)據(jù)，從多維度分析地鐵全生命周期的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和質(zhì)量指標(biāo)，持續(xù)優(yōu)化地鐵設(shè)計(jì)、投資和施工，為地鐵行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展賦能。

4 平臺應(yīng)用價值

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧施工運(yùn)營一體化平臺的應(yīng)用，能夠構(gòu)建具有超強(qiáng)感知能力、敏捷執(zhí)行能力、明智決策能力的地鐵行業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)模式，實(shí)現(xiàn)地鐵施工運(yùn)營的一體化、數(shù)字化、智慧化，助力地鐵行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

（1）超強(qiáng)感知能力：通過物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)采集地鐵施工和運(yùn)營過程中的實(shí)時數(shù)據(jù)，依據(jù)閾值智能預(yù)警，并動態(tài)增加集團(tuán)公司數(shù)字資產(chǎn)。

（2）敏捷執(zhí)行能力：施工和運(yùn)營的標(biāo)準(zhǔn)、知識融入系統(tǒng)，依據(jù)應(yīng)用場景，提供智能的業(yè)務(wù)指引和操作建議，賦能生產(chǎn)一線。

（3）明智決策能力：各級領(lǐng)導(dǎo)能夠從宏觀到微觀洞察PPP項(xiàng)目全生命周期內(nèi)生產(chǎn)、物資、工經(jīng)、財務(wù)、客流、服務(wù)、質(zhì)量、安全等分析主題，決策數(shù)據(jù)可視化。