（中國國家鐵路集團(tuán)有限公司，北京 100844）

1 引 言

系統(tǒng)是物質(zhì)世界的一種存在方式，是由相互作用的多要素形成的具有一定功能并處于一定環(huán)境中的有機(jī)整體。隨著20世紀(jì)90年代以來以信息技術(shù)為引領(lǐng)的各項(xiàng)高新技術(shù)廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)系統(tǒng)工程的方法論和方法已無法滿足解決系統(tǒng)間復(fù)雜交互關(guān)系的問題，因此誕生了“復(fù)雜系統(tǒng)”的概念，將系統(tǒng)交互問題納入復(fù)雜系統(tǒng)概念框架內(nèi)部。錢學(xué)森（1990）[1]、Eisner（1994）[2]、Maier（1996）[3]等學(xué)者對復(fù)雜系統(tǒng)的概念及研究方法論做了深入研究?？梢哉f，復(fù)雜系統(tǒng)是一種更高階的系統(tǒng)，在共同目標(biāo)下，各子系統(tǒng)在獨(dú)立運(yùn)行的同時以網(wǎng)絡(luò)化形式協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，推進(jìn)系統(tǒng)整體發(fā)揮特定的宏觀功能，即復(fù)雜系統(tǒng)功能[4]。

高鐵是技術(shù)要素、經(jīng)濟(jì)要素、管理要素、社會要素等多種要素的集成，其建設(shè)運(yùn)營管理工作中涉及勘察、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)營等項(xiàng)目全生命周期內(nèi)多環(huán)節(jié)、多要素的嚴(yán)密把控和管理，在管理縱向界面上又同時涉及基礎(chǔ)設(shè)施、移動裝備、牽引供電、通信信號等多專業(yè)集成配置，各環(huán)節(jié)、各專業(yè)、各工序分別以系統(tǒng)方式交互運(yùn)行，符合復(fù)雜系統(tǒng)特征，因此運(yùn)用復(fù)雜系統(tǒng)論方法解構(gòu)高鐵建設(shè)運(yùn)營管理具有較高的可操作性。

總體來看，現(xiàn)有研究為高鐵復(fù)雜系統(tǒng)管理的研究奠定了理論基礎(chǔ)，但當(dāng)前仍缺乏對高鐵復(fù)雜系統(tǒng)管理體系的具體分析。本文在分析高鐵建設(shè)運(yùn)營管理復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能化、信息化技術(shù)發(fā)展趨勢對高鐵產(chǎn)生的巨大影響，構(gòu)建智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)模型，為新時期高鐵建設(shè)運(yùn)營管理提供一套新的理論和實(shí)踐思路。

2 高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

從系統(tǒng)論的角度觀察我國高鐵系統(tǒng)發(fā)展歷程，在我國高鐵發(fā)展初期市場規(guī)模較小，建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)要素較少，系統(tǒng)功能尚不復(fù)雜，但我國早期在高鐵技術(shù)創(chuàng)新方面經(jīng)過長期不懈的探索，積累了大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和人才儲備[5]，因而管理效率較高；隨著高速鐵路飛速發(fā)展，系統(tǒng)要素和系統(tǒng)復(fù)雜性急劇攀升，系統(tǒng)功能水平大幅提高，但由于管理模式未發(fā)生徹底變革，難以對多要素及要素之間復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行有效管理，因此管理效率呈現(xiàn)出總體下降趨勢。在變化形態(tài)上，受系統(tǒng)邊界影響，系統(tǒng)功能增長速率漸趨平緩，但系統(tǒng)功能增長對系統(tǒng)集成管理要求進(jìn)一步提高，超出了現(xiàn)有的管理能力，因而導(dǎo)致管理效率下降速率加劇?；诖?，可構(gòu)建基于要素的管理效率-系統(tǒng)功能曲線模型，如圖1所示。圖1中，管理效率曲線和系統(tǒng)功能曲線交匯于均衡點(diǎn)A，達(dá)到管理系統(tǒng)均衡；隨著系統(tǒng)要素進(jìn)一步增加，管理效率將難以有效支撐高速鐵路的快速發(fā)展，亟須引入新的系統(tǒng)發(fā)展思路和管理手段以提高管理效率。

圖1 基于系統(tǒng)要素的高鐵管理效率-系統(tǒng)功能曲線

進(jìn)入新時期，智能化技術(shù)取得突破性進(jìn)展，各行業(yè)都開啟了利用智能化高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程，鐵路如何提升運(yùn)輸組織效率，準(zhǔn)確地掌握用戶需求，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險隱患的自動排查，提升設(shè)備的精細(xì)化管理，全面提高管理效率并降低管理成本，都是亟須解決的問題[6]。在此背景下，智能高鐵的概念應(yīng)運(yùn)而生。

智能高鐵是信息化、智能化技術(shù)與高速鐵路各領(lǐng)域深度融合的新一代高速鐵路系統(tǒng)，通過信息化、智能化技術(shù)賦予了高速鐵路新的功能與特征，使其可以對全要素進(jìn)行全面實(shí)時感知，不斷適應(yīng)環(huán)境、主動學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的深度融合與廣泛共享，并通過大量數(shù)據(jù)挖掘、分析和推理，提出科學(xué)合理的決策支持[7]。

高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)引入智能技術(shù)后，管理手段更加先進(jìn)智能，顛覆了過去以專業(yè)管理為主的管理模式，通過信息流、數(shù)據(jù)流在全生命周期各環(huán)節(jié)無損傳遞，實(shí)現(xiàn)高鐵建設(shè)運(yùn)營整體式管控，推動管理工作方式和效率的本質(zhì)躍遷，在高鐵管理效率-系統(tǒng)功能曲線模型中，表現(xiàn)為將管理效率曲線外推（曲線I到曲線II）。當(dāng)達(dá)到管理效率和系統(tǒng)功能新的均衡點(diǎn)A′時，系統(tǒng)管理效率均衡水平（A）得到有效提高。如圖2所示。

圖2 智能高鐵管理效率-系統(tǒng)功能曲線

3 智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)模型及最優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)模型

智能高鐵建設(shè)運(yùn)營是一個多專業(yè)關(guān)聯(lián)交叉的復(fù)雜系統(tǒng)，依托先進(jìn)的智能技術(shù)與分析工具，推動橫向時間維度上勘察、設(shè)計(jì)、施工、試驗(yàn)驗(yàn)收、運(yùn)維等各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享和有效銜接，縱向推動高鐵各專業(yè)系統(tǒng)、旅客服務(wù)、環(huán)境因素協(xié)調(diào)互動，體現(xiàn)為全生命周期理念管理之下“模數(shù)驅(qū)動、軸面協(xié)同”的系統(tǒng)模型架構(gòu)。

“模數(shù)驅(qū)動”，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用BIM 等先進(jìn)智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)高鐵設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營全生命周期數(shù)據(jù)貫通，通過規(guī)范BIM 存儲結(jié)構(gòu)、語義定義、信息傳遞和開放式數(shù)據(jù)存儲，實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)一體化，為數(shù)據(jù)全過程無損傳輸、強(qiáng)化高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)內(nèi)部要素信息交互、推動系統(tǒng)整體功能大幅提升提供基礎(chǔ)[8]。

“軸面協(xié)同”，以高鐵“全生命周期管理”為“軸”，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用貫穿于智能高鐵全資產(chǎn)、全產(chǎn)業(yè)鏈和全生命周期的智能化技術(shù)，構(gòu)建基于全生命周期的鐵路建設(shè)運(yùn)營管理新模式，通過不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域、面向高鐵全生命周期不同階段信息系統(tǒng)的集成融合，推進(jìn)不同階段工作任務(wù)的無縫銜接；以“高鐵全要素”為“面”，強(qiáng)調(diào)在全生命周期靜態(tài)時間截面上，基于信息流的不同專業(yè)、高鐵旅客、高鐵環(huán)境等各要素的高效互動，通過建立匹配的組織結(jié)構(gòu)，充分利用智能技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢，有效協(xié)同不同專業(yè)、不同領(lǐng)域相關(guān)要素，推動資源合理規(guī)劃配置，避免鐵路建設(shè)運(yùn)營各專業(yè)、各領(lǐng)域之間產(chǎn)生信息斷層及信息孤島。

基于“模數(shù)驅(qū)動、軸面協(xié)同”理念和運(yùn)作流程，構(gòu)建智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)模型，如圖3所示。

圖3 智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)

3.2 智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)

智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)中，“模數(shù)驅(qū)動”是智能高鐵系統(tǒng)管理的必要手段，“軸面協(xié)同”是理想化的系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制?；谌芷诠芾砝砟?，系統(tǒng)需要同時保證“面”的協(xié)同優(yōu)化和“軸”的動態(tài)優(yōu)化，因此系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)包括如下4 大重要因素。

（1）多專業(yè)協(xié)同。高鐵系統(tǒng)涵蓋移動裝備、工務(wù)工程、通信信號、牽引供電、運(yùn)輸組織、設(shè)備運(yùn)維、安全保障、客運(yùn)服務(wù)等多個專業(yè)，各專業(yè)間既獨(dú)立又統(tǒng)一。獨(dú)立體現(xiàn)為各專業(yè)內(nèi)部的運(yùn)行機(jī)制具有較高的獨(dú)立性；統(tǒng)一指所有專業(yè)組成統(tǒng)一整體，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體最優(yōu)目標(biāo)而運(yùn)轉(zhuǎn)[9]。不同專業(yè)之間往往需要進(jìn)行預(yù)留接口等交互操作，這就需要專業(yè)之間進(jìn)行信息互通和協(xié)同操作，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的“模數(shù)驅(qū)動”，可以依據(jù)專業(yè)間的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將模型進(jìn)行集成[10]，通過施工模擬等功能輔助不同專業(yè)信息的高效流轉(zhuǎn)和及時共享。

（2）滿足外部需求。一是要滿足服務(wù)用戶需求，主要包括旅客、其他交通行業(yè)、合作伙伴等，其中旅客是智能高鐵面對的最主要用戶，智能高鐵需要滿足旅客從出行前到出站后的全過程智能出行服務(wù)需求；民航、公交、地鐵等其他交通行業(yè)與高速鐵路聯(lián)合為旅客提供出行服務(wù)，因此智能高鐵需滿足與其他交通行業(yè)聯(lián)合服務(wù)的信息共享、一體化開發(fā)需求；合作伙伴包括酒店、旅游、保險等行業(yè)，智能高鐵需滿足提供旅客出行精準(zhǔn)個性化信息推送、進(jìn)行相關(guān)信息資源共享等項(xiàng)服務(wù)。二是要滿足業(yè)務(wù)用戶需求，主要針對路內(nèi)從事專業(yè)業(yè)務(wù)的主體，從工程建造、設(shè)備設(shè)施、運(yùn)輸組織、安全監(jiān)管等方面滿足相關(guān)專業(yè)用戶需求，為專業(yè)用戶提供智能化技術(shù)平臺支撐。

（3）與外部環(huán)境互動。智能高鐵列車采用新型節(jié)能材料，車體設(shè)計(jì)采用低阻力流線型頭型和車體平順化設(shè)計(jì)，有效降低空氣阻力，進(jìn)而持續(xù)減少運(yùn)行能耗；采用先進(jìn)制動系統(tǒng)和能源管理工具，大幅降低運(yùn)行期間的環(huán)境污染，并創(chuàng)新應(yīng)用自動駕駛技術(shù)，全面降低列車整體運(yùn)行能耗，實(shí)現(xiàn)高鐵系統(tǒng)與外部環(huán)境系統(tǒng)之間的良性互動[11]。

（4）全生命周期動態(tài)最優(yōu)。通過“模數(shù)驅(qū)動”方式，實(shí)現(xiàn)高鐵建設(shè)運(yùn)營全生命周期各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)存儲、語義定義、信息傳遞等相互統(tǒng)一，使各環(huán)節(jié)間的截面系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)無損傳輸實(shí)現(xiàn)無縫銜接，進(jìn)而有效降低管理成本，實(shí)現(xiàn)管理效率大幅提高，推動智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)整體向更加安全可靠、更加經(jīng)濟(jì)高效、更加溫馨舒適、更加方便快捷、更加節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)可持續(xù)發(fā)展。

4 智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理

在智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)模型框架下，需進(jìn)一步研究模型內(nèi)部要素之間的復(fù)雜關(guān)系，分析系統(tǒng)運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)，明確智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理。

4.1 管理效率升級：高鐵系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的雙螺旋融合促進(jìn)

智能高速鐵路建設(shè)運(yùn)營管理的時間截面系統(tǒng)是基于信息流的系統(tǒng)要素互動集成面，其內(nèi)核在于通過信息化、智能化技術(shù)對高鐵系統(tǒng)內(nèi)部不同專業(yè)系統(tǒng)、外部需求系統(tǒng)、外部環(huán)境系統(tǒng)等各類要素的集成融合，推動系統(tǒng)資源配置的大幅優(yōu)化和系統(tǒng)管理效率的有效提升。該截面系統(tǒng)是基于智能數(shù)據(jù)分析的信息空間和物理空間高度融合的復(fù)雜系統(tǒng)，其本質(zhì)是構(gòu)建信息系統(tǒng)和高鐵系統(tǒng)中人、機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，通過基于數(shù)據(jù)自動流動的狀態(tài)感知、實(shí)時分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的微觀閉環(huán)賦能過程，解決生產(chǎn)制造、應(yīng)用服務(wù)過程中的復(fù)雜性和不確定性問題[12]。

在智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)中，高鐵系統(tǒng)和信息系統(tǒng)要素之間一一對應(yīng)并且相互通信，兩大系統(tǒng)相互連接、相互映射、相互促進(jìn)、深度融合，呈現(xiàn)出雙螺旋融合促進(jìn)的關(guān)系，如圖4所示。一方面，高鐵系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)收集、計(jì)算和傳輸能力，將來自真實(shí)世界的感知信息發(fā)送到信息系統(tǒng)內(nèi)部，通過信息系統(tǒng)的閉環(huán)賦能過程，輸出科學(xué)決策結(jié)果，反饋到高鐵系統(tǒng)中，對高鐵系統(tǒng)進(jìn)行必要的優(yōu)化完善和對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行重新配置，實(shí)現(xiàn)高鐵系統(tǒng)整體自感知、自診斷、自決策、自學(xué)習(xí)、自恢復(fù)等系統(tǒng)功能，從而大大提高了高鐵系統(tǒng)的管理效率；另一方面，高鐵系統(tǒng)全要素協(xié)同發(fā)展的要求，對系統(tǒng)管理效率提出更高要求，必須使每一個物理設(shè)備都需要具備計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自我管理等功能，因此對信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集、計(jì)算、傳輸能力提出更高要求，反饋刺激相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)力度不斷加大，進(jìn)而促進(jìn)了信息系統(tǒng)功能的不斷升級。

圖4 高鐵系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的雙螺旋融合促進(jìn)

信息系統(tǒng)閉環(huán)賦能循環(huán)過程包括5個環(huán)節(jié)：①通過智能感知，獲取鐵路相關(guān)信息，全方位了解整個鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行情況；②通過智能傳輸，對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、整合，以供進(jìn)一步的智能分析及利用；③通過數(shù)據(jù)資源，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理；④通過智能決策，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識，輔助鐵路業(yè)務(wù)經(jīng)營決策；⑤通過智能應(yīng)用，對鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行控制、改造、優(yōu)化，有效提升運(yùn)輸組織效率，提高安全保障能力，推動業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新。

4.2 技術(shù)基礎(chǔ)協(xié)同：智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)支撐技術(shù)體系

智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理工作涵蓋了建造、裝備、運(yùn)營多個業(yè)務(wù)領(lǐng)域，集成了大量檢測、控制、管理等功能，需要對大量時間、空間、靜態(tài)、動態(tài)信息進(jìn)行處理，必須有強(qiáng)大的信息化技術(shù)體系作為底層支撐，保障智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)[13]。立足高鐵全生命周期建設(shè)運(yùn)營管理思想，圍繞智能高鐵主要功能，可構(gòu)建包含技術(shù)、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)等3大維度的智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)支撐技術(shù)體系，如圖5所示。

圖5 智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)支撐技術(shù)體系

1）技術(shù)維

智能建造：圍繞鐵路工程建設(shè)中人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素，以BIM+GIS技術(shù)為核心，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與先進(jìn)工程建造技術(shù)相融合，通過綜合運(yùn)用自動感知、智能診斷、協(xié)同互動、主動學(xué)習(xí)和智能決策等手段，提升工程設(shè)計(jì)及仿真、工廠化加工、精密測控、自動化安裝、動態(tài)監(jiān)測的信息化、數(shù)字化、智能化水平，實(shí)現(xiàn)高速鐵路建設(shè)全方位、全專業(yè)、全天候的安全質(zhì)量進(jìn)度管控及高效智能的施工管理，為設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期管理提供數(shù)據(jù)支持。

智能裝備：基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、新一代通信、北斗導(dǎo)航、全方位態(tài)勢感知、自動駕駛、運(yùn)行控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鐵路移動裝備及基礎(chǔ)設(shè)施自感知、自學(xué)習(xí)、自診斷、自適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)動車組等移動裝備的自動及協(xié)同運(yùn)行。

智能運(yùn)營：圍繞高速鐵路養(yǎng)護(hù)維修、運(yùn)輸組織和客運(yùn)服務(wù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，綜合運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、下一代通信、北斗導(dǎo)航等新一代信息技術(shù)，實(shí)時掌握人-環(huán)境-設(shè)備-信息全生產(chǎn)要素狀態(tài)，構(gòu)建數(shù)據(jù)融合、安全監(jiān)測、健康管理、語音語義、智能視頻、生產(chǎn)協(xié)同等模型，全面提升鐵路設(shè)備維護(hù)維修、調(diào)度指揮、客運(yùn)生產(chǎn)和管理、旅客服務(wù)的整體研判、協(xié)同指揮、科學(xué)決策、智能調(diào)度和管控水平，提高鐵路安全生產(chǎn)效率，為旅客提供自助化、精準(zhǔn)化、個性化、國際化的無障礙、全過程智能出行服務(wù)。

2）數(shù)據(jù)維

智能高鐵數(shù)據(jù)維以高速鐵路建設(shè)全生命周期為主線，將勘察、設(shè)計(jì)、施工、試驗(yàn)驗(yàn)收和運(yùn)營維護(hù)等階段產(chǎn)生的海量結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及相關(guān)外部數(shù)據(jù)，進(jìn)行全業(yè)務(wù)、全類型的數(shù)據(jù)匯集和融合，形成一套多專業(yè)融合、多業(yè)務(wù)共享的規(guī)范數(shù)據(jù)資源，支撐各階段多種智能應(yīng)用場景。

數(shù)據(jù)維主要內(nèi)容包括：在工程建設(shè)階段鐵路工程管理平臺積累的勘察設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工程施工和建設(shè)管理數(shù)據(jù)；在試驗(yàn)和聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)積累的車載設(shè)備、通信信號設(shè)備、工務(wù)設(shè)施、供電設(shè)備等試驗(yàn)和聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)；在高速鐵路運(yùn)營維護(hù)階段，客運(yùn)組織、調(diào)度指揮、客票系統(tǒng)以及車站大腦等信息系統(tǒng)全面收集并積累的運(yùn)營數(shù)據(jù)，工電供及動車的運(yùn)用管理和運(yùn)維系統(tǒng)收集積累的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和設(shè)施設(shè)備維修數(shù)據(jù)，等等。此外，還包括航空、城軌、公共交通、氣象、互聯(lián)網(wǎng)、公共服務(wù)等與工程建設(shè)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、運(yùn)營維護(hù)等全過程管理相關(guān)的外部數(shù)據(jù)的收集積累。

3）標(biāo)準(zhǔn)維

智能高鐵標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高速鐵路智能化技術(shù)創(chuàng)新和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的重要基礎(chǔ)，用于指導(dǎo)智能高鐵標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)和維護(hù)，確保各項(xiàng)工作統(tǒng)一規(guī)范、無縫銜接。按照國家和鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化方針和政策，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化原理，根據(jù)智能高鐵建設(shè)對標(biāo)準(zhǔn)的需求，形成智能高鐵標(biāo)準(zhǔn)維。標(biāo)準(zhǔn)維由平臺及支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、智能高鐵應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、通用基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)3大類目組成。

平臺及支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：包含AI平臺標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)、支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)4個類別。其中，AI平臺標(biāo)準(zhǔn)由數(shù)據(jù)資源標(biāo)準(zhǔn)、地理信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、大數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)、人工智能標(biāo)準(zhǔn)、AI平臺標(biāo)準(zhǔn)等5部分組成；網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)由網(wǎng)絡(luò)安全管理標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)測評標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)等3部分組成；數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)由硬件資源標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)軟件標(biāo)準(zhǔn)等2部分組成；支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)等組成。

智能高鐵應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：包含智能建造標(biāo)準(zhǔn)、智能裝備標(biāo)準(zhǔn)、智能運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)3類。其中，智能建造標(biāo)準(zhǔn)由勘察設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工程施工標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)管理標(biāo)準(zhǔn)3部分組成；智能裝備標(biāo)準(zhǔn)由移動裝備標(biāo)準(zhǔn)、通信信號標(biāo)準(zhǔn)、牽引供電標(biāo)準(zhǔn)、檢測監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)4部分組成；智能運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)由客運(yùn)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)輸組織標(biāo)準(zhǔn)、養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)3部分組成。

通用基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)：包含通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、管理與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)2類，其中通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)由定義、術(shù)語、編制通則等3部分組成；管理與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)由技術(shù)研發(fā)與管理標(biāo)準(zhǔn)、智能化水平評價標(biāo)準(zhǔn)等2部分組成。

4）三維體系內(nèi)部作用機(jī)理

三維體系各維度支撐技術(shù)體系間存在互相影響的關(guān)系[14]，其中：智能高速鐵路技術(shù)體系是智能高速鐵路體系架構(gòu)的核心，定義了智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營等3大板塊的技術(shù)構(gòu)成，為數(shù)據(jù)體系框架、標(biāo)準(zhǔn)體系框架的制定提供指導(dǎo)；智能高速鐵路數(shù)據(jù)體系針對技術(shù)體系框架中定義的智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營等3大板塊，創(chuàng)新應(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及其他相關(guān)的內(nèi)外部數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)全生命周期管理為主線，定義了數(shù)據(jù)匯集、存儲分析和應(yīng)用展示等服務(wù)，為技術(shù)體系框架提供數(shù)據(jù)驅(qū)動，為標(biāo)準(zhǔn)體系框架提供反饋；智能高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系為技術(shù)體系框架和數(shù)據(jù)體系框架的落地應(yīng)用提供數(shù)據(jù)、技術(shù)、管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)支撐，定義了通用基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)、智能高速鐵路應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、平臺及支撐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等組成內(nèi)容。

5 推進(jìn)智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)優(yōu)化的措施建議

立足當(dāng)前我國智能高鐵發(fā)展現(xiàn)狀，基于智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)行內(nèi)部機(jī)理，下一步智能高鐵建設(shè)運(yùn)營實(shí)踐中必須全面深化全生命周期管理理念，深入分析外部環(huán)境需求，強(qiáng)化智能技術(shù)創(chuàng)新力度，推進(jìn)全要素信息動態(tài)協(xié)同，并進(jìn)一步夯實(shí)系統(tǒng)發(fā)展的支撐保障，從而推動智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)優(yōu)化完善。

（1）深化全生命周期管理理念。智能高速鐵路建設(shè)運(yùn)營全生命周期管理理念的普及應(yīng)用，為高鐵系統(tǒng)提供更加可靠的全過程信息和數(shù)據(jù)支持，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲格式，在優(yōu)化智能高鐵截面系統(tǒng)協(xié)同功能的同時，不斷地提高動態(tài)系統(tǒng)整體管理效率，推動行業(yè)整體高質(zhì)量發(fā)展。因此，應(yīng)積極探索建立基于全生命周期的建設(shè)管理模式，將規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營有機(jī)融合起來，并貫穿于項(xiàng)目立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)維的全過程，實(shí)現(xiàn)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和功能的統(tǒng)一。

（2）深化外部環(huán)境及需求分析。由于智能高鐵創(chuàng)新應(yīng)用尚處于探索完善階段，各地發(fā)展需求及環(huán)境影響因素各不相同，信息化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程也呈現(xiàn)地域不平衡現(xiàn)象，智能化發(fā)展應(yīng)用水平參差不齊，不同專業(yè)領(lǐng)域開展的程度也不一致。因此，在高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)中引入智能技術(shù)，必須采取因地制宜、因時制宜的原則，全面深化發(fā)展需求研究工作，并全面兼顧環(huán)境風(fēng)險影響因素[15]。一是我國高速鐵路環(huán)境條件和運(yùn)營場景復(fù)雜多樣，外部安全風(fēng)險日益增多，應(yīng)妥善利用積累多年的自然災(zāi)害、異物侵限等海量大數(shù)據(jù)，深入研究風(fēng)險-隱患-故障-事故機(jī)理，降低高速鐵路外部環(huán)境風(fēng)險；二是新時期高速鐵路旅客出行需求已發(fā)生深刻變化，出行目的更加多樣、區(qū)域化特征更加突出、個性化需求和延伸需求更加豐富，必須深度開展旅客需求分析，從旅客個性化要求出發(fā)，推進(jìn)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與高速鐵路深度融合發(fā)展，推進(jìn)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)與高速鐵路深度融合發(fā)展，為旅客購票、進(jìn)站、候車、乘車、換乘、出站等出行全流程提供自助化、個性化、定制化的出行服務(wù)與延伸服務(wù)，更好地滿足新時代人們?nèi)找嬖鲩L的美好旅行生活需要。

（3）強(qiáng)化智能技術(shù)創(chuàng)新力度。智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)是新一代信息系統(tǒng)與高鐵系統(tǒng)的深度融合，必須以創(chuàng)新作為先導(dǎo)手段，保證系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，一是加大科技研發(fā)創(chuàng)新力度，加快推進(jìn)新技術(shù)、新材料應(yīng)用，推動管理模式創(chuàng)新，借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、衛(wèi)星通信、區(qū)塊鏈等先進(jìn)信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展契機(jī)，加強(qiáng)高鐵系統(tǒng)管理新思路創(chuàng)新應(yīng)用[16]，不斷完善智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)功能；二是堅(jiān)持自主創(chuàng)新，推進(jìn)新產(chǎn)品、新裝備的應(yīng)用推廣，為智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)一步落實(shí)落地奠定基礎(chǔ)；三是秉持企業(yè)主導(dǎo)、政產(chǎn)學(xué)研用一體化發(fā)展思路，構(gòu)建行業(yè)相關(guān)力量協(xié)同創(chuàng)新的局面，推進(jìn)智能高鐵高質(zhì)量發(fā)展[17]。

（4）推進(jìn)全要素信息動態(tài)協(xié)同融合。智能高鐵是基于數(shù)據(jù)信息的多維協(xié)同管理、多專業(yè)關(guān)聯(lián)交叉的復(fù)雜系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)共享為智能高鐵時間截面上全要素協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)提供了先決條件，信息技術(shù)則為智能高鐵全生命周期數(shù)據(jù)無損傳輸和共享提供了可能，因此必須促進(jìn)信息數(shù)據(jù)融合共享，才能有效推動基于全生命周期的智能高鐵全要素動態(tài)信息協(xié)同融合。具體包括如下幾方面：一是在時間靜態(tài)截面上，推動系統(tǒng)內(nèi)部各專業(yè)數(shù)據(jù)融合，提高靜態(tài)系統(tǒng)管理效率；二是在與外部需求主體的交互上，需基于旅客需求分析推動運(yùn)輸組織、運(yùn)維保障等業(yè)務(wù)模塊信息數(shù)據(jù)共享，并基于民航、市政、公路等其他用戶需求開展信息數(shù)據(jù)共享，共同支撐具有新時代特色的綜合立體交通系統(tǒng)構(gòu)建；三是在全生命周期過程中，需進(jìn)一步加強(qiáng)信息流在勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、驗(yàn)收、運(yùn)維等建設(shè)運(yùn)營所有環(huán)節(jié)有效傳遞。

（5）夯實(shí)支撐保障。為推動智能高鐵的健康有序發(fā)展，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，爭取更多政府主管部門支持鼓勵措施，落實(shí)資金、人才等資源保障。一是加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，研究完善推動智能高鐵發(fā)展的有關(guān)規(guī)劃，明確未來智能高鐵系統(tǒng)發(fā)展的方向、路徑和全局方案，為智能高鐵建設(shè)運(yùn)營系統(tǒng)管理提供遵循；二是爭取更多政府支持及鼓勵力度，為高鐵智能化、智慧化技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用營造更好的政策環(huán)境，并通過大力推廣示范工程，促進(jìn)智能高鐵核心關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān)；三是夯實(shí)資源資金基礎(chǔ)，加大金融財(cái)稅支持，創(chuàng)新財(cái)稅政策支持方式，拓寬智能高鐵建設(shè)投融資渠道，探索引入社會力量激發(fā)智能高鐵運(yùn)營管理活力，落實(shí)智能高鐵工程建設(shè)、更新改造及科技研發(fā)的資金；四是加強(qiáng)人才培養(yǎng)與激勵，聚焦智能高鐵復(fù)合專業(yè)特性，加強(qiáng)創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和產(chǎn)業(yè)技能人才培養(yǎng)，加大對高層次急需緊缺人才、骨干專業(yè)技術(shù)人才的引進(jìn)力度，積極吸引科技人才向企業(yè)流動，為智能高鐵發(fā)展提供智力支撐。

6 結(jié) 語

經(jīng)過10余年的發(fā)展，我國已基本形成較為成熟的高速鐵路建設(shè)管理系統(tǒng)，但由于系統(tǒng)要素快速擴(kuò)張，導(dǎo)致管理難度顯著提高，亟須結(jié)合未來高鐵發(fā)展趨勢，引入更加先進(jìn)的系統(tǒng)發(fā)展思路和管理手段。通過構(gòu)建智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)，能夠?yàn)樾聲r期高鐵系統(tǒng)化、規(guī)范化管理提供一條新的理論與實(shí)踐思路。目前，智能高鐵建設(shè)運(yùn)營管理系統(tǒng)的構(gòu)想已在京張、京雄等智能高鐵線路的建設(shè)運(yùn)營全過程得到有效驗(yàn)證和實(shí)踐，未來將成為引領(lǐng)鐵路可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。