俞光耀

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司， 201103， 上?！握呒壒こ處?

隨著交通強(qiáng)國戰(zhàn)略、智慧城市建設(shè)的快速推進(jìn)[1]，城市軌道交通作為其重要組成，亟需從傳統(tǒng)思維向數(shù)據(jù)思維轉(zhuǎn)變，以數(shù)字化驅(qū)動質(zhì)量提升，更好地管控運(yùn)營安全，優(yōu)化交通環(huán)境，提升效能效益。根據(jù)《上海城市總體規(guī)劃(2017—2035年)》，到2035年，上海將建成卓越的全球城市和社會主義現(xiàn)代化國際大都市[2]。在上海城市發(fā)展的新征程中，上海地鐵要有新目標(biāo)、新作為、新貢獻(xiàn)，從建設(shè)運(yùn)營的高速增長向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型。

當(dāng)前，上海地鐵擁有世界范圍內(nèi)線路總長最長的城市軌道交通系統(tǒng)。截至2021年1月，上海地鐵運(yùn)營線路19條(含磁浮線)，線路總長772 km；2019年年客運(yùn)量38.8億人次，最高日客運(yùn)量1 329.4萬人次；受疫情影響，2020年客運(yùn)量雖有所降低，年客運(yùn)量28.34億人次，但仍位居全國首位。隨著上海地鐵線網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維轉(zhuǎn)型的不斷深化，“線網(wǎng)規(guī)模大、系統(tǒng)復(fù)雜化、場景多樣性、運(yùn)營負(fù)荷重、維保時間緊”的運(yùn)維特點(diǎn)凸顯，基于數(shù)字化的技術(shù)創(chuàng)新及管理手段變革，成為支撐城市軌道交通運(yùn)維管理的源動力。

1 上海地鐵運(yùn)營維護(hù)保障現(xiàn)狀

1) 新舊線路監(jiān)測水平參差不齊。上海地鐵線路建設(shè)年代跨度大，通信、信號、車輛、供電、工務(wù)、車站機(jī)電設(shè)備等專業(yè)沒有統(tǒng)一的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)支持系統(tǒng)所采集的監(jiān)測信息不統(tǒng)一、不全面，且各自獨(dú)立，集成化、綜合化、智能化水平不足。次新線路的監(jiān)測功能較為完善，而老線路的監(jiān)測采集信息量有限。

2) 故障處置機(jī)制以經(jīng)驗(yàn)為主。目前，雖然各線路的各專業(yè)維護(hù)支持系統(tǒng)采集了大量數(shù)據(jù)，但由于數(shù)據(jù)采集的智能化程度不高，采集的數(shù)據(jù)仍需人工分析處理，因此，當(dāng)故障發(fā)生時，現(xiàn)場人員還是主要依賴其經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷處置。上海地鐵設(shè)備的型式與制式多樣、數(shù)量龐大，備品備件種類繁多，部分設(shè)備更是國內(nèi)外首次投用的新設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜度高、專業(yè)接口要求不斷提高，造成維護(hù)人員難于準(zhǔn)確把握設(shè)備操作的穩(wěn)定性和可靠性規(guī)律。

3) 設(shè)備管理信息鏈不完整?，F(xiàn)階段，上海地鐵存在多個設(shè)備管理系統(tǒng)且各自獨(dú)立，主要承載系統(tǒng)為EAM(設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))、MSCP(物資供應(yīng)系統(tǒng))，缺少對設(shè)備管理的全過程記錄，存在信息流斷層和不對稱的情況。從設(shè)備全壽命周期管理來看，不同階段、不同部門的工作都需要規(guī)范化，在保持核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)唯一性和延續(xù)性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、資產(chǎn)管理、生產(chǎn)管理的融合。

4) 維護(hù)管理體系以計(jì)劃性為主。當(dāng)前，上海地鐵通信、信號、車輛、供電、工務(wù)、車站機(jī)電設(shè)備等專業(yè)維保主要根據(jù)修程修制進(jìn)行巡檢、日常養(yǎng)護(hù)、集中維護(hù)、檢修、調(diào)測、鑒定等，為時間驅(qū)動型維護(hù)模式。通過計(jì)劃性維護(hù)作業(yè)降低設(shè)備元器件失效率、防止系統(tǒng)性能下滑。該體系下維護(hù)作業(yè)缺乏事前指導(dǎo)，針對性不強(qiáng)，會造成部分人力、物力浪費(fèi)。隨著運(yùn)營線路的不斷增加，維保工作量迅速增長，再加之設(shè)備維護(hù)規(guī)程的滯后與維護(hù)模式的不同步、不適應(yīng)，影響了日常養(yǎng)護(hù)維修的有效性。

2 數(shù)字化運(yùn)維的建設(shè)需求

2.1 集成化狀態(tài)監(jiān)測及預(yù)警

面向運(yùn)維管理者，通過全景化視圖呈現(xiàn)軌道交通線網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的在線監(jiān)測狀態(tài)及參數(shù)，展示總體運(yùn)維指標(biāo)和關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)維指標(biāo)，以此概覽全線網(wǎng)設(shè)施設(shè)備運(yùn)維狀況。同時，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時故障診斷及隱患預(yù)警，以此壓縮故障延時，減少故障對運(yùn)營的影響。

2.2 精準(zhǔn)化運(yùn)維處置

基于智能分析及高度融合的運(yùn)維信息，提供規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的故障及隱患處理流程，建立準(zhǔn)確、快速、規(guī)范的故障及隱患處理體系。具體功能應(yīng)包括：① 系統(tǒng)自動判斷故障或隱患范圍及原因,在故障出現(xiàn)時，以故障原理圖、故障位置圖等方式顯示故障處所，圖表化顯示故障時刻采集的信息特征；② 系統(tǒng)提供維修處理的標(biāo)準(zhǔn)化操作及高真實(shí)還原的可視化視圖，指導(dǎo)現(xiàn)場維護(hù)人員精準(zhǔn)快速操作；③ 系統(tǒng)自動監(jiān)督故障處理全過程，形成事件閉環(huán)，保障作業(yè)有效且不留隱患。

2.3 協(xié)同化遠(yuǎn)程支持

建立應(yīng)急協(xié)同體系，提供遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程分析、遠(yuǎn)程應(yīng)急指揮和遠(yuǎn)程維護(hù)作業(yè)，可以高效組織搶修，快速克服故障，避免對運(yùn)營造成影響。通過提供設(shè)備故障的應(yīng)急預(yù)案和故障影響評估，以及資源信息化協(xié)調(diào)組織，實(shí)現(xiàn)故障應(yīng)急處置的最優(yōu)化。具體功能應(yīng)包括：① 遠(yuǎn)程控制設(shè)備重啟，對無人值守處所部分關(guān)鍵設(shè)備可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制重啟；② 應(yīng)急聯(lián)動，基于實(shí)時GIS(地理信息系統(tǒng))圖展示應(yīng)急資源分布及實(shí)時路況信息；③ 應(yīng)急預(yù)案管理，提供應(yīng)急預(yù)案流程樹管理及展示功能；④ 故障影響評估，提供故障影響范圍、故障延時評估功能；⑤移動終端重大事件應(yīng)急推送，支持單兵設(shè)備實(shí)時調(diào)看，提供遠(yuǎn)程技術(shù)支撐。

2.4 動態(tài)化管理方式

建立能夠反映設(shè)備全壽命周期狀態(tài)變化的動態(tài)履歷信息庫，包括設(shè)備編碼、設(shè)備樹、故障代碼，同時具有備件管理、資產(chǎn)管理等功能，為設(shè)備建立唯一臺賬，覆蓋采購、入庫、出庫、報(bào)廢各階段，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)履歷數(shù)據(jù)“一管到底”式的全壽命周期管理。同時，可利用BIM(建筑信息模型)技術(shù)，傳遞設(shè)備形態(tài)、位置等信息，使設(shè)備樹具備多維化；將BIM維度延伸至4D甚至5D，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與可視化的結(jié)合應(yīng)用。如圖1所示的多維設(shè)備樹，包含編碼結(jié)構(gòu)+柜內(nèi)配置+BIM模型視角。

2.5 智能化決策分析

基于大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)探索數(shù)據(jù)規(guī)律性，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的綜合分析、關(guān)鍵系統(tǒng)的日志分析、系統(tǒng)運(yùn)行的趨勢分析、人員的行為分析及專項(xiàng)分析等。同時，通過建立設(shè)備健康評價(jià)體系，為設(shè)備的狀態(tài)修和科學(xué)中大修提供支撐。其中：綜合分析可實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的關(guān)聯(lián)性分析及溯源；專項(xiàng)分析可通過多維度的統(tǒng)計(jì)比對，實(shí)現(xiàn)設(shè)備同比、環(huán)比等多位分析；設(shè)備健康質(zhì)量評估分析可建立設(shè)備質(zhì)量評估基礎(chǔ)體系框架、健康質(zhì)量評估模型及算法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康質(zhì)量評估、預(yù)測設(shè)備使用壽命，如圖2所示；管理層決策分析通過對人員的行為分析、對設(shè)備的RAMS(可靠性、可用性、維修性和安全性)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)等，為運(yùn)維管理決策提供支撐。

圖1 基于BIM的多維設(shè)備樹管理

圖2 設(shè)備健康質(zhì)量評估

3 數(shù)字化運(yùn)維技術(shù)支撐

數(shù)字化運(yùn)維技術(shù)是面向城市軌道交通設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)實(shí)時檢測、監(jiān)控及綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過終端設(shè)備實(shí)時感知設(shè)施設(shè)備所產(chǎn)生的海量、異構(gòu)信息，然后將感知信息經(jīng)各類通信傳輸管道進(jìn)行傳輸。上海地鐵從智能運(yùn)維數(shù)字化應(yīng)用需求出發(fā)，以“云、管、端”模式為技術(shù)支撐(見表1)，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)突破，完成了產(chǎn)業(yè)特色明確、覆蓋面廣的支撐應(yīng)用平臺。

表1 “云、管、端”模式內(nèi)涵

1) “云”：在云構(gòu)建層面，集中將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、BIM、人工智能等新一代技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)營維護(hù)保障業(yè)務(wù)中，構(gòu)建涵蓋設(shè)施設(shè)備全壽命周期管理的網(wǎng)絡(luò)化智能運(yùn)維體系。

2) “管”：主要實(shí)現(xiàn)不同的在線檢測系統(tǒng)的實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過車地?zé)o線、5G、Wi-Fi、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，被發(fā)送和獲取，提高檢修效率。

3) “端”：主要實(shí)現(xiàn)通過基于機(jī)器視覺、紅外線、激光、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的檢測裝置，監(jiān)測不同的多專業(yè)在線檢測系統(tǒng)，獲取實(shí)時狀態(tài)信息，提高維護(hù)效率，并有效支持維護(hù)管理作業(yè)。

4 數(shù)字化運(yùn)維應(yīng)用場景分析

圍繞運(yùn)維管理核心任務(wù)，面向感知、診斷、預(yù)警、決策和協(xié)同全流程，結(jié)合城市軌道交通運(yùn)維的實(shí)際需求，從生產(chǎn)自動化、流程優(yōu)化、制度創(chuàng)新三個層次，不斷豐富應(yīng)用場景，進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)保障全流程健康度管控，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的全面轉(zhuǎn)型升級。業(yè)務(wù)應(yīng)用場景如表2所示，包含3大類別、11個核心場景需求。在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)線路級運(yùn)維到網(wǎng)絡(luò)一體化運(yùn)維升級、人工巡檢到自動化巡檢升級，在流程上實(shí)現(xiàn)分散管理到集中統(tǒng)一管理升級，在制度上實(shí)現(xiàn)計(jì)劃維修到智能維修升級等。以預(yù)測運(yùn)維為例，智能運(yùn)維與傳統(tǒng)運(yùn)維應(yīng)用場景對比如圖3所示。

表2 數(shù)字化運(yùn)維應(yīng)用場景分析

5 運(yùn)維數(shù)字化轉(zhuǎn)型思考

1) 建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推動數(shù)字建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化。目前，城市軌道交通領(lǐng)域數(shù)字化建設(shè)尚缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對運(yùn)維全流程的管控乏力，無有效的評價(jià)體系支撐，極大束縛了運(yùn)維數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)。為滿足城市軌道交通高質(zhì)、快速的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化持續(xù)賦能，以政府、行業(yè)協(xié)會指導(dǎo)性文件為基礎(chǔ)，通過借鑒國內(nèi)外數(shù)字化建設(shè)相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，加快研究建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，覆蓋“云、網(wǎng)、數(shù)、安”(云平臺、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、信息安全)等核心技術(shù)，為城市軌道交通數(shù)字化建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)有力的機(jī)制保障。

2) 優(yōu)化資源整合，構(gòu)建一體化運(yùn)維管理體系。基于應(yīng)用場景、宏觀管控等要求，依托智能運(yùn)維平臺，緊抓人員、技術(shù)、物資和數(shù)據(jù)四大資源，建立一體化協(xié)同運(yùn)維管理體系，優(yōu)化維修資源分配、設(shè)備管理流程，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)、跨系統(tǒng)、跨線路的運(yùn)維全流程管控，實(shí)現(xiàn)全壽命周期數(shù)據(jù)資源管理；同時，有效支持多技能、復(fù)合型維護(hù)人員培養(yǎng)和物資管理一體化兩個閉環(huán)，有效提高維護(hù)效率和資源利用率。

圖3 傳統(tǒng)運(yùn)維與智能運(yùn)維的應(yīng)用場景對比(以預(yù)測運(yùn)維為例)

3) 維保模式升級，推進(jìn)“故障修+計(jì)劃修+狀態(tài)修”。目前設(shè)施設(shè)備維保主要采取定期計(jì)劃性維護(hù)(修程、修制)和事后故障維修(臨修、搶修)的維護(hù)策略。針對該模式下維護(hù)成本高、維護(hù)人員工作強(qiáng)度大的問題，推進(jìn)“專家型故障修+經(jīng)驗(yàn)型計(jì)劃修+感知型狀態(tài)修”的維護(hù)模式。圍繞精準(zhǔn)維修理念、智能化診斷分析能力，形成專家型故障修模式；基于設(shè)備質(zhì)量評估，實(shí)行設(shè)備巡檢、養(yǎng)護(hù)、調(diào)測、鑒定、輪修、大中修等周期性維修，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量可靠性提升，形成經(jīng)驗(yàn)型計(jì)劃修模式；依托系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在線感知及預(yù)警能力，形成感知型狀態(tài)修。

6 結(jié)語

近年來，上海地鐵積極推進(jìn)運(yùn)營維護(hù)保障數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，取得了一定成效。以列車控制系統(tǒng)為例，作為城市軌道交通的“大腦”，其在線網(wǎng)運(yùn)營中發(fā)揮核心控制作用，而全自動駕駛的發(fā)展趨勢對其安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高要求。面對規(guī)模效應(yīng)及運(yùn)維逆境，基于數(shù)字化支撐，上海地鐵2017年完成了線網(wǎng)級“列車控制系統(tǒng)全壽命周期健康管理平臺”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)列車控制系統(tǒng)多源安全感知、多引擎融合診斷預(yù)警等創(chuàng)新技術(shù)的大規(guī)模融合應(yīng)用，并首次系統(tǒng)性地實(shí)現(xiàn)了“列車控制系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)修”。在提升運(yùn)營質(zhì)量、提高維修效率、降運(yùn)維成本等方面產(chǎn)生了顯著效益，在國內(nèi)外城市軌道交通運(yùn)維數(shù)字化實(shí)踐中具有示范作用。

城市軌道交通是一個多專業(yè)協(xié)同聯(lián)動的龐大復(fù)雜系統(tǒng)，面向數(shù)字化轉(zhuǎn)型各階段的科學(xué)合理性，以科技創(chuàng)新為持久驅(qū)動動力，綜合“云、大、物、移、智”(云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能)等技術(shù)應(yīng)用，形成交叉支撐、循環(huán)迭代的良性發(fā)展。通過統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌實(shí)施，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、多模態(tài)海量數(shù)據(jù)的匯聚、融合、共享、分析、決策，探索新一代信息技術(shù)與城市軌道交通生產(chǎn)、運(yùn)維的深度融合,為生產(chǎn)方式變革注入新動力，推動轉(zhuǎn)型發(fā)展和提質(zhì)增效，進(jìn)一步提升城市軌道交通數(shù)字化水平。