蒲曉斌，侯文軍

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518038）

1 引言

隨著全國各地地鐵線網(wǎng)運(yùn)營規(guī)模的快速擴(kuò)張，設(shè)備數(shù)量迅速增加，設(shè)備維護(hù)任務(wù)越發(fā)繁重，地鐵設(shè)備運(yùn)維所面臨的挑戰(zhàn)和矛盾也不斷出現(xiàn)，具體體現(xiàn)在監(jiān)控信息不全面、聯(lián)動功能少、自動巡檢手段缺失、數(shù)據(jù)定義流向不準(zhǔn)確[1]等方面。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和5G通信技術(shù)進(jìn)入技術(shù)成熟期，為智慧運(yùn)維提供了良好的數(shù)據(jù)存儲、分析及通信條件，智慧運(yùn)維逐步成為解決上述矛盾、打造智慧交通的必然發(fā)展方向。對關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施進(jìn)行全壽命周期的健康監(jiān)測和故障智能診斷預(yù)警及成本分析，也成為業(yè)界普遍關(guān)注的熱點(diǎn)[2]。國內(nèi)北京[3]、上海[4]、廣州[5]、寧波[6]、南寧[7]等城市地鐵公司均對智慧運(yùn)維進(jìn)行了研究，提出了不同的解決方案。本文從多專業(yè)融合、跨專業(yè)應(yīng)用角度出發(fā)，依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，以設(shè)備全壽命周期管理、保證設(shè)備運(yùn)行健康安全、提高運(yùn)維效率、提升資產(chǎn)價(jià)值為目的，提出一種多專業(yè)融合的智慧地鐵綜合運(yùn)維系統(tǒng)。

2 智慧運(yùn)維平臺構(gòu)建原則及架構(gòu)

深圳市地鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱“深圳地鐵”）以機(jī)場站、深云站為試點(diǎn)，搭建具備融合“車站智慧服務(wù)、智慧車站管理、設(shè)備智慧運(yùn)維、車站智慧巡檢”等功能的智慧車站數(shù)字平臺（圖1），整合智慧施工、智慧票務(wù)、視頻分析、設(shè)備健康度分析等應(yīng)用，實(shí)時(shí)提供車站全場景動態(tài)信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)客流監(jiān)控分析、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、人員設(shè)備定位監(jiān)控、事件處置輔助決策等功能。

圖1 智慧車站數(shù)字平臺系統(tǒng)界面

智慧運(yùn)維是智慧車站的核心版塊，深圳地鐵基于運(yùn)營組織架構(gòu)及設(shè)備系統(tǒng)管控模式，在云平臺及大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)下，按照集團(tuán)級、中心級、就地級3個(gè)層級構(gòu)建深圳地鐵智慧運(yùn)維平臺，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、時(shí)空定位和無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)劃智慧運(yùn)維平臺架構(gòu)，打通各信息孤島，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和業(yè)務(wù)主動關(guān)聯(lián)[8]。

中心級的智慧運(yùn)維平臺包含車輛、供電、票務(wù)等模塊，圍繞智慧檢測、健康管理、智慧檢修方向進(jìn)行建設(shè)。其中，智慧檢測要求建立全感知體系，實(shí)現(xiàn)人員行為、設(shè)備狀態(tài)趨勢分析及預(yù)測；健康管理要求構(gòu)建專家系統(tǒng)，在設(shè)備狀態(tài)趨勢分析基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備主動運(yùn)維管理，具備故障預(yù)判、壽命預(yù)警功能，主動指導(dǎo)維修；智慧檢修要求實(shí)現(xiàn)人機(jī)器化向機(jī)器人化過渡，通過人員軌跡監(jiān)控、作業(yè)過程指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)人工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。研究圖像異常診斷技術(shù)應(yīng)用，探索用機(jī)器輔助指導(dǎo)重復(fù)、不穩(wěn)定的人工作業(yè)。

按照上述統(tǒng)一原則，深圳地鐵基于供電系統(tǒng)的多專業(yè)融合智慧運(yùn)維平臺，以全面監(jiān)測和檢測為基礎(chǔ)，建立變電、接觸網(wǎng)、軌道、橋隧、房建多專業(yè)的智慧運(yùn)維平臺，協(xié)同生產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過全壽命周期的閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)智慧化的分析決策及跨專業(yè)全流程的綜合應(yīng)用。智慧運(yùn)維平臺架構(gòu)如圖2所示，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。該平臺在設(shè)備房、車站、線路、中心系統(tǒng)設(shè)置不同級別的運(yùn)維終端，通過中心數(shù)據(jù)交互，將分別部署在不同網(wǎng)絡(luò)的全流程多專業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)互通，借助成熟的技術(shù)架構(gòu)，為多專業(yè)綜合運(yùn)維管理提供技術(shù)支持。

圖2 智慧運(yùn)維平臺架構(gòu)

圖3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 多專業(yè)融合智慧運(yùn)維平臺功能

3.1 多專業(yè)監(jiān)控、檢測和智慧分析

智慧運(yùn)維平臺以變電所監(jiān)控系統(tǒng)為基本出發(fā)點(diǎn)，整合接觸網(wǎng)、軌道、橋隧、房建等多專業(yè)的檢測和監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控和檢測。

變電所監(jiān)控主要包含電力監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備房輔助監(jiān)控（圖4），通過視頻、紅外、開關(guān)動作特性、局放、氣體濃度測量（氧氣、六氟化硫）、感溫測量等裝置進(jìn)行在線監(jiān)測，融合電力監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)變電所設(shè)備及環(huán)境的全息感知。采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口和傳輸協(xié)議，具備自動巡檢、智慧報(bào)表、定值管理等功能。電力監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警可以聯(lián)動視頻，增加了巡檢可視化內(nèi)容，解決了監(jiān)測盲點(diǎn)，提高了數(shù)據(jù)采集和報(bào)警可靠性。

圖4 設(shè)備房全景監(jiān)控圖

在運(yùn)維現(xiàn)場，接觸網(wǎng)、軌道、橋隧、房建等相關(guān)專業(yè)通常已經(jīng)部署好各自專業(yè)的監(jiān)控、檢測儀器和設(shè)備，并掌握了大量的數(shù)據(jù)，如接觸網(wǎng)拉出值、導(dǎo)高、磨耗、燃弧，軌道軌距、高程、軌向、正矢、三角坑、磨耗，橋隧及房建沉降量、水平移位、裂紋、滲漏水等。通過將各專業(yè)采集數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行整合處理并展示，實(shí)現(xiàn)信息集中和操作統(tǒng)一。通過運(yùn)用閾值分析、趨勢分析、融合分析手段進(jìn)行數(shù)據(jù)深度分析。結(jié)合離線數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測報(bào)警，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障、缺陷的報(bào)警提示和管理，為運(yùn)營主動維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持和決策指導(dǎo)。

3.2 全生命周期設(shè)備管理

將設(shè)備基礎(chǔ)履歷、設(shè)計(jì)運(yùn)行限值、質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)等靜態(tài)數(shù)據(jù)，以及監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成的監(jiān)測、故障缺陷、試驗(yàn)記錄、檢修臺賬、維修經(jīng)歷等動態(tài)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一的設(shè)備模型建立全壽命周期的設(shè)備管理數(shù)據(jù)總倉。在靜態(tài)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上自動匯聚業(yè)務(wù)過程的全方位動態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息全維度的查詢統(tǒng)計(jì)及運(yùn)維全過程的歷史數(shù)據(jù)管理，從而為全流程的生產(chǎn)管理、各種智慧應(yīng)用和跨專業(yè)的綜合應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3.3 全流程協(xié)同生產(chǎn)管理

通常在首條運(yùn)營線路建成之初，運(yùn)維部門就已經(jīng)部署好諸如施工管理系統(tǒng)、安全生產(chǎn)系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)等運(yùn)維管理和支持系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常由各責(zé)任部門主導(dǎo)開發(fā)，往往是各自孤立的系統(tǒng)，相互之間的數(shù)據(jù)無法互聯(lián)和共享，導(dǎo)致很多關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)需要在不同的系統(tǒng)中進(jìn)行重復(fù)操作、效率降低，同時(shí)也無法快速實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程上全過程數(shù)據(jù)的綜合展示和應(yīng)用。

通過針對性的接口開發(fā)，打通各中心級智慧運(yùn)維平臺與既有施工管理、安全管理、資產(chǎn)管理等各類系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)和共享，整合各部門業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)全流程協(xié)同生產(chǎn)管理和綜合應(yīng)用。例如，以數(shù)據(jù)總倉中設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)檔案為基礎(chǔ)，結(jié)合檢修周期，實(shí)現(xiàn)年度檢修計(jì)劃的智慧排程，防止漏修、過修。此外，也可結(jié)合實(shí)時(shí)的缺陷報(bào)警、故障預(yù)測和設(shè)備健康指數(shù)評估，實(shí)現(xiàn)缺陷維修、搶修和預(yù)防維修的智慧排程，及時(shí)處理故障，提高效率。

3.4 跨專業(yè)的智慧分析決策和綜合應(yīng)用

系統(tǒng)以設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、故障缺陷記錄、檢修試驗(yàn)記錄、值班日志等全壽命周期數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過將零散的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、專題分析和融合分析，對設(shè)備當(dāng)前健康狀態(tài)進(jìn)行評估，得到設(shè)備健康狀態(tài)和健康分值，以總維修成本最低和系統(tǒng)整體可靠性最高為優(yōu)化目標(biāo)，系統(tǒng)化地制定維修決策，以提高維修價(jià)值。

在數(shù)據(jù)監(jiān)測分析時(shí)，系統(tǒng)采用專業(yè)內(nèi)的越限分析、狀態(tài)分析，橫向、縱向綜合分析，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)的智慧分析決策。例如，結(jié)合接觸網(wǎng)故障信號和變電所跳閘信號，判斷故障范圍；通過分析軌道平順度檢測和接觸網(wǎng)導(dǎo)高監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合判定弓網(wǎng)關(guān)系；結(jié)合隧道沉降、變形監(jiān)測、接觸網(wǎng)、軌道幾何參數(shù)，對隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行推論。

4 存在問題及建議

智慧運(yùn)維是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從專業(yè)上講，涉及供電、車輛[9]、機(jī)電、通信[10]、信號[11]、票務(wù)[12]等各專業(yè)設(shè)備系統(tǒng)；從空間上講，涉及車站[13]、區(qū)間、車輛基地[14]、控制中心等各類場所；從時(shí)間上講，涉及規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工[15]、運(yùn)營、改造等各個(gè)階段。各設(shè)備系統(tǒng)、各場所基本都建立了獨(dú)立的維護(hù)子系統(tǒng)來采集本專業(yè)的設(shè)備信息，并建立了與設(shè)備系統(tǒng)對應(yīng)的管理組織架構(gòu)。在構(gòu)建智慧運(yùn)維系統(tǒng)時(shí)，如果前期不統(tǒng)籌做好頂層架構(gòu)規(guī)劃，部署統(tǒng)一的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一的定位系統(tǒng)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲及分析平臺，就沒有辦法實(shí)現(xiàn)各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的完全融合，發(fā)揮智慧運(yùn)維的最大作用。深圳地鐵基于維修中心管轄的設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)，進(jìn)行了以供電系統(tǒng)為基礎(chǔ)的多專業(yè)融合的智慧運(yùn)維系統(tǒng)構(gòu)建的嘗試。下一步將以所有設(shè)備系統(tǒng)共建統(tǒng)一平臺為目標(biāo)，采用云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行平臺建設(shè)，建立統(tǒng)一生產(chǎn)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)更大范圍的數(shù)據(jù)共享和更全面的智慧應(yīng)用。

5 結(jié)語

智慧運(yùn)維目前已經(jīng)是地鐵業(yè)界內(nèi)的熱門話題，關(guān)于各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)內(nèi)的智慧運(yùn)維應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能以及實(shí)現(xiàn)方法已經(jīng)有廣泛的討論和應(yīng)用。筆者認(rèn)為，智慧運(yùn)維的理想目標(biāo)是搭建一個(gè)覆蓋各設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)感知、資產(chǎn)管理、維保業(yè)務(wù)的多專業(yè)融合的系統(tǒng)，將生產(chǎn)與管理相結(jié)合，進(jìn)行多專業(yè)的綜合應(yīng)用和跨專業(yè)的智慧分析，實(shí)現(xiàn)全流程維修管理，最終助力地鐵運(yùn)維實(shí)現(xiàn)全息感知、融合共享、效益驅(qū)動和主動安全的愿景。