白 麗，王石生，姚湘靜，閆曉楠

（1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081；2. 上海申通地鐵集團有限公司，上海 200233）

城市軌道交通緊跟交通強國建設戰(zhàn)略部署和智慧城市、智慧交通規(guī)劃建設，邁入了超大規(guī)模、網(wǎng)絡化發(fā)展的關鍵時期。其運維呈現(xiàn)出裝備數(shù)量多、制式多樣化、多階段并存、配置不均衡的特點，面臨運維難度大、人工經(jīng)驗局限、難以精準定位、管理效率低等問題，存在監(jiān)測信息不全面、狀態(tài)采集手段欠缺、維修模式有待提升等不足[1]。迫切需要由自動化、信息化向智能化轉型，在體系化安全保障、故障智能診斷方面實現(xiàn)重點突破和深度融合。

如何利用信息化手段在支撐城市軌道交通企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的同時，解決運營運維一體化管理痛點，滿足全專業(yè)綜合性運維需求，落實智能地鐵和智能運維要求，已成為城市軌道交通領域的研究熱點。文獻[2]～文獻[4]分別在鐵路、城市軌道交通行業(yè)的設備維修管理、自主維修、人工計劃修、委外維修等模式方面進行了闡述，文獻[5]和文獻[6]分別針對城市軌道交通車輛專業(yè)、供電專業(yè)的設備設施維修關鍵技術進行了研究。

本文在上述研究基礎上，分析城市軌道交通綜合運維現(xiàn)狀及業(yè)務需求，利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術，開展城市軌道交通綜合智能運維平臺研究，實現(xiàn)全專業(yè)、綜合性運維模式的優(yōu)化提升。

1 綜合智能運維需求分析

1.1 運維現(xiàn)狀分析

目前，軌道交通行業(yè)的運維在管理模式體系化和管理手段信息化的助推下，朝著集中維修、綜合維修的方向發(fā)展。

在鐵路行業(yè)，德國、法國和日本等國家在“管、檢、修”方面均有較為成熟和完備的設備維修管理模式[2]；中國針對各鐵路局集團公司高鐵線路的實際運營維修特點，歸納出幾種比較典型的固定設備維修管理模式[3]。在城市軌道交通行業(yè)，香港、北京、上海、廣州、深圳等地的多家地鐵公司，近年來在分專業(yè)自主維修、人工計劃修、委外維修等方面積累了寶貴經(jīng)驗[4]，同時大力推進設施設備智能化、信息化管理，加快運維維修專業(yè)人才培養(yǎng)速度。

1.2 多專業(yè)在線監(jiān)測分析

城市軌道交通綜合運維涉及車輛、工務、供電、通信、信號、機電等多個專業(yè)，包括調(diào)度、運用、安全、技術、質(zhì)量、檢修、整備、設備、驗收、救援、燃料等方面[5-7]。綜合智能運維主要基于關鍵設備設施的在線監(jiān)測來實現(xiàn)重要數(shù)據(jù)的采集和分析，信息類型如圖1 所示。

圖1 綜合智能運維在線監(jiān)測信息類型

1.3 維修模式體系分析

城市軌道交通設備設施運維逐步形成3 種維修模式：計劃修、故障修和狀態(tài)修[8]。其中，計劃修落實為修程、修制，以較高的維修成本遏制運營風險；故障修落實為臨修和搶修，以較高的運營風險降低維修成本；狀態(tài)修基于可靠性為中心的維修理論、實時狀態(tài)檢測和過程管控，平衡計劃修、故障修的維修成本和風險成本，在優(yōu)化修程、修制的同時，量化故障修指標。

城市軌道交通綜合智能運維平臺依托大數(shù)據(jù)分析，逐步形成“經(jīng)驗型計劃修+感知型狀態(tài)修+專家型故障修”的檢修制度，全面構建基于狀態(tài)感知及維修全過程的精準維護維修模式，實現(xiàn)面向線網(wǎng)運營場景需求的智能決策，整體提升設備運行質(zhì)量可靠性和運維效率。

2 技術架構和平臺功能

2.1 技術架構

在遵循統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設、統(tǒng)一標準的原則下，參考工業(yè)4.0 標準[9]和國內(nèi)外相關標準，構建城市軌道交通綜合智能運維平臺技術架構，如圖2 所示。

平臺通過源端數(shù)據(jù)的感知與監(jiān)測，打造數(shù)字基石，融入新技術、新應用，達到數(shù)據(jù)共享與業(yè)務協(xié)同，實現(xiàn)綜合智能運維。

（1）數(shù)據(jù)源端層：利用多專業(yè)的綜合監(jiān)測單元，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源的獲取及各專業(yè)關鍵設備設施的在線監(jiān)測，以數(shù)據(jù)驅(qū)動運維認知，實現(xiàn)人、機、物的數(shù)據(jù)支撐。同時通過網(wǎng)絡的全方位覆蓋，利用不同的傳輸方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，促進數(shù)據(jù)的充分共享與互聯(lián)互通。

（2）云基礎平臺層：云平臺基礎設施層（IaaS）主要實現(xiàn)云服務基礎設備的搭建，完成計算、網(wǎng)絡、存儲資源分配建設；數(shù)據(jù)治理標準層（DaaS）通過整合大量結構化、半結構化和非結構化設備設施運維數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)實時獲取、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)匯聚存儲、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)標準的大數(shù)據(jù)分析生態(tài)系統(tǒng)；業(yè)務中臺層（PaaS）依托微服務架構，實現(xiàn)全生命周期資產(chǎn)管理、運維生產(chǎn)管理及智能運維體系構建；前端應用層（SaaS）為前端的各項運維功能提供支撐。

（3）智能應用層：通過打造實時監(jiān)測、資產(chǎn)管理、智能運維、智能決策4 個中心，實現(xiàn)綜合智能運維資產(chǎn)、設備、生產(chǎn)及應急管理等功能及應用。

圖2 平臺技術架構

2.2 平臺功能

2.2.1 實時監(jiān)測

實時監(jiān)測中心主要實現(xiàn)對線網(wǎng)系統(tǒng)、設備運行狀態(tài)及故障信息的全貌、多維度、實時監(jiān)測?；诠I(yè)控制、BIM 立體圖形化，結合大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)設備全生命周期運行監(jiān)測管理的可視化。

2.2.2 資產(chǎn)管理

資產(chǎn)管理中心主要實現(xiàn)對線網(wǎng)設備、物資、問題、資料等信息的統(tǒng)一和分類管理，應用移動和BIM 技術實現(xiàn)設備履歷、備品備件、物資、點巡檢、健康評價、維修知識體系等資產(chǎn)全維度的數(shù)字化管理。

2.2.3 智能運維

智能運維中心通過智能化的診斷分析技術，制定運維計劃和維修過程，實現(xiàn)設備故障智能定位、設備隱患預警、重大故障應急處置、多種運維模式應用的智能化。

2.2.4 智能決策

智能決策中心基于大數(shù)據(jù)和云計算技術，實現(xiàn)對運維故障、設備壽命、人員行為等歷史數(shù)據(jù)的深度挖掘和智能分析，為后續(xù)運維決策及模式提升提供數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理及決策分析的智能化。

3 關鍵技術

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的設備狀態(tài)實時感知技術

依托射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）、二維碼、智能芯片等智能識別技術，結合各類設備狀態(tài)傳感器、在線監(jiān)測裝置、移動終端、巡檢機器人等感知手段[10]，構建智能運維感知物聯(lián)網(wǎng)，有力支撐全面設備狀態(tài)管控和資源實時配置。

3.2 基于大數(shù)據(jù)的多專業(yè)智能運維預測構建技術

根據(jù)軌道交通不同專業(yè)的運維數(shù)據(jù)進行預測模型構建，提供多種智能運維分析預測技術，按照不同的故障類型，開發(fā)出相應的運維控制程序，對設備故障進行智能處理。

3.3 基于云平臺的微服務融合技術

平臺涉及車輛、供電、通信、信號、工務、機電多個專業(yè)，覆蓋多條線路及網(wǎng)絡管理規(guī)模。在平臺建設過程中，結合各專業(yè)、各線路不同的業(yè)務特點，采用SpringCloud 技術架構來進行微服務能力建設。通過開放式微服務體系可以將地鐵不同專業(yè)、不同線路、不同用戶封閉的較大功能模塊，細分為多個開放的小功能服務模塊，從而便于上層應用和不同專業(yè)間進行訪問調(diào)用，實現(xiàn)資源的最大限度利用，完成自上而下和自下而上的開發(fā)融合[8]。

4 結束語

本文設計并實現(xiàn)的城市軌道交通綜合智能運維平臺，貫穿設施設備全壽命周期管理理念，以設備設施在線監(jiān)測及現(xiàn)場生產(chǎn)管理為核心，形成實時監(jiān)測、資產(chǎn)管理、智能運維、智能決策全過程的信息化管控。實現(xiàn)軌道交通車輛、工務、供電、通信信號專業(yè)與車站設施設備的實時狀態(tài)感知、故障預測與智能運維，提高運維部門安全風險管理水平，優(yōu)化生產(chǎn)組織和業(yè)務流程，降低能耗和生產(chǎn)成本。