胡 威

（深圳鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518000）

城際鐵路作為典型的資產(chǎn)密集型行業(yè)，涉及專業(yè)多，管理的設(shè)備設(shè)施數(shù)量巨大[1]。其中，信號(hào)系統(tǒng)關(guān)系到鐵路行車安全和保障運(yùn)輸效率，有著重要作用。傳統(tǒng)鐵路信號(hào)相關(guān)監(jiān)測(cè)、運(yùn)維系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一，數(shù)據(jù)的一致性、完整性難以確保；缺乏有效的分析手段，難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和挖掘等缺點(diǎn)[2]。隨著城際鐵路信息化的建設(shè)，以及新技術(shù)新設(shè)備的大量投入，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的全生命周期管理，如何能夠在運(yùn)營(yíng)過程中更加智能地對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用維護(hù)成了一門需要在建設(shè)過程中亟待研究的課題[3]。

1 建設(shè)背景

2020 年8 月4 日，國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)《粵港澳大灣區(qū)（城際）鐵路建設(shè)規(guī)劃》，規(guī)劃近期到2025 年，大灣區(qū)鐵路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)及在建里程達(dá)到4 700 km，全面覆蓋大灣區(qū)中心城市、節(jié)點(diǎn)城市和廣州、深圳等重點(diǎn)都市圈[4]。根據(jù)相關(guān)安排，深圳地鐵集團(tuán)將負(fù)責(zé)粵港澳大灣區(qū)中深圳都市圈城際鐵路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)。按照規(guī)劃，深圳都市圈內(nèi)共涉及11 條城際鐵路，線路總長(zhǎng)度約1 071 km，如圖1 所示。2022 年前啟動(dòng)建設(shè)的有：穗莞深城際南延線、深圳至惠州城際前海保稅區(qū)至坪地段（含大鵬支線）、深圳機(jī)場(chǎng)至大亞灣城際深圳機(jī)場(chǎng)至坪山段。

圖1 深圳都市圈城際鐵路建設(shè)范圍Fig.1 Construction scope of intercity railway in Shenzhen Metropolitan Area

2 信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)維現(xiàn)狀

2.1 信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為信號(hào)專業(yè)的子系統(tǒng)之一，被普遍運(yùn)用在國(guó)家鐵路以及城際鐵路線路中。信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)把鐵路信號(hào)設(shè)備作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，通過本地或網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)及電氣特性，并能記錄被操作的過程。信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、報(bào)警等功能，同時(shí)提供了回放、異常分析等工具，是鐵路信號(hào)設(shè)備的綜合測(cè)試、分析和管理系統(tǒng)[5]。目前，新版信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有一定的趨勢(shì)分析、報(bào)警分析等功能，但主要的信號(hào)設(shè)備故障分析還需依靠人工來完成，智能化的深度和廣度還不夠。

2.2 其他運(yùn)維系統(tǒng)

除信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外，經(jīng)過近十幾年的裝備與發(fā)展，其他涵蓋了信號(hào)設(shè)備臺(tái)賬、監(jiān)測(cè)檢測(cè)、故障統(tǒng)計(jì)等多個(gè)業(yè)務(wù)，包括列控設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Dynamic Monitoring System，DMS）、信號(hào)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（Auto Train Protection，ATP）車載設(shè)備信息管理系統(tǒng)、器材檢修管理系統(tǒng)、信號(hào)安全生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)及其他生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)、信號(hào)技術(shù)設(shè)備履歷管理系統(tǒng)、軌道車運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、列車運(yùn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)等也在推進(jìn)建設(shè)中。這些系統(tǒng)產(chǎn)生和積累了設(shè)備技術(shù)狀態(tài)、故障報(bào)警、作業(yè)記錄等海量數(shù)據(jù)。但是，各系統(tǒng)也存在著相互獨(dú)立、接口和編碼不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)利用和共享不充分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不集中等問題，形成了信息孤島，無法建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全方位的科學(xué)評(píng)價(jià)與分析，造成大量數(shù)據(jù)閑置。同時(shí)，數(shù)據(jù)缺乏深度挖掘和開發(fā)，在對(duì)異?；蚬收鲜录膶?shí)時(shí)分析與診斷支持、采樣數(shù)據(jù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)處理、設(shè)備狀態(tài)的趨勢(shì)判斷、報(bào)（預(yù)）警信息的主動(dòng)通知等方面，仍然存在嚴(yán)重的不足[6]。

3 城際鐵路信號(hào)系統(tǒng)綜合智能運(yùn)維平臺(tái)

3.1 建設(shè)目標(biāo)

遵循鐵路信息化總體規(guī)劃和“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺(tái)”的思路，按照“硬件平臺(tái)統(tǒng)一化、數(shù)據(jù)采集歸一化、數(shù)據(jù)接口集中化、綜合資源共享化、專業(yè)應(yīng)用定制化”的建設(shè)原則，構(gòu)建電務(wù)大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維一體化平臺(tái)，提升智能應(yīng)用水平[7]。建成集設(shè)備資產(chǎn)管理、綜合分析管理、作業(yè)監(jiān)控管理于一體的信號(hào)系統(tǒng)綜合智能運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)維管理的內(nèi)容可視化、業(yè)務(wù)流程化、知識(shí)體系化、決策智能化和管理少人化。

3.2 需求分析

1）管理需求：對(duì)管內(nèi)各線路所有信號(hào)設(shè)備類的資產(chǎn)進(jìn)行管理；能夠記錄涵蓋出廠、安裝、驗(yàn)收、運(yùn)用、維護(hù)、維修、報(bào)廢等全生命周期信息，并依據(jù)關(guān)聯(lián)性分析、故障信息等資料制定備品備件的配置計(jì)劃。

2）采集需求：主要是從信號(hào)各子系統(tǒng)中采集并進(jìn)行記錄各類生產(chǎn)作業(yè)類數(shù)據(jù)，包括調(diào)度集中（Centralized Traffic Control，CTC）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(Computer Based Interlock，CBI)、列控中心（Train Control Center，TCC）、車載信號(hào)設(shè)備、集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等日志、告警等信息，以及軌旁設(shè)備的電氣特性、開關(guān)量等信息。

3）分析需求：根據(jù)采集到的各類數(shù)據(jù)，使用人工智能模型分析系統(tǒng)健康狀態(tài)，對(duì)設(shè)備壽命、運(yùn)行情況、故障隱患等進(jìn)行預(yù)測(cè)；運(yùn)用大數(shù)據(jù)等方法生成信號(hào)設(shè)備的專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)生的故障提供故障溯源，給出合理有效的維修指導(dǎo)策略。

4）生產(chǎn)需求：指導(dǎo)日常的維修生產(chǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)班組人員管理、維修材料管理、作業(yè)單派發(fā)等，以及異常情況下的應(yīng)急調(diào)度指揮功能。

3.3 建設(shè)方案

3.3.1 總體方案

信號(hào)系統(tǒng)綜合智能運(yùn)維平臺(tái)按照“硬件平臺(tái)＋應(yīng)用模塊”的模式，在不改動(dòng)信號(hào)集中監(jiān)測(cè)和其他運(yùn)維系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)的情況下，通過安全設(shè)備采集各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和篩選后，統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，滿足各類運(yùn)維需求。

硬件平臺(tái)方面，在城際鐵路控制中心統(tǒng)一部署數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、存儲(chǔ)及備份系統(tǒng)、防火墻、大屏展示系統(tǒng)等設(shè)備。在深鐵城際運(yùn)營(yíng)公司、信號(hào)維修車間和工區(qū)部署遠(yuǎn)程終端及相關(guān)外設(shè)，依托內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)訪問綜合智能運(yùn)維平臺(tái)。

應(yīng)用模塊方面，依據(jù)需求分析，至少應(yīng)包含信號(hào)設(shè)備資產(chǎn)管理、全壽命周期管理、信號(hào)設(shè)備綜合監(jiān)測(cè)、故障智能診斷、故障預(yù)測(cè)與健康管理、運(yùn)維綜合分析、作業(yè)管理、工機(jī)具管理、應(yīng)急調(diào)度指揮等。

整個(gè)城際鐵路信號(hào)系統(tǒng)綜合智能運(yùn)維平臺(tái)構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 信號(hào)系統(tǒng)綜合智能運(yùn)維平臺(tái)構(gòu)成Fig.2 Composition of integrated intelligent O&M platform for signaling system

3.3.2 應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)

1）資產(chǎn)管理模塊：規(guī)范收集設(shè)備基礎(chǔ)臺(tái)賬，按照運(yùn)維管理業(yè)務(wù)對(duì)象細(xì)分，形成資產(chǎn)、功能位置、設(shè)備、構(gòu)件等多個(gè)級(jí)別的層級(jí)化設(shè)備分類，實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)、軌道電路、計(jì)軸、轉(zhuǎn)轍機(jī)、應(yīng)答器、系統(tǒng)設(shè)備等設(shè)備履歷管理。設(shè)備履歷電子化可實(shí)現(xiàn)班組-車間-維修基地-城際運(yùn)營(yíng)公司的網(wǎng)絡(luò)填報(bào)、自動(dòng)匯總，實(shí)現(xiàn)履歷數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)管理。

2）全壽命周期管理模塊：結(jié)合設(shè)備檢測(cè)缺陷、特性測(cè)試、生產(chǎn)維修及更換等歷史記錄形成全生命周期管理功能。按照“一單元一檔案”的原則，通過對(duì)設(shè)備設(shè)施按單元將基礎(chǔ)信息以及壽命周期內(nèi)的靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息與編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成完整的設(shè)備單元技術(shù)狀態(tài)檔案，并提供對(duì)該單元的信息查詢和自動(dòng)統(tǒng)計(jì)[8]。

3）信號(hào)設(shè)備綜合監(jiān)測(cè)模塊：利用既有信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集的各信號(hào)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，并對(duì)全線車站進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過結(jié)構(gòu)化圖形，更好地展示各設(shè)備的工作狀態(tài)。

4）故障智能診斷模塊：采用智能化的算法，對(duì)綜合監(jiān)測(cè)模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比對(duì)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。當(dāng)發(fā)生設(shè)備故障或者報(bào)警時(shí)，智能診斷模塊能夠診斷故障范圍并定位故障點(diǎn)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及專家經(jīng)驗(yàn)找出故障原因。

5）故障預(yù)測(cè)與健康管理模塊：依據(jù)設(shè)備資產(chǎn)的投產(chǎn)時(shí)間、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、缺陷歷史和作業(yè)頻次，按照可調(diào)權(quán)重算法對(duì)各專業(yè)設(shè)備單元進(jìn)行量化評(píng)分，綜合分析設(shè)備劣化趨勢(shì)，篩選重點(diǎn)病害地段、缺陷設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)設(shè)備故障預(yù)測(cè)與健康管理和動(dòng)態(tài)養(yǎng)護(hù)等功能，形成完善的設(shè)備健康評(píng)分機(jī)制。

6）運(yùn)維綜合分析模塊：主要由故障診斷與健康評(píng)分結(jié)果決定，推行靈活的設(shè)備維護(hù)模式。根據(jù)設(shè)備健康管理數(shù)據(jù)，將設(shè)備的健康狀態(tài)分為周期性故障、偶發(fā)性故障、損耗性故障和缺陷性故障等類別，分別采取加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、周期維修、升級(jí)改造、報(bào)廢處理等方式，實(shí)現(xiàn)維修支出與維修效果的性價(jià)比最大化，為智能推送作業(yè)方案提供決策支撐。

7）作業(yè)管理模塊：包括維修年月表的制定、維修方案編制及審批、日計(jì)劃作業(yè)票及派工單編制、相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)要素控制及審批和作業(yè)過程安全卡控等?？衫靡苿?dòng)終端軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以錄音、錄像、視頻監(jiān)控等方式全程跟蹤作業(yè)過程。

8）工機(jī)具管理模塊：通過電子標(biāo)簽動(dòng)態(tài)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工機(jī)具設(shè)備出入庫及進(jìn)出場(chǎng)安全管理等功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)遺落的工具進(jìn)行報(bào)警。對(duì)各級(jí)單位部門工具在用、領(lǐng)取、發(fā)放、報(bào)廢等情況納入系統(tǒng)進(jìn)行信息管理，并進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析，關(guān)聯(lián)使用人員、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期等信息，具備定額、周期、壽命追朔、狀態(tài)評(píng)估等功能。

9）應(yīng)急調(diào)度指揮模塊：為故障處理和巡檢作業(yè)提供信息化輔助、作業(yè)安全提醒及作業(yè)指導(dǎo)、工單派發(fā)等。

4 結(jié)論

在城際鐵路大規(guī)模建設(shè)的今天，信息化、智能化的運(yùn)維需求應(yīng)被重點(diǎn)關(guān)注。信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)維是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，通過大數(shù)據(jù)、智能分析等手段，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)化維修的目的。信號(hào)系統(tǒng)綜合智能運(yùn)維平臺(tái)的建設(shè)，有利于全面提升設(shè)備的運(yùn)用維護(hù)和管理水平，也有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合和優(yōu)化配置。